雷達檢測技術在道路工程中的應用研究

熊　曄（安徽省建設工程測試研究院有限責任公司）

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雷達檢測技術在道路工程中的應用研究

熊曄（安徽省建設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影響的。由于地質雷達檢測系統包含許多的有點，使得雷達檢測技術在道路工程中得到了十分廣泛的應用。本文根據某一公路的實際案例，深入的探討了雷達檢測技術的工作原理和其在道路工程中應用的重要儀器，并對相關數據進行了詳細的分析，從而為推進雷達檢測技術在道路質量控制等的應用奠定了堅實的基礎。

雷達檢測技術；道路工程；使用壽命

地質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、砌體以及巖體情況進行確定的方法。地質雷達通過發射天線對地下介質發射高頻電磁波，發射的這些電磁波在地下介質進行傳播時，如果遇到具有電性差異的界面的時候，就會有反射現象發生，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，就可對介質的空間位置、結構特征、埋藏深度以及形態進行判斷。如今雷達檢測技術在道路應用中得到了廣泛的應用。

1　雷達檢測技術的重要作用

在當前的道路工程施工中，尤其是在道路質量無損檢測當中，雷達檢測技術不僅僅對提供道路工程竣工質量的驗收速度的提高有所幫助，還能夠提供準確的、科學的數據，避免取樣偏差以及人為干擾等因素的影響，保證技術指標的準確度。此外，雷達檢測技術和鉆孔取芯技術相比，還可有效避免對道路原結構的破壞。在對道路的路況進行檢測時，通過雷達檢測技術能檢查板下脫空等問題，以幫助工作人員根據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企業的經濟效益。雷達檢測技術是基于無損檢測的，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　雷達檢測技術的工作原理

雷達檢測技術的工作原理依據的是高頻電磁脈沖波的反射原理。發射天線會發射高頻寬帶的短脈沖電磁波，這些電磁波到達目的體之后，會產生反射現象，接收天線接收反射的電磁波，在介質中電磁波的電磁場強度、波形以及路徑等會發生一系列的變化。對這些變化信息進行處理、分析以及計算，可以得到介質的背后空洞和介質厚度等。通過模數的轉換處理，地質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，數據信號信息會構成雷達探測圖像。這些地質雷達探測圖像可對資糧進行詳細的解釋，如果地下介質之間有電性差異，在圖像中就會有所反映。地質雷達探測的工作原理圖見圖1。

圖1　地質雷達探測的工作原理圖

地下介質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。水這種物質的介電常數為78.5，比較大；而空氣這種物質的介電常數為1，比較小；其他介質的介電常數基本上都在這個范圍之內，所以電磁波從非空氣介質傳輸到其他物質或者從其他介質傳輸到空氣介質都會有強反射現象發生，比如：混凝土這種介質的介質常數為6，其和空氣介質的介質特性是不同的，如果這兩種介質之間有空洞或者裂縫存在，地質雷達信號會存在反射現象；另外，測試回波信號的幅度會呈現明顯提高的趨勢，地質雷達檢測的坡面會存在異常現象。

3　雷達檢測技術

目前，常用的雷達檢測設備為意大利生產的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、網絡電纜以及天線，該系統具有很多的優點，比如：易于操作、體積小、分辨率高、質量輕以及快速穩定等。案例測量時使用的參數八廓：采樣點的間距為2cm，采樣點數是500，轉換是16為的A/D，中心頻率是2000MHz的天線，時窗是15ns。發射天線和接收天線根據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　相關數據分析

隨著地質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。對數據信息進行分析的基礎是地質雷達數據信息的獲取，對數據進行處理的最終目的是提高數據的信噪比SNR，突出數據中的異常信息。地質雷達信號信息分析的準確性受所采集的基礎資料以及實測的數據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，導致無規律雜波的形成，很有可能掩蓋部分有用信號，所以，相關工作人員需要采用一定的數字信號處理技術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，將雷達采集的數據信息傳送給計算機，通過高級雷達圖像處理軟件實現對數據的相關預處理，同時通過對數據進行滑動平均、漂移去除、背景去噪、零線設定以及譜值平均等處理，在經過這些處理之后，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信息進行識別，對地質現象繼進行更加清楚的反應，最終使得解釋結果更加的準確。

5　道路工程實例分析

某公路混凝土路面的基層是水泥穩定碎石，填土為上路床的主要填充材料，通過觀察地質雷達獲取的圖像，可以發現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，這就為后續的道路工程分析奠定了堅實的基礎。

5.1地質雷達對道路路面的檢測

采用地質雷達檢測技術對道路某區段進行檢測，檢測的總長度是20m，在這段路程中總共包含四塊板。計算處理分析地質雷達采集到的圖像，可以發現該道路區段的部分地段存在著一定的脫空現象。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。通過地質雷達檢測的結果見表1。

表1　地質雷達檢測的結果

5.2雷達檢測技術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不同現象，在路線存在脫空現象的時候，該位置的介電常數的差異會得到明顯的加大。根據同相軸畸變情況、地質雷達反射波的振幅的不同以及專業工作人員的工作經驗，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

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和維修過程中具有非常重要的作用，相關的道路工程工作人員在采用該項技術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，以確保檢測結果的正確性，最終實現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

A

2095-2066（2016）17-0182-02

2016-6-1