国内外路用探地雷达性能概述

国内外路用探地雷达性能概述

摘要：本文调研了国内外主要道路用探地雷达（GPR）生产厂家及其检测能力，提出适宜路用雷达天线中心频率范围，为工程和研究人员合理选用探地雷达的提供参考。

关键词：道路工程探地雷达（GPR）天线性能

1 概述

探地雷达（GPR）检测路面和桥面板，可给出定性、定量的结果，用于快速、可靠的评定路面、桥面状况，是一种非常经济、高效的检测手段。随着科学技术的进步，特别是分析处理软件的进一步开发和完善，雷达必将在公路快速检测中应用越来越广。

2 ASTM和AASHTO雷达标准简介

由于国内目前尚没有专用的雷达路面桥面检测标准规范。大多依赖厂家的软件、资料和参照美国ASTM 和AASHTO等测试方法和标准。

1）ASTM D4748—98《使用短脉冲雷达测定组合路面层厚度测试方法标准》(Standard Test Method for determining the thickness of Bound Pavement Layers Using Short—Pulse Radar)。本规程包括使用短脉冲雷达进行组合路面层厚度无损检测。本方法的精确度和适应性取决于雷达系统的穿透性、分辨率和介电常数。

2) ASTM D6097—97el《使用地面探测雷达评定沥青铺层混凝土桥面板测试方法标准》，本规程包括可用于评定铺有沥青混凝土磨耗层的混凝土桥面板状况的步骤，尤其是判断是否存在剥离。最严重的损坏是由内部钢筋的锈蚀引起的。

3）ASTM 06432—99 《使用地表面探测雷达方法进行地下勘探标准指南》(Standard Guide for using the Surface Ground Penetrating Radar Method for Subsurface Investigation)，本指南是脉冲雷达方法的概述，而不是理论、测试步骤和数据解释的详细资料，限于地表面雷达探测的一般用途。

4）AASHTO TP36《使用脉冲雷达评定沥青加铺层混凝土桥面板测试方法标准》(Standard Test Method for Evaluting Asphalt-Coverd Concrete Bridge Decks using pulse Radar)，本标准基于SHRP成果2015，内容基本与ASTM6087相同。

3国内外雷达(GPR)生产厂家及路面雷达性能调查

3.1 加拿大Sensers&Software公司PULSE RODAR路面雷达系统

RODAR是Pulse雷达公司研制的专利产品，大范围的天线频率（50 MHz-3

GHz）满足了多方面的探测要求，独特的双基、空气耦合（低频为地面耦合）式喇叭型天线有利于增强信号的品质及稳定性。

其主要特点为：天线是双基型；天线品质优良、噪音小；较大的扫描时间宽度；GPS和DMI双重定位系统和GIS存储数据库；RODAR V 配置有独特的远程诊断系统。

天线类型：收发两用横向电磁波喇叭型空气耦合天线，最多可配置4组，精度为0.25cm。

最大探测深度：2GHz：30-60cm；1GHz：60-100cm；500MHz：120-200cm；250MHz：240-300cm；100MHz：480-1000cm。

3.2Penetradar公司EP-71011、EP-71012型路面雷达测试系统和IRIS系列路面雷达测试系统

EP-71011、EP-71012型高速检测雷达可用于高速公路路面的检测。用这种方法检测，一天内可获得几百公里长路面各层厚度的信息，所获得信息数据以三种格式存贮：第一种是将检测路段的数据按纵向顺序计算整理成路层各层厚度表；第二种是用彩色的三维路面图表示出路床的剖面；第三种是以数据库的方式将检测的所有数据存贮，以供路面管理系统调用。

EP-71011型GPR系统是探测空孔的一种有效的工具（最小可探测到3mm 径的空孔），这套可靠的系统可以探测和分辩出气孔和充水孔，并能以无损方式确定地表下高湿度区域的位置。

天线类型：配备空气藕合式30AGC型喇叭状天线。这种天线最佳接收信号的频率范围在400MHz-5GHZ之间，工作时需配备Pentradar单循环脉冲发生器（范围0.75ns-1.5ns）。这种天线既可按单基地雷达，也可按双基地雷达（收发分设雷达）配置使用。

3.3 美国GSSI公司SIR系列雷达

SIR-3000结构扫描诊断系统是由美国GSSI公司生产的SIR-3000探地雷达主机，1.5GHz高频天线以及Radan6.0软件组成。运用结构扫描诊断系统能够快速、准确、形象、直观地进行公路结构层划分、病害检测、隐患调查等。

SIR-10H高速多通道地质雷达，用于高速公路无损检测，具有数据采集密度高，采样点距可任意选定，最小采样点距可达5cm，每扫描采样点数1024；检测速度快，检测速度一般为20～40km/h，最高可达80km/h；检测精度高，测量误差≤3mm，并可自动区别不同材料的界面。

3.4 瑞典RAMAC/GPR探地雷达

RAMAC/GPR屏蔽天线主要用于中、高分辨率的雷达应用领域,屏蔽天线特别适合于城市及有干扰背景的地方。不同屏蔽天线的电子单元、拉杆及测量轮可以通用，这样可以节约用户的资金，并为以后升级提供方便。RAMAC/GPR屏蔽天线主要用于中、高分辨率下的中浅层探测。它的探测深度从几十公分到十几米。

主要特点：控制单元系统结构紧凑，使用方便；与RAMAC 100，250，500和800兆天线兼容；数据自动叠加，可以使数据质量和采集速度达到最佳值；功耗低，系统使用时间长。

RAMAC/GPR的所有天线都与CUII主机兼容，其天线系列包括：

屏蔽天线：100MHz, 250MHz, 500MHz, 800MHz, 1000MHz；

不屏蔽天线：10MHz, 25MHz, 50MHz, 100MHz, 200MHz；

孔中天线：250MHz, 100MHz。

3.5 中国电波所LTD探地雷

LTD-2000车载公路检测仪是中国电波传播研究所针对当前国内道路建设中质量检测和养护管理的现状，应用先进的冲击雷达技术,历经十余年，先后投资上千万元研制生产出的一种道路专用探地雷达。

LTD-2000车载公路检测仪主要由LTD-2000雷达主机、900M屏蔽天线（用于面基层厚度检测）、500M屏蔽天线（用于基层下缺陷检测）、天线小车、测距器、锂电池及其它配件组成。

LTD型探地雷达以全中文菜单、便利的操作方式、清晰直观的图象显示和探测精度高等特点引起众多领域专家的浓厚兴趣，在军用和民用领域都显示出广阔的应用前景。车载式道路专用探地雷达，尤其适用于机场和公路这类浅层高分辨率探测领域。

综上所述，大部分国外雷达厂家为道路开发的道路GPR均能满足测量精度的要求，在选用雷达天线合适的基础上，采用探地雷达能较为准确对水泥混凝土板厚及板底脱空进行快速检测，测试结果与实际相符，在道路工程检测中，采用高于900Hz雷达天线能够满足准确检测要求。

注：文章内所有公式及图表请用PDF形式查看。