雷達檢測技術(shù)在道路工程中的應用研究

熊　曄（安徽省建設(shè)工程測試研究院有限責任公司）

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雷達檢測技術(shù)在道路工程中的應用研究

熊曄（安徽省建設(shè)工程測試研究院有限責任公司）

道路工程的使用壽命是受道路檢測的技術(shù)影響的。由于地質(zhì)雷達檢測系統(tǒng)包含許多的有點，使得雷達檢測技術(shù)在道路工程中得到了十分廣泛的應用。本文根據(jù)某一公路的實際案例，深入的探討了雷達檢測技術(shù)的工作原理和其在道路工程中應用的重要儀器，并對相關(guān)數(shù)據(jù)進行了詳細的分析，從而為推進雷達檢測技術(shù)在道路質(zhì)量控制等的應用奠定了堅實的基礎(chǔ)。

雷達檢測技術(shù)；道路工程；使用壽命

地質(zhì)雷達指的是一種通過在106～109Hz這個范圍的頻率的無線電波對地下介質(zhì)、砌體以及巖體情況進行確定的方法。地質(zhì)雷達通過發(fā)射天線對地下介質(zhì)發(fā)射高頻電磁波，發(fā)射的這些電磁波在地下介質(zhì)進行傳播時，如果遇到具有電性差異的界面的時候，就會有反射現(xiàn)象發(fā)生，通過接受天線接受到的電磁波的波形、時間以及振幅強度等的變化特征，就可對介質(zhì)的空間位置、結(jié)構(gòu)特征、埋藏深度以及形態(tài)進行判斷。如今雷達檢測技術(shù)在道路應用中得到了廣泛的應用。

1　雷達檢測技術(shù)的重要作用

在當前的道路工程施工中，尤其是在道路質(zhì)量無損檢測當中，雷達檢測技術(shù)不僅僅對提供道路工程竣工質(zhì)量的驗收速度的提高有所幫助，還能夠提供準確的、科學的數(shù)據(jù)，避免取樣偏差以及人為干擾等因素的影響，保證技術(shù)指標的準確度。此外，雷達檢測技術(shù)和鉆孔取芯技術(shù)相比，還可有效避免對道路原結(jié)構(gòu)的破壞。在對道路的路況進行檢測時，通過雷達檢測技術(shù)能檢查板下脫空等問題，以幫助工作人員根據(jù)具體問題進行及時的解決，以此來延長公路的使用壽命，從而提高道路工程建設(shè)企業(yè)的經(jīng)濟效益。雷達檢測技術(shù)是基于無損檢測的，具有比較強的抗電磁干擾能力，在道路工程當中具有較高的分辨率以及探測深度。能實時通過清晰的圖像觀察道路的剖面情況。

2　雷達檢測技術(shù)的工作原理

雷達檢測技術(shù)的工作原理依據(jù)的是高頻電磁脈沖波的反射原理。發(fā)射天線會發(fā)射高頻寬帶的短脈沖電磁波，這些電磁波到達目的體之后，會產(chǎn)生反射現(xiàn)象，接收天線接收反射的電磁波，在介質(zhì)中電磁波的電磁場強度、波形以及路徑等會發(fā)生一系列的變化。對這些變化信息進行處理、分析以及計算，可以得到介質(zhì)的背后空洞和介質(zhì)厚度等。通過模數(shù)的轉(zhuǎn)換處理，地質(zhì)雷達接收到的信號信息傳送給計算機，通過增益、濾波等處理，數(shù)據(jù)信號信息會構(gòu)成雷達探測圖像。這些地質(zhì)雷達探測圖像可對資糧進行詳細的解釋，如果地下介質(zhì)之間有電性差異，在圖像中就會有所反映。地質(zhì)雷達探測的工作原理圖見圖1。

圖1　地質(zhì)雷達探測的工作原理圖

地下介質(zhì)的中心頻率以及電性對雷達波的穿透深度具有決定性的影響。穿透深度隨著電導率和中心頻率的提高而減小。水這種物質(zhì)的介電常數(shù)為78.5，比較大；而空氣這種物質(zhì)的介電常數(shù)為1，比較?。黄渌橘|(zhì)的介電常數(shù)基本上都在這個范圍之內(nèi)，所以電磁波從非空氣介質(zhì)傳輸?shù)狡渌镔|(zhì)或者從其他介質(zhì)傳輸?shù)娇諝饨橘|(zhì)都會有強反射現(xiàn)象發(fā)生，比如：混凝土這種介質(zhì)的介質(zhì)常數(shù)為6，其和空氣介質(zhì)的介質(zhì)特性是不同的，如果這兩種介質(zhì)之間有空洞或者裂縫存在，地質(zhì)雷達信號會存在反射現(xiàn)象；另外，測試回波信號的幅度會呈現(xiàn)明顯提高的趨勢，地質(zhì)雷達檢測的坡面會存在異?，F(xiàn)象。

3　雷達檢測技術(shù)

目前，常用的雷達檢測設(shè)備為意大利生產(chǎn)的RIS-K2雷達，具體見圖2。該雷達的硬件部分主要包括：電池包、DAD控制單元、筆記本電腦、網(wǎng)絡(luò)電纜以及天線，該系統(tǒng)具有很多的優(yōu)點，比如：易于操作、體積小、分辨率高、質(zhì)量輕以及快速穩(wěn)定等。案例測量時使用的參數(shù)八廓：采樣點的間距為2cm，采樣點數(shù)是500，轉(zhuǎn)換是16為的A/D，中心頻率是2000MHz的天線，時窗是15ns。發(fā)射天線和接收天線根據(jù)所固定的天線之間的采樣測量點的間距進行同步移動。

圖2　RIS-K2雷達示意圖

4　相關(guān)數(shù)據(jù)分析

隨著地質(zhì)雷達探測深度的提高，有用信號的強度將逐漸減弱，干擾信號的強度將逐步提高。對數(shù)據(jù)信息進行分析的基礎(chǔ)是地質(zhì)雷達數(shù)據(jù)信息的獲取，對數(shù)據(jù)進行處理的最終目的是提高數(shù)據(jù)的信噪比SNR，突出數(shù)據(jù)中的異常信息。地質(zhì)雷達信號信息分析的準確性受所采集的基礎(chǔ)資料以及實測的數(shù)據(jù)雷達資料的影響比較大，比如：噪音干擾、地表不平整等因素的存在會使得天線存在一定的高低晃動，導致無規(guī)律雜波的形成，很有可能掩蓋部分有用信號，所以，相關(guān)工作人員需要采用一定的數(shù)字信號處理技術(shù)對采集的信號中的噪聲以及雜波進行抑制，從而提取有用的信號。所以，將雷達采集的數(shù)據(jù)信息傳送給計算機，通過高級雷達圖像處理軟件實現(xiàn)對數(shù)據(jù)的相關(guān)預處理，同時通過對數(shù)據(jù)進行滑動平均、漂移去除、背景去噪、零線設(shè)定以及譜值平均等處理，在經(jīng)過這些處理之后，干擾信號的強度會得到有效抑制，采集的雷達信號的信噪比會得到明顯提高，這會使雷達探圖像能夠更加容易的對地質(zhì)信息進行識別，對地質(zhì)現(xiàn)象繼進行更加清楚的反應，最終使得解釋結(jié)果更加的準確。

5　道路工程實例分析

某公路混凝土路面的基層是水泥穩(wěn)定碎石，填土為上路床的主要填充材料，通過觀察地質(zhì)雷達獲取的圖像，可以發(fā)現(xiàn)剖面圖中的脫空位置以及分層界面位置的反射波的信噪比以及分辨率都比較高，這就為后續(xù)的道路工程分析奠定了堅實的基礎(chǔ)。

5.1地質(zhì)雷達對道路路面的檢測

采用地質(zhì)雷達檢測技術(shù)對道路某區(qū)段進行檢測，檢測的總長度是20m，在這段路程中總共包含四塊板。計算處理分析地質(zhì)雷達采集到的圖像，可以發(fā)現(xiàn)該道路區(qū)段的部分地段存在著一定的脫空現(xiàn)象。從縱向的角度來看，該路段的脫空長度可達到12.5m，安置的測線的長度的平均值是4.2m。通過地質(zhì)雷達檢測的結(jié)果見表1。

表1　地質(zhì)雷達檢測的結(jié)果

5.2雷達檢測技術(shù)對道路路面脫空缺陷的檢測

路床和基層以及基層和路面層之間存在著比較明顯的介電常數(shù)不同現(xiàn)象，在路線存在脫空現(xiàn)象的時候，該位置的介電常數(shù)的差異會得到明顯的加大。根據(jù)同相軸畸變情況、地質(zhì)雷達反射波的振幅的不同以及專業(yè)工作人員的工作經(jīng)驗，將上述的基層和路面層的脫空程度分為明顯以及輕微兩種類型的。

6　總結(jié)

總而言之，雷達檢測計算在我國乃至全世界的道路工程建設(shè)和維修過程中具有非常重要的作用，相關(guān)的道路工程工作人員在采用該項技術(shù)對道路進行檢測的時候，一定要認真的、仔細的完成各項工作，以確保檢測結(jié)果的正確性，最終實現(xiàn)延長道路工程的使用壽命的目的。

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熊 曄（1982-），男，工程師，本科，主要從事市政道橋工程試驗檢測工作。

U412.2

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2095-2066（2016）17-0182-02

2016-6-1