1、第 卷 第 期 年 月测绘与空间地理信息 ，收稿日期：作者简介：刘 康（），男，陕西清涧人，工程师，学士，主要从事城市地下管线探测工作。浅谈探地雷达在上水管线探测中的应用刘 康，李永强，郭程亮（中煤（西安）地下空间科技发展有限公司，陕西 西安）摘要：探地雷达作为一种新型探测技术，在城市地下管线探测中的应用日益广泛。运用探地雷达对湖州市织里镇市政道路上的部分上水管线进行探测，结果表明，使用探地雷达可以有效地探测不同管径、埋深的上水管线。雷达图像表现为：）不同埋深的上水管线雷达剖面图抛物线曲率不同，埋深越浅，抛物线曲率越小；）不同管径的上水管线，其雷达剖面图抛物线的曲率、跨度均不相同，管径越大，抛
2、物线曲率越大、跨度越大。同时，探地雷达具有快速、高效、无损等特点，可以解决城市上水管线探测中的大部分疑难问题。关键词：管线探测；探地雷达；管径；埋深中图分类号：文献标识码：文章编号：（），（），）：，（），：（），；（），：；（）；引 言城市地下管线是城市基础设施的重要组成部分，是保证城市生产、生活正常运转的重要基础条件，是城市安全与繁荣的根基，是城市的“生命线”和“血脉”，也是城市规划、建设和管理的基础资料。上水管线作为城市重要基础设施的一部分，埋设越来越多、越密集，由于城市地质情况复杂，其埋设走向不一定为直线，也有可能为曲线，通过常规物探手段难以确定实际深度及管径。由于研究区部分疑难上水管
3、线用管线仪等常规物探手段无法探测，可运用探地雷达对疑难区域进行探测，以查明该部分管线的走向、管径和埋深等重要属性。探地雷达原理探地雷达是向地下介质发射高频脉冲电磁波，通过电磁波在地下传播的规律对地下结构及介质特征等进行研究的探测方法。只有对电磁波在复杂的介质中传播规律进行深入研究，才能得到地下的有效信息。探地雷达探测基本原理如图 所示，发射天线向地下发射电磁波，接收天线在地表接收从地下传来的回波。因为，在介质中传播的电磁波，当遇到介电常数不同的 种介质或被测目标体，其一部分电磁波会反射回地面，并被探地雷达所接收，并加以分析、研究。由于介质形态不同，电磁波传播的路径、波形等就不同，所以根据电磁波
4、传播的时间、波形、振幅等资料，就可以分析出地下目标体或者界面的空间位置。图 探地雷达探测原理 雷达波双程走时（即雷达波在介质中的传播时间）计算如公式（）所示：（）当地下介质中的波速 为已知时，可根据精确测得的走时，由公式（）求得目标体的深度。式（）中 值即发射天线与接收天线的距离，在剖面测量中是固定的；值可用宽角法直接测量，也可以根据近似计算公式求得：（）式中，为光速；为地下介质的相对介电常数。管线埋深和管径的测定 埋深的确定管线的深度可直接从雷达剖面图上读取，其原理是根据探地雷达记录上的地面发射波与接收天线接收反射波的时间差，通过公式 求得。管线 的水平距离可由测距轮精确测定。管径的估算要估
5、算管道直径，必须要从管道的顶部和底部获得反射，因上水管线的雷达图像为双曲线，所以应确保 个双曲线（从顶部到底部）一个准确地位于另一个之上，且底部双曲线的极性与顶部双曲线的极性相反，如图 最右侧波形。图 上水管线放大雷达图像 从雷达剖面图可计算出管道顶部的双曲线与管道底部的双曲线之间的时间差为，利用 可估算出管径大小，故在现场探测地下管线时，也可根据有无底反射波来判断是金属管还是非金属管。探测案例 项目概况本次检测使用的瑞典 公司的 探地雷达，由发射天线、接收天线、接收机等组成，其主要技术参数见表。表 二维探地雷达主要技术指标 脉冲重复频率样点数 道采样频率信号稳定性功耗中心频率频带带宽信号时基
6、 不同埋深、管径的雷达图像特征分析 不同埋深地下管线雷达图像特征探地雷达天线发射的电磁波在地下传播时以指数形式衰减，随着上水管线埋深的变浅，雷达剖面图中所对应的抛物线曲率呈缓慢变小的规律，同时上水管线越浅，剖面图中抛物线顶部越靠上，且更清晰。另外，高频率雷达天线精度高，但其探测深度浅；低频率雷达天线精度低，能够探测出埋设更深的地下管线，但其分辨率更差。不同管径地下管线雷达图像特征不同管径的上水管线，其雷达剖面图抛物线的曲率、跨度均不相同，相对小管径的上水管线，大管径的上水管线可以更早地进入雷达有效探测的范围，且更晚地离开。故人们可以根据抛物线的曲率变化特征、抛物线在雷达图上的跨度来判断上水管线
7、的管径大小。管径越大，越容易被探测到，且抛物线曲率越大、顶部越靠上，这说明在相同埋深条件下，探地雷达更容易探测到大管径管线。探测结果分析本次探测为往返各测 条，通过对雷达图像（如图 所示）进行比较分析，并结合管线仪实测数据（如图 所示）及现场情况，自南向北 条自来水管线管径依次为、，埋深依次为、，结果表明，本次探测效果明显，结果数据偏差在可控范围内，满足精度要求。图 实测雷达剖面图 图 管线探测仪实测管线图 （下转第 页）第 期刘 康等：浅谈探地雷达在上水管线探测中的应用算结果的可靠性。以下问题需要在后续工作中解决：）优化参数配置，寻求特定环境下最优解算参数配置，保证解算结果的可靠性；）优化滤
8、波算法、数据质量检核算法，有效剔除跳变数据，减少或避免误报警情况发生；）优化算法配置，保证在数据解算失败时，软件自动进行合理数据内插，保证监测成果的连续性和准确性；）结合大量测试数据和工程实践，探索 解算软件中解算参数和监测成果的自动、智能检验方法。结束语本文以南方一体化 接收机与 采集解算软件作为测试工具，验证了 解算软件在地质灾害监测中的内、外符合精度，主要完成了以下工作：）在稳定、开阔的区域搭建了测试环境，在 软件上建立了四路传输，分别配置了、的采集时长，通过连续 的测试，验证了 解算结果的内符合精度，并用标准偏差（值）来衡量。）通过测试不同采集时长下的解算精度，证明了在地灾监测场景中，
9、采集时长的数据量可以很大程度上保证解算结果的可靠性。）研制了可伸缩移动式刻度支架，分别沿水平正方向、高程负方向移动 ，配置 采集时长，各测试，验证了解算结果的外符合精度，并用均方根值（值）来衡量。）通过分析具体地质灾害监测项目安装点位卫星数据质量，得出了最佳解算参数配置，用于保证数据解算的及时性和可靠性，并提出了 解算软件当前需要解决的问题以及未来的发展方向。参考文献：包广兴关于崩塌、滑坡地质灾害监测现状的探讨世界有色金属，（）：任玉良地质灾害监测 的硬件设计与实现成都：电子科技大学，杨丽基于 技术的地质灾害监测平台研究与实现大众科技，（）：傅永强滑坡灾害诱发因素与预警预报分析福建交通科技，（
10、）：段雅栩，叶飞，刘顺强地质滑坡勘查及防护措施探析世界有色金属，（）：田慧生，易维路堑高边坡施工动态监测在施工中的应用中国公路，（）：辛桐北斗高精度监测系统助力地质灾害防治工作中国测绘，（）：熊寄然 技术在城市边坡监测中的应用重庆建筑，（）：王迪，邹浜，文静，等基于 的边坡监测智能预警系统的设计与实现全球定位系统，（）：冉承其北斗卫星导航系统建设与发展卫星应用，（）：庞健自动化监测系统在高危边坡监测工程中的应用经纬天地，（）：杜明启边坡监测预警系统在露天矿地质测量中的应用内蒙古煤炭经济，（）：苏明坤 北斗高精度相对定位关键技术研究武汉：武汉大学，李思谕基于北斗的地理国情普查安全生产监控系统设计
11、与实现测绘与空间地理信息，（）：程咏春，郭铁春，仇成龙贵隆高速边坡群在线安全监测系统应用研究 湖南交通科技，（）：编辑：刘莉鑫（上接第 页）结束语运用探地雷达可以有效探测不同埋深及管径的上水管线，其表现如下：）不同埋深的上水管线雷达剖面图抛物线曲率不同，埋深越浅，抛物线曲率越小；）不同管径的上水管线，其雷达剖面图抛物线的曲率、跨度均不相同，管径越大，抛物线曲率越大、跨度越大。同时，探地雷达具有快速、高效、无损等特点，若与管线探测仪等探测设备相结合，探测效果会更理想。参考文献：李慧琪，高涛地下管线探测中地质雷达的应用分析 年 月建筑科技与管理学术交流会北京：北京恒盛博雅国际文化交流中心，王继果，
12、戴加东，周峰综合物探在城市地下管线探测中的应用福建建设科技，（）：，吴彦，焦永强，李琰三维探地雷达在城市地下管线探测中的应用 测绘与空间地理信息，（）：，胡群芳，郑泽昊，刘海，等三维探地雷达在城市市政管线渗漏探测中的应用同济大学学报（自然科学版），（）：张迪，莫其妙基于 的地下管线探地雷达图像正演模拟工程地球物理学报，（）：秦镇，吴海波，郑雷雷，等基于探地雷达的城市地下管线探测 应 用 与 模 拟 价 值 工 程，（）：李永强地质雷达在湿陷性黄土地区道路病害体探测中的应用测绘标准化，（）：赵镨三维探地雷达技术在市政工程中的应用研究城市地质，（）：张劲松，丛鑫，杨伯钢，等地下管线探测雷达图特征分析地球物理学进展，（）：编辑：任亚茹第 期郭倩倩等：软件在地质灾害监测中的精度分析及思考
