微波技術在道路工程中的應用

長安大學公路學院 吳正鶯 郄磊堂

內蒙古高等級公路建設開發(fā)有限責任公司 王新寬

微波技術在道路工程中的應用

長安大學公路學院 吳正鶯 郄磊堂

內蒙古高等級公路建設開發(fā)有限責任公司 王新寬

微波是指波長在1mm～1000mm、頻率在300MHz～300GHz范圍之間的電磁波，因為它的波長與長波、中波以及短波相比，要小得多，所以被稱為“微波”。微波技術作為近代科學研究的重大成就之一，幾十年來，已經發(fā)展成為一門比較成熟的學科，在雷達、通信、導航、電子對抗等許多領域里得到了廣泛的應用，而微波技術的另一個重要應用就是作為能源應用于工農業(yè)生產及人類的日常生活。本文，筆者針對微波技術在道路上的應用，做個簡單的介紹。

一、微波技術在道路中的應用

微波技術在道路工程中的應用類型主要分為兩大類：信號微波和功率微波。

1．探地雷達在道路工程檢測中的應用。探地雷達是近十幾年來發(fā)展起來的一種新興有效的淺層地下目標探測手段。雷達發(fā)射出去的電磁波脈沖在到達接收天線時，綜合了地下不同介質的物理信息，表現(xiàn)為波幅減小、頻率降低、相位和反射時間發(fā)生變化等，波形變得與原始發(fā)射波形有較大差別，即電磁波在介質中傳播時，其路徑、電磁場強度與波形將隨所通過介質的電性質及幾何形態(tài)而變化。因此，根據(jù)接收波的旅行時間、幅度與波形資料，可推斷介質的結構。

探地雷達在道路工程檢測中的應用廣泛，常見用途包括：地層探測，對于公路選線、工點勘察等需要查明線路、工點點位的工程地質條件，其中首要的是查明地層剖面的巖性情況，利用探地雷達可以探測到所需要的信息?；鶐r面探測，隧道進出口、大型橋梁等工點對地基的附加應力影響深，利用探地雷達可以查明基巖起伏，確定隧道口和橋梁位置以及對基礎進行處理；路基各層狀況探測。路基結構的完整性是保證公路正常運行的基本條件，通過探地雷達無損檢測，可以大致準確的探測路基各層的狀況，對有損害路段進行及時維護?；聹y定，利用滑坡體與母巖的電性差異解釋探地雷達圖像，確定滑坡體的厚度和寬度。 活動斷層探測，由于新生代以來形成的松散地層受到雨水的沖刷和人為的破壞，地表活動跡象很難找到。利用探地雷達進行探測，可以查明新生代地層的錯動情況。地下管線檢測。面層厚度檢測。

2．雷達測速儀在車輛測速領域的應用。為了減少車輛超速行駛，各國警察普遍裝備測速儀。目前最常用的測速儀器為基于微波技術的雷達測速器。雷達測速器的原理是多普勒效應。假設雷達測速器發(fā)出一個頻率為880兆赫的脈沖微波，如果微波射在靜止不動的車輛上，被反射回來,它的反射波頻率不會改變，仍然是880兆赫。反之如果車輛在行駛,而且速度很快，根據(jù)多普勒效應，反射波頻率與發(fā)射波的頻率就不相同。通過對這種微波頻率微細變化的精確測定，求出頻率的差異，最后通過計算機測算出車輛的速度。雷達測速器的測速范圍大約在每小時23公里到198公里之間,測速范圍比較大,精確度也相當高，車速在每小時100公里時，誤差不會超過每小時1公里。

3．不停車收費系統(tǒng)。不停車收費系統(tǒng)（ETC）利用專用短程微波通訊技術，通過路側單元與車載單元的信息交換，自動識別車輛，采用電子支付方式，自動完成車輛通行費的扣除。當ETC系統(tǒng)通過地感線圈檢測到車輛進入ETC車道的時候，安裝在龍門架上的路側天線與安裝在車內的電子標簽自動進行信息交換，根據(jù)電子標簽中存儲的信息識別出車輛信息，并根據(jù)車主的使用情況從其賬戶中扣除通行費。整個收費過程無需人工干預，用戶可以不停車快速通過。

ETC是國際上正努力開發(fā)并推廣普及的一種用于道路、大橋和隧道的電子收費系統(tǒng)。建立不停車收費系統(tǒng)使車輛和道路系統(tǒng)智能化，可以從根本上杜絕收費票款的流失現(xiàn)象，解決道路擁擠、堵塞等弊端，提高道路運行安全和效率，保證安全快速的道路交通環(huán)境。因此，在我國研究和發(fā)展電子不停車收費系統(tǒng)具有重大的經濟和社會效益，前景十分廣闊。

二、功率微波的應用

功率微波技術在道路上的應用主要用在養(yǎng)護領域，包括微波除冰除雪、微波熱再生、微波施工等。

早期的高速公路除雪除冰方法是使用掃雪車或者是直接在高速路面上撒鹽，這兩種方法效果都不理想。高速公路的養(yǎng)護距離一般都比較長，使用掃雪車除雪效率太低；如果碰到路面結冰，只能采用撒鹽的方法除冰，鹽粒除冰雪的效果很好，但是當路面的雪水化去后，會有大量的鹽粒殘留在高速公路路面，這對瀝青路面很不利。功率微波技術在養(yǎng)護領域的應用充分利用了其可以加熱介質材料的特性，可以用來加熱瀝青混合料和公路上的積雪，這方面的應用主要體現(xiàn)在微波養(yǎng)護車和微波除雪車的應用上。利用功率微波的加熱原理加熱瀝青混凝土，使之軟化達到施工需要的溫度，以便于進行路面的修補，微波熱再生技術直接促進了養(yǎng)護工藝的創(chuàng)新。另一方面，采用微波除雪車相比早期的除冰除雪方法也簡潔方便得多，它可以快速、干凈地清除高速公路路面的冰雪，并且沒有任何污染。

對于路面加熱方式還有紅外加熱和熱傳遞加熱，但是這兩種加熱方式均有因為加熱溫度過高而燒焦路面的問題，污染了環(huán)境，破壞了路面。而采用微波加熱不但不會燒焦路面，加熱溫度梯度小，而且加熱深度比前兩種方式都要深，可以進行路面深層維修，方便路面養(yǎng)護施工。

本文，筆者簡要介紹了不同類型微波技術在道路中的應用。其中探地雷達無損檢測、雷達測速以及ETC在道路工程中得到了廣泛的應用，而微波技術的加熱特性亦在目前道路養(yǎng)護領域發(fā)揮了重大作用，特別是微波除冰除雪、微波熱再生等，相比早期的養(yǎng)護方法具有可觀的應用價值和環(huán)境經濟效益。