探地雷达技术在道路检测中的应用

探地雷达技术在道路检测中的应用

匡权1 ,李昊阳2

1.西安建信市政工程质量检测有限公司       陕西西安    710016

2.西安城投建设有限公司                   陕西西安    710016

摘要：在道路工程建设中与施工完成后都必须通过严格的检测来确定分部分项工程或整个工程的质量状况，在此基础上进行施工方案优化或针对具体问题和缺陷进行整改，从而从根本上保证道路工程的质量。探地雷达作为一项先进的无损检测技术，目前正广泛应用于道路检测领域。为了使探地雷达技术在道路检测领域发挥更好的作用和效果，本文结合项目实例，深入研究该技术在道路检测领域的具体应用过程和方法。

关键词：道路检测；探地雷达；应用

引言

随着现代科学技术的不断发展，许多新技术、新思想逐渐应用于道路检测与养护中，探地雷达（GroundPenetratingRadar，GPR）技术便是其中的代表。该技术是一项利用电磁波的传播原理进行无损检测的技术，具有检测速度快、分辨率高、自动化程度高、检测成本低等许多优点。20世纪90年代，探地雷达技术开始应用于路面厚度的检测。截至目前，国内外已有诸多学者对探地雷达技术在沥青路面厚度检测方面的应用做了大量研究。尽管探地雷达技术具有无损、效率高、成本低等诸多优点，但常规的探地雷达检测仍需要依靠专家经验进行数据处理，由于数据量较大，导致检测效率降低，且结果容易受到专家主观因素的影响。因此，笔者结合数字图像处理的相关算法，利用探地雷达图像，实现沥青路面厚度的自动、快速提取，以提高检测效率和准确性，进而满足现阶段道路施工和养护的需要。

1探地雷达技术分析

（1）在公路检测工作中采用的探地雷达技术，根据不同的工作原理大体可分为3类，分别为调频式探地雷达、步进式探地雷达以及脉冲式探地雷达，其中调频式探地雷达和步进式探地雷达，均通过振荡器对雷达的发射频率进行控制，针对结构层复杂的公路检测时，其检测数据不够精准，因此，此方式只适用于结构单一的浅层公路中；脉冲式探地雷达对电磁信号的处理较为简单，可适用于各种公路结构检测工作，因此，在公路检测工作中受到广泛的应用，本工程也采用脉冲式探地雷达检测技术。（2）脉冲式探地雷达是由雷达主机、接收和发射的天线结构、电源、数据储存设备、显示器等多项设备共同组成，在对公路结构层开展检测工作时，先启动雷达的控制单元发射出超带宽电磁脉冲波，然后通过收发器对电磁脉冲波进行放大后，利用发射和接收的天线结构将其传播至公路结构中，当电磁脉冲波进入公路结构后遭遇到不同介质的结构层，此时电磁脉冲波会发生反射现象，经反射回的电磁脉冲波由天线结构接收，并将其传递至雷达控制单元，最后对雷达控制单元接收到的电磁脉冲波信号进行分析，将其转换至数字形式的信号后存储投放于显示屏上，经过对信号的分析便可得知路面的厚度、病害程度等信息。

2探地雷达技术在道路检测中的应用

2.1探地雷达探测道路塌陷空洞

探地雷达作为一种探测技术，可以确定地下介质的分布，其探测原理是利用发射天线向地下发射电磁波。当发射的电磁波在传输的过程中遭到塌陷空洞，电磁波发射的信号就会被地表接收天线接收，地表接收天线通过分析后，会对接收到的信息进行反射波双城走时与频谱的准备，从而判断地下界面的结构。探地雷达在进行道路塌陷探测的过程中，如果地层并没有发生塌陷，且沥青层与混凝土之间接近水平，则会在雷达的剖面表现出近似水平；如果地下层发生塌陷空洞，且空洞与回填土层之间存在明显差异，则需要在雷达的剖面形成反射波同相轴。通过分析雷达剖面上的反射波，确定塌陷的位置。

2.2数据处理

（1）在处理各项原始数据之前，要先检查数据是否完整和清晰，以及里程记录结果是否准确，检查结果不满足要求的数据不能处理或解释。（2）如果外业原始记录存在测点、测线或里程桩号不清晰，干扰背景过于强烈，无法识别有效波，无法对有效波进行可靠采集等情况，则需要将资料作废，并重新进行采集。（3）数据处理和解释软件都必须是经过认证许可的软件，此外，在软件正式使用前还要进行鉴定，经鉴定确认合格后才能使用。（4）选择适宜的处理参数。确定的各项参数应能从根本上抑制干扰信号，保证信噪比，并准确反映各类地下介质的实际情况，确保能够得到清晰准确的处理剖面。（5）完成数据处理后形成的资料应保证里程桩号及位置等标记都准确无误。

2.3连通区域检测

有时，在有噪声的图像中，由于噪声的干扰，其中的边界难以被检测到，导致基于边缘的图像分割效果不甚理想，此时可考虑另一种方法，即基于区域的图像分割。在该研究中主要考虑基于连通区域的检测。由于探地雷达信号在经过面层与基层的交界面时会产生强烈的反射回波，进而在B-Scan图像中表现为灰度值的明显变化，且呈现为一个连通的长条状区域，经观察，该区域一般便是图像中最大的连通区域。通过对该区域进行检测并分离，然后通过坐标运算即可得到沥青面层厚度。MATLAB中的bwlabel函数可以实现图像中连通区域的检测。该方法的主要实现步骤为：1）设定一个阈值，对原始探地雷达图像进行二值化，即大于该阈值的像素设置为白色（255），否则设置为黑色（0），对于该研究中使用的探地雷达实测图像，该阈值选择为110；2）使用bwlabel函数对上一步产生的二值图像进行处理；3）根据连通区域的大小（连通区域中包含的像素点个数），检测并分离二值图像中最大的连通区域；4）通过把分离出的长条状区域的纵坐标均值与道路表面纵坐标作差，再乘以相应的比例，即可求得沥青面层的厚度。

2.4测线布设

（1）工程探地雷达路面检测前，先要合理地选择测线（测线是指选择检测的天线频率），以便于快速确定公路的使用状态及性能，在布设测线时可采取探地雷达剖面法选取测线，经选择的测线应符合工程的实际情况，所谓的探地雷达剖面法是将探地雷达的发射天线与接收天线保持固定距离，并将其延检测方向移动，然后利用计算机绘图功能记录组成的探地雷达剖面图，最后选择满足检测要求的测线。（2）根据上述方法本次检测共选取3种频率的天线组合开展检测工作，其频率分别为100MHz、200MHz以及400MHz，每种测线对应的辐射时间及距离均不相同，其中100MHz对应的辐射时间为10ns，辐射距离为1.0m，200MHz对应的辐射时间为5ns，辐射距离为10.5m，400MHz对应的辐射时间为2.5ns，辐射距离为0.25m，此外，在普查时可采用100MHz的天线，详查时可采用200MHz或400MHz的天线。

结语

当前，探地雷达在公路工程质量检测中得到了广泛的应用，它对提高检测工作效率和保证检测结果真实性与准确性都有重要的作用。本文对道路检测过程中探地雷达技术的具体应用进行了初步分析与总结，归纳了探地雷达技术的操作步骤、方法与要点，旨在为相关检测提供参考。

参考文献

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