探地雷达探测中对媒质相对介电常数的测定

分别就探地雷达探测中的收发一体式天线、收发分离式天线在实际工作中对媒质相对介电常数的几种主要测定方法:已知目标深度法、点源反射体法、共中心点(CMP)法及层状反射体法,从理论到实例一一做了详细的论述。实践证明,这些方法能够满足生产要求。

基于探地雷达的典型红壤区网纹红土层识别

网纹红土层的识别对于土壤学和第四纪环境等研究均具有重要意义。以位于南方红壤区的江西省鹰潭市孙家流域为例,通过多频率探地雷达图像解译、钻井探测和土壤含水量分析等方法相结合,研究使用不同天线频率雷达对网纹红土层的识别效果及最佳的雷达探测方法。结果表明:共中心点法(CMP)能够准确地计算出电磁波在不同土地利用类型、不同深度的传播速度,电磁波在网纹红土层的传播速度在0.052 m·ns^-1~0.065 m·ns^-1之间,平均速度为0.058 m·ns^-1;剖面深度上的含水量变化特征与土壤层次的分布具有协同性,网纹红土层内土壤含水量逐渐递增,至网纹红土层下界面出现最大值,风化层以下土壤含水量随着深度的增加不断减小;应用60 MHz和120 MHz天线的雷达均可识别网纹红土层的上、下界面,深度拟合结果的R^2分别为0.93和0.86;相比较于60 MHz单天线探测网纹红土层厚度的结果,采用组合天线的方法,即200 MHz和60 MHz天线分别获得网纹红土层上、下界面的深度,能够提高探测准确度,试验平均相对误差由16.2%缩小至6.8%;探地雷达技术不仅可以提高野外调查效率,还有利于推进土壤三维制图的发展。

基于探地雷达的田块尺度下不同深度土壤含水量监测

为确定田块尺度下探地雷达对不同深度及相邻反射层间土壤含水量的反演精度、有效反演深度、最佳反演深度及最优反演模型,本研究采用1000 MHz中心频率探地雷达设备,分别在无降雨偏干旱土壤和降雨后湿润土壤两种条件下,在选定农田区域基于共中心点法采集雷达波数据,提取有效地表波与反射波数据,通过双曲线拟合法分别获取不同深度反射层雷达波的传播速度,计算得出土壤的相对介电常数,最后根据土壤体积含水量和介电常数之间的经验模型计算获得不同深度的土壤体积含水量。通过Topp、Roth、Herkelrath和Ferre四种经验模型分别进行土壤体积含水量反演测定,同时以利用烘干法获取的代表性测定土壤含水量实测值为指标进行精度验证。田间试验结果表明,1000 MHz探地雷达的有效反演深度范围为0~50 cm;土壤偏干旱和偏湿润条件的最佳反演深度分别为50 cm和40 cm;Roth模型相关性最好,决定系数R2最高为0.750,且Roth模型反演土壤含水量值最稳定,在土壤偏干旱和偏湿润条件下均方根误差(Root Mean Square Error,RMSE)平均值分别为0.0401 m;/m;和0.0335 m;/m;相对误差(Relative Error,RE)最低为3.0%。探地雷达具备对定量深度田间土壤含水量快速、精准监测的能力,但其反演模型需根据不同土壤类型等条件进行相应参数校正。

空耦雷达在沥青道路检测中的最优离地高度研究

我国干线公路主要是半刚性基层沥青路面,承担着日益激增交通流量的压力,在长期复杂的自然环境作用、交通荷载以及自然灾害的破坏等条件下,沥青道路可能出现隐患,因此对沥青道路的检测尤为重要。在现有的空气耦合探地雷达天线阵列的基础上,基于时域有限差分的数值模拟正演方法,采用共中心点法(Common Midpoint, CMP)的测量方式,提出了速度谱算法,对多偏移距数据进行处理得出电磁波的传播速度和沥青层厚度,对天线阵列的离地高度对速度谱成像结果的影响进行分析,并对单层和多层沥青进行数据仿真。仿真数据结果表明,天线离地高度为25 cm时,速度谱中能量团最为集中,速度估算相对精确,单层与多层的沥青仿真在该高度条件下估算的沥青层厚度相对误差较小,对探地雷达在道路的检测具有重大意义。

CMPCC面波技术在铁路工程地质勘察中的应用研究

研究目的:多道瞬态面波方法是一种重要的浅地表工程地质勘察技术,该方法在提高勘探深度的同时往往导致横向分辨率降低,难以对横向复杂多变的地质结构进行探测。为能够兼顾勘探深度和横向勘探精度,本文结合实际工程场地,开展共中心点互相关(CMPCC)面波勘察技术应用研究。研究结论:(1)与传统单点瞬态面波勘探方法相比,共中心点互相关(CMPCC)瞬态面波法能够充分刻画目标测点位置的频散变化,在理论上有较大提升;(2)实际工区应用表明,与传统单点瞬态面波勘探方法相比,CMPCC瞬态面波法在保证勘探深度的同时能够显著提高横向勘探精度;(3)CMPCC方法在一定程度上考虑了地下构造的横向变化特征,在复杂地质条件地区有较好的应用前景。

探地雷达地波法测定红壤区土壤水分的参数律定研究

探地雷达地波法是一种农田尺度快速测量土壤体积含水量的有效技术,能够弥补传统方法和卫星遥感方法在含水量监测上的不足。但地波法在红壤地区进行含水量反演的最佳参数仍未确定,相关研究鲜有报道。本研究以位于南方红壤区江西省鹰潭市孙家流域为例,采用地波法对区域土壤体积含水量进行了探测:先使用共中心点法确定所用雷达的系统延时、有效反演深度,并利用Topp、Roth、Ferre和朱安宁四种常用的经验模型由介电常数ε反演土壤含水量;然后通过固定间距法进行区域性的土壤体积含水量测量,确定雷达测量时的最佳天线间距。这一系列过程中,土壤含水量实测值是用烘干法校正的管式时域反射仪(time domain reflectometry,TDR)测定的土壤体积含水量。研究的目的是为了律定地波法在红壤区测定土壤含水量的有效反演深度、最优模型和最佳天线间距等参数。结果表明:60 MHz探地雷达地波法反演0~40 cm土层的土壤体积含水量时精度最高,误差最小;Roth经验模型更适合于红壤地区0~40 cm土层土壤含水量的反演,均方根误差(root mean square error,RMSE)为0.022 m3m-3;地波法的最佳天线间距为1.0 m,能够准确地反演土壤体积含水量;土地利用类型对雷达的探测精度具有一定影响,在1.0 m天线间距下,旱地上的反演精度优于果园,旱地和果园的RMSE分别为0.004和0.020 m3m-3。