三维探地雷达技术在道路塌陷空洞探测中的应用
三维探地雷达在道路地下病害体检测中的应用研究
三维探地雷达在道路地下病害体检测中的应用研究
王广涛 12*，郑文青 12，韩晓鸣 1，马永辉 1，陈自谦源自文库1
（1. 中煤（西安）地下空间科技发展有限公司，西安 710199；2. 陕西省地理空间信息工程技术研究中心，西安 710199） 摘 要：三维探地雷达能够高密度、快速、全覆盖无损检测，具有海量数据、真三维归位、地下物体真实还原等 优势，逐渐成为城市道路地下病害体检测的首选方案。由于道路地下空洞、脱空和疏松形态差别大、所处环境复 杂多变，基于准确识别道路地下病害体目的，采用三维探地雷达对兰州、固原部分道路进行地下病害体检测，通 过实例分析得到三维数据体和不同方位雷达图像切片都能够直观、细致地全方位展示出空洞、脱空、疏松等病害 体的范围大小、形态和位置。同时对管线、管沟、检查井、井室等其它干扰反映也更清晰直观，有利于排除非病 害体干扰项。该方法对城市道路浅层地下病害体的识别应用效果较好。 关键词：三维探地雷达；地下病害体；空洞；脱空；疏松
a.二维数据集
b.三维数据集
图5 探地雷达数据集
4 道路地下病害体类型及探地雷达图像特征
4.1 道路地下病害体类型
按工程特征将常见的地下病害体划分为空洞、 疏松体、富水体［6］，如表 1 所示。
地下病害 体类型
地下病害体按工程特征分类 表1 工程特征
空洞
位于地基土中，规模大小不一，其上下界面一般均不平 整，对上部土体或结构具有失稳风险
探地雷达在道路厚度和板底脱空检测中的应用研究
探地雷达在道路厚度和板底脱空检测中
的应用研究
摘要：为探明道路工程病害问题，为道路桥梁维修提供技术支持。文章对探
地雷达技术进行了简单介绍，分析了探地雷达检测方法，探讨了探地雷达在道路
厚度和板底脱空检测中的应用。
关键词：道路工程；探地雷达；道路检测
引言
当前，市政道路工程中，因其潜在的道路交通安全问题，已成为道路工程建
设中的重要课题。在我国城市化进程中，伴随而来的是地下管道、地下轨道交通、地下车库等工程，这些工程对道路地基的安全性构成了极大的威胁，它的工作环
境比较简单，并不要求特别严格。该系统具有自适应、抗噪声性能好、检测准确
度高等特点。探地雷达技术，可以利用对城市道路地基进行周期性评价，可以对
地基的病害进行及时的、准确地掌握，可以防止出现道路坍塌等恶劣的事件，这
也是对城市道路坍塌进行探测的可行性技术。
1探地雷达技术概述
1.1探地雷达定义
探地雷达技术是通过电磁波的方式，将电磁波的能量注入地表，对地表物质
和目标进行探测而得到的一种方法。雷达所发出的电磁波，到达地表之后，经过
各种介质的作用，就会产生与之对应的反射波，经过对所收到的波形、振幅和强
度等资料的处理，再用计算机处理，把它们转换成一幅或一幅图像，从而确定出
埋藏病害的位置、范围、大小和深度等，从而达到“透视”道路的目的，对道路
的安全性做一次全面的“体检”。
1.2检测原理
它由一台综合的主机，一台天线和一些附属设备构成。它的基本工作原理是
由发射天线和主机配合完成的。探地雷达探查路面缺陷的工作原理，低温探地雷
达在路面缺陷检测中的工作原理。与探地雷达使用的是高频率的电磁波相比，在
路用探地雷达在公路病害探测中的应用
路用探地雷达在公路病害探测中的应用
路用探地雷达在公路病害探测中的应用路用探地雷达在公路病害探测中的应用
黄成1，王正2，俞先江2
（1.中国铁建港航局集团有限公司，广东珠海519020；2.中设设计集团股份有限公司，江苏南京210005）
摘要：在公路改扩建或常规性养护定期检测中，采取常规的手段比较难以发现路面
结构内部病害。文章结合数值模拟和理论分析，研究探地雷达在公路路面病害探测中的应用，分析了路面内部结构不同病害的典型频谱图和波形特征，并将研究成果应用于工程实
践中，取得了良好的效果。文章研究成果有助于更方便的应用探地雷达对路面病害进行探测，从而为公路的改扩建和常规养护提供参考和建议，同时对探地雷达在公路路面的广泛
应用也有一定的促进作用。
关键词：探地雷达；路面；病害；探测
探地雷达的发展伴随着高速公路的建设应运而生，探地雷达（Ground Penetrating Radar，简称GPR，又称地质雷达），是应用地球物理学的一个新的分支，从20世纪80年代后期开始应用于公路检测。探地雷达检测技术具有快速高效、无损、高精度、操作方便、检测内容丰富等优点，逐渐受到公路部门的重视，并在公路质量检测中得到越来越广泛的
应用。探地雷达除了常规的应用于路面结构层厚度检测外，还能够对路面内部结构的脱空、空洞、裂隙、沉陷和严重疏松等病害隐患进行探测，能够较全面的反映出路面内部结构技
术状况，具有实时连续、高精度、快速和无损等特点。
1 探地雷达检测原理
探地雷达是通过向地下发送一种高频宽带电磁波。电磁波在地下介质传播过程中，当
三维地质雷达在道路病害检测中的应用
三维地质雷达在道路病害检测中的应用
摘要：随着科技的发展，越来越多的新的物探技术方法运用到道路病害体的检测中，其中阵列式三维地质雷达技术在城市道路地下病害体探测领域发挥了重要作用。本文主要以近几年来道路检测中的工程实例，对地质雷达三维外业数据采集、资料处理等关键性步骤及效果进行了阐述。
关键词：三维地质雷达;道路病害检测;
引言
随着科学技术的发展，地质雷达也由原先的二维剖面采集方式发展为现在的三维空间采集方式，其探测覆盖面积更大，数据体更完整，信息量更全面，是近些年来道路病害体检测的主要方式。本文以车载阵列式三维地质雷达在工程中的实际应用，对三维地质雷达在道路检测方面特征及效果做详细阐述[1]。
1三维地质雷达探测原理
与二维地质雷达类似，地质雷达（GPR）通过向探测目标体发射高频（十几MHz-几千MHz）电磁波，接收其来自目标体界面的反射电磁波，根据电磁波传播原理，电磁波在介质中的传播速度v主要是由介质的介电常数ε决定。与光的传播类似，电磁波以时域形式穿过介电常数具有差异的介质时，会产生折射波与反射波，产生的反射波回波信号被接受天线接受，形成雷达影像图。最后经终端计算机对图像和反射波信号进行处理分析，推断出目标体在地下赋存的空间状态及深度（图1）。其传播旅行时计算公式如下:
。
电磁波在介质面的折射与反射特征，由折射系数T和反射系数R表示。电磁波垂直入射时，可由下式表示：
其中：、分别为上下介质的介电常数。
在实际工作中，探测空间介质并非完全满足介电极限条件，其探测深度与环境介质导电率σ和工作频率f 均呈反比关系。雷达探测分辨率与工作频率成正比关系，其纵向分辨率Δh 与横向分辨率Δx 分别为：
三维探地雷达技术在市政工程中的应用研究
三维探地雷达技术在市政工程中的应用研究
赵镨
【摘要】为了提高城市地下管线探测精度,对道路病害(尤其是空洞)进行提前预测,
及时治理,避免或大大减少管线事故和道路塌陷事故发生,我们开展了三维探地雷达
技术研究,并将其应用于城市地下管线探测、道路病害检测等市政工程领域.结果表明,由于三维探地雷达具有空间采样率高,成像准确,分辨能力强,解译技术手段丰富等优势,在城市地下管线探测、道路病害检测工作中应用效果显著.
【期刊名称】《城市地质》
【年(卷),期】2017(012)003
【总页数】5页(P100-104)
【关键词】三维探地雷达;管线探测;道路病害检测
【作者】赵镨
【作者单位】中国煤炭地质总局,北京 100038
【正文语种】中文
【中图分类】U418
近年来，城市道路塌陷事件频繁发生。北京、大连、哈尔滨、深圳、广州、南京、合肥、长沙、南宁、太原等都出现过城区道路塌陷事件，轻则影响交通，重则造成生命财产的重大损失。特别是近5年来，全国范围城市道路塌陷灾害开始进入集
中爆发期。因此有效防范和减少我国城市道路空洞塌陷灾害的发生，保护城市公众安全和城市的可持续和谐发展，道路空洞塌陷灾害的探测与防范治理已经刻不容缓。
探地雷达作为一种非破坏性的探测技术，可以安全地用于城市建设中的工程场地，并具有较高的探测精度和分辨率，目前已在管线探测、道路病害探测等领域广泛应用。三维探地雷达是近年来发展起来的一项新技术，可以进行高密度、快速无缝扫描。与二维探地雷达相比，具有海量数据、真三维归位、地下物体真实还原等优势。近年来的实践表明，其在管线探测、道路病害检测等领域，效果显著。
实时三维频率步进式探地雷达技术介绍及应用案例分析
实时三维频率步进式探地雷达技术介绍及应用案例分析
◆最快的步进频率雷达：利用数字频率信号源, 可以产生0.5-10 毫秒的扫描周期，一个同相接收机，使得整个扫描周期(一般为几个毫秒)100%可被有效利用。
◆天线阵技术，可容纳21个天线阵子：覆盖范围从100MHz 到3GHz。实际工作时，用户无需更换天线就可采集从100MHz 到3GHz频率的数据。
◆CMP（共中点）采集模式：这套系统可以设置为CMP（共中点）采集模式，可实时显示各层的厚度和对应的介电常数，并基于路基材料的介电常数与其密实度，含水量的相关曲线，评定路基质量。
◆空前的区域勘察速度(工作效率)：极其高的勘察效率和有效的采样方法使得 GeoScope TM采用2.4m天线阵可以以80km/h车速提供7.5×7.5cm网格完全三维图像。生产效率高达20亩/小时。
◆数据采集过程中的三维实时显示技术：浏览器即可调用采集数据，实现实时三维显示（包括横向剖面、纵向剖面，水平切面）。
◆软件处理能力超强：完整而快速的进行数据后处理，可加入注解及地理图像，且可以进行二次开发。
挪威3D-Radar公司成立于2001年，为国防、航空和安全高技术产品全球制造商——美国Chemring Sensors and Electronic Systems （Chemring SES）集团的子公司。3D-Radar公司拥有高质量三维雷达技术，从传统的脉冲信号雷达转为新的频率步进雷达，且具有丰富的GPR数据处理经验。
与市场上广泛使用的单通道脉冲式探地雷达系统相比，挪威3D-Radar公司的GeoScopeTM三维探地雷达系统具有如下特点：
探地雷达应用于地下空洞探测
塌 陷 深 度 (0,1) （1,2） (2,3) 范 围 ( m )
百分比/% 累计百分比 /% 23 23 35 58 13 71 (3,4) (4,5) (5,6) (6,7) (7,8) (8,12)
6 77
3 81
3 84
3 87
10 97
3 100
一、概述
2、创新使用探地雷达技术， 实现城市环境的道路空洞检测
目前，在上述城市的探测实践中，主要采用单通道或双通道探地雷达人 工拖动或车辆拖动的方式进行探测，这种方式显然难以满足城市道路空洞普 查的需求。原因如下： （1）由于城市环境尤其是地下空间的复杂性，既有空中的过街天桥、线缆、 交通信号横杆、广告牌，又有地下的人行横道、管线、函沟，还有由于经年 翻修形成的多变的道路结构，对雷达来讲，它们都会产生雷达干扰回波从而 形成复杂的雷达图像。 （2）由于空洞成因不同，演变机理多样，空洞形态呈现出规模大小不一，形 状不规则，无明显走向和延伸等特点。要从复杂的雷达图像中找出空洞，排 除人工设施干扰的话，最直接的方法就是从二者的走向和延伸形态上进行区 分判别。目前人工单通道探地雷达技术要判断目标的形态，必须对地面进行 多测线扫描探测，工作量大幅度增加，耗时费力，在探测方法上还有许多技 术要求。
面下方3m以内是路基载荷分布区，当空洞等病害进入这个深度
探地雷达在道路地下空洞探测中的应用
道 路地 下存 在空 洞 ，可 引起 明显 的介 电性 差 异 ，为探地 雷达 探测 工作 提 供 了前提条 件 。 常 ， 通 空洞 较之 周围介 质的 电阻率值 高 ， 相对 介电常数 小， 电磁波传 播速度 高 ， 电磁波强 度衰减 较慢 。 含水 空洞表 现为低 电阻率特 征 ， 相 对 介 电常数较 大 ，电磁 波传 播速度 较低 ，电磁波 强度衰 减较快 ，当空洞 塌陷 后 ，在洞 内形成 破碎 ，疏松 的堆积物 ，与周 围介 质的导 电性 ，介 电常数 及地 震 波传 播及 衰 减特性 同样具 有 不同 程度 的差 异 。 ３应 用实 倒 本次探 地 雷达 探测 道 路区 段 ，地下 土层 主要 为 卵石 堆积 物 ，由于 前期 多 次进行 暗挖施 工 ，且地 下水发 育 ，易形成 空洞 。 本 次探 测工 作，采 用美 国 Ｇ Ｓ Ｓ Ｉ公 司研发 的 Ｓ Ｒ ２ 型 探地 雷达 。天线 Ｉ一 ０ 主频 ：ＩＯＨ 。仪器 参数 ：分辨 率为 ５ ｓ ＯＭ ｚ ｐ ，记录 长度为 １０ ｓ ５ ｎ ，输 出数据格式 为 ８ ，扫描样 点数 为 ５ ２ ，扫描速 率 范围为 ６ 位 １个 ４扫描 ／ ，增益 范围为 一 秒 ２ ￣＋Ｏ ｄ 可调 ，滤波 高通 为 ２Ｍ ｚ ０ ｌＯ Ｂ ５Ｈ 、低通 为 ２０ Ｚ ０删 。 数 据采 集过 程 中 ，发 现异 常均 打 下标 记 ，记录 现场 位置 。在室 内将 野 外测量 数据传 输到计 算机 中， 据处理 采用 美国 ＧＳ 公 司专 门研发 的地质雷 数 ＳＩ 达数据 处理软 件 Ｒ ＤＮ ． ， 行 了数据编 辑、能量均 衡 、数字滤 波、偏 移处 Ａ Ａ ６０ 进 理 ，展 后 输 出探地 雷 达 时 间剖 面 图 。 本 区段道路 ，结构层 为 １ ｃ 路 厩沥青 、 ０ｍ ８ｍ ４ ｃ 灰石 路基 、３ｃ 灰 土层 。 ０ｍ 通 常根据 雷达反射 同相 轴的变 化来判 断地下 空洞 。探地雷 达剖面 ，纵轴显 示时 间，横轴显 示道路 位置 。 探地 雷达 图像显 示 ， ９ ５ ８ ｍ 在 ７ ￣９ ５ 区段 出现 异常 。 纵 轴 ２ ￣５ｎ 段 出现强 反射波 ，回波能 量明显增 强 ，８ ～１０ ｓ ５ ０ｓ ０ ２ ｎ 出现双 曲线反 射波 （ １。 白色 圆圈 区为异 常区域 。依据探地 雷达 图像 ，推测本 区段存 在 图 ） 较 大规模 的空洞 。 在道 路 实 际 位 置 圈定 异 常 区域 ，钻 孔 验 证 时 ， 出现 钻 头下 坠 ， 经测 量 ，钻孔 下方有 空洞 ６ 深 ，该洞 由于不 断的 内部塌 陷，直径 约为 ３ ， 内没 ｍ ｍ 洞 有任 何结构 和管线 ，全部 是 由松散 的沙粒和 卵石组 成，洞 的上方距 离地 面已 经只 有 ５ｃ 图２ ， ０ ｍ（ ） 非常危 险 。 作人 员对 洞 口进行 了扩宽 ， 工 共管注 了约 １ｍ ２ 的混 凝土 ，随后进 行沥青 面层摊 铺 ， 开展探 地雷达 复测 ， 认道路 安全后 ， 再 确 恢 复了交 通正常 通行 。 开挖 验 证 的地 下空 洞 ，证明 了探 地雷 达 探测 道路 地下 空 洞具有 良好 效
三维探地雷达技术在道路塌陷空洞探测中的应用
三维探地雷达技术在道路塌陷空洞探测中的应用
摘要：近年来，随着我国城市地下空间开发利用强度不断加大，城市浅层地质
稳定性造成一定程度的影响和破坏，导致我国许多城市道路地面塌陷事故不断发生，严重影响了人民群众生命财产安全和城市运行秩序。三维探地雷达是近年来
国外发展起来的一项新技术，在道路地下空洞检测、地下管线探测、工程质量检测、考古等领域应用，取得了良好的效果。文章对三维探地雷达技术在道路塌陷
空洞探测中的应用进行了研究分析，以供参考。
关键词：三维；探地雷达技术；道路塌陷；空洞探测
1前言
近年来，城市道路塌陷事件频繁发生。北京、大连、哈尔滨、深圳、广州、
南京、合肥、长沙、南宁、太原等近年来都出现过城区道路塌陷事件，轻则影响
交通，重则造成死伤，造成生命财产的重大损失。
2三维探地雷达探测系统
2.1工作原理
探地雷达是通过发射天线（T）向下发射超高频短脉冲电磁波，由接收天线（R）接收反射波，并根据其回波旅行时间t（又称双程走时）、幅度与波形资料，经过图像处理和解译，以确定地下界面或地下介质的空间分布。
2.2三维探地雷达
三维探地雷达是近年来发展的新技术，它采用三维阵列天线，将发射天线与
接收天线分离，交错等距排列，发射和接收天线可任意组合，实现剖面间距接近
天线中心频率的1/4波长这一理想状态。采集数据经专门的处理软件处理后可以
实现数据的无缝拼接，保证最终成果为一个完整的三维数据体。该成果可以在任
意方向上“切片”以反映异常的形态。
2.3三维探地雷达数据采集系统
三维探地雷达数据采集系统包括雷达阵列天线（集成主机）、GPS精确定位
道路塌陷空洞探测中三维探地雷达技术应用
道路塌陷空洞探测中三维探地雷达技术应用
发布时间：2021-03-15T01:33:24.761Z 来源：《中国科技人才》2021年第4期作者：李宇祥
[导读] 塌陷空洞事故在我国城市道路中频繁发生，在给人们的日常生活带来困扰的同时，也威胁着正常的交通运行。
云南新大成劳务派遣有限责任公司云南昆明 650021
摘要：塌陷空洞事故在我国城市道路中频繁发生，在给人们的日常生活带来困扰的同时，也威胁着正常的交通运行。道路空洞塌陷利用三维探地雷达（GPR）因具有高精度、高效率、实时成像等特点，经常被使用于道路塌陷探测中。本文通过深圳市宝安区象山大道、洲石路道路塌陷隐患勘察工作，该项目投入设备精良，技术要求严格，安全措施严密，施工流程合理，资料解释精细，解释成果可靠。
关键词：道路塌陷；空洞；三维探地雷达
引言
由于道路塌陷具有随机性、隐蔽性、重复性等特点，仅依靠人力监测等传统防治手段难有成效，多数情况下无法及时发现道路塌陷的前兆，其结果多是防不胜防，不能对道路塌陷进行有效防治。三维探地雷达法是雷达探测法的进阶与延伸，具体表现在三维雷达可以定量的给出塌陷空洞的三维数据，并能够通过对其数据进行处理与解释以确定塌陷空洞的立体空间分布，为后续的治理与防治工作提供参考。
1 工程概况
深圳宝安区，前海铁石片区洲石路沈海高速桥底-鹤州立交桥底和茅洲河片区象山大道象山大道与烟罗公路交叉口-南光高速两个工地都出现路面塌陷的问题。如：沈海高速桥底到鹤州立交桥底，近两年内沿排污管线发生近10次的路面塌陷（排污管埋深9m左右）。为彻查以上两条道路排污管网上方塌陷隐患，避免塌陷事故的发生，计划采用探地雷达以管线走向为中心线，沿管线方向进行道路路面检测，初步查明道路路面3m以内潜在的塌空病害区域。
城市道路塌陷病害探测标准化及行业现状研究
学术研讨城市道路塌陷病害探测标准化及行业现状研究
■ 苏 鹏1，2
（1.山东正元地球物理信息技术有限公司；2.正元地理信息集团股份有限公司）
摘 要：近年来，我国陆续开展城市道路塌陷病害探测工作，城市道路塌陷病害探测的技术标准也得到实施和发展，但尚处于起步和摸索阶段。城市道路塌陷病害探测技术标准，对推动我国城市道路塌陷病害探测行业健康有序发展起着关键性的作用。为推进城市道路塌陷病害探测标准体系的建设，本文在深入分析我国城市道路塌陷病害探测标准体系发展历程的基础上，系统总结了城市道路塌陷病害探测标准体系的研制经验和作用成效，剖析了目前国内城市道路塌陷事故、社会关注及行业发展现状，以及标准化工作面临的形势和需求，提出了城市道路塌陷标准化工作的发展思路，为促进城市道路塌陷探测行业的健康有序发展提供了指导和建议。
关键词：城市道路塌陷病害探测，标准化，道路塌陷事故
DOI编码：10.3969/j.issn.1002-5944.2024.08.011
Research on the Standardization for Detection of Urban Road Collapse
Diseases and Industry Status
SU Peng1，2
（1. Shandong Zhengyuan Geophysical Information Technology Co., Ltd.; 2. Zhengyuan Geomatics Group Co., Ltd.）Abstract:In the past decade, China has successively carried out the detection of urban road collapse diseases, and the technical standards for detecting urban road collapse diseases have also been implemented and developed in recent years, which are still in the initial and exploratory stage. The technical standards for detecting urban road collapse diseases play a crucial role in promoting the healthy and orderly development of China’s urban road collapse disease detection industry. In order to promote the progress of the standards system for the detection of urban road collapse diseases, based on an in-depth analysis of the development process of the standards system for the detection of urban road collapse diseases in China, this paper systematically summarizes the development experience and effectiveness of the standards system for the detection of urban road collapse diseases, analyzes the current situation of urban road collapse accidents, social attention, and industrial development in China, as well as the situation and needs faced by standardization work in this context. The development ideas for the standardization of urban road collapse have been proposed, providing guidance and suggestions for promoting the healthy and orderly development of the urban road collapse detection industry.
三维地质雷达在城市地下管线探测中的应用
三维地质雷达在城市地下管线探测中的
应用
摘要：三维地质雷达是地下探测工作中常用的机械设备，以三维地质雷达为
基础的地下探测技术具有非破坏性特征，因此被广泛应用到城市及工程现场的探
测工作当中。基于三维地质雷达的性能优势，本文将结合实际案例，分析三维地
质雷达在城市地下管线探测工作中的应用优势，并从三维地质雷达设备的应用要
点进行作业方法分析。
关键词：三维地质雷达；非破坏性探测；城市地下管线；技术要点
引言：为了保障城市地下管线系统的正常运行，避免管线系统设备出现破坏
性问题，相关部门通过全面落实地下管线探测工作，收集有关地下管线系统各个
测管线点的运行信息，最终制定维护城市地下管线运行的工作办法。在此过程中，为了保障城市地下管线探测的精度以及数据准确性，相关部门通过应用高频电磁
脉冲检测技术，在不破坏城市地下管道结构及周围环境设施的基础上，精准地探
查城市地下管线情况，而三维地质雷达设备则是该技术应用过程中的必备条件。
一、三维地质雷达在管线探测中的应用优势
在处理城市地下管线探测工作的过程中，相关人员必须要解决地下介质对探
测电磁波造成的影响，才能够保障探测结果的精度。从三维地质雷达设备的工作
原理来看，该设备能够通过将高频电磁波以宽频带短脉冲的方式，输送至目标地
点的地下位置，在穿过地下介质并达到目标体之后，电磁波能够经目标体的反射
返回地面，最终由接收天线，接收对应的探测信息。相比于常规的电磁探测技术
而言，三维地质雷达的电磁波传播速度（雷达波速）更高，受地下介质影响导致
的传播衰减系数明显更低。如表一所示，三维地质雷达电磁波在穿透阻断系数较
探地雷达在公路检测中的应用
探地雷达在公路检测中的应用
摘要：探地雷达是探测地下目标的无损探测技术，具有探测速度快、分辨率高、可连续探测、操作方面灵活、费用低等特点，在我国工程勘察中应用愈发广泛。
现就探地雷达勘探技术工作原理、测量参数以及探地雷达在公路检测中的应用展
开总结性分析，以提升业内同行对探地雷达的应用认知。
关键词：探地雷达；公路检测；工作原理；测量参数；应用
交通是国民经济发展中的基础产业，所谓“交通带来经济”，不仅提升了国民
生活水平，同时也加速了整个社会经济的发展。加强公路工程质量、运行状态的
检测，是维持我国公路建设发展的重要内容，同时也是确保交通安全的重要途径[1]。探地雷达技术的研发在公路检测工作中起到了重要作用，保障了公路工程质
量与公路工程的实时维修，减少了因质量引起的重大事故，现就探地雷达在公路
检测中的应用展开分析，提出几点对该技术的认识，为业内同行提供参考。
一、探地雷达勘探技术的应用原理
探地雷达（Ground Penetrating Radar，GPR）又被称为探测雷达、地下雷达、
地质雷达、脉冲雷达等，指的是面向地质勘探目标，借用高频脉冲电磁对地质目
标内部结构的探测方法，具有高精度、高效率、无损等特点。探测中通常具备发
射部分与接收部分，前者主要用于高频脉冲的产生与发射，而接收部分则由接收机、信号方法器、接收天线、信号处理等设备组成，主要借用电磁波对不同介质
的折射、绕射、反射、散射、吸收等物理现象完成检测，其应用机理主要为：借
助不同频率电磁波可随着不同介质传播速度差异性等特点，探地雷达通过向地下
探地雷达在公路路基缺陷检测中的应用
Ｂ
陷时 ， 图像会变得杂乱 ， 局部信号反射强烈 ， 可根据
上 述公式 初步 判定路 基病 害 的类 型 。
２ 探地 雷达在 公路 路基缺 陷检 测 中的应用
２ １ 工 程 示例 ．
【 探 地 宙 达 检 测 路 基 缺 陷工 作 原 理
由图 １可知 ， 磁波 在 Ｒ 、 Ｒ 表 面 都会 发 生 电 ｎＲ 、 反射， 由主机 记 录反射 时 间。当 能量 一 部分 被 Ｒ
Ｒ＝，—— 一￣ ２ ２ ， １ ／ ２ ，—１ ／ ／ 一、／ ／—— ｅ … ／ — ｌ ３ ３ ／ ， — ３ 一
一 ＝＝ 一
＋
。
＋
对 于传 统 的钻孔 取 芯 ， 既效 率 高 ， 有代 表 性 ， 了 又 能 解 全面情 况 ， 问题 得 到更彻底 的处 理 。 使
・
５ ８・
北 方 交 通
２ １ ０２
探 地 雷 达 在 公 路 路 基 缺 陷检 测 中 的应 用
张 瑶
１０ ６ ） １１６ （ 辽宁省公路勘测设计公司 ， 阳 沈
摘
要： 分析 了探地 雷达检 测路 基缺陷的原理 ， 结合工程 实例介 绍 了探地 雷达在公路路基缺 陷检 测 中的应用。
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探地雷达技术在道路检测中的应用_1
探地雷达技术在道路检测中的应用
发布时间：2023-03-16T02:20:50.698Z 来源：《城镇建设》2023年1期作者：贾周奇
[导读] 在经济的快速发展和“一带一路”的引领下，中国的铁路、公路建设得到迅猛发展，隧道工程施工也大幅增长。
贾周奇
西安建信市政工程质量检测有限公司陕西省西安市 710016
摘要：在经济的快速发展和“一带一路”的引领下，中国的铁路、公路建设得到迅猛发展，隧道工程施工也大幅增长。公路路面结构存在不同程度的损耗，为确保工程的使用安全，需要在不破坏路面结构的情况下检测其使用性能，主要检测内容包括路面厚度、路面病害情况以及路面现阶段性能，根据要求经研究决定采取探地雷达技术开展该工程路面检测工作。本文针对道路工程建设中的质量检测问题，提出基于探地雷达的道路检测程序、方法与要点，指出合理利用探地雷达技术能保证检测结果的真实性与可靠性，可用于质量综合评定等工作。
关键词：探地雷达技术；道路检测；应用
引言
在道路工程建设中与施工完成后都必须通过严格的检测来确定分部分项工程或整个工程的质量状况，在此基础上进行施工方案优化或针对具体问题和缺陷进行整改，从而从根本上保证道路工程的质量。探地雷达作为一项先进的无损检测技术，目前正广泛应用于道路检测领域。为了使探地雷达技术在道路检测领域发挥更好的作用和效果，本文深入研究该技术在道路检测领域的具体应用过程和方法。
1探地雷达简介
1.1探地雷达的组成
经过多年的发展，探地雷达技术在探测地下结构等领域已较为成熟，虽然在功能上可能存在某些区别，但大多数探地雷达系统的组成是类似的。三维探地雷达系统主要由雷达主机、外接天线、发射机和接收机等组成。
地质雷达和地震映像在城市空洞探测中的应用
为空洞顶部以上岩层地震波平均波速 (m/s)；L 为采集偏移距离 (m)。
4、测线布置
地质雷达法纵向测线：沿中线纵向布置一条测线，左右线洞顶
各布置一条测线，总计纵向布置三条测线，见图 10。横向测线：垂
来自百度文库
直隧道中线每间隔 20 米布置一条测线，测线始末端均在隧道边缘外
延 10 米。
发现异常情况，横纵测线均加密对称布置，线间距为 5 米。
关键词：探地雷达 ; 地震映像 ; 空洞探测 ; 城市物探
1、前言 近几年随着城市管线的老化及建设的快速推进，越来越多的管 线渗漏造成路面塌陷，极大的影响了人们的日常生活及出行安全。 塌陷前管线周边的病害体主要有不密实、富水、甚至形成一定规模 的空洞。
图 3 地面膨胀螺丝及钢筋等干扰及雷达图像 地震映像的优点：探测深度大、信息丰富，相对面波而言排列 短、效率高；缺点：人工震源能量不稳定，数据解释受解释人员经 验影响程度大。 3、方法原理 3.1 地质雷达法 地质雷达主机通过天线向媒质发射频率为数百兆赫的电磁波， 当电磁波遇到不同媒质的界面时便会发生反射，反射波返回地表面， 又被接收天线所接收 ( 发射与接收可为同一天线 )。此时雷达主机记 录下电磁波从发射到接收的双程旅行时 Δt。因为电磁波在地下的传 播速度 V 可由已知介质测定出来，所以可由深度 D=V·Δt/2 公式求 出地下异常体的深度。 在地质雷达法勘探中，电磁波通常被近似为均匀平面波。其传 播速度在高阻媒质中取决于媒质的相对介电常数 εr，即：
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三维探地雷达技术在道路塌陷空洞探测中的应用
发表时间：2018-12-24T16:51:45.220Z 来源：《基层建设》2018年第32期作者：倪国亮[导读] 摘要：近年来，随着我国城市地下空间开发利用强度不断加大，城市浅层地质稳定性造成一定程度的影响和破坏，导致我国许多城市道路地面塌陷事故不断发生，严重影响了人民群众生命财产安全和城市运行秩序。
朝阳华程公路工程试验检测有限公司辽宁朝阳 122000摘要：近年来，随着我国城市地下空间开发利用强度不断加大，城市浅层地质稳定性造成一定程度的影响和破坏，导致我国许多城市道路地面塌陷事故不断发生，严重影响了人民群众生命财产安全和城市运行秩序。三维探地雷达是近年来国外发展起来的一项新技术，在道路地下空洞检测、地下管线探测、工程质量检测、考古等领域应用，取得了良好的效果。文章对三维探地雷达技术在道路塌陷空洞探测
中的应用进行了研究分析，以供参考。
关键词：三维；探地雷达技术；道路塌陷；空洞探测 1前言
近年来，城市道路塌陷事件频繁发生。北京、大连、哈尔滨、深圳、广州、南京、合肥、长沙、南宁、太原等近年来都出现过城区道路塌陷事件，轻则影响交通，重则造成死伤，造成生命财产的重大损失。 2三维探地雷达探测系统 2.1工作原理
探地雷达是通过发射天线（T）向下发射超高频短脉冲电磁波，由接收天线（R）接收反射波，并根据其回波旅行时间t（又称双程走时）、幅度与波形资料，经过图像处理和解译，以确定地下界面或地下介质的空间分布。
2.2三维探地雷达
三维探地雷达是近年来发展的新技术，它采用三维阵列天线，将发射天线与接收天线分离，交错等距排列，发射和接收天线可任意组合，实现剖面间距接近天线中心频率的1/4波长这一理想状态。采集数据经专门的处理软件处理后可以实现数据的无缝拼接，保证最终成果为一个完整的三维数据体。该成果可以在任意方向上“切片”以反映异常的形态。
2.3三维探地雷达数据采集系统
三维探地雷达数据采集系统包括雷达阵列天线（集成主机）、GPS精确定位系统、控制中心、工程车等，将三维探地雷达图像、图像坐标位置、地表特征物、标记等多种数据信息同步采集，融入到原始数据中。该系统可对城市道路进行地毯式、全覆盖普查探测，得益于这种全新的数据采集模式，技术人员通过一幅幅雷达剖面，和不同方向的“切片”判断分析地下异常的位置、形态以及危害程度，并提出施工建议。
3三维探地雷达异常识别 3.1正常路面基层的标准雷达异常图像
由于路面为层状结构，每一层铺筑的材料具有一定的介电性差异，因此，对于正常路面基层的雷达异常图像的波相同相轴或色谱图将呈现为近水平线型展布，每一层内的信号强度基本一致，反映在图象上无明显变化。
3.2富水体
富水体的相对介电常数大于周边土体，随着含水量的增大，相对介电常数差异越大。雷达图谱通常为顶面反射信号能量较强，下部信号衰减明显，同相轴较连续、频率变化不明显。
3.3道路局部密实不均匀
路面基层内若存在局部密实不均（压实度，离析，湿度）必然会导致介电常数的不同，电磁波在此发生反射，地面可接收到相应的雷达剖面异常图像。这种密实不均体界面处引起的异常幅度一般变大，判断其边界的定性方法为：依据在不均匀体边界处有连续的反射波同相轴中断或弯曲分布，其波长变长，波幅明显变化，波组特征也发生明显变化。
3.4公路局部脱空或空洞
从理论上讲，在面层和基层结合密实区，层间反射弱，波形平缓、规则、无杂乱反射存在。当路面积水未及时排出时可能导致地表水下渗，使面层与基层之间逐渐疏松，局部甚至脱空或空洞。脱空、空洞的相对介电常数为1，与土体的相对介电常数（6～40）差异明显此时，层间介质的介电常数差异较大，依据雷达波反射界面与波的传播特性，反射界面明显、传播速度降低。空洞异常区雷达图谱通常为反射信号能量强，反射信号的频率、振幅、相位变化异常明显，下部多次反射波明显，边界可能伴随绕射现象。 4应用实例分析
4.1探地雷达数据采集
为全面了解上海某道路下方塌陷空洞的三维空间分布，利用三维探地雷达技术对塌陷区进行了三维探测。在道路表面布置了一个1.0m×0.5m的三维测网，平行路面布置了12条间距为0.5m的测线，垂直路面布置了11条间距为1.0m的测线，探测设备采用意大利IDS公司生产的RIS-K2型探地雷达系统；为兼顾探测深度和分辨率，本次探测采用400MHz屏蔽天线，采样点数为512个，时窗长度为100ns。为采集到高精度雷达数据，采用50m皮尺定点并采用自动叠加、连续扫描模式，每隔1m做一个标记，以修正天线移动速度不均匀引起的记录道的位置错位。
4.2数据处理
探地雷达数据处理是利用数学方法压制雷达剖面的噪声，提高电磁波信号的信噪比，获取与地下介质有关的速度、振幅、频率和相位等特征信息，从而为雷达剖面的地质解译提供高质量的雷达剖面。野外采集的原始雷达数据中来自地下塌陷位置的反射波非常微弱，加之采集现场运行的挖掘机、道路旁边的高压线使得采集的GPR数据包含大量噪声，因此需要经过处理才能压制噪声，提高反射波的信噪比，以利于雷达剖面的解释。数据处理主要采用零时校正、直流滤波、带通滤波、自动增益和时深转换。其中，零时校正主要是消除天线离地和天线延时的影响；直流滤波主要是切除电磁波中含有的直流成分；带通滤波的主要目的是消除地表环境如挖掘机、高压线工作产生的噪声影响；增益主要是补偿电磁波在地下介质中传播时衰减的能量；时深转换主要是将时间剖面转换为深度剖面。
4.3三维探测结果与分析
Y方向所有测线上的雷达剖面组成的三维雷达切片图。在深度1.0～2.0m内有近似水平的反射波组，同相轴清晰、连续，推断为回填土层与地基层的分界面；深度约0.3m处出现近似水平的反射波组，局部位置出现杂乱反射波，推断为混凝土层与回填土层的电磁波，混凝土层局部发生脱落现象；在深度约为0.5m处，X=0m，0.5m，1.0m，1.5m，2.0m，2.5m和3.0m处的测线上的雷达剖面上，水平位置0～5.0m处大都出现强烈的反射波且两端出现强烈绕射现象，反射波出现范围随X方向距离的增大而减少，说明塌陷空间范围随X方向距离的增大而减小；在深度约为0.5m处，水平位置7.5～9.0m出现强烈的反射波，反射波从X=0m的测线一直延伸至X=3.0m处的测线。X=3.5m，4.0m，4.5m 和5.0m时，测线上的雷达剖面上未见明显的起伏反射波出现，说明测线下方未出现塌陷现象；此外，在X=3.0m，3.5m，4.5m和5.0m处的雷达剖面上出现能量较强的水平反射波，且在整个深度上得到延伸，这是由于探地雷达天线受道路上的金属井盖产生的电磁波干扰所致。 X方向所有测线上的雷达剖面组成的三维雷达切片图。由图9可见，在深度约为0.5m处，Y=0m，1.0m，2.0m，3.0m，4.0m和5.0m处的测线上的雷达剖面上，水平位置0～3.0m处大都出现强烈的反射波且端点处出现强烈绕射现象，反射波出现范围随Y方向距离的增大而减少，说明塌陷空间范围随Y方向距离增大而减小；水平位置3.0～5.0m处未见明显的反射波出现，道路下方未发生塌陷现象。Y=6.0m，7.0m，8.0m，9.0m和10.0m处的测线上的雷达剖面上，水平位置0～3.0m未见强烈反射波出现，而在水平位置3.5～4.5m处出现强烈的双曲线反射波，反射波能量随Y方向距离的增大而增大，说明该处出现了塌陷现象。此外，在Y=2.0m和6.0m的测线上的雷达剖面上出现能量较强的水平反射波，如黄色框所示，且在整个深度上延伸。这是由于探地雷达天线受到道路上的金属井盖产生的电磁波干扰所致。 5结束语
由此可见，探地雷达三维探测技术可实现道路塌陷空洞三维探测的可视化和定量化，使塌陷空洞的位置反映更直观、解译更准确，大大地克服了二维雷达探测的局限性，并可根据道路塌陷空洞的分布位置、形态及大小评估道路的危险程度。参考文献：
［1］钟世航，孙宏志，杨峰，刘杰.探地雷达地质探查及检测技术［M］.上海：上游科技出版社，2016. ［2］曾昭发，刘四新，冯晅.探地雷达理论与应用［M］.北京：电子工业出版社，