探地雷達(dá)在城市管線測(cè)量中的應(yīng)用研究

趙越

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。

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

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)。

一、探地雷達(dá)管線測(cè)量原理

探地雷達(dá)（GPR）是近年來隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展而發(fā)展起來的一種高新電磁探測(cè)技術(shù)，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(zhǔn)、圖像實(shí)時(shí)顯示等優(yōu)點(diǎn)，在現(xiàn)代工程應(yīng)用中逐步得以推廣。探地雷達(dá)探測(cè)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(dāng)遇到存在電性差異的地下目標(biāo)體時(shí)，電磁波便在目標(biāo)體表面發(fā)生反射（電磁波在同一種均勻介質(zhì)中傳播時(shí)是幾乎不會(huì)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(shí)，由于兩者存在電性差異，電磁波就會(huì)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(dá)波形、振幅強(qiáng)度、雙程時(shí)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(shí)現(xiàn)對(duì)城市地下管線的測(cè)量。

在探地雷達(dá)探測(cè)金屬和非金屬管線測(cè)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(dá)發(fā)射的所有電磁波在穿過土壤到達(dá)金屬管線時(shí)幾乎全部反射回來，因此，在相同條件下，金屬管線在雷達(dá)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(duì)于金屬來說并不明顯，在雷達(dá)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(gè)界面也都可以發(fā)生反射，因此，根據(jù)探地雷達(dá)反射回來的信號(hào)強(qiáng)度也可以分辨非金屬管線是否存在。

二、探地雷達(dá)管線測(cè)量方法

1.設(shè)定參數(shù)

LD9000 型探地雷達(dá)的參數(shù)主要包括：天線類型、時(shí)窗范圍、觸發(fā)方式及采樣點(diǎn)數(shù)等。天線類型選擇可根據(jù)實(shí)際需要選擇相應(yīng)的天線類型；時(shí)窗范圍是屏幕顯示出的最大深度范圍，而不是雷達(dá)能夠探測(cè)的最大深度，其范圍可根據(jù)目標(biāo)體可能的最大埋深設(shè)定，時(shí)窗范圍的選擇可參照：最大時(shí)窗=目標(biāo)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(cè)距輪觸發(fā)）；采樣點(diǎn)數(shù)設(shè)置為單位距離的測(cè)距輪標(biāo)定值“45”，此采樣點(diǎn)數(shù)相當(dāng)于采樣間距大約為2.2 cm。

2.增益獲取

LD9000型探地雷達(dá)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(fù)增益用于縮小信號(hào)強(qiáng)度，正增益用于放大信號(hào)強(qiáng)度。一般地，對(duì)接近地表的第一段數(shù)據(jù)宜進(jìn)行負(fù)增益處理，對(duì)中深部數(shù)據(jù)宜進(jìn)行放大處理（時(shí)窗變化后，必須重新設(shè)置增益參數(shù)，時(shí)窗大小不同，應(yīng)采用不同的增益值）。

3.數(shù)據(jù)采集

設(shè)置好 LD9000 型探地雷達(dá)各項(xiàng)參數(shù)后，即可開始進(jìn)行管線測(cè)量，推動(dòng)小車天線，儀器屏幕上會(huì)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(duì)應(yīng)的波形特征，從而確定待測(cè)定管線，同時(shí)，進(jìn)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(duì)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(jìn)一步可以從波形的大小推斷管線管徑的大小；當(dāng)管線的反射面不明顯的時(shí)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(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

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)場勘探試驗(yàn)。在現(xiàn)場勘探的過程中，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。

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，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(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)在黑龍江省某個(gè)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(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)。管線長度總計(jì) 1496.149km。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)。

四、結(jié)束語

探地雷達(dá)作為一種新的城市管線測(cè)量手段，解決了傳統(tǒng)管線測(cè)量手段難以探測(cè)非金屬管線的難題，同時(shí)，探地雷達(dá)管線測(cè)量憑借自身快速、精準(zhǔn)、無需開挖等優(yōu)勢(shì)，在城市管線測(cè)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(cè)和管線密集區(qū)域探測(cè)找到了新的解決方案和思路。

參考文獻(xiàn)：

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（作者單位：黑龍江和信勘測(cè)設(shè)計(jì)有限公司）