探地雷达技术在道路检测中的要点分析

黄 ,毅1,2 ,陈辉国1 ,刘 ,城1

2.中国人民解放军91959部队  海南三亚572016

摘要：探地雷达作为较为先进的无损检测技术，目前在道路检测领域有着较为广泛的运用。文章通过分析探地雷达工作原理、材料介电常数等，提出了探地雷达在道面无损检测中的天线中心频率、测线布设等4个要点和探地雷达检测中的注意事项。

关键词：探地雷达；道面检测；要点

0引言

随着我国“交通强国”战略的逐步实施，我国道路总里程已突破500万公里，已基本实现村村通公里，大部分市县通高速的战略规划。随着道路里程的增加，如何做好道面安全监测和管理成为一个重要课题。传统的道面检测方法虽有广泛使用，但仍存在测试结果代表性不强、检测结果不准确等局限性。探地雷达作为新兴的检测手段，因其具有无损检测、高效准确等优点而得到越来越多的使用。

1探地雷达相关理论

1.1探底雷达工作原理

探地雷达是以发射电磁波的方式，照射或穿透所探测物体，然后再次接收物体的反射波，通过分析反射电磁波的振幅、波相以及频率等特点，从而得到被检测物体、材料内部实际现状，以达到获取被探测物体内部信息的目的。电磁波的传播特性与被探测材料介电特性等紧密相关，因不同被探测物体的介电常数的数值不同，将会导致探地雷达接收到的电磁波特征不同。

1.2道路材料的介电特性

道面使用的材料不同，其介电特性也不同，探地雷达就是基于此作为工作原理。要准确分析电磁波的特性首先需要了解和掌握所检测材料的介电特性，介电特性主要依靠介电常数、电导率和磁导率来进行分析。由于大部分的材料其磁导率为1，故只需对材料的介电常数、电导率分析即可。

1.3电磁波传递特性

通过前文可知，电磁波传播特性是材料本身的介电常数和其电导率所决定。若某材料的介电常数数值越大，电磁波在其内部传播的速度越慢，同时电磁波还会被其吸收较多能量，从而产生衰减；反之，某材料的介电常数数值越小，电磁波在其内部传播的速度越快，而能量衰减越少。电导率与介电常数对电磁波影响相似，若介质电导率较大，则电磁波在介质内传播衰减越大，从而减小探测深度和探测厚度；反之，若介质电导率较小，电磁波对其获得较大探测深度和厚度。

2探地雷达在道面无损检测中的使用要点

2.1天线中心频率要点

探地雷达采用的天线中心频率是检测工作开展的基础，同时也是探地雷达工作的关键性参数，天线中心频率的选择直接影响探地雷达探测深度和分辨率。为增强道面检测的精度，在实际的检测过程中一般都对探地雷达采用悬挂多条天线的方式同时对道面开展检测，并通过对所获得的检测数据对比分析，最终选择使用频率。应按照以下原则选择天线中心频率：以满足探测深度为前提，高频天线应选择分辨率最高的天线，并充分考虑检测场地对天线尺寸的要求。如需进行较大深度探测，则需选择频率较高的天线，但其探测分辨率会较小。通过大量工程实践和文献可知，如探测深度为5m时，一般需选择100MHz左右天线中心频率；如探测深度在3m左右时，通常要选择200MHz左右的天线中心频率。

2.2测线布设要点

做好测线布设是使用探地雷达对道路无损检测的前提和关键环节之一，测线方位的准确确定，可以确保道路路面和路基结构的检测精度。检测人员要在结合现场情况和相关检测数据的分析的基础之上，采用剖面法进行探地雷达检测。检测时，可选择多个天线频率形成屏蔽天线组合使用。可以使用100MHz、200MHz和400MHz三种频率天线进行组合，其辐射时间宽度分别为10ns、5ns以及2.5ns，相应的向下辐射距离分别是1.0m、0.5m以及0.25m，辐射时间宽度和辐射距离均呈下降趋势。应根据道面的复杂性和密集程度，在探地雷达检测过程中适当加密测线间隔。

2.3测线定位要点

经过分析探地雷达探测检测的影像数据，可以得到检测现场的真实雷达图像，并可按照1：1的比例在真实道面上还原，实现这一不过的关键是做好测线定位工作。目前，工程实际中较为常用的有两种测线定位方法：一是通过全站仪测量各条测线的起测点和终测点，并对路面上一些重要构筑物、设施设备，如井盖、转折点等进行测量和定位；二是通过GPS、北斗等定位导航系统进行测量，使用探地雷达通过各个测试点，测量设备会自动记录各测试点的坐标信息和检测数据，在一条测线完成测量时通过处理即可得到测线的坐标定位等完整信息。但在城市高大建筑、山区荒漠等部位因遮蔽、干扰等外界因素影响，定位导航信号质量会出现下降，从而影响测量精度和准确度，因此全站仪测量是测线定位的首选。

2.4测试速率要点

探地雷达的移动速率会影响其工作效率和检测精度，通常移动速率快会造成检测信号接收偏弱或丢失，移动速率慢会降低检测效率，延长检测时间。另外，雷达天线的扫描率和采集率也影响探地雷达的移动速率。有数据分析后认为，探地雷达是最高移动速率不易超过18km/h，但在实际工作中因各种因素影响，雷达天线的移动速率一般在10km/h左右。

3探地雷达检测中的注意事项

与传统检测手段相比，探地雷达具有较高的科技含量，要求操作人员具备较强的操作能力和专业知识，在操作过程中还应做好界面回波、介电参数、地面零点等参数的设定和检查，以实现降低检测数据误差，提高检测效率和精度。

3.1确定底界面回波

在采用探地雷达进行道面检测前，需分析界面同波信号，得到介质底界面的回波信号。现阶段的技术水平还不能很有效地分辨路基界面和路面反射波的区别，在检测过程中会受到各类型干扰波的干扰，从而影响对反射波的提取，所以需要检测过程中采用一些技术手段消除干扰，准确提取和确定被检测介质的底界面反射信号的消除干扰的前提。在工程实践中通常是通过在检测图像中找到道面结构最厚的检测数据，确定检测材料厚度，钻芯取样也可较为准确得到被检测材料厚度。

3.2确定电磁波的实际传播时间

获得探地雷达在介质中的实际传播实际可用准确得到被检测道面的相关信息，是提高检测精度的重要工作之一。

3.3确定道面的介电常数

确定道面介电常数是准确获取检测厚度的关键环节，道面介电常数一般与道面材料、道面结构的压实度、施工工艺等因素相关，同一道路不同部位的介电常数也会有差异。工程实践中会选择多个检测部位进行钻芯取样获得各部位的介电常数，通过比较分析确定数值，确保探地雷达检测精度。

4结语

做好道路路面检测是提高道面安全性和延长使用寿命的重要途径，同时可以为后续道面养护、维修积累原始资料，以供决策使用。文章对简要探讨了探地雷达工作原理，总结探地雷达在无损检测中的几个工作要点和注意事项，以期对道面检测提供一些借鉴。

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