探地雷達在城市管線測量中的應用研究

樊濟

【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，旨在進一步提升探地雷達的應用水平，進而為城市管線的探測工作質量提供重要保障。

【Abstract】 Ground penetrating radar is a new detection method， which will not destroy the surface of the earth， so it is widely used in the detection of urban underground pipelines. The resolution ratio of it is high， and the location is accurate and the image display effect is good. The paper briefly introduces the detection principle of underground radar， and the? detection method of ground penetrating radar. Combined with practical case analysis， the application of ground penetrating radar in urban pipeline survey is deeply studied. The purpose of this paper is to further improve the application level of ground penetrating radar， so as to provide an important guarantee for the quality of urban pipeline detection.

【關鍵詞】探地雷達;城市管線測量;地下管線探測

【Keywords】 round penetrating radar; urban pipeline survey; underground pipeline detection

【中圖分類號】TU198+.2;TU990.3? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 【文獻標志碼】A? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?【文章編號】1673-1069（2018）10-0191-02

1 引言

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，逐漸為人所關注。基于此，本文對探地雷達在城市管線測量中的應用進行研究，具有重要的實踐意義。

2 探地雷達的工作原理

探地雷達，簡稱GPR，是近年來新興起的一項電磁探測技術。探地雷達應用的主要優勢為高分辨率、定位準確、圖像實時顯示，且不需要開挖地表便可以進行探測，因而不會對地表產生破壞。其探測的主要原理為，利用特殊儀器，將106～109Hz波段的高頻電磁波，以寬頻帶短脈沖的形式，發射到地下，并借助土壤進行傳播，當電磁波在地下遇到具有電性差異的地下目標體時，便會出現反射，這一反射回來的電磁波會被地面上的接收裝置接收，通過分析接收電磁波的波形與振幅強度，結合雙程時間等參數，確定地下目標物的深度與位置，進而實現測量[1]。

需要注意的是，面對不同性質或者材料的地下管線，探地雷達所能起到的探測效果也是不相同的，這主要是因為不同材料介質自身的介電常數以及波速存在很大差異。金屬類管線的介電常數為0，探地雷達在探測金屬類管線時，探測效果比較顯著，而對于其他類型物質，雷達接收器上顯示的圖像信息就相對較弱。根據這一特性，也可以迅速判斷出區域地下是否存在金屬類管線。

3 探地雷達的探測方法

3.1 參數的設定

探地雷達的參數，包括觸發方式、天線類型、時窗范圍以及采樣點數等。首先，按照城市地質選擇適合的天線類型，其次按照預估的地下管線的最大埋深，選擇合理的時窗范圍，而采樣點數為單位距離的測距輪標準值45，即采樣間距為2.2cm，觸發方式可以根據實際需求選擇距離觸發與測距輪觸發等方式。

3.2 獲取增益

探地雷達的增益獲取是通過指數增益的方式來實現的，最大增益為60dB，最小增益為-20dB。需要注意的是，正增益一般情況下應用于放大信號強度之上，而負增益一般情況下應用于縮小信號強度上。對于與地表相距較近的數據，可通過負增益的方式進行數據處理，而針對中層深度返回的數據，則需要采用正增益的方式進行處理。

3.3 數據采集

在數據采集時，可通過推動天線小車，在顯示屏幕上得到采集數據的波形圖像，這種情況下，可以通過分析不同波形圖像的特征，來獲得不同的地下管線。

3.4 數據分析及定位

通過振幅譜、相位譜、頻率譜等方式，對波形圖像進行分析，進而推斷出地下管線的定位，并且還可以推測出地下管線分布的大概平面位置，以及地下管線的性質。此外，還可以利用波形圖像的大小，來預估管線直徑，在反射面不夠明顯的情況下，則可以通過同相軸的連續判斷，來推測出地下管線的平面位置。

3.5 數據處理

數據處理適用于城市地質環境相對復雜，探地雷達難以在探測現場獲得地下管線的分布情況的情形中。利用軟件切除圖像中的干擾波形與濾波，同時還要對處理掉波形的增益以及剖面偏移，以此來提高管線反射圖像的分辨率，便于更加清晰的觀察，進而推測出管線的實際分布情況。

4 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

4.1 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。

4.2 實際案例分析

為了做好城市地下管線的規劃建設工作，東莞市積極開展中心鎮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。本次探測的地點在塘廈鎮與鳳崗鎮部分區域的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。探測結果經處理后如圖1所示，而同一位置現有的管線圖資料如圖2所示。

由圖1與圖2可以看出，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。

5 結論

城市地下管線的探測工作對城市化建設具有重要影響，而通過本文中對探地雷達測量原理、測量方法的分析，結合實際案例的探測結果，可以看出探地雷達作為一種新型探測手段，在城市地下管線的探測中具有非常好的應用效果，不僅探測精準性較高，且雷達圖像分辨率高，亦不會對地表產生破壞。所以，探地雷達在城市地下管線的探測中具有較好的應用前景。總而言之，在我國城市化建設的進程中，城市地下管線的探測工作任重而道遠，行業工作人員應積極應用探地雷達技術，實現對地下管線的快速探測，以及高精準定位。

【參考文獻】

【1】趙文東，李慶彪.RISK2探地雷達在大理市地下管線普查中的應用[J].辦公自動化，2014，14（s1）：206-214.