地质雷达操作简易流程

地质雷达操作简易流程

一、主要仪器设备介绍

RIS - K2 是由意大利IDS 公司研发的新一代的探地雷达设备,是体积小、重量轻的多通道探地雷达数据采集单元。整机加电池仅重1. 6kg ,升级至8个数据通道,更高速的脉冲重复频率使数据收集更快。它的系统硬件由以下几个部分组成:DAD 控制单元(图1) 、天线(图2) 、笔记本电脑、网络电缆、电池电缆、电池包(充电器和两块锂电池)。

DAD 控制单元直接与天线相连,有单通道、双通道、四通道三种,将雷达数据数字化并进行传输。它有以下接口:Lan Port 与笔记本电脑连接、Bat2tery Port 与电池连接、Wheel Port 连接测量轮位置传感器、Ant . 1～Ant . 4 与雷达天线连接。图1 IDS RIS - K2 天线控制单元(双通道)天线分为单天线和天线阵。天线的频率有80 ,100 ,150 ,200 ,400 , 600 ,1200 ,1600MHz 。电性指标: 12V 直流电源;电压范围为13. 5～13. 8V 。雷达主机，发射接收一体天线（900M ），网络线两根，测距轮，电脑一台（K2软件），天线、主机连接电缆一根，发射接收天线连接电缆一根。

图1 IDS RIS - K2 天线控制单元(双通道) 图2 900MHz 天线

二、测量参数选取原则与设备连接

1 测量参数选择原则

探测对象特点分析对于制定勘测方案、选择合适天线、设置仪器参数等事项都是非常重要的,是取得良好探测结果的基础。目标的电性(介电常数与导电率) 必须搞清。雷达方法成功与否取决于目标与围岩之间的电性差异是否有足够的反射或散射能量为系统所识别。当围岩与目标相对介电常数分别

为εh 与εT 时,目标功率系数P r 估算式为

2⎥⎥⎦

⎤⎢⎢⎣⎡--=T h T h r P εεεε

一般来说, 目标的功率反射系数不应小于0. 01 。

一个地质雷达探测项目都会有确定的检测对象以及明确的检测目的和要求。这些要点包括:

探测目标深度———关系到雷达时间窗口的大小;

探测目标水平尺度和要求的分辨率———决定测线的间距;

目标是二度体还是三度体———测线布置方案;

目标与环境电磁向值差异的大小———决定选取多大的A/ D 转换位数。

一般选取探测深度h 为目标深度的1. 5 倍。根据探测深度h 和介电常数ε

确定采样时窗长度(Range ,ns) :

Range = 2 h(ε) 1/ 2 / 0. 3 = 6. 6 h(ε) 1/ 2 (ns)

对于不同的天线频率Fa 、不同的时窗长度Range ,选择样点数Samples 应满足下列关系:

Samples ≥ 10 - 8·Range ·Fa

当扫描速率Scans/ s 决定后,要认真估算天线移动速度TV。估算移动速度的原则是要保证最小探测目标(SOB) 内至少有20 条扫描线记录:

TV ≤ Scans ·SOB/ 20

例如: 探测目标最小尺度为10cm、扫描速率64Scans/ s 时,推算天线运动速度应小于32cm/ s ,相当于0. 5cm/ Scan 。如果最小目标为0. 5m ,则天线移动速度可达1. 5m/ s。

2 设备连接

1）硬件连接

DAD 控制单元直接与天线相连及把雷达数据数字化的控制单元。

DAD 控制单元有以下接口：

Lan Port 与笔记本电脑连接；

Battery Port 与电池连接；

Wheel Port 与测量轮位置传感器连接；

Ant.1-Ant.2 与雷达天线连接。

2）软件连接

连接完之后一般需要设置笔记本网卡允许与由DAD控制单元所采集的数据进行数据交换，一般按照以下步骤完成：

在笔记本电脑的桌面上选择网上邻居，并单击右键→选择属性命令→选择本地连接，并右击键→选择属性命令→单击左键，从中选择网络协议

（TCP/IP）添加→选择属性命令

把IP地址栏改写为：192.168.200.150

把Subnet mask 数字改写为：255.255.255.0

单击ok。

三、现场测试

1、操作步骤：

第一步：进行里程标定；现场连接设备，进行波速设定等参数确定实验；实验数据处理分两步：

（1）实验数据处理1（衬砌厚度）：

Move start time;

Linear gain；

Subtract mean；

Vertical bandpass filter(fd)；

Vertical bandpass filter(td)；

（2）实验数据处理2(钢筋):

Move start time；

Soomth gain；

Subtract mean；

Vertical bandpass filter(fd)；

Vertical bandpass filter(td)；

第二步：发电机、举升机等设备到位，并与雷达设备固定,人员就位；

第三步：按照检测方案及检测测线布置方案，由数据采集人员对采集的数据进行编号（如龙泉隧道纵向测线1第一段采集数据，编号为LQZC-1-1；龙泉隧道横向测线1第一段采集数据，编号LQHC-1-1）；现场专门指定人员负责每根测线的现场记录工作；不定时由数据采集人员和现场专门指定人员进行测线编号、里程等的复核工作。

2、注意事项：

1）现场操作过程中因有高空作业，应注意对人员和设备的保护，做好相应防护设施；

2）采集数据的里程要及时进行复核校正，确保里程的正确性；

四、测线布置示意图

测线布设应该注意: 如果是二度体,测线应该彼此平行、垂直目标轴向布设;如果是三度体,测线应该按网格状布设。另一点是关注探测目标水平尺度的大小及要求的水平分辨率,即要求水平方向探测目标的最小尺度。两者有时是相同的,但大多数场合是不同的。测线的间距应该同时小于或等于目标尺度与分辨率尺度,以防目标漏测。

龙泉隧道纵向测线布置示意图

龙泉隧道横向测线布置示意图