RIS-K2型探地雷达在广州市管线普查中的应用

探地雷达作为一种新的探测方法,在城市管线探测过程中得到了越来越广泛的应用。本文结合RIS-K2型探地雷达在广州市管线普查中的实际应用,阐明了探地雷达的工作原理和方法,并得到了一些有意义的结论。     

FDTD数值模拟在GPR管线探测中的应用

探地雷达是一种非常重要的管线探测技术,为了提高地下管线雷达图像特征的认识,确定管线异常体的位置,提高雷达资料的解释精度.论文从Maxwell两个旋度方程出发,推导了二维TM波的差分方程、CFL数值稳定性条件、频散关系.然后,基于Matlab平台编写了探地雷达正演的FDTD程序,应用该FDTD程序开展了管线探测中探地雷达探测效果分析,包括对管线埋藏深度、管线间距、管线内物质、管线材质等影响因素的数值模拟.通过分析雷达正演剖面特征,可以清晰了解并掌握雷达管线探测与各种影响参数之间的关系,对实际地下管线探测可起到指导作用.最后,将GPR应用于武广高速浏阳河隧道管线探测中,GPR准确地定位了PVC通迅电缆的位置在埋深,为工程施工与处置提供了依据.     

城市地下管线探测研究进展与发展趋势

地下管线是城市基础设施的重要组成部分,是保障城市运行和发展的"生命线".但由于建设规模不够、资料保存缺失、日常管理不足等原因,对于地下管线的精准探测变得愈加困难.为此,本文对国内外关于地下管线探测的文献进行了系统调研,详细梳理了常见地下管线的分类、材质、规格以及敷设方式,分析了不同管线的地球物理特征,并重点介绍了当前应用于管线探测的主流地球物理方法(如电磁感应法、探地雷达法等)和非地球物理方法(如惯性陀螺仪定位法、声学探测法等)的应用原理、发展概况、探测优势与应用局限.总结得知,无论是单一探测法,还是综合探测法,都取得了不错的应用效果.其中,利用电磁感应法探测金属管线优势明显、效果显著,包括追踪小口径电力、通讯电缆都能保证较高的精度.而探地雷达则是当前探测非金属管线的首选工具.两种方法互为补充,是地下管线探测应用最普遍的技术,但其抗干扰能力和仪器的探测精度仍有待进一步提高.同时惯性陀螺仪定位法、声学探测法等非地球物理方法也在近些年逐渐得到应用和推广,对主流的地球物理方法做了很好的补充.随着科技不断发展,地下管线探测技术与3S、信息网络、数字测绘等技术联合应用,建立健全集成统一的地下管线信息系统将是未来发展的必然趋势.     

地下管线探测雷达图特征分析

地下管线探测是测绘和物探专业相结合的一项工作,对地下非金属管线探测目前最适用的方法是探地雷达法.为提高探地雷达探测地下管线的效率和探测准确性,使管线探测专业人士可以更好的掌握探地雷达探测地下管线技术,本文通过理论分析探地雷达探测地下管线的工作原理及在北京市近45000 km地下管线基础信息普查工作中大量实验,对不同管径、不同埋深、不同材质的管线进行雷达探测,对比分析各种管线雷达图像的特征.文章分析出管线管径的不同表现在雷达图上是抛物线水平距离跨度的不同,管径越大,水平距离跨度越大.管线埋深的不同则表现在雷达图抛物线拖尾部分水平距离不同,埋深越深则拖尾部分跨度更长.不同管径和埋深的管线在探测的时候需要采用不同中心频率的雷达天线进行探测.管线材质的不同则特征更明显,直接表现在有无多次波出现和多次波的强弱、是否屏蔽深层有效信号、同相轴相位表现形式及波形特征等各个方面.该研究成果可指导今后城市地下管线普查和管线竣工验收时的管线探测工作.     

沙堆内小型管线的探地雷达模型实验研究

地质雷达作为一种新的探测技术,广泛应用于城市管线探测、特别是非金属管道(直径Φ为150～400 mm)探测,取得了良好的效果,但是对小口径管道的探测研究不多.本实验是对埋于中等湿度、均匀介质沙堆内的Φ为40～150 mm的管线不同组合模型,进行900 M、600 M、200 M雷达反射波图像观测,探讨单管、双管、三管的图像特征,研究探地雷达图像的影响因素.研究结果显示:雷达探测的实际分辨率达不到理论分辨率;高频率天线图像精细,适合探测浅小的管线;管道充填水后,多次波明显增强;路面街砖会削弱雷达的管线异常信号,出现类似倾斜岩层等干扰信号;利用多次反射波可求得管径.本实验有助于我们在城市地下管线探测中能够快速准确地识别各类地下异常体的探地雷达图像.     

城市老旧小区内外业一体化给水管线探测

随着城市小区不断的建设和完善,地下管线种类繁多,分布复杂,特别是老旧小区不同时期建设的管网构成更为复杂,图件资料匮乏,维护非常困难,其中给水管线的问题尤为突出.本研究首先分析了城市老旧小区给水管线特点及其对探测的影响,结合不同探测技术对不同材质管线探测方法的优缺点,提出了多方法综合探测的合理方案.最后以某小区的管线探测工程为例,介绍了管线探测内外业一体化作业流程,阐述了如何综合运用多种方法,包括声学探测法、电磁感应法、地质雷达法对给水管线进行综合探测和分析.该研究对于我国大量城市老旧小区管线的管理和维护具有重要意义.     

地质雷达探测地下管线分类判别方法研究

随着城市化建设步伐加快,如何快速准确地确定地下管线的埋设情况及管道材质种类成为工程地质勘探重要的研究课题.本文通过时域有限差分法(FDTD),对地质雷达探测地下管线的成像进行正演模拟,分析了介电常数影响下金属管线与非金属管线的成像特征.在此基础上,进一步分析了地层与不同介电常数管线分界处的波幅特征,研究了不同介电常数情况下管-土分界面的波幅规律.在相同埋藏条件下,把不同目标体(管道)分界点的波幅与特定材质管道(介电常数为1)分界点的波幅A1的比值定义为相对波幅.根据相对波幅大小,可以分类判别地下管线材质,对于金属管线而言,相对波幅大于1.5,而对于非金属管线,相对波幅小于1.据此,提出了地质雷达探测地下管线时对金属材料与非金属材料地下管线进行分类判别的一种方法,并通过现场试验验证了该方法的有效性.     

非开挖特深管线的探测技术分析及展望

本文介绍了最近几年对非开挖施工大于3m的深埋管线探测的4种物探探测技术的最新进展,包括地面高精度磁测、井中磁梯度探测、探地雷达、电磁法探测等技术的工作原理、数据处理、应用的成功实例,并总结了各自探测技术的优点、缺点,讨论了物探方法在对非开挖管线的定位技术的发展趋势.     

地质雷达在公路滑坡加固治理中的应用

地质雷达能快速、准确地探测地下潜在的地质缺陷体的空间位置、形状大小及电性质等其他一些地质参数,可以为滑坡的加固设计、施工提供可靠的资料,简述了地质雷达的勘探原理和方法,并以实例说明了地质雷达在滑坡治理中的应用方法及效果。     

小波变换在探地雷达探测地下管线信号处理中的应用

阐述了小波变换的基本理论,给出了小波变换在探地雷达方面的应用实例．认为小波变换时频局域性好,是分析非平稳信号的有效工具之一。实例分析表明,小波方法在城市地下管线探测信号去除噪音分析处理方面具有优异性能。能有效提高探地雷达探测地下管线的精度。     

提取非金属管GPR图像的非线性技术

Non-linear Technique for Abstracting the Non-metallic Pipeline Image from GPR Section     

基于共形辛Euler算法的非金属地下管道精细化高效探地雷达正演模型

我国城市地下管线种类繁多、规模巨大.近年来,因城市管网家底不清、位置不明导致的管道挖断事故频发.探地雷达(GPR)是目前最为有效的地下设施探测定位设备,通过对探地雷达回波信号进行反演分析,可获取管道埋深、位置等信息.然而,地下管道等地下圆形目标,传统正演模型中阶梯近似方法会产生一定误差.本文结合辛Euler算法与曲面共形技术,建立探地雷达电磁波在含非金属管道地下结构中传播的精细化数值模型,并通过图形处理器(GPU)加速技术进一步提升模型计算效率.数值模拟结果显示,共形网格技术有效降低了由于阶梯近似造成的虚假绕射波,并通过结合GPU并行计算,在不增加网格密度的前提下,实现了对地下管道电磁响应的高效精细化计算.     

机载探地雷达的进展以及数值模拟

机载探地雷达可能解决危险环境或广域条件下的近地表探测问题,用于解决环境、生态或军事方面的问题.然而由于种种原因,该技术的发展却显得比较慢.为了推进该技术的发展,本文介绍了目前世界范围内机载探地雷达的进展,并利用时间域有限差分法对一些典型模型进行数值模拟,并用特定的偏移成像方法对模拟结果进行成像.目前存在的机载探地雷达主要有三种类型:第一种为将常规探地雷达天线悬挂在直升飞机上,第二种为针对机载探地雷达开发的雷达系统,第三种为具有探地能力的合成孔径雷达.数值模拟结果表明,不管是水平地面的情况下,还是起伏界面的情况下,机载探地雷达都能清楚探测一定深度范围内的地下目标.可见,机载探地雷达是存满希望的一种方法.     

Soil properties and performance of landmine detection by metal detector and ground-penetrating radar — Soil characterisation and its verification by a field test

Metal detectors have commonly been used for landmine detection, and ground-penetrating radar (GPR) is about to be deployed for this purpose. These devices are influenced by the magnetic and electric properties of soil, since both employ electromagnetic techniques. Various soil properties and their spatial distributions were measured and determined with geophysical methods in four soil types where a test of metal detectors and GPR systems took place. By analysing the soil properties, these four soils were classified based on the expected influence of each detection technique and predicted soil difficulty. This classification was compared to the detection performance of the detectors and a clear correlation between the predicted soil difficulty and performance was observed. The detection performance of the metal detector and target identification performance of the GPR systems degraded in soils that were expected to be problematic. Therefore, this study demonstrated that the metal detector and GPR performance for landmine detection can be assessed qualitatively by geophysical analyses.     

浅层人工地震和地质雷达在城市活动断层探测中的联合应用?以鹤壁市汤东断裂为例

浅层人工地震勘探是探查城市隐伏活动断层最有效的手段之一,然而受近地表探测盲区和探测分辨率的限制,该方法难以获取活动断层超浅层上断点的准确埋深位置。地质雷达探测方法在一定程度上可弥补浅层人工地震勘探的不足。为探索浅层人工地震勘探和地质雷达探测的联合应用效果,分析其在城市隐伏活动断层探测中的应用潜力,选取河南省鹤壁市汤东断裂西支为研究对象,并在冯屯村和前交卸村分别开展联合探测,获取高信噪比的浅层人工地震反射剖面和地质雷达剖面。浅层人工地震勘探揭示的冯屯村处汤东断裂西支上断点埋深为60～70 m,地质雷达探测揭示的上断点埋深约为2.5 m,结合平均沉积速率推测汤东断裂西支在冯屯村的最新活动时代约为25 ka。浅层人工地震勘探揭示的前交卸村处汤东断裂西支上断点埋深为50～60 m,地质雷达探测揭示出汤东断裂西支在前交卸村处未造成近地表约10 m以内的地层断错。研究结果表明,在城市隐伏活动断层探测中,采用浅层人工地震勘探和地质雷达探测相结合的方法,不但可有效确定活动断层的位置,且可进一步约束活动断层上断点的准确埋深,有利于指导后期地震地质勘探中的探槽和钻孔布设。     

探地雷达:浅表地球物理科学技术中的重要工具

探地雷达(GPR)是浅表地球物理科学技术中的一项重要手段.其重要性体现在它的应用广泛性和有效性.在工程检测、环境保护、文物考古、灾害救援、反恐安检、资源勘探、水文水利等科学技术领域中探地雷达都在发挥着其他手段无法取代的重要作用.关于探地雷达发展历史、基本系统及原理、信号处理与成像等方面的综述性文章已经很多.本文将重点评述作为浅表地球物理观测技术重要手段的探地雷达在几个基础地学与工程技术领域中的应用.这些方面包括沙漠中高大沙丘的内部结构与形成机理,永久冻土的现状探测与演化预测,民用基础设施(公路、桥梁、大坝、堤防)内部或地基内空洞及软弱带的检测,以及地震灾害现场生命探测与救援.本文还将用一定篇幅评述探地雷达技术的变异形式(如钻孔雷达、探月雷达).评述将结合观测实例,尤其是在中国大陆的实例.最后将就探地雷达技术现存的问题及发展方向提出个人见解.需要强调的是,尽管本文以探地雷达的科研应用为主题,浅表地球物理科技成果在各个领域的成功应用绝对不可能倚赖任何单一手段或方法.所有成功的实例都证明一定要强调某一方法为主,其他手段为辅,多手段、多方法的有效配合,才有可能最大程度的减小探测结果的非唯一性,提高准确度和精确度.     

三维探地雷达技术在道路塌陷空洞探测中的应用

道路塌陷空洞一直是威胁交通安全运行的重要隐患,对道路塌陷空洞的探测方法进行研究具有重大的现实意义。研究工作通过实例探讨三维探地雷达（GPR）对道路塌陷区进行探测的方法技术及其应用效果。为查明道路塌陷空洞的空间分布特征,在塌陷区布设了共23条测线,1.0 m×0.5 m的三维测网并进行数据采集;通过对雷达数据进行处理,获得不同测线、不同方向的三维雷达剖面。结合地质情况对上述图件进行综合分析与解释,准确地查明塌陷空洞的位置、埋深及发育程度;经开挖验证,解译结果可靠。工程实践表明,三维探地雷达技术可以快速、高效地应用于道路塌陷探测中,其探测结果可为塌陷区后续施工以及安全防治提供参考。      

宽带探地雷达系统研究及在工程检测的应用

宽带探地雷达系统以其高分辨率而受到重视。我们系统地分析、模拟和实验测试了宽带天线，在同络分析仪的基础上研究和开发了宽带的探地雷达系统。对不同模型进行探测，结果表明系统具有很高的分辨率。更重要的是该系统可以在与被探测介质不接触的情况下对介质内部进行探测，具有很高的工作效率。在工程质量检测中将具有巨大应用前景。     

地质雷达在乌拉山山前断裂探测中的应用

地质雷达是利用电磁波对地下不同电性介质进行探测的地球物理仪器，其探测速率快、分辨率高，可弥补探槽和其他地球物理方法存在探测盲区的缺陷，正在越来越多地应用于活动断层探测领域。本文以乌拉山山前断裂为例开展地质雷达探测工作，使用无人机正射影像技术对测线进行地形校正，获得断层浅部地质雷达图像。研究结果表明，本文研究方法能有效反映探槽揭露的地层单元和断层分布。本次探测中，雷达波形图像特征为:浅地表的土壤层反射波总体较弱；粗粒沉积为主的砾石层反射波总体较强，同相轴连续性好；细粒沉积为主的砂层反射波弱于砾石层，波形以中、高频为主，同相轴具有弱连续性；对于洪冲积地区，地质雷达能分辨具有一定特征的地层单元，这为剖面图像的断层识别提供了标志；通过无人机正射影像技术对地质雷达测线进行地形校正，有利于获得更为准确的探测结果。