探地雷达技术的工作方法及其在地下管道中的应用

时间：2015-12-20 23:59:04 所属分类：建筑科学 浏览量:

1 前言 在近年以来，我国城市建设明显加快，使得地下管道路线变得日益复杂。要想更好地对地下管道进行探测，这就必须要使用高分辨率的探测技术，才能适应当前复杂的地下管道探测情况。而具有高分辨率的探地雷达技术能够胜任这一挑战，能够更好地对深浅地质问

　　1 前言

　　在近年以来，我国城市建设明显加快，使得地下管道路线变得日益复杂。要想更好地对地下管道进行探测，这就必须要使用高分辨率的探测技术，才能适应当前复杂的地下管道探测情况。而具有高分辨率的探地雷达技术能够胜任这一挑战，能够更好地对深浅地质问题进行深入探测。与此同时，我国 GPR技术在地下管道探测中已经开始正式运用，并开展大量的研究和实际应用，并取得一系列的成果。

　　2 探地雷达技术的工作方法分析

　　2.1 探地雷达技术运用的工作原理分析

　　从上文中就提到，探地雷达技术是一种高频电磁技术，能够利用发射这种电磁波来接受相应的讯号，而且，可以利用另外一个天线来接收来自地下各种不同介质所发射出来的发射波段，在这一过程中，电磁波的传播路径、电磁场强度和发射波能够将介质的性质传输到相应的设备中，为此，我们可以根据接收波的时间和波段形状以及资料来判断介质的各种信息，这样就能够进一步判断相应的介质结构。

　　另外一方面，探地雷达技术方面的地质解释可以是在数据进行处理后得到相应的图像，技术人员可以根据反射波形成的信息，通过同相轴的追踪，进一步确定反射波组各方面的地质含义。同时，由于地层有着非常复杂的地下管道，所以，我们可以知道，地层与管道的界面两侧电性差异有着非常大的差别，容易产生相应的反射波，这样就能够在绕射波在时间剖面上形成相应的双曲线，这样就能够让技术人员通过时间剖面特征图像上确定管道的具体位置。

　　2.2 电磁波速的运用

　　在雷达探测过程中，地下管道的深度和位置可以通过科学计算得出，在时间轴上可以在图像上进行读取，这样就能够准确地判断出电磁波在介质中的传播速度，通常情况下，在雷达使用之前，可以让技术人员根据探地雷达的工作环境来进行判断，经验估计电磁波速，这样就能够使用雷达采集软件来显示图像，但是，由于这个数值是否科学，这对图像的处理和解析有着非常深远的影响。

　　同时，在电磁波的传播过程中，由于地下管道绝大部分都不是绝缘体，而是一种有损耗的介质，这样，在进行探测过程中，介质在传播过程中会发生能量减少，而这种能量的减少一般都是由两种因素引起的，一种是由感应场所产生的传导失败。

　　另外一种就是辐射场产生的界电损失，同时，这种能量的损失大小和电磁波中心频率参数有着密切的关系，一般情况下，就是天线中心的频率越高，介质的导电率也就越高，能量减少速度也就越快。

　　2.3 探地雷达的正演规律分析

　　从更为广泛的意义上看，探地雷达数据的解释主要是以数据处理和图像解释两个部分所组成，这是由于地下介质相当于复杂的滤波器，而对于地下管道的介质上的吸收和其他不同的均匀性，使得脉冲电磁波达到接收天线时，其波段的振幅也就逐渐减少，波形会产生较大的起伏，为此，我们就必须要对接收信号进行适当的处理，这样就能够有效地改善数据资料。而探地雷达的正演规律能够帮助我们更好识别图像的异常情况，从而为图像的解释提供理性依据。通常情况下，反射波的规律大致分为以下几个方面；第一，地下管道的反射曲线在几何形态上逐渐呈现出双曲线。第二，在电磁波介质的传播速度越快，其抛物线的曲率也就越小。第三，随着探测深度的增加，抛物线的曲率也就会在很大程度上进一步减少。第四，在传播速度和探测深度以及目标体材质同等的情况下，抛物线的顶部会随着目标尺寸的增大而变得更宽，所以，在对 GPR 图像解释时，一定要充分重视。第五，一定要将抛物线的顶点对准地下管道中心位置。第六，由于受到电磁波传播规律和记录方式等方面的影响，我们就必须要加强对地下管线 GPR 图像的检测，同时，充分利用反射波的相位来识别地下管线的位置和深度。第七，在地下管线中，一般都是存在回填或者是不密实的介质，所以，GPR 的图像就会显得非常杂乱无章，目标体的反射波往往就会显得非常薄弱，定位和定深不能进一步明确。针对地下附近管线探测出现不清晰的情况，我们就必须要将金属管线仪附近的管线进行清除，之后就能够进行资料的分析，才能准确地做出相应的判断。

　　3 探地雷达技术在地下管道中的应用

　　3.1 探测自来水管道方法的运用

　　在城市化的进程中，地下管线很多都是以自来水管道为主，为此，本文笔者就以自来水管道的探测来开展相应的研究，希望能够促进探地雷达技术在此方面的运用。

　　在广州市的给水混凝土管道中，为了能够更好地计算该给排水混凝土管的管顶埋深，我们就可以在附近一条埋深的排水混凝土管为 800mm 上进行相应的测定，并且经过相应的计算得知波速为 V=0.081m/ns,之后我们就可以得知管道直径为1200mm,同时，还可以进一步通过图像分法来进行分辨，并且，从公式中，我们可以知道，在给排水管线中，可以利用电场强度分量的振幅值来进行计算，在介质传播过程中，可以充分利用衰减系数 α 和传播距离之间作为幂进行衰减，并且，基于 GPR 还是具有一定的增益调节窗口，能够进一步消除电磁波电场分量的衰减。

　　3.2 自来水管与地下燃气管的探测

　　为了能够更好地运用探地雷达探测广州市某路段的 PE 燃气管线和自来水管线，我们就可以发现在 GPR 图像中会呈现出两个较为明显的抛物线特征。

　　为了能够更好地区别自来水管线和地下燃气管，我们就可以充分利用国外 PL-960 管线探测仪进行相应的探测，从中我们可以发现，右边异常的电磁感应法没有相应的显示，我们就可以为其继续追踪，如果出现异常情况，这就是自来水管线，而另外一边就是 PE 燃气管线，就能够充分达到相应的异常识别和区分目标。

　　4 结语

　　现阶段，为了能够更好地促进探地雷达技术在地下管线的运用，我们就必须要对探地雷达技术工作原理进行深入探讨，同时对相应的探测方法进行运用，才能更为灵活地运用探地雷达技术，使得更好地运用在地下管道探测中去。

　　参考文献：

　　[1] 王勇 , 陈伟 近间距平行地下管线探测方法研究 [J]. 测绘通报 ,2011（03）：30-45.

　　[2] 马 强 . 浅 论 地 下 管 线 建 设 与 管 理 [J]. 合 作 经 济 与 科技 ,2010（20）：10-32.

　　[3] 高军 地下管线探测在国民经济发展中的作用 [J]. 辽宁经济 ,2010（09）：7-30.

　　[4]李学军，洪立波。城市地下管线探测与管理技术的发展及应用[J].城市勘测 ,2010（04）：190-193.

转载请注明来自：http://www.zazhifabiao.com/lunwen/gcjs/jzkx/32467.html