探地雷達(dá)在城市管線測(cè)量中的應(yīng)用研究

樊濟(jì)

【摘 要】探地雷達(dá)是一種新型探測(cè)方法，由于該技術(shù)不會(huì)對(duì)地表進(jìn)行破壞，因而目前廣泛應(yīng)用于城市地下管線的探測(cè)中，不僅探測(cè)分辨率較高，且定位準(zhǔn)確，圖像顯示效果好。論文通過簡(jiǎn)單介紹地下雷達(dá)的探測(cè)原理，以及探地雷達(dá)的探測(cè)方法，結(jié)合實(shí)際案例分析，對(duì)探地雷達(dá)在城市管線測(cè)量中的應(yīng)用展開了深入研究，旨在進(jìn)一步提升探地雷達(dá)的應(yīng)用水平，進(jìn)而為城市管線的探測(cè)工作質(zhì)量提供重要保障。

【Abstract】 Ground penetrating radar is a new detection method， which will not destroy the surface of the earth， so it is widely used in the detection of urban underground pipelines. The resolution ratio of it is high， and the location is accurate and the image display effect is good. The paper briefly introduces the detection principle of underground radar， and the? detection method of ground penetrating radar. Combined with practical case analysis， the application of ground penetrating radar in urban pipeline survey is deeply studied. The purpose of this paper is to further improve the application level of ground penetrating radar， so as to provide an important guarantee for the quality of urban pipeline detection.

【關(guān)鍵詞】探地雷達(dá);城市管線測(cè)量;地下管線探測(cè)

【Keywords】 round penetrating radar; urban pipeline survey; underground pipeline detection

【中圖分類號(hào)】TU198+.2;TU990.3? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 【文獻(xiàn)標(biāo)志碼】A? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?【文章編號(hào)】1673-1069（2018）10-0191-02

1 引言

城市化建設(shè)腳步的不斷推進(jìn)，我國城市基礎(chǔ)測(cè)繪的工作量日益增加，特別地下管線的探測(cè)工作，大量非金屬管線的應(yīng)用，增加了地下管線的探測(cè)難度，傳統(tǒng)的金屬管線探測(cè)方法顯然難以適用，而探地雷達(dá)的應(yīng)用，不僅具有無損、精準(zhǔn)、快速的特點(diǎn)，同時(shí)探測(cè)范圍也比較大，操作相對(duì)簡(jiǎn)單，極大地減輕了工作量。隨著探測(cè)技術(shù)的不斷發(fā)展，探地雷達(dá)在房屋測(cè)繪與地下管線探測(cè)方面的應(yīng)用優(yōu)勢(shì)，逐漸為人所關(guān)注?；诖耍疚膶?duì)探地雷達(dá)在城市管線測(cè)量中的應(yīng)用進(jìn)行研究，具有重要的實(shí)踐意義。

2 探地雷達(dá)的工作原理

探地雷達(dá)，簡(jiǎn)稱GPR，是近年來新興起的一項(xiàng)電磁探測(cè)技術(shù)。探地雷達(dá)應(yīng)用的主要優(yōu)勢(shì)為高分辨率、定位準(zhǔn)確、圖像實(shí)時(shí)顯示，且不需要開挖地表便可以進(jìn)行探測(cè)，因而不會(huì)對(duì)地表產(chǎn)生破壞。其探測(cè)的主要原理為，利用特殊儀器，將106～109Hz波段的高頻電磁波，以寬頻帶短脈沖的形式，發(fā)射到地下，并借助土壤進(jìn)行傳播，當(dāng)電磁波在地下遇到具有電性差異的地下目標(biāo)體時(shí)，便會(huì)出現(xiàn)反射，這一反射回來的電磁波會(huì)被地面上的接收裝置接收，通過分析接收電磁波的波形與振幅強(qiáng)度，結(jié)合雙程時(shí)間等參數(shù)，確定地下目標(biāo)物的深度與位置，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)測(cè)量[1]。

需要注意的是，面對(duì)不同性質(zhì)或者材料的地下管線，探地雷達(dá)所能起到的探測(cè)效果也是不相同的，這主要是因?yàn)椴煌牧辖橘|(zhì)自身的介電常數(shù)以及波速存在很大差異。金屬類管線的介電常數(shù)為0，探地雷達(dá)在探測(cè)金屬類管線時(shí)，探測(cè)效果比較顯著，而對(duì)于其他類型物質(zhì)，雷達(dá)接收器上顯示的圖像信息就相對(duì)較弱。根據(jù)這一特性，也可以迅速判斷出區(qū)域地下是否存在金屬類管線。

3 探地雷達(dá)的探測(cè)方法

3.1 參數(shù)的設(shè)定

探地雷達(dá)的參數(shù)，包括觸發(fā)方式、天線類型、時(shí)窗范圍以及采樣點(diǎn)數(shù)等。首先，按照城市地質(zhì)選擇適合的天線類型，其次按照預(yù)估的地下管線的最大埋深，選擇合理的時(shí)窗范圍，而采樣點(diǎn)數(shù)為單位距離的測(cè)距輪標(biāo)準(zhǔn)值45，即采樣間距為2.2cm，觸發(fā)方式可以根據(jù)實(shí)際需求選擇距離觸發(fā)與測(cè)距輪觸發(fā)等方式。

3.2 獲取增益

探地雷達(dá)的增益獲取是通過指數(shù)增益的方式來實(shí)現(xiàn)的，最大增益為60dB，最小增益為-20dB。需要注意的是，正增益一般情況下應(yīng)用于放大信號(hào)強(qiáng)度之上，而負(fù)增益一般情況下應(yīng)用于縮小信號(hào)強(qiáng)度上。對(duì)于與地表相距較近的數(shù)據(jù)，可通過負(fù)增益的方式進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，而針對(duì)中層深度返回的數(shù)據(jù)，則需要采用正增益的方式進(jìn)行處理。

3.3 數(shù)據(jù)采集

在數(shù)據(jù)采集時(shí)，可通過推動(dòng)天線小車，在顯示屏幕上得到采集數(shù)據(jù)的波形圖像，這種情況下，可以通過分析不同波形圖像的特征，來獲得不同的地下管線。

3.4 數(shù)據(jù)分析及定位

通過振幅譜、相位譜、頻率譜等方式，對(duì)波形圖像進(jìn)行分析，進(jìn)而推斷出地下管線的定位，并且還可以推測(cè)出地下管線分布的大概平面位置，以及地下管線的性質(zhì)。此外，還可以利用波形圖像的大小，來預(yù)估管線直徑，在反射面不夠明顯的情況下，則可以通過同相軸的連續(xù)判斷，來推測(cè)出地下管線的平面位置。

3.5 數(shù)據(jù)處理

數(shù)據(jù)處理適用于城市地質(zhì)環(huán)境相對(duì)復(fù)雜，探地雷達(dá)難以在探測(cè)現(xiàn)場(chǎng)獲得地下管線的分布情況的情形中。利用軟件切除圖像中的干擾波形與濾波，同時(shí)還要對(duì)處理掉波形的增益以及剖面偏移，以此來提高管線反射圖像的分辨率，便于更加清晰的觀察，進(jìn)而推測(cè)出管線的實(shí)際分布情況。

4 探地雷達(dá)探測(cè)城市地下管線的具體應(yīng)用以及實(shí)際案例分析

4.1 探地雷達(dá)探測(cè)城市地下管線的具體應(yīng)用

一方面，現(xiàn)場(chǎng)勘探試驗(yàn)。在現(xiàn)場(chǎng)勘探的過程中，為了將探地雷達(dá)的探測(cè)效果充分發(fā)揮出來，工作人員應(yīng)首先做好所探測(cè)地區(qū)的地下管線的相關(guān)資料，包括地下管線的直徑大小、才智等，同時(shí)還要調(diào)查目標(biāo)探測(cè)地的溫度、地質(zhì)情況、溫度等條件，并根據(jù)實(shí)際情況，選擇合適的探測(cè)參數(shù)。另一方面，剖面探測(cè)。在應(yīng)用剖面探測(cè)的方式對(duì)地下管線進(jìn)行測(cè)量時(shí)，一是要做好探測(cè)前的準(zhǔn)備工作，包括標(biāo)志其真實(shí)位置、測(cè)量線的布置等，二是要做好目標(biāo)管線是否異常的判斷工作。

4.2 實(shí)際案例分析

為了做好城市地下管線的規(guī)劃建設(shè)工作，東莞市積極開展中心鎮(zhèn)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(gè)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(cè)的地點(diǎn)在塘廈鎮(zhèn)與鳳崗鎮(zhèn)部分區(qū)域的J包，區(qū)域面積為55.28km2，主要工作量為：探查各類管線點(diǎn)91087個(gè)，其中調(diào)查明顯點(diǎn)53650個(gè)，探測(cè)隱蔽點(diǎn)37437個(gè)。管線長(zhǎng)度總計(jì)1496.149km。探測(cè)結(jié)果經(jīng)處理后如圖1所示，而同一位置現(xiàn)有的管線圖資料如圖2所示。

由圖1與圖2可以看出，若將路邊看作是起始點(diǎn)，那么雨水管道與起始點(diǎn)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(diǎn)的距離為12.5m，兩條熱力管線與起始點(diǎn)的距離分別為13.2m與13.8m。與此同時(shí)，探地雷達(dá)所探測(cè)的影像，和實(shí)際的城市管線分布圖恰好吻合，并且探測(cè)雷達(dá)獲得的影像中，很多管線的探測(cè)感知效果較好，管線分布明顯，可以在雷達(dá)影像中清晰地看到。這說明，探地雷達(dá)的探測(cè)效果較好，定位比較精準(zhǔn)。

5 結(jié)論

城市地下管線的探測(cè)工作對(duì)城市化建設(shè)具有重要影響，而通過本文中對(duì)探地雷達(dá)測(cè)量原理、測(cè)量方法的分析，結(jié)合實(shí)際案例的探測(cè)結(jié)果，可以看出探地雷達(dá)作為一種新型探測(cè)手段，在城市地下管線的探測(cè)中具有非常好的應(yīng)用效果，不僅探測(cè)精準(zhǔn)性較高，且雷達(dá)圖像分辨率高，亦不會(huì)對(duì)地表產(chǎn)生破壞。所以，探地雷達(dá)在城市地下管線的探測(cè)中具有較好的應(yīng)用前景。總而言之，在我國城市化建設(shè)的進(jìn)程中，城市地下管線的探測(cè)工作任重而道遠(yuǎn)，行業(yè)工作人員應(yīng)積極應(yīng)用探地雷達(dá)技術(shù)，實(shí)現(xiàn)對(duì)地下管線的快速探測(cè)，以及高精準(zhǔn)定位。

【參考文獻(xiàn)】

【1】趙文東，李慶彪.RISK2探地雷達(dá)在大理市地下管線普查中的應(yīng)用[J].辦公自動(dòng)化，2014，14（s1）：206-214.