管线模型的探地雷达物理模拟实验

地下管线是保障城市运行的重要基础设施与生命线,开展管线探测是城市地下工程建设中必不可少的环节.探地雷达正演有助于掌握雷达波在地下的传播规律、加深对管线回波的认识.由于真实的地下介质分布不均匀、测区环境充斥着多种干扰,导致实际的探地雷达剖面中回波信号成分复杂、目标双曲线形态不完整,难以直接进行地质解释,而数值模拟常不考虑杂波干扰,模拟结果相对理想化.因此,本文聚焦于管线模型的物理模拟实验,在室内实验室和野外现场构建了一系列不同材质、不同埋深、不同管径的管线模型,利用不同中心频率的天线开展探测实验;分析了地下管线的雷达波传播规律及特征;结合管线材质、大小和埋深等信息,进一步验证雷达资料解释的准确度.结果表明：在背景介质均匀的沙池实验中,原始雷达剖面中背景噪声较小、目标双曲线形态完整,金属管线的反射波能量最强,含水管线会引起明显的多次波.而在野外现场采集到的雷达数据中存在较多的噪声干扰,不同管线引起的雷达回波呈双曲线或“类双曲线”;与背景介电常数的差异越大,反射波能量越强;相较于深埋管线,浅埋管线的双曲线特征更明显、振幅能量更强.由此可见,不同管线具有不同的双曲线特征、相位和振幅特征,可为地...     

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.     

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...     

井间电磁法综述

地面电磁法在实际工作中在很大程度上受到了探测深度和分辨率的限制.为了克服这些缺点,出现了井间电磁法.井间电磁法指的是在两个(或多个)钻孔中分别发射或接收电磁波信号,利用电磁波信号进行成像并探测井间物理性质的地球物理方法.由于发射机和接收机可以分别放置在很深钻孔中,其具有大透距、大探测深度的特点,因而广泛应用于工程环境物探、矿产勘查、石油勘探等中.针对不同的应用,产生了各具特点的一些特殊方法,包括井间无线电波成像、跨孔雷达、井间电磁成像.井间无线电波成像仪目前只测量电场强度数据,工作频率低,一般是单频的电磁波,频率范围通常在1 kHz至10 MHz.由于缺少走时数据修正射线路径,井间无线电波成像主要是进行基于直射线追踪的衰减层析成像.井间无线电波成像既可用于工程与环境地球物理也可用于找矿.跨孔雷达是钻孔雷达的一种探测方式,用高频电磁脉冲探测两个井孔间介电常数和电导率的变化.跨孔雷达层析成像也叫地质雷达CT,既可进行走时成像,还可进行衰减成像.一般来说,地质雷达CT的电磁波工作频率较高,中心频率通常在10 MHz和1 GHz之间,因此在分辨率指标上占有优势,跨孔雷达主要用于工程与环境地球物...     

特深地下管线的电磁场特征分析及探测研究

研究了管线的一系列电磁场特征,介绍了特深管线探测应用状况,通过实例分析了从1 m到21 m了不同埋深直线电流及强电流3~21 m情况下的电磁场Hx、Hz、ΔHx 〖WTBZ〗的归一化异常的分布特征 , 提出了对特深管线探测的对策,即频率、电流、远端接地等提高信噪比的技术对策,提出了确定地下金属管线平面位置、埋深的方法,利用水平磁场分量70%法确定管线深度的适用条件,分析了特深管线探测的干扰因素,广州市3个特深管线的探测成功实例,说明了方法的良好效果.     

老旧小区近距离铸铁管线探测实验与应用

地下管线是城市基础设施的重要组成部分,老旧小区的管线探测与维护已成为我国城市快速发展中的难题,其中铸铁管线是小区一种常见管线.以陕西省西安市西北大学太白校区内近距离铸铁管线(消防管线、给水管线)集中区域为例,开展了综合探测实验.探测方法包括电磁感应法、地质雷达法、声学探测法的组合应用.针对不同的近距离管线分布(同源和平行)组合,采用不同探测方法相互配合和交叉验证,最终绘制了准确的管网分布图.结果表明,采用合适的探测方法进行组合,分步骤进行试验和逻辑判断,可以有效地解决实际的近距离铸铁管线探测中的信号严重干扰问题.该研究为解决近距离铸铁管线探测问题提供了一定的参考.     

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.

     

地下铁质管线磁偶极子构造法正演单元划分策略

地下铁质管线经过地球磁场的磁化产生磁异常,对铁管磁异常进行数值分析可以帮助探测地下铁管的位置.为了在保证磁偶极子构造法地下铁质管线探测面磁异常正演准确性的前提下,尽量减少正演计算时间,在相对球坐标系中建立了管道单元划分策略分析模型,分析了测点空间位置对不同单元划分条件下磁异常计算差异的影响.研究结果表明:不同单元划分计算测点磁异常差异仅与距径比有关,相对误差与单元磁化率和外磁场特征无关;随着距径比增大,磁异常计算差异逐渐减小.在6.5倍距径比范围内,使用分块单元划分建立地下管线磁异常计算模型,在6.5倍距径比范围外,使用分节单元划分建立地下管线磁异常计算模型,不仅保证了管道磁异常正演计算的准确性,而且能够提高管道磁异常计算速率.     

低频地质雷达深层探测分析

地质雷达在探测地下煤层和采空区的效果往往不是很好.通过对英国Utsi Electronics Ltd公司最新研发的Groundvue 6和Groundvue 7地质雷达在北京门头沟地区探测地下煤层和采空区的实例,验证了地质雷达深层探测的能力和可能性,并分析其能够探测地下60 m左右深度采空区的原理.     

机载探地雷达数值模拟及逆时偏移成像

机载探地雷达可以用于人类无法到达的危险地区、植被严重覆盖的地下目标体探测,然而由于机载探地雷达的特殊性,影响机载探地雷达探测效果的因素包括天线的极化方向、天线的飞行高度以及地表粗糙度等.为了研究这些影响因素与探测效果之间的关系,用三维时间域有限差分模拟电磁波的传播过程,以沙漠地区地下空洞掩体的机载探地雷达探测为实例,分别模拟了不同天线极化方向、天线高度及地表粗糙度情况下的机载探地雷达剖面,分析了各因素对机载探地雷达探测地下空洞目标体的影响.天线极化方向与目标体走向垂直更有利于地下目标体探测;天线距离地表越近,可以获得更高分辨率的雷达剖面;沙漠地表起伏越大,雷达剖面中的散射杂波能量越强,浅部地下目标体信号容易被掩盖.为了消除起伏地形造成的散射杂波,提出用逆时偏移成像技术对共炮集机载探地雷达数据进行偏移成像,成像结果优于基尔霍夫偏移成像结果.     

地质雷达方法在上海市轨道交通明珠线工程中的应用

地质雷达方法在上海市轨道交通明珠线工程中的应用表明,此方法在探测地下障碍物中能依靠雷达图象识别其类型、材质、深度等,有利于快速、准确定位,有一定的优越性。     

地质雷达技术在地下管线探测中的应用

地质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RAMAC型地质雷达在嘉兴市管线普查中的实际应用,阐明了地质雷达的工作原理和方法,并得到了一些有意义的结论。     

水下金属管线埋深探测仪发送机输出回路特性研究

信号输出回路特性是影响电磁法水下金属管线探测仪探测深度和探测精度的重要因素,本文针对人工源电磁法探测水下金属管线埋伏深度的问题,建立了电磁信号发送机输出回路的物理模型,推导了信号输出回路基本特性的数学表达式,计算了不同长度金属管线输出回路的截止频率,并对不同激励信号下输出回路的响应进行了计算机仿真,为人工源电磁法水下金属管线埋深探测的方法选择、发送机设计与开发、输出回路布设提供依据.     

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。     

探地雷达在地铁盾构施工滞后沉降监测中的应用研究

在成都地铁2号线盾构施工过程中,由于成都地层特有的砂卵石层地质结构,产生地表滞后沉降问题.论文首先对此问题,建立了以空隙率为表征的地下介质扰动随时间发展的四个阶段的数值模型,应用有限差分数值模拟方法论研究和分析了源于滞后沉降的地下扰动不同发展时期的探地雷达反射波特征.然后结合成都地铁2号线盾构施工滞后沉降监测的对应的四个阶段探地雷达数据,分析了实际的滞后沉降地下扰动不同发展时期的雷达特征和灌浆治理效果的评价.论文通过数值模拟与实际雷达资料的对比研究结果,可为类似的城市地铁地表滞后沉降的探测和检测方法提供理论和技术的支持.     

电磁波的阻抗变换作用对地质雷达探测效果的影响

本文从理论推导电磁波在三层导电介质分界面的反射系数,说明电磁波的阻抗变换作用对地质雷达的探测效果有影响,并且详细分析了电磁波的阻抗变换对地质雷达的影响因素,最后得出结论：在使用地质雷达时,应根据实际情况选取工作中心频率来避开电磁波的带阻影响.     

城市地下空间地球物理探测技术与应用

城市地下空间开发利用是缓解土地资源紧张、解决"城市病"的重要途径,合理开发利用地下空间资源的关键问题是如何实现城市下方地质体"透明化".受施工场地、安全等因素的制约,传统地质填图调查方法难以获取城市地下精细结构信息,地球物理方法具有无损探测的特点,已成为开展城市地下空间精细地质结构探测的主要技术手段.然而地球物理方法种类较多,不同方法应用前提、范围和效果差别较大,为给城市地下空间资源探测选择适合的地球物理方法,本文结合实际案例,系统分析了微重力、高密度电法、浅层反射地震、面波勘探、探地雷达等不同地球物理方法在城市地下空间探测中的应用效果和适用前提.在此基础上,对比了不同方法探测深度、分辨率及其在城市地下空间开发探测的适用阶段,并对未来城市地下空间探测技术发展做了展望.