探地雷達在城市管線測量中的應用研究

趙越

摘要：探地雷達是一種新型探測方法，由于該技術不會對地表進行破壞，因而目前廣泛應用于城市地下管線的探測中，不僅探測分辨率較高，且定位準確，圖像顯示效果好。論文通過簡單介紹地下雷達的探測原理，以及探地雷達的探測方法，結(jié)合實際案例分析，對探地雷達在城市管線測量中的應用展開了深入研究。

關鍵詞：探地雷達；城市管線測量；地下管線探測

城市化建設腳步的不斷推進，我國城市基礎測繪的工作量日益增加，特別地下管線的探測工作，大量非金屬管線的應用，增加了地下管線的探測難度，傳統(tǒng)的金屬管線探測方法顯然難以適用，而探地雷達的應用，不僅具有無損、精準、快速的特點，同時探測范圍也比較大，操作相對簡單，極大地減輕了工作量。隨著探測技術的不斷發(fā)展，探地雷達在房屋測繪與地下管線探測方面的應用優(yōu)勢。

一、探地雷達管線測量原理

探地雷達（GPR）是近年來隨著科學技術的發(fā)展而發(fā)展起來的一種高新電磁探測技術，該方法無需破壞、開挖地表即可完成地下物體勘探，具有分辨率高、定位精準、圖像實時顯示等優(yōu)點，在現(xiàn)代工程應用中逐步得以推廣。探地雷達探測方法主要是利用 106～109Hz 波段的高頻電磁波，通過特定儀器以寬頻帶短脈沖形式經(jīng)發(fā)射天線的發(fā)射器送入地下，電磁波在土壤介質(zhì)中傳播，當遇到存在電性差異的地下目標體時，電磁波便在目標體表面發(fā)生反射（電磁波在同一種均勻介質(zhì)中傳播時是幾乎不會發(fā)生任何反射現(xiàn)象的，而如果電磁波在傳播過程中從一種介質(zhì)到另一種介質(zhì)時，由于兩者存在電性差異，電磁波就會發(fā)生反射），反射回的電磁波回到地面并由接收天線所接收，根據(jù)接收到的雷達波形、振幅強度、雙程時間等參數(shù)，通過分析和推斷，從而確定地下管線的位置和埋深，實現(xiàn)對城市地下管線的測量。

在探地雷達探測金屬和非金屬管線測量中，金屬材質(zhì)管線（介電常數(shù)為 0，常見介質(zhì)），探地雷達發(fā)射的所有電磁波在穿過土壤到達金屬管線時幾乎全部反射回來，因此，在相同條件下，金屬管線在雷達影像上的反映比其他所有管線都要明顯；非金屬管線（如塑料介電常數(shù)為 3）與土壤的電性差異相對于金屬來說并不明顯，在雷達影像上的反映要比金屬管線弱，但一般非金屬管線內(nèi)通常有空氣或者其他物質(zhì)填充，在多個界面也都可以發(fā)生反射，因此，根據(jù)探地雷達反射回來的信號強度也可以分辨非金屬管線是否存在。

二、探地雷達管線測量方法

1.設定參數(shù)

LD9000 型探地雷達的參數(shù)主要包括：天線類型、時窗范圍、觸發(fā)方式及采樣點數(shù)等。天線類型選擇可根據(jù)實際需要選擇相應的天線類型；時窗范圍是屏幕顯示出的最大深度范圍，而不是雷達能夠探測的最大深度，其范圍可根據(jù)目標體可能的最大埋深設定，時窗范圍的選擇可參照：最大時窗=目標體可能的最大埋深 ×1.5×20 ns；數(shù)據(jù)采集的觸發(fā)方式選Distance（距離觸發(fā)/測距輪觸發(fā)）；采樣點數(shù)設置為單位距離的測距輪標定值“45”，此采樣點數(shù)相當于采樣間距大約為2.2 cm。

2.增益獲取

LD9000型探地雷達采用指數(shù)增益方式，最小增益為一20 dB，最大增益為60 dB；負增益用于縮小信號強度，正增益用于放大信號強度。一般地，對接近地表的第一段數(shù)據(jù)宜進行負增益處理，對中深部數(shù)據(jù)宜進行放大處理（時窗變化后，必須重新設置增益參數(shù)，時窗大小不同，應采用不同的增益值）。

3.數(shù)據(jù)采集

設置好 LD9000 型探地雷達各項參數(shù)后，即可開始進行管線測量，推動小車天線，儀器屏幕上會顯示經(jīng)采集軟件處理后的波形圖像，根據(jù)各類管線分別對應的波形特征，從而確定待測定管線，同時，進行現(xiàn)場定位分析。

4.數(shù)據(jù)分析和定位

通過分析 LD9000 型采集的管線波形圖像，利用顯示的相位譜、振幅譜、頻率譜等特征，通過對這些波形特征的分析，即可推斷出地下管線的平面位置、埋深和材質(zhì)，進一步可以從波形的大小推斷管線管徑的大??；當管線的反射面不明顯的時候，可以從同相軸的連續(xù)性判斷地下管線的平面位置。

三、探地雷達探測城市地下管線的具體應用以及實際案例分析

1.探地雷達探測城市地下管線的具體應用

一方面，現(xiàn)場勘探試驗。在現(xiàn)場勘探的過程中，為了將探地雷達的探測效果充分發(fā)揮出來，工作人員應首先做好所探測地區(qū)的地下管線的相關資料，包括地下管線的直徑大小、才智等，同時還要調(diào)查目標探測地的溫度、地質(zhì)情況、溫度等條件，并根據(jù)實際情況，選擇合適的探測參數(shù)。另一方面，剖面探測。在應用剖面探測的方式對地下管線進行測量時，一是要做好探測前的準備工作，包括標志其真實位置、測量線的布置等，二是要做好目標管線是否異常的判斷工作。

2.實際案例分析

為了做好城市地下管線的規(guī)劃建設工作，黑龍江省某地區(qū)的地下綜合管線普查工作，并將第一批中心鎮(zhèn)地下管線的普查劃分成 12 個包，本文研究以 J 包地下管線的普查為例展開研究。本次探測的地點在黑龍江省某個市的 J 包，區(qū)域面積為 55.28km2，主要工作量為：探查各類管線點 91087 個，其中調(diào)查明顯點 53650 個，探測隱蔽點 37437個。管線長度總計 1496.149km。若將路邊看作是起始點，那么雨水管道與起始點之間的距離為 2.7m，而自來水管道的距離則為 8.4m，煤氣管道的距離為 7.5m，電力管線與起始點的距離為 12.5m，兩條熱力管線與起始點的距離分別為 13.2m 與13.8m。與此同時，探地雷達所探測的影像，和實際的城市管線分布圖恰好吻合，并且探測雷達獲得的影像中，很多管線的探測感知效果較好，管線分布明顯，可以在雷達影像中清晰地看到。這說明，探地雷達的探測效果較好，定位比較精準。

四、結(jié)束語

探地雷達作為一種新的城市管線測量手段，解決了傳統(tǒng)管線測量手段難以探測非金屬管線的難題，同時，探地雷達管線測量憑借自身快速、精準、無需開挖等優(yōu)勢，在城市管線測繪中的作用逐步顯現(xiàn)，并取得了良好的效果，為非金屬管線探測和管線密集區(qū)域探測找到了新的解決方案和思路。

參考文獻：

[1]樊濟.探地雷達在城市管線測量中的應用研究[J].中小企業(yè)管理與科技（上旬刊），2018（10）：191-192.

[2]郭志偉，潘長風.探地雷達在地下管線探測中的應用[J].山西建筑，2017，43（20）：202-203.

（作者單位：黑龍江和信勘測設計有限公司）