基于GPR的路基土介电常数模型优化研究

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【国家自然科学基金】_探地雷达(gpr)_基金支持热词逐年推荐_【万方软件创新助手】_20140731

科研热词推荐指数探地雷达 11 高阶fdtd 1 高分辨率信息处理技术 1 高分辨率 1 非平稳滤波 1 震裂变形 1 随机孔径 1 铁路病害 1 采空区 1 遥感数据 1 速度模型 1 超宽带(uwb) 1 蝶形天线 1 背腔 1 系统响应 1 精细探测 1 目标入射角 1 深部特征 1 淤泥层厚度 1 测量矩阵 1 波速估计 1 水深 1 正演模拟 1 横向变波速 1 时域有限差分 1 数值模拟 1 探槽开挖 1 探地雷达(gpr) 1 强电磁干扰 1 差分gps 1 多视处理 1 地质雷达 1 地层频谱校正 1 喜马拉雅山 1 吸波材料 1 含水量 1 合成孔径成像 1 反褶积 1 反射图像 1 双曲线特征 1 压缩感知 1 单轴各向异性完全匹配层 1 前视探地雷达 1 冰量 1 冰川面积 1 冰川变化 1 介电常数模型 1 交替方向隐式有限差分法 1 二维正演模拟 1 不饱和砂土 1 三维正演模拟 1 upml吸收边界 1
推荐指数 7 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1
2010年序号 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 41 42 43 44 45 46 47 48 49 50 51 52
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推荐指数 8 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1
2009年序号 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28

利用探地雷达频谱反演层状介质几何与电性参数

利用探地雷达频谱反演层状介质几何与电性参数黄忠来;张建中【摘要】通过对地下层状介质探地雷达(GPR)回波广义反射系数的奇偶分解,建立了联系GPR反射系数序列频谱与介质几何参数、电性参数的代价函数,这些介质参数包括地下反射面的深度、层厚度以及各层的介电常数和电导率,从而提出了一种由GPR频谱同时估算地下介质多参数的全局优化反演方法.为了对多参数全局优化算法给出一个合理的参数初值,研究了不同参数对反射系数序列频谱属性的影响规律,提出了利用不同频谱属性分别估算不同参数的分步反演方法,以分步反演方法得到的结果作为多参数全局优化反演的初值,可以极大地提高反演计算的效率和反演结果的可靠性.用理论模型合成数据和GPR公路检测数据对本文方法进行了测试,结果表明本文方法效果良好,具有较高的分辨率,能较好的给出厚度小于调谐厚度的薄层的深度、厚度和介电常数等参数.【期刊名称】《地球物理学报》【年(卷),期】2013(056)004【总页数】11页(P1381-1391)【关键词】层状介质;探地雷达;频谱反演;广义反射系数【作者】黄忠来;张建中【作者单位】厦门大学信息科学与技术学院,厦门 361005;中国海洋大学海洋地球科学学院,青岛266100【正文语种】中文【中图分类】P6311 引言探地雷达（GPR）具有分辨率高、无损、快速等优点，是探测近地表介质的主要技术之一.利用GPR，不仅可以得到地层的埋深和厚度，也可以获取地下反射面的反射系数以及地层的介电常数和电导率等参数，为此，人们在正演［1－4］和反演方面［5－9］做了很多研究.目前层状介质参数的反演方法大体可分为时域反演和频域反演两类.在时域反演算法中，Chien等［10］利用地震勘探中的共中心点方法（CMP），求取地下两层介质的厚度和介电常数，张蓓［11］根据路面层状结构，在时域对探地雷达波进行反演，得到层的复介电常数和厚度，但是这两种方法都要求在时域能够分辨出不同反射层的回波；另一些算法则要求有先验信息作为基础，如Huang等［12］采用参数校验方法，通过在介电常数计算式中引入校验参数来求取水平路基的层厚和介电常数，但需要事先利用钻孔得到地下介质的有关参数.在频域反演方面，通过建立频域正演模型，不断改变模型参数，使模型计算的回波频谱与实际数据频谱一致，获取地层的厚度和电性参数.Qin等［13］通过求取电磁波在层状介质中的传输函数，反演地层的厚度和广义反射系数，但不能求得地层的电性参数；Minet以及 Lambot等［14－16］利用 Green函数建立目标函数，反演厚度和电性参数，但参数过多时，只有给出目标层的先验信息后才能取得较好的结果.谱反演算法［17］是最近提出的利用地震记录的频谱，反演地层深度、厚度和反射系数的新方法.与时域反演方法相比，谱反演算法对薄层（如油气储层）有较强的适应性.本文在谱反演算法［17］的基础上，结合电磁波在层状介质中的传播规律和GPR信号频谱特征，提出了一种利用地下层状介质GPR回波信号频谱，同时估算介质几何参数和电性参数的频域反演算法；通过分析模型参数对GPR频谱的影响规律，提出了分别单独估计一个或几个参数的分步反演方法，并以此结果作为进一步同时反演所有参数的初始值.最后，用理论模型的模拟数据和实测数据对方法进行了测试.2 频谱反演方法原理GPR 测量目标往往处于天线场远区［18－19］，且GPR多发射高频电磁脉冲.利用傅里叶变换，电磁脉冲可以分解为一系列不同频率的谐波，而这些谐波的传播都可以近似为平面波的传播形式.可见GPR的理论基础是平面波在介质中的传播规律［20］.因此，本文将雷达波作为平面波处理.对于GPR发射的电磁波来说，地下介质实际上是非理想的有耗介质，电磁波在传播时会逐渐衰减，影响传播的因素除了反射系数、透射系数外还有衰减常数.当介质为非理想介质时，电导率σ≠0，等效介电常数为复数，此时波数传播常量的定义为［21］其中，为衰减常数，单位为Np/m，表示电磁波在传播1m后单位振幅衰减至为相位常数，单位为rad/m，表示波传播1m后的相移；ε为介电常数，σ为电导率，ω为角频率.对于理想介质，σ＝0，则图1 探地雷达波在地下传播路径示意图Fig.1 Propagation path of GPR wave in layered media图1所示的是包含4个反射系数的5层介质模型，虚线表示地面，其z轴坐标定为0，地下第i个反射层的深度用di表示，从上到下各层的介电常数分别为ε1、ε2、ε3 和ε4，各层电导率分别为σ1、σ2、σ3 和σ4，空气的介电常数为ε0，电导率为σ0.w（t）为雷达发射波，w0（t）、w1（t）、w2（t）、w3（t）和w4（t）分别是在地表和地下各反射面的一次反射回波.这里，我们假设介质为非磁性介质，并仅考虑雷达波入射角接近0°，即单天线形式（Monostatic mode）雷达或发射天线和接收天线之间的距离很小的情况.为清晰起见，图中将入射波角度放大，并将回波路径分开表示.第i层和i＋1层之间反射面的反射系数ri，i＋1和透射系数τi，i＋1分别为［22－23］：且τi，i＋1 ＝1＋ri，i＋1.定义广义反射系数为各反射回波与雷达发射波的电场强度之比，则地下第一个反射界面的广义反射系数为第二个反射界面的广义反射系数为以此类推，第i个广义反射系数为式中，zi为波在第i层单向传播的距离，α0＝0.可以看到，广义反射系数是电磁波在介质中传播距离以及介质电性参数的函数.定义了广义反射系数后，我们构造用于反演目标层深度、厚度以及电性参数的代价函数.以下考虑地下含有两个水平反射界面的三层介质情况，如图2a所示.若上、下广义反射系数分别为r1和r2，将地面作为时间零点，上界面到地面的时间距离为t0，下界面到地面的时间距离为t1，中间层的时间厚度图2 三层介质反射系数模型Fig.2 Reflection coefficients of a three－layer model为T，则反射系数序列可以表示为如果将分析窗口的时间零点放在中间层的中点位置，那么反射系数序列的表达式变为对上式进行傅里叶变换，得到该反射系数序列的频谱：将它表示成三角函数形式：令re ＝（r1 ＋r2）/2，ro ＝（r1－r2）/2，则［17］：其中， 2rosin（πfT）分别是实部和虚部.从定义式可以看出re和ro分别是对进行奇偶分解后所得的偶分量和奇分量［17］，如图2（b，c）所示.实际上，分析窗口的时间零点很难正好位于两反射系数的中点，因此，在式（11）的基础上导出窗口零点位置不在反射系数对中点的代价函数.当时间零点位置在地面时，反射系数序列r（t）为容易看出，其频谱为其实部和虚部分别为若雷达发射子波频谱为w（f），接收到的反射回波频谱为s（f），则地下介质的反射系数序列的频谱为用雷达记录反射系数序列实部和虚部分别与褶积模型反射系数序列实部和虚部之差的绝对值之和，定义的代价函数为其中，abs表示绝对值；fH和fL分别是所用频谱的频率上限和下限，将根据实际数据中所含噪声的分布情况确定，即尽量选取噪声较少的频带.该代价函数的未知量包括目标层上反射面的时间位置t0，目标层的时间厚度T，广义反射系数对的偶分量re和奇分量ro.由于广义反射系数是电性参数的函数，把代价函数中的广义反射系数奇、偶分量用电性参数替换，此时代价函数可表示成O（ε1，ε2，…，εn，σ1，σ2，…σn，t0，T）.通过求解代价函数的最小值问题，就可以得到地下各层的时间位置、厚度和电性参数，从而实现地下介质几何参数和电性参数的同时反演.3 反演问题的解法3.1 全局优化算法对于求解像（17）式的多参数代价函数的极小值问题，我们采用在模拟退火算法上改进的随机爬山法［24］.算法步骤为（1）产生初始未知参数向量X＝｛x1，x2，…，xi，…，xN｝.每个参数的值可以在规定的范围内随机生成，也可以根据先验信息给定.记初始参数向量对应的代价函数为O.（2）在｛x1，x2，…，xi，…，xN｝中随机选取一个参数进行修改.例如选取的是第i个变量xi，则修改后xi变为，且＝xi＋sign·d·rand.sign是随机选取的正负符号，－1或1.rand为0～1之间的随机数，d为修改步长，用以控制修改参数的速度和精度.对于本文的几何和电性参数，需给定不同的d值.（3）用修改后的参数代替xi，产生新的参数向量＝｛x1，x2，…，，…，xN｝，它对应的代价函数为.（4）若＜O，则接受本次对参数进行的修改；否则不接受修改，继续随机选择下一个变量.重复（2）到（4）的操作，直到最后计算出的代价函数值满足收敛条件，或者迭代次数超过设定值为止.每次修改时的步长d不是固定的，开始时为了加快收敛速度，步长可以取得较大，在算法的结果不再明显变化后，逐渐减小d，从而提高每次修改的精度.3.2 分步反演方法通过分析有关参数与GPR回波信号频谱之间的变化特征，提出了分别确定未知参数的分步反演方法.考察广义反射系数序列的频谱：其幅度谱为对上式求导并令导数为0，即，解之得f表示幅度谱极大值点和极小值点的频率，这些极大值点和极小值点分别是周期性分布的，相邻极小值点频率之差，即幅度谱凹陷周期为（22）式表明，幅度谱凹陷周期由时间厚度T决定，而与其它参数无关.例如当T 分别取T1＝6.67ns和T2＝3.33ns，其它参数保持不变时，幅度谱凹陷周期分别为Δf1＝150MHz和Δf2＝300MHz，如图3所示.利用这一点，我们就可以在不考虑其它参数的情况下，仅利用反射系序列幅度谱凹陷周期来确定T.当层的厚度很小时，反射系数幅度谱凹陷周期将很大，若超出所设定的反演频带，就不能使用（22）式估算T.这时，可以找出幅度谱的第一个极大值点频率，峰值频率fp，再利用（21）式估算T，在式（21）中令n＝2，即得到T＝1/（2fp）.从（21）和（22）式可以看出，随着层厚度的减小，反射系数幅度谱的第一个峰值频率和幅度谱凹陷周期将不断增大.即使当层厚度小于调谐厚度时，反射系数幅度谱也有这样明显的变化规律，从而可以利用频谱分辨或反演小于调谐厚度的薄层. 图3 幅度谱凹陷周期与层时间厚度T的关系Fig.3 Relationship betweenamplitude spectral notches period and layer′s temporal thic kness T将相位谱分为两个部分，第一部分不包含参数t，第二部分不包含反射系数的奇偶分量：其中，由于ro/re与频率f无关，所以相位谱∠r（f）随频率f变化的快慢由t0和T决定，且θ1随频率f的变化速度比θ2慢2πft0.当T按上述方法被确定后，就可以利用相位谱的变化快慢估算t0.为说明ro/re对于相位谱的影响，我们随机给定一组参数向量，并使其它参数保持不变，只改变ro/re的值，相应的相位谱如图4所示.Δf是相位发生跳变前持续的频率间隔，基本不随ro/re 变化，这说明ro/re 比值主要影响相位谱的幅值，而对相位谱变化快慢的影响很小.这样，在确定T参数后，就可以单独估算t0.图4 相位谱随ro/re值的变化Fig.4 Variation of phase spectrum with the value of ro/re考察相位谱中不含参数t0的项θ1.由式（3）可以得，当地下有三层介质时，由于r1和r2只与介电常数有关，α2由第i＋2层介质的电导率以及介电常数决定，z2由T以及第2层的介电常数决定.即当T和t0被确定以后，影响相位谱的只有3层的介电常数和第2层的电导率.这样，仅利用相位谱就可以反演三个介电常数和中间层的电导率.通过上面分析可知，不同参数对反射系数序列频谱的影响是不同的.T单独决定了幅度谱凹陷周期大小，t0和T共同影响相位谱的变化快慢，t0和各层的介电常数以及中间层电导率则完全确定了相位谱.因此，可以这样分别确定这些参数：首先根据幅度谱的凹陷周期确定厚度参数T，再根据相位谱的变化速度反演时间位置参数t0，然后根据相位谱反演3层的介电常数和中间层的电导率，最后反演上层的电导率.采用随机爬山法分别反演t0、三个介电常数以及中间层电导率.这里用理论数据来说明分步求取参数的有效性.图5和图6中的实线是利用正确参数向量生成的反射系数序列的频谱；点线是利用估算的参数向量生成的反射系数序列的频谱.其中，图5（a，b）中的点线分别是由随机生成的一组参数向量计算出的反射系数序列频谱的幅度谱和相位谱，与理论频谱相差较大；图5c中点线是利用幅度谱凹陷周期估计T后计算的振幅谱.可以看到在其它参数保持为原随机生成的参数值的情况下，估算的T使幅度谱凹陷周期与理论一致，当然相位谱仍然相差很大，如图5d所示.图6（a，b）中的点线是在图5估算的T的基础上，利用相位谱估算t0，且其它参数不变时计算的幅度谱和相位谱.可以看出，估算的t0值使相位谱更接近理论值，且t0的改变并不影响幅度谱的凹陷周期.图6（c，d）中的点线是由前面确定的T和t0值以及继续反演三层的介电常数以及中间层的电导率后计算的幅度谱和相位谱，这时计算的频谱与理论频谱基本一致，其小的差别是因为上层的电导率没有估算而随机选取的缘故.可以看出，这样求出的介质参数值与理论参数值比较接近，计算的频谱也与理论频谱比较接近.这种分步求取参数的好处是可以极大地减少每次反演的未知量个数，降低收敛到局部最小值的几率，提高运算效率和反演结果的可靠性.特别是能为在没有先验信息情况下的多参数全局优化算法提供接近真解的初值.4 实验例子分别利用理论模型合成数据和实测资料对本文方法进行了测试和应用.理论模型采用楔形目标模型，以测试反演方法对不同厚度目标层的有效性.实测资料是收集到的公路路面GPR检测数据.4.1 理论模型实验使用GPRMax［25］建立了楔形目标层模型并合成了理论GPR数据.发射雷克子波中心频率为300MHz；上中下三层的介电常数ε1、ε2和ε3分别为9、16和9，电导率σ1、σ2 和σ3 分别为0.02、0.01和0.02；楔形层上界面的反射系数为－0.25，下界面反射系数为0.25；楔形层上界面距离地表0.38m，楔形层的最大厚度为0.125m，是雷达发射波在楔形中波长的1/2，1/4波长的调谐厚度位于第25道处.模型及楔形层上下反射面位置、楔形厚度以及各层电性参数的反演结果如图7和图8所示.可以看到，当目标厚度小于调谐厚度时，依然可以得到正确的反演结果.现在以模型第35道为例，说明采用分步反演结果作为初始值的效果.图9给出了分别采用不同初始值时，代价函数随迭代次数的变化.实线为初始值采用分步反演结果，当迭代次数为1200次时就已收敛，对应的代价函数值是0.2834；点划线的初值是随机生成的，当迭代次数超过2500时才收敛，对应的代价函数是0.4269.显然，用分步反演结果作为初值时，反演收敛得更快且收敛于更小的代价函数值.表1列出了参数理论值、用作初值的分步反演结果和同时反演结果，图10是用该反演结果计算的幅度谱（a）及相位谱（b）与理论频谱之间的对比.从上述反演结果可以看到，当楔形层的厚度大于1/8波长（即图7中第37道位置）时，本文方法可以给出较准确的上反射面时间位置和楔形层的时间厚度，电性参数也基本都在理论值附近；当楔形层厚度小于1/8波长后，反演结果误差较大.总的来说，深度和厚度参数的反演结果优于电性参数的结果.对目标层的时间厚度T的反演较准确，这是因为幅度谱凹陷周期大小主要与它相关，而与其它参数的联系不密切，分步反演给出了非常接近真值的初始值.同样，使用与反射面位置参数t0相关而与其它参数不相关的相位谱属性，使t0的反演结果也比较准确.介电常数既影响相位谱，又影响幅度谱.当需要反演的介电常数个数较多时，反演结果就容易陷入局部最优，这也是介电常数的反演结果没有T和t0结果准确的主要原因.相比之下，电导率反演结果不够准确，因为它决定雷达波的衰减程度，主要体现在雷达信号的幅值变化上，但幅值不仅与电导率有关，还与反射面上、下介电常数的差值以及层厚度有关系.表1 采用分步反演数据为初始值的参数反演结果Table 1 Parameter results of inversion starting with initial values given by the staged inversion method 为了进一步说明本文分步反演方法的性能，将本文方法与参考文献［11］中的频域反演方法做了比较.文献［11］中的方法是针对地下三层介质，在地下第一层介质厚度、介电常数和电导率已知的情况下，反演第二层厚度和两个反射界面的广义反射系数.因此，设计了中间有一薄层的三层模型.第一层厚度为40cm，中间薄层厚度为3cm，约为电磁波在层中波长的1/7.从上到下三层的相对介电常数分别是9，25，9，电导率为0.02，0.01，0.02.发射天线中心频率为300MHz.分二种情况对这两种方法进行比较：方案一是按照文献［11］方法已知第一层的厚度和电性参数，随机给定其余参数的初值进行反演；方案二是随机给定包括第一层介质参数的所有参数的初值进行反演.两种方法反演过程的代价函数随迭代次数的变化曲线如图11所示，反演出的中间薄层的厚度见表2.可以看出，当第一层的厚度和电性参数已知时，两种反演方法都能很快收敛，且反演结果与理论值误差较小.当所有参数初始值随机选取时，两种方法达到收敛所需要的迭代次数增加，本文方法大约在迭代1200次时收敛，这时反演的薄层厚度与理论值的误差为0.26cm，文献［11］方法则大约在迭代2300次时才收敛，且代价函数仍然比前者大很多，反演的薄层厚度与理论值的误差为0.35cm.可见，在没有先验信息获得较好初值的情况下，本文的分步反演方法可以提高反演精度和效率.表2 用两种方法反演薄层厚度（单位：cm）Table 2 Thin－layer thickness inverted using the two algorithms4.2 实际资料应用图11 两种反演方法代价函数随迭代次数的变化Fig.11 Cost functions versus iteration number for the two algorithms实线表示初始参数接近理论值的本文方法结果；点划线为随机取初值的本文方法结果；点线为初始参数接近理论值的文献［11］方法结果；点线为随机取初值时的文献［11］方法结果.右上方框中曲线是对左下角曲线的放大.Iteration result of the inversion algorithm introduced in this paper is drawn with solid line and parameters are initialized with values close to true ones；result of algorithm of this paper with randomly initialized parameters is drawn with dot－dashed line；result of algorithm of［11］with initial parameters close to true ones is drawn in dot line；result of algorithm of ［11］with randomly initialized parameters is drawn in dash line.第一个实测GPR数据来自广东某公路的混凝土路面检测资料.公路设计为水泥稳定碎石基层加水泥混凝土路面，采用C30混凝土，水泥层设计厚度为26cm，基层设计厚度为22cm.通常水泥层介电常数为5.5，电导率约为0.01～0.05；碎石介电常数约为5～15，电导率为3～20.实际钻芯位置在K0＋000－K1＋000处，钻探显示水泥的平均厚度为23cm.GPR天线发射频率为900MHz，每道采样时间长度为15ns，采集512个数据.图12是GPR实测数据剖面及反演结果，其中介电常数分别为4、6.5和15，电导率分别为0.01和0.025，把时间单位换算成长度单位，水泥层的平均厚度为24cm，基层平均厚度为21cm，反演结果与钻探结果基本一致，但水泥层厚度却略小于原设计厚度，也说明施工的水泥层厚度略微不够. 为了验证本文反演算法对于薄层的效果，我们收集了某沥青公路的GPR数据.雷达天线发射频率900MHz，每道采样时间长度为15ns，采集512个数据.雷达波在沥青中的波长大约为0.167m，沥青层上面层的厚度为0.04m，略小于1/4波长，因此可以被视为薄层.在时域剖面图上，沥青上面层的下底面回波与地表回波叠加在一起，很难对两者做出区分，而本文的频谱反演算法能给出沥青上层面的厚度.图13为第600道数据的上面层回波反射系数幅度谱，由于该层厚度小，难以确定幅度谱凹陷周期，但可以获取幅度谱的第一个峰值频率fp为940MHz，根据式（21）得到T 的初值为0.53ns，约0.041m.通过全局优化反演后得到该段沥青路面的上面层和下面层的深度和厚度如图14所示，其中反演的从上至下各层的平均相对介电常数的分别为0.83、5.3和3.8，平均电导率分别为6×10－6和0.005. 图12 某混凝土公路检测的GPR剖面（a）及反演结果（b）Fig.12 GPR profile from a highway detection and corresponding inversion result图13 实际反射系数幅度谱和根据反演模型计算的幅度谱Fig.13 GPR amplitude spectra obtained from measured data and calculated using inversion model，respectively黑色实线为实际幅度谱，黑色点划线为生成的幅度谱.Solid line is amplitude spectrum measured and dot－dashed line is that calculated.5 结论通过对电磁波在层状介质中的传播规律和单天线模式或发射天线与接收天线间距很小时的GPR信号频谱特征的研究，基于地下层状介质GPR回波信号频谱及全局优化算法，提出了一种同时估算介质几何参数和电性参数的频域反演方法.理论模型和实际资料测试结果表明，该方法效果良好，具有较高的分辨率，对厚度为1/8发射脉冲波长左右的薄层介质仍有较好结果，而且对几何参数的反演精度优于对电性参数的反演.地下层状介质的不同参数对于反射系数序列频谱属性的影响不同.如目标层时间厚度决定了幅度谱凹陷周期的大小，目标层时间厚度和上顶界面时间位置决定相位谱的变化快慢，上顶界面时间位置和各层的介电常数以及中间层电导率共同影响相位谱.据此，我们提出了利用不同的频谱属性分别估算不同未知参量的分步反演方法.以该分步反演结果作为全局优化反演的初值，可以大大提高反演的收敛速度和反演结果的可靠性.图14 某沥青路面的GPR剖面（a）及反演结果（b）Fig.14 GPR profile of asphalt pavement and corresponding inversion result参考文献（References）［1］冯德山，张彬，戴前伟等.基于速度估计的改进型线性变换有限差分偏移在探地雷达中的应用.地球物理学报，2011，54（5）：1340－1347.Feng D S，Zhang B，Dai Q W，et al.The application of the improved linear transformation of finite difference migration based on the velocity estimation in the GPR date processing.Chinese J.Geophys.（in Chinese），2011，54（5）：1340－1347.［2］冯晅，邹立龙，刘财等.全极化探地雷达正演模拟.地球物理学报，2011，54（2）：349－357.Feng X，Zou L L，Liu C，et al.Forward modeling for fullpolarimetric ground penetrating radar.Chinese J.Geophys.（in Chinese），2011，54（2）：349－357.［3］田钢，林金鑫，王帮兵等.探地雷达地面以上物体反射干扰特征模拟和分析.地球物理学报，2011，54（10）：2639－2651.Tian G，Lin J X，Wang B B，et al.Simulation and analysis reflections interference from above surfaceobjects of ground penetrating radar.Chinese J.Geophys.（in Chinese），2011，54（10）：2639－2651.［4］ Huang Y Q，Zhang J Z，Liu Q H.Three－dimensional GPR ray tracing based on wavefront expansion with irregular cells.IEEE Transactions on Geoscience and Remote Sensing，2011，49（2）：679－687.［5］ Huang Y Q，Liu Y H，Liu Q H，et al.Improved 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GPR与TSP法在下沈家隧道地质超前预报中的应用研究

经传输光纤传到雷达主机，反射波信号在主机中经过整形
和放大等处理后，从显示器中以彩色堆积图、灰度堆积图
本原理和特点，数据采集、分析处理及探测结论与开挖后地质情况的对比。这两种方法在该隧道地质超前预报中的综合应用，确保隧道的安全持续挖进，也为施工工艺、合
厘
譬
图２探测剖面反射波波形堆积图
地质结构灾害和地下水灾害隐患探测以及地质灾害评估；在公路工程中，主要用于公路路面厚度检测、公路路面密实度、公路路面与路基病害调查。在隧道工程中，地质雷
２１年第２期０１
第３７卷总第１０期６
！ＳｃｎＪ材ｒｉ以曰Ｉ疝Ａ１ｈｆｆｃ
２１年４月０１
・１７・
ＧＲ与ＴＰ法在下沈家隧道地质超前预报中的应用研究ＰＳ
刘聪明
（中交一航局铁路工程分公司，天津
ＬＴＳＰ２
１２１ＴＰ的发展应用情况简介．．ＳＴＰ超前预报系统专门为隧道地质超前预报设计，对Ｓ隧道施工、地下矿藏和洞穴开挖都能提供有效帮助。在兰新铁路乌鞘岭隧道的施工中，参战的各工程局陆续引进ＴＰ隧道地质超前预报仪，形成了ＴＰ隧道地质超前预报ＳＳ仪在乌鞘岭隧道施工地质预报的会战，真正起到了为隧道施工服务的作用。在本次兰新铁路第二双线的修建中，ＴＰＳ隧道地质超前预报仪也发挥了重要作用。

基于三维探地雷达的路面病害智能感知的修复方案决策

doi: 10.3969/j.issn.1673-6478.2023.03.005基于三维探地雷达的路面病害智能感知的修复方案决策程俭廷1,2，刘澳3，王身宁2，贾朋涛2（1. 广州市道路研究院有限公司，广东广州510000；2. 广州诚安路桥检测有限公司，广东广州510000；3. 华东交通大学土木建筑学院，江西南昌330013）摘要：沥青路面拥有行车舒适性高、行车噪音小、施工养护较为简便等诸多优点。

但是有关调查表明，沥青路面在建成后2到3年容易出现诸如裂缝、离析、层间黏结不良、车辙等形式的损坏。

然而，由于路面病害结构的复杂性与隐蔽性，传统的检测技术难以适应当前道路建设的发展。

三维探地雷达作为一种新型无损检测设备，兼顾无损、高效、精确、连续和数据处理简单的特点。

基于此，为更加精准快速地检测沥青路面病害，掌握三维探地雷达的使用方法，本文选取樟吉高速公路与昌金高速公路共约6km的路段作为实验路段，采用三维探地雷达进行检测，分析雷达检测图像与检测数据，并统计检测路段各类病害，作出最合适的养护设计。

研究表明，根据三维探地雷达检测图像，可以很好地判别裂缝、修补、脱空、层间黏结不良和混合料离析五类病害。

根据路面病害统计结果，结合项目背景、原设计与施工情况，可以提出具有针对性的路面病害养护设计方案。

关键词：沥青路面；三维探地雷达；无损病害检测；养护方案设计中图分类号：U416.2 文献标识码：A 文章编号：1673-6478（2023）03-0023-06 High-speed Pavement Maintenance Program Design Based on 3DGround-penetrating RadarCHENG Jianting1,2, LIU Ao3, WANG Shenning2, JIA Pengtao2(1. Guangzhou Road Research Institute Co., Ltd., Guangzhou Guangdong 510000, China; 2. Guangzhou Cheng'an Testing Ltd. of Highway & Bridge, Guangzhou Guangdong 510000, China; 3. School of Civil Engineering and Architecture, East China Jiaotong University, Nanchang Jiangxi 330013, China)Abstract: Asphalt pavement has many advantages such as high driving comfort, low traffic noise, and relatively easy construction and maintenance. However, surveys have shown that asphalt pavements are prone to damage in the form of cracks, segregation, poor interlayer bonding, rutting in 2 to 3 years after completion. However, due to the complexity and concealment of pavement disease structure, the traditional detection technology is difficult to adapt to the current development of road construction. As a new type of nondestructive testing equipment, 3D ground search radar takes into account the characteristics of nondestructive, efficient, accurate, continuous and simple data processing. Based on this, in order to detect asphalt pavement diseases more accurately and quickly, and to master the use of three-dimensional ground-penetrating radar, a total of about 10km section of Zhangji Expressway and Changjin Expressway was selected as a test section, and three-dimensional ground-penetrating radar was used to analyze the radar detection images and detection data, and statistical detection of various types of roadway diseases to make the 收稿日期：2023-02-20作者简介：程俭廷（1981-）男，广东佛山人，硕士，高级工程师，从事公路检测工作.（）24交通节能与环保第19卷most suitable maintenance design. The study shows that according to the 3D ground-penetrating radar detection images, five types of diseases including cracks, repairs, debonding, poor interlayer bonding and mixture segregation can be well discerned. Based on the statistical results of pavement diseases, original design and construction, a targeted design for pavement disease maintenance can be proposed.Key words: asphalt pavement; 3D ground-penetrating radar; non-destructive disease detection; maintenance program design0引言沥青路面拥有行车舒适性高、噪音小、施工养护较为简便等诸多优点[1-2]。

瞬变电磁道路雷达研究

Research on Transient Electromagnetic Road Radar
Ying Ye1,2
1Beijing Municipal Engineering Research Institute, Beijing 2Beijing Key Laboratory of Underground Engineering Construction Prediction & Precaution, Beijing
1) 地下管线：通常由非金属、钢筋砼、钢管、球墨铸铁管等材质构成，其电阻率较低(除非金属管线)，与周围介质之间存在明显的物性差异。
2) 路基病害：指城市道路地下方出现不同程度的空洞、水囊、疏松等不密实病害。其中空洞电阻率呈高阻，水囊与疏松体为低阻，与周围介质之间存在明显的物性差异。
3) 岩土体性质变化：道路下岩土体结构因性质不同、含水率不同，呈现不同的电阻率差异；而岩土体的含水率通常又与其结构、密实度等密切相关。
Table 1. Parameter table of theoretical simulation model 表 1. 理论模拟模型参数表
层数 1 2 3
介质道路面层基层
密实(土体) 水囊、疏松体
脱空(空气) 路基土
电阻率(Ω∙m) 1000 200 10
1,000,000 100
厚度(m) 0.5 1 1 1 ∞
近年来国内吉林大学林君、中南大学席振铢等人在浅层 TEM 仪器研制上取得了重要进展[3]。本文基于浅层瞬变电磁法理论、瞬变电磁雷达技术、中心回线装置及数据图像处理与显示，探索利用瞬变电磁雷达法检测城市道路质量及各种缺陷，这是瞬变电磁法一个新的应用领域。
2. 瞬变电磁法探测地下管线与病害的可行性

碎石泥土混合体介电常数研究及隧洞软弱带FDTD正演

GRAVEL SOIL MIXTURE DIELECTRIC CONSTANT RESEARCH AND FDTD FORWARD OF WEAK ZONE IN TUNNEL
SU Lihai1 2，LI Ning1，LV Gao1，GUO Bingxuan1
(1. Institute of Geotechnical Engineering，Xian University of Technology，Xian，710048，China；2. Engineering Institute， Air Force Engineering University，Xian，710038，China)
Fig.1
掌子面地质背景
地质编录整体预测
设置测线二维图像递推
建模及FDTD正演结论
图1 思路及技术路线
不吻合
Outline and the the technique
本文首先对砂石粘土混合体的介电常数进行室内分析，以研究混合体含水率与介电常数的相互关系；其次根据掌子面节理等构造的特征，初步分析预测掌子面前方地层结构的特征，针对地层结构特性进行测线布置并采集数据；最后，根据实测二维数据电磁波明显反射特征建立数值模型，以数值的方法对预测的结构及相应的填充体进行 FDTD 分析，并根据现场测试结果对预测结构进行对应修正，从而完成对软弱带位置及填充体的分析和判断。
第 34 卷第 X 期 2015 年 X 月
岩石力学与工程学报 Chinese Journal of Rock Mechanics and Engineering
Vol.34 No.X XXX，2015
碎石泥土混合体介电常数研究及隧洞软弱带 FDTD 正演

gpr预测原理及模型

gpr预测原理及模型全文共四篇示例，供读者参考第一篇示例：GPR是Ground Penetrating Radar的缩写，即地下雷达，是一种通过电磁波来探测地下物体和结构的无损检测技术。

在工程领域中，GPR被广泛应用于地下管线探测、地质勘察、文物探测、建筑结构检测等方面。

本文将重点介绍GPR预测原理及模型的相关内容。

一、GPR预测原理GPR是通过发射电磁波，然后接收反射波来实现对地下物体和结构的探测。

其原理主要包括以下几点：1. 电磁波的发射：GPR系统会通过天线发送电磁波，电磁波会在不同介质中以不同速度传播。

2. 反射和折射：当电磁波碰到地下物体时，会发生反射和折射现象，部分电磁波会返回到地表，被接收天线接收。

3. 接收和处理信号：接收到的信号会被记录下来，并经过信号处理和分析，通过图像或曲线来展示地下结构的情况。

GPR的预测模型是对电磁波在地下介质传播情况的数学描述，通过模型可以计算出地下物体的位置、形状、尺寸等信息。

常见的GPR预测模型有地雷达方程（Radar Equation）、Maxwell方程、FDTD（有限差分时域）算法等。

1. 地雷达方程：地雷达方程是描述电磁波在空间传输过程中信号衰减的关系式，可用来计算电磁波的衰减情况以及信噪比等信息。

2. Maxwell方程：Maxwell方程是描述电磁波在介质中传播的基本方程，通过求解Maxwell方程可以得到电场和磁场的分布情况。

3. FDTD算法：FDTD算法是一种数值计算方法，通过将Maxwell 方程离散为有限差分的形式，来模拟电磁波在空间中的传播情况。

通过建立合适的预测模型，可以更准确地预测地下物体的位置和性质，提高GPR的探测效果。

GPR具有快速、精确、无损的特点，在各种领域都有广泛的应用。

1. 地下管线探测：在城市建设中，地下管线错综复杂，使用GPR 可以快速准确地发现地下管线的位置和状态，避免损坏。

2. 地质勘察：在矿山勘探、地质灾害预测等方面，GPR可以帮助科研人员更好地了解地下地质结构和岩层分布。

地质雷达检测隧道衬砌周围积水的试验研究谢浩

地质雷达检测隧道衬砌周围积水的试验研究谢浩发布时间：2022-01-18T01:31:48.609Z 来源：《基层建设》2021年第29期作者：谢浩[导读] 随着公路隧道的多年运营，会产生多种病害，其中隧道衬砌渗漏水病害较为常见。

隧道衬砌周围积水对隧道工程安全运营有严重的威胁，目前地质雷达多用于对隧道衬砌检测，极少利用其对隧道衬砌后积水进行检测重庆市市政设计研究院有限公司重庆市 400000摘要：随着公路隧道的多年运营，会产生多种病害，其中隧道衬砌渗漏水病害较为常见。

隧道衬砌周围积水对隧道工程安全运营有严重的威胁，目前地质雷达多用于对隧道衬砌检测，极少利用其对隧道衬砌后积水进行检测。

地质雷达是一种新型无损探测技术，广泛应用于隧道衬砌质量缺陷检测。

本次研究对探地雷达在隧道衬砌质量无损检测应用中的常见问题给出了有效的解决办法,能大幅度提高工作效率和检测质量,同时明确了周围工程开挖对既有结构现状的影响,为结构安全评估提供实测参数,为加强交通设施的维护管理和安全可靠运营提供了支持。

关键词：地质雷达；检测；隧道衬砌；积水引言近年来我国的高速铁路发展迅速,高速铁路隧道占比大,运行速度快,若发生掉块,击中正在高速运行的列车,将会造成严重的安全事故。

富水地区隧道衬砌周围积水是隧道在运营过程中常见的病害之一，对隧道的结构安全造成严重的影响。

隧道衬砌周围积水通过产生的静水压力增加衬砌结构的外荷载，过大的水压直接导致衬砌的破裂;积水亦会使膨胀性围岩的体积膨胀，导致隧道衬砌破裂;在寒冷地区还容易引发冻胀病害。

因此，隧道衬砌周围积水的准确检测对于保障隧道安全运营具有十分重要的意义。

1地质雷达探测技术地质雷达(GPR)方法是一种用于确定前方介质分布的广谱(1MHz~2.5GHz)电磁波技术,是近年来兴起的一种新兴的地下探测与混凝土建筑物无损检测新技术。

该方法的天线屏蔽干扰小,探测范围广,分辨率高,具有实时数据处理和信号增强的功能,可进行连续透视扫描,现场实时显示二维彩色图像。

路面材料复合介电常数模型研究进展分析

路面材料复合介电常数模型研究进展分析路面材料复合介电常数模型是雷达检测路面结构体系含水量、孔隙率、压实度等指标的基础和关键。

分析了相关文献的研究成果，剖析了复合介电常数模型的研究现状，讨论了各种模型的优缺点、局限性和适用范围等，论证了进一步研究路面材料复合介电常数模型的必要性。

路基路面质量直接影响道路工程的安全和行车的舒适。

因此，须对路基路面状况及时检测和评价，以便适时做出科学的决策或采取合理的维修加固措施以确保道路具有良好使用性能。

路面探地雷达(GPR)作为一种高效、精确、无损的探测技术越来越广泛地应用于路基路面质量检测方面。

路面雷达是基于介质电磁特性的差异进行工作的，当雷达进行路基路面质量检测时，测试中获取的最初和最基本参数是路面材料介质的介电常数，并不能直接测试路面材料的压实度、孔隙率、含水量、沥青含量等质量控制指标，但像路面材料这样由几种不同材料组成的复合介质，其介电常数与复合介质的各组成成分的介电常数和组成比例有关，描述这种关系的式子称为介电常数模型。

通过对复合介质介电常数和介电常数模型的研究分析，可间接得到压实度、孔隙率、含水量这些检测指标。

因此，研究和建立介电常数与这些指标之间的关系成为了路面雷达技术有待研究的核心内容之一。

本文讨论了各种模型的优缺点、局限性和适用范围等，并论证了进一步研究路面材料复合介电常数模型的必要性。

1、研究现状综述和分析路面材料是由固态、气态、液态组成的混合物，是众多复合材料的一种。

路面材料复合介电常数模型的复合介电常数反应材料本身的电学性质，由表示介电常数的实部和表示能量损耗与衰减的虚部组成。

它与材料各成分的介电常数、含量、温度及频率有关。

沥青混凝土、水泥混凝土这些复合材料，其整体所体现出来的复合介电常数也与其骨料、水泥净浆或沥青、空气的介电常数以及体积率有关，而组成部分的体积率与材料压实度、孔隙率、含水量等这些质检指标息息相关，这些指标的改变将直接导致介电常数的实部和虚部变化，例如含水量增加会导致介电常数的实部和虚部增大;孔隙率的减少，即压实度的增加也会使介电常数增大等。

路面材料复合介电常数模型研究进展分析

１．１经验拟合公式研究现状和存在问题
复合介电常数和某一指标间相互关系的经验拟合公式，国内外的学者，都作了相关的研究。首先，对于土壤介电物理特性做出过系统研究
达技术有待研究的核心内容之一。本文讨论了各种
３．中铁工程设计咨询集团有限公司郑州设计院，郑州
４５００５２）
摘
要：路面材料复合介电常数模型是雷达检测路面结构体系含水量、孔隙率、压实度等指标
的基础和关键。分析了相关文献的研究成果，剖析了复合介电常数模型的研究现状，讨论了各种模
减少，即压实度的增加也会使介电常数增大等。国内外，针对复合介电常数与这些质量指标之间的关
系开展了不少研究。
系的式子称为介电常数模型。通过对复合介质介电
常数和介电常数模型的研究分析，可间接得到压实
度、孔隙率、含水量这些检测指标。因此，研究和建立介电常数与这些指标之间的关系成为了路面雷
次有了系统性的认识。１９８０年加拿大农业土地资
基金项目：河南省重大科技攻关项目（０９２１０１５１０１００）；河南省杰出人才创新基金项目（０３２１０００８００）；华北水利水电学院青年科研基金项目（ＨＳＱＪ２００９００３）作者简介：孟美丽（１９７７一），女，河南安阳人。副教授，博士研究生，主要从事水工结构无损检测研究工作。Ｅ．ｍａｉｌ：

GPRMAX2D知识点汇总

GprMax是爱丁堡大学的Antonis Giannopoulos于1996年推出来的一种基于时域有限差分（FDTD）算法和理想匹配层（PML）边界吸收条件的探地雷达正演数值模拟软件，用于探地雷达成像研究。

其中，GprMax2D是二维正演，GprMax3D为三维正演。

该软件可以在Windows、Linux和MacOS三个平台上使用。

本文主要针对Windows平台进行说明。

一、软件获得该软件为免费软件，可以去GprMax官网下载。

也可点此直接下载。

二、准备工作软件无需安装，下载后用解压工具解压，找到Windows文件夹，直接双击GprMax2D.exe 即可运行。

但是为了方便批量模拟，建议把Windows文件夹下的文件（cygwin1.dll、GprMax2D.exe 和GprMax3D.exe）全部复制到系统盘系统搜索路径下，例如：C:\Windows。

如果只进行二维正演，只复制cygwin1.dll和GprMax2D.exe即可。

当然也可放在任意路径下，只要使用时包含所在路径就OK了。

笔者习惯放在系统要目录下，即C:\。

另外，最好建立一个输入文件和模拟结果存放的专用文件夹，并且把tools文件夹下的文件（gprmax.m、gprmax2g.m、gprmax3g.m、gprmaxde.m和gprmaxso.m）全部复制到该专用文件夹下，注意文件夹名最好使用英文。

如果只进行二维正演，只复制gprmax.m和gprmax2g.m即可。

笔者习惯使用D:\GPR。

正演结果需要用MA TLAB进行绘图，因此需要安装有MA TLAB软件。

软件下载地址和安装方法此处不再说明，以后使用将假设读者已经成功安装MA TLAB软件。

三、软件使用一般进行数值模拟时通常都是若干个对比模型进行模拟，因此本文只介绍批量模拟的方法。

如此一来，笔者将认为读者的软件和笔者一样放在C:\，输入文件和gprmax.m、gprmax2g.m文件已经放在D:\GPR。

土方路基铺筑质量GPR反射波法检测研究

路基土物性状态的检测尚未见到，涉及的关键技术问
（）现场探测ａ
Ｌｍ／２４６８
题更缺乏针对性地研究。这些问题包括：① ＧＲ实测Ｐ介电常数和路基土含水量量化关系；② 路基土符合的
介电模型及基于介电模型的孔隙度计算方法；③ 实测ＧＲ剖面对压实层材质反映能力。Ｐ
基本式换算得到的压实度公式可评价填筑层的压实程度；土层材质变化可表现为探测剖面波形特征的
变化。应用实例证实了研究成果的适用性。
关键词：探地雷达；路基土；介电常数；含水量；压实度
中图分类号：Ｕ１．３４６０
０引言
摘
要：路基土含水量、压实度和材质均匀性是路基施工质量的主要控制指标。通过试验研究探
地雷达（Ｐ）反射波法实现上述指标测量的关键问题。计算表明：不同粒径级配砂质土ＧＲ实测ＧＲＰ
介电常数都随含水量增大呈指数增大，两者关系可采用统一的Ｔｐｏｐ或Ａｈｒｔ型计算式表示；路基ｌａｉａｈ土混合介电常数符合体积模型，可根据组成相份介电常数和体积比采用Ｌｏｅｇ公式求取；基于两个ｏｙｎａ
收稿日期：２１０２００— ２— ５基金项目：国家自然科学基金项目（００００）４７６２；山东省交通科技
项目（０６６２２０Ｋ０６— ）
作者简介：张
刚（９０一）１７，男，山东淄博人。高级工程师，主
（）典型探测剖面ｂ
图３含水砂土ＧＲ实测介电常数与典型公式计算值比较Ｐ

干雪的密度—介电常数模型的比较与评价

Ａｂｓｔｒａｃｔ: ＧｒｏｕｎｄＰｅｎｅｔｒａｔｉｎｇＲａｄａｒ ( ＧＰＲ) ｓｕｒｖｅｙｓｏｎｓｎｏｗｅｎａｂｌｅａｒａｐｉｄｅｖａｌｕａｔｉｏｎｏｆｓｎｏｗｔｈｉｃｋｎｅｓｓｂｕｔｎｅｃｅｓｓｉｔａｔｅａｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔｏｆｔｈｅｗａｖｅｖｅｌｏｃｉｔｙｉｎｔｈｅｓｎｏｗｐａｃｋ�� Ｓｕｃｈｑｕａｎｔｉｔｙｉｓｏｆｔｅｎｅｖａｌｕａｔｅｄｆｒｏｍｄｅｎｓｉｔｙｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔｓꎬ ｕｓｉｎｇｔｈｅｒｅｌａｔｉｏｎｓｈｉｐｓｃｏｎｎｅｃｔｉｎｇｓｎｏｗｐｅｒｍｉｔｔｉｖｉｔｙａｎｄｄｅｎ￣ｓｉｔｙｐｒｅｓｅｎｔｉｎｌｉｔｅｒａｔｕｒｅ�� Ｕｎｆｏｒｔｕｎａｔｅｌｙｓｕｃｈｅｑｕａｔｉｏｎｓｐｒｏｖｉｄｅｄｉｆｆｅｒｅｎｔｒｅｓｕｌｔｓａｎｄａｒｅｒａｒｅｌｙｒｅｐｏｒ￣ｔｅｄｗｉｔｈａｎａｓｓｏｃｉａｔｅｄｕｎｃｅｒｔａｉｎｔｙꎬ ｍａｋｉｎｇｔｈｅｃｈｏｉｃｅｂｅｔｗｅｅｎｄｉｆｆｅｒｅｎｔｍｏｄｅｌｓｐｒｅｔｔｙｄｉｆｆｉｃｕｌｔ�� Ｉｎｔｈｅｐｒｅｓｅｎｔｗｏｒｋｗｅｃｏｍｐａｒｅａｌｌｔｈｅｅｑｕａｔｉｏｎｓｗｉｔｈｕｎｃｅｒｔａｉｎｔｉｅｓ ( ｗｈｅｎｒｅｐｏｒｔｅｄ) ꎬ ｓｕｇｇｅｓｔｉｎｇｗｈｉｃｈｍｏｄｅｌｃａｎｂｅｃｏｎｓｉｄｅｒｅｄａｓｔｈｅｍｏｓｔｒｅｌｉａｂｌｅ�� Ｓｕｃｈｃｈｏｉｃｅｈａｓａｌｓｏｂｅｅｎｃｏｒｒｏｂｏｒａｔｅｄｂｙｔｈｅａｎａｌｙ￣ｓｉｓｏｆｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔａｌｄａｔａ�� Ｋｅｙｗｏｒｄｓ: ｄｒｙｓｎｏｗꎻｇｒｏｕｎｄｐｅｎｅｔｒａｔｉｎｇｒａｄａｒꎻｔｉｍｅｄｏｍａｉｎｒｅｆｌｅｃｔｏｍｅｔｒｙ ꎻｗａｖｅｖｅｌｏｃｉｔｙꎻｕｎｃｅｒ￣ｔａｉｎｔｙ

土壤介电常数模型研究综述

2024年3月灌溉排水学报第43卷第3期 Mar. 2024 Journal of Irrigation and Drainage No.3 Vol.4361文章编号：1672 - 3317（2024）03 - 0061 - 10土壤介电常数模型研究综述徐兴倩1，王海军1，屈新2，彭光灿1，赵熹1*（1.云南农业大学水利学院，昆明 650201；2.安阳工学院土木与建筑工程学院，河南安阳 455000）摘要：【目的】调查影响土壤介电常数的主控因子，归纳分析土壤介电常数模型的研究现状。

【方法】从土壤介电理论出发，系统梳理土壤介电常数的主要影响因素，对现有土壤介电常数模型进行分类总结，并对比分析各模型的优势、局限和应用现状及其发展趋势。

【结果】国内外不同土壤类型的介电常数主控影响因素各异，且对测试频率的依赖性较大，但能有效反映土壤的水分状态；土壤介电常数模型分为4类：理论模型、半经验理论模型、经验模型和边界模型。

【结论】目前针对区域性特殊土类的介电特性及模型构建研究较少；考虑土壤三相组比、矿物成分和微观结构对介电常数的贡献度将有助于提升模型精度，进而拓展基于介电常数测试的土壤理化性质评价分析方面的应用研究。

关键词：土壤；含水率；电磁波；介电常数；模型中图分类号：S152 文献标志码：A doi ：10.13522/ki.ggps.2023380 OSID ：徐兴倩, 王海军, 屈新, 等. 土壤介电常数模型研究综述[J]. 灌溉排水学报, 2024, 43(3): 61-70.XU Xingqian, WANG Haijun, QU Xin, et al. Study on soil dielectric constant models: A review[J]. Journal of Irrigation and Drainage, 2024, 43(3): 61-70.0 引言【研究意义】土壤介电常数是表征其介电性质或极化能力的物理参数之一，用相对介电常数表示。

基于YOLOX-MobileNetV3_模型的路面病害智能识别研究

自行采购实施方案随着市场的竞争日益激烈，企业为了降低成本、提高效率，越来越多地选择自行采购来满足公司的需求。

自行采购实施方案是企业在进行自行采购时所需遵循的一系列步骤和方法。

本文将从自行采购的定义、流程、风险及对策等方面进行详细介绍，以期帮助企业更好地制定和实施自行采购方案。

一、自行采购的定义。

自行采购是指企业直接从供应商处采购所需的物资、设备、服务等，而不通过中间商或代理商进行交易。

自行采购可以帮助企业更好地控制采购成本，提高采购效率，同时也可以更好地掌握产品质量和供应链管理。

二、自行采购的流程。

1.需求确认，企业首先需要明确自身的需求，包括物资、设备、服务的具体规格和数量等。

2.供应商筛选，企业需要对市场上的供应商进行调研和评估，选择合适的供应商进行合作。

3.谈判采购，与供应商进行谈判，商定价格、交货期、质量标准等具体细节。

4.签订合同，双方达成一致后，签订正式的采购合同，明确双方的权责和交易条款。

5.采购执行，按照合同约定，进行采购执行，确保供应商按时交货、保质保量。

6.验收结算，收到货物后进行验收，确认无误后进行结算。

三、自行采购的风险及对策。

1.供应商信用风险，为了避免供应商的信用风险，企业可以通过调研、评估供应商的信用情况，选择信誉良好的供应商合作。

2.质量风险，为了避免产品质量问题，企业可以要求供应商提供样品进行测试，或者选择有资质、有一定知名度的供应商合作。

3.交货期风险，为了避免交货期延误，企业可以在合同中明确交货期限和违约责任，以及相应的赔偿条款。

4.价格波动风险，为了避免价格波动，企业可以选择签订长期合同或者固定价格合同，以规避价格波动带来的损失。

四、总结。

自行采购是企业在降低成本、提高效率方面的重要手段，但也伴随着一定的风险。

因此，企业在制定自行采购实施方案时，需要充分考虑供应商的信誉、产品质量、交货期、价格等因素，制定详细的采购流程和风险对策，以确保自行采购的顺利进行。

地下多层介质土体等效介电常数的计算方法

地下多层介质土体等效介电常数的计算方法肖敏;陈昌彦;苏兆锋;贾辉;张辉【摘要】城市道路包括路面层和路基层,路面层和路基层又由不同的介质层组成,各层介质的相对介电常数不相同,在城市道路上进行探地雷达探测时,用一个相对介电常数解释所有深度的数据是不准确的.为此,从不同相对介电常数的三层介质出发,推导了n层层状介质条件下地下各深度处的等效介电常数的计算公式,并分别设计了地下两层和三层介质的模型,计算得到地下各深度处的等效介电常数和深度—时间的对应关系.最后利用两层介质的探地雷达正演模拟数据,对等效介电常数计算公式的准确性进行了验证.结果表明,在地下介质呈层状分布的情况下,利用等效介电常数能够更准确地对探地雷达数据进行深度解释.【期刊名称】《物探与化探》【年(卷),期】2013(037)002【总页数】5页(P368-372)【关键词】探地雷达;多层介质;介电常数;路基检测【作者】肖敏;陈昌彦;苏兆锋;贾辉;张辉【作者单位】北京市勘察设计研究院有限公司,北京 100038;北京市勘察设计研究院有限公司,北京 100038;北京市勘察设计研究院有限公司,北京 100038;北京市勘察设计研究院有限公司,北京 100038;北京市勘察设计研究院有限公司,北京100038【正文语种】中文【中图分类】P631.3探地雷达法属于电磁法勘探方法的一种，它主要是基于地下介质的介电差异，利用高频电磁波进行无损探测的方法［1－2］。

探地雷达法具有高分辨率、轻便灵活、经济快速、探测结果直观等优点，在城市工程物探，尤其是城市管线探测、道路质量检测中，发挥重要的作用。

在探地雷达进行探测中，地下介质的介电常数和电导率是最主要的影响参数。

介电常数是决定电磁波在介质中的传播速度的主要因素，电导率的影响一般只考虑对电磁波的损耗和衰减，只有在低频情况下，考虑对速度的影响［3－4］。

介质中电磁波的传播速度，直接影响探地雷达探测的精度和解释的深度。

层状非均匀介质介电特性反演分析——路面雷达应用技术研究的开题报告

层状非均匀介质介电特性反演分析——路面雷达应
用技术研究的开题报告
一、选题背景
路面雷达是一种高精度、非接触式的测量工具，具有广泛的应用前景。

路面雷达的应用范围涉及路面材料性能、地下结构及地质构造识别等方面。

其中，对于路面材料性能研究，路面雷达可以通过测量材料的介电特性参数，如介电常数、电导率等，来分析材料的结构和性能。

然而，由于路面材料是一种层状非均匀介质，其介电特性往往受到多种因素的影响，因此如何准确反演路面材料的介电特性仍然是一个具有挑战性的问题。

二、研究目的
本研究旨在探索路面雷达应用技术在层状非均匀介质介电特性反演分析中的应用，研究方法包括场景模拟、数据采集、算法分析等方面，通过对场景模拟数据的分析，提取路面材料的介电特性参数，最终实现对路面材料性能的准确反演。

三、研究内容
1、建立层状非均匀介质反演模型。

2、借助场景模拟和数据仿真技术，产生真实场景仿真数据。

3、对路面雷达测量数据进行处理和分析，得到反演结果。

4、应用路面雷达反演技术，提取出研究对象的特征参数，分析路面材料性能。

五、研究意义
本研究具有较强的工程应用意义。

通过路面雷达技术的应用，可以
更加准确、快捷地分析路面材料的性能，使得路面建设的设计、施工和
维护工作更加科学、规范、高效，进一步提高了路面建设质量和安全性。

探地雷达技术在地下管线探测中的应用研究

探地雷达技术在地下管线探测中的应用研究摘要：随着城市的快速发展,城市地下管线的分布也日趋复杂。

当下很多老旧管线由于年代久远、缺乏管理和维护及设计图纸丢失等原因,已缺失管线位置、埋深等详细信息,给城市建设和施工等带来隐患。

因此,精确确定地下管线位置、埋深等信息对城市建设和发展尤为重要。

探地雷达(GroundPenetratingRadar,GPR)由于其高分辨率、高效性、无损性等优势,现已广泛应用于城市地下管线,尤其是非金属管线的探测中。

关键词：探地雷达技术；地下管线探测；应用研究引言目前，管线渗漏的探测方法可以简单分为声学方法和非声学方法两种。

近年来，多种声学技术被应用于检测管道渗漏和堵塞等。

其中，互相关法多用于检测小范围内管道的渗漏情况，但对塑料管道的检测效果较金属管道差。

另外，管中水听器在塑料管等低信噪比环境中有较好效果，但在使用安装上较复杂。

此外，光纤传感器通过拾取泄漏振动信号引起光信号中的相位变化来进行更高精度的检测，但该技术需要在纤维外层添加隔音材料来降低外部环境噪声的影响，当管道因破损进行维修时需同时更换光纤，安装和维护成本很高。

常用的非声学方法包括流量压力监测法、红外热成像法(InfraredThermography,IR)和探地雷达法等。

流量压力监测法适合于评估某片区域内的整体渗漏情况，无法准确定位渗漏点。

红外热成像法易受环境中其他热源影响。

1.雷达检测地下物技术的基本原理只要地下管线目标和周围的介质之间有足够的物性差异，探地雷达就能够通过高频电磁波探测到目标的位置和结构形态。

高频电磁波在介质中传播，介质的集合形态和电性质对高频电磁波的传播路径、波形、磁场强度也有直接影响。

介质的电性一般是看电导率和介电常数，而地质体之间的差异，也会导致介质电性的不同。

电磁波的探测深度受电导率影响，在介质中的传播速度则受介电常数影响，不同地质体的电性都可以产生反射电磁波。

探地雷达的工作原理是：通过天线发射高频的电磁波，高频电磁波采用宽频带脉冲形式，接触目标后再反射回来，被天线接收，雷达主机记录反射电磁波的特征和状态，通过采集和分析高频电磁波在传播时的波形，能够确定地下物质的位置和结构形态。

探地雷达在甲基卡稀有金属矿田找矿的应用

探地雷达在甲基卡稀有金属矿田找矿的应用黄韬;付小方;杨荣;范俊波【摘要】A superlarge X03 rare metal vein has been recently discovered in the Jiajika orefield in western Sichuan. In the exploration, the ground-penetrating radar(GPR)was used to probe into shallow geological structures in the Jiajika orefield for the first time. By an-alyzing and comparative study of the model simulation,the measured GPR profile and the drilling data,it is found that the GPR image can effectively reveal the shallow geological structures beneath the Quaternary soil in this orefield. The characteristics of different reflec-tions from the boundaries between acidic veins or boulders and their wall rocks,such as schist or Quaternary soil,were identified;by using the GPR method,the geological features at the top of the concealed X03 and other lithium veins were uncovered. Through this study,it is found that GPR detection is an effectively way to explore rare metal veins,which can replace the shallow trenching method and achieve green exploration as well as rapid prospecting and evaluation.%在四川甲基卡矿田新发现了超大型X03号锂矿化伟晶岩脉,在勘探过程中,首次使用探地雷达探测甲基卡矿田浅层地质结构.通过分析对比探地雷达模拟实验数据、实测探地雷达剖面、钻孔数据和便携式取样钻数据,发现探地雷达图像能有效反映矿田第四系浮土覆盖区浅层地质结构.本次研究还鉴别了酸性岩脉体或转石与第四系浮土、片岩等围岩之间界面的探地雷达信号特征,并利用探地雷达对X03号矿脉等隐伏脉体进行了揭盖,获得了矿脉浅部结构构造信息.通过本次研究,发现并证明探地雷达勘探稀有金属矿脉是有效的,能够代替槽探,实现绿色勘探和快速找矿评价.【期刊名称】《物探与化探》【年(卷),期】2018(042)002【总页数】9页(P316-324)【关键词】锂矿化伟晶岩矿脉;探地雷达;隐伏矿脉;浅层地质构造;绿色勘探;甲基卡矿田【作者】黄韬;付小方;杨荣;范俊波【作者单位】四川省地质调查院稀有稀土战略资源评价与利用四川省重点实验室,四川成都 610081;四川省地质调查院稀有稀土战略资源评价与利用四川省重点实验室,四川成都 610081;四川省地质调查院稀有稀土战略资源评价与利用四川省重点实验室,四川成都 610081;成都理工大学地球科学学院,四川成都 610059【正文语种】中文【中图分类】P6310 引言2014年，在川西甲基卡地区开展的找矿评价工作获重大突破，在甲基卡外围重点验证区新发现一条稀有金属矿脉，新增氧化锂资源量64.31万t［1－2］。