探地雷達在城市管線測量中的應用研究

趙越

摘要：探地雷達是一種新型探測方法，由于該技術不會對地表進行破壞，因而目前廣泛應用于城市地下管線的探測中，不僅探測分辨率較高，且定位準確，圖像顯示效果好。論文通過簡單介紹地下雷達的探測原理，以及探地雷達的探測方法，結合實際案例分析，對探地雷達在城市管線測量中的應用展開了深入研究。

關鍵詞：探地雷達；城市管線測量；地下管線探測

城市化建設腳步的不斷推進，我國城市基礎測繪的工作量日益增加，特別地下管線的探測工作，大量非金屬管線的應用，增加了地下管線的探測難度，傳統的金屬管線探測方法顯然難以適用，而探地雷達的應用，不僅具有無損、精準、快速的特點，同時探測范圍也比較大，操作相對簡單，極大地減輕了工作量。隨著探測技術的不斷發展，探地雷達在房屋測繪與地下管線探測方面的應用優勢。

一、探地雷達管線測量原理

探地雷達（GPR）是近年來隨著科學技術的發展而發展起來的一種高新電磁探測技術，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、圖像實時顯示等優點，在現代工程應用中逐步得以推廣。探地雷達探測方法主要是利用 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發射天線的發射器送入地下，電磁波在土壤介質中傳播，當遇到存在電性差異的地下目標體時，電磁波便在目標體表面發生反射（電磁波在同一種均勻介質中傳播時是幾乎不會發生任何反射現象的，而如果電磁波在傳播過程中從一種介質到另一種介質時，由于兩者存在電性差異，電磁波就會發生反射），反射回的電磁波回到地面并由接收天線所接收，根據接收到的雷達波形、振幅強度、雙程時間等參數，通過分析和推斷，從而確定地下管線的位置和埋深，實現對城市地下管線的測量。

在探地雷達探測金屬和非金屬管線測量中，金屬材質管線（介電常數為 0，常見介質），探地雷達發射的所有電磁波在穿過土壤到達金屬管線時幾乎全部反射回來，因此，在相同條件下，金屬管線在雷達影像上的反映比其他所有管線都要明顯；非金屬管線（如塑料介電常數為 3）與土壤的電性差異相對于金屬來說并不明顯，在雷達影像上的反映要比金屬管線弱，但一般非金屬管線內通常有空氣或者其他物質填充，在多個界面也都可以發生反射，因此，根據探地雷達反射回來的信號強度也可以分辨非金屬管線是否存在。

二、探地雷達管線測量方法

1.設定參數

LD9000 型探地雷達的參數主要包括：天線類型、時窗范圍、觸發方式及采樣點數等。天線類型選擇可根據實際需要選擇相應的天線類型；時窗范圍是屏幕顯示出的最大深度范圍，而不是雷達能夠探測的最大深度，其范圍可根據目標體可能的最大埋深設定，時窗范圍的選擇可參照：最大時窗=目標體可能的最大埋深 ×1.5×20 ns；數據采集的觸發方式選Distance（距離觸發/測距輪觸發）；采樣點數設置為單位距離的測距輪標定值“45”，此采樣點數相當于采樣間距大約為2.2 cm。

2.增益獲取

LD9000型探地雷達采用指數增益方式，最小增益為一20 dB，最大增益為60 dB；負增益用于縮小信號強度，正增益用于放大信號強度。一般地，對接近地表的第一段數據宜進行負增益處理，對中深部數據宜進行放大處理（時窗變化后，必須重新設置增益參數，時窗大小不同，應采用不同的增益值）。

3.數據采集

設置好 LD9000 型探地雷達各項參數后，即可開始進行管線測量，推動小車天線，儀器屏幕上會顯示經采集軟件處理后的波形圖像，根據各類管線分別對應的波形特征，從而確定待測定管線，同時，進行現場定位分析。

4.數據分析和定位

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，進一步可以從波形的大小推斷管線管徑的大小；當管線的反射面不明顯的時候，可以從同相軸的連續性判斷地下管線的平面位置。

三、探地雷達探測城市地下管線的具體應用以及實際案例分析

1.探地雷達探測城市地下管線的具體應用

一方面，現場勘探試驗。在現場勘探的過程中，為了將探地雷達的探測效果充分發揮出來，工作人員應首先做好所探測地區的地下管線的相關資料，包括地下管線的直徑大小、才智等，同時還要調查目標探測地的溫度、地質情況、溫度等條件，并根據實際情況，選擇合適的探測參數。另一方面，剖面探測。在應用剖面探測的方式對地下管線進行測量時，一是要做好探測前的準備工作，包括標志其真實位置、測量線的布置等，二是要做好目標管線是否異常的判斷工作。

2.實際案例分析

為了做好城市地下管線的規劃建設工作，黑龍江省某地區的地下綜合管線普查工作，并將第一批中心鎮地下管線的普查劃分成 12 個包，本文研究以 J 包地下管線的普查為例展開研究。本次探測的地點在黑龍江省某個市的 J 包，區域面積為 55.28km2，主要工作量為：探查各類管線點 91087 個，其中調查明顯點 53650 個，探測隱蔽點 37437個。管線長度總計 1496.149km。若將路邊看作是起始點，那么雨水管道與起始點之間的距離為 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，電力管線與起始點的距離為 12.5m，兩條熱力管線與起始點的距離分別為 13.2m 與13.8m。與此同時，探地雷達所探測的影像，和實際的城市管線分布圖恰好吻合，并且探測雷達獲得的影像中，很多管線的探測感知效果較好，管線分布明顯，可以在雷達影像中清晰地看到。這說明，探地雷達的探測效果較好，定位比較精準。

四、結束語

探地雷達作為一種新的城市管線測量手段，解決了傳統管線測量手段難以探測非金屬管線的難題，同時，探地雷達管線測量憑借自身快速、精準、無需開挖等優勢，在城市管線測繪中的作用逐步顯現，并取得了良好的效果，為非金屬管線探測和管線密集區域探測找到了新的解決方案和思路。

參考文獻：

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[2]郭志偉，潘長風.探地雷達在地下管線探測中的應用[J].山西建筑，2017，43（20）：202-203.

（作者單位：黑龍江和信勘測設計有限公司）