巴丹吉林沙漠横向沙山沉积GPR雷达探测研究

应用GPR雷达探测技术对巴丹吉林沙漠东南部呼都格吉林和诺日图两个典型横向沙山迎风坡剖面探测结果表明:GPR雷达探测可以清晰地揭示沙山距地面20～30m深度内的沉积构造信息,并可模糊地揭示其下的湿砂层部分信息;该横向沙山迎风坡地貌与沉积自坡底至坡顶可依次划分为底部湖滨草-灌丛沙堆相、下部单一横向沙丘相、中部复合横向沙丘相、顶部星状沙丘相等类型;横向沙山迎风坡现代沙丘下伏有相当连续且厚度巨大的沉积序列;沙山内部存在巨厚持水湿砂层,干、湿砂界面大致平行于沙山表面,其深度在沙山中、上部在20～30m深度处变化,在沙山下部接近地表;沙山内部湿沙水分很可能来自降水,并对沙山发育起着重要支持作用;湖泊水可能主要来自沙山内部水分下渗迁移;沙山间湖泊可能是沙山或沙漠发育到一定阶段的必然产物。

基于超宽带脉冲GPR雷达的电力接地网无开挖状态检测方法

接地网状态与完整性对于电力系统安全经济运行至关重要。但高压/超高压输电线路与变电站的接地网作为隐蔽工程,传统开挖式检测效率低且存在二次破坏性。由于系统改造及长期土壤腐蚀会导致接地网破坏、腐蚀,文章设计并实现了一种超宽带脉冲GPR雷达无开挖的检测方法。考虑典型土壤性质和环境条件,利用matGPR仿真研究接地网几何特征、埋藏深度及腐蚀与GPR雷达回波特性的耦合关系,提出了基于速度场的高精度偏移成像算法,仿真实验与沙池实验证明接本文方法的可行性。

基于极限梯度提升和探地雷达时频特征的水泥路面脱空识别

针对探地雷达(GPR)数据解译依赖于人工经验,存在费时费力和主观偏差的问题,提出了基于极限梯度提升(XGBoost)和GPR时频特征的水泥路面脱空识别方法。采用正演模拟、室内试验和现场试验获得了脱空病害数据源,建立含有标签的脱空GPR数据集;通过重采样方法统一GPR数据采样频率,并对预处理后的GPR数据进行时频域特征提取,建立了包含18个时域和12个频域特征的数据集。以时频域特征为输入,是否存在脱空病害为输出,采用XGBoost算法构建脱空识别模型,并与随机森林(RF)和人工神经网络(ANN)算法进行对比。结果表明,模型的识别准确率排序为XGBoost(98.10%)>ANN(95.10%)>RF(93.17%),XGBoost模型识别精度最高,并能在实际路面上准确定位脱空区域。

基于GPR探测的长江源地区冰川与冻土厚度研究

长江源地区的冰川变化揭示了青藏高原气候变化趋势。冰下地形探测作为冰川发育和运动过程研究的基础,对长江地区水土保持和淡水资源储量研究具有指导意义。长江科学院在长达10 a的江源科考基础上,分别于2022年、2023年采用探地雷达(GPR)技术对长江正源沱沱河发源地格拉丹东主峰的冰川厚度进行精准探测,并对查旦湿地冻土厚度上限进行了探测研究。结合多种冰川和冻土地质模型的GPR波场模拟结果,提高了GPR技术在长江源地区冰川和冻土探测的有效性和精准度。探测结果表明,格拉丹东主峰冰川厚度和查旦湿地冻土厚度上限均有不同程度降低,冰川厚度和冻土厚度上限观测是一个常年积累的结果,后续仍需持续进行观测,积累更多数据,分析变化趋势,以估算探测区域内冰储量,研究气候变化对冰川的影响效果。

矿井探地雷达背景杂波抑制方法综述

随着中国煤炭安全高效智能开采需求的不断提升,矿井探地雷达(ground-penetrating radar, GPR)作为一种高精度物探方法,在煤矿井下探测中有广阔的应用前景。由于探地雷达目标回波信号受系统内部噪声、外部电磁干扰、巷道回波、地下介质不均匀等干扰影响,虚警率较高。尤其对于小尺寸目标,其回波信号为弱信号,容易淹没在强烈的背景杂波中,成为目前制约探地雷达探测性能的主要因素之一,进一步实现井下煤层、构造探测、提高探测精度的关键在于对背景杂波的抑制。从对消法、滤波法、分解法和网络法出发,综述这些杂波抑制方法的基本原理、优缺点及其在探地雷达干扰抑制领域的研究进展,并探讨各种方法的适用范围和发展潜力。杂波抑制技术的不断创新将进一步提高探地雷达的信噪比与灵敏度,使其在煤矿井下探测中发挥更大的应用价值。

基于GPRS的雷达数据传输

针对传统的雷达数据传输方式机动性、灵活性差的现状,基于成熟的GPRS技术,提出和设计了一种新型雷达数据传输系统。通过大量的模拟雷达数据,对本系统进行了验证和测试,结果表明基于GPRS的雷达数据传输系统能够满足雷达数据传输的要求,适合于雷达应急通信和机动雷达的数据传输。

探地雷达(GPR)及落锤式弯沉仪(FWD)组合在高速公路水泥路面检测中的应用

通过探地雷达(GPR)、落锤式弯沉仪(FWD),并结合路面钻芯等手段对高速公路水泥路面板底灌浆后工况进行了检测,为水泥路面病害处治设计和处治效果检验提供有力的参考依据。

基于GPR的巷道围岩空区探测及支护设计

为确保地下矿山掘进巷道围岩稳定性,发现前方不良地质体,采用地质雷达对掘进巷道围岩及底板进行空区探测,并对巷道围岩进行不同地应力作用下的稳定性分析,对不同长度锚杆加固后的锚杆轴力进行对比。结果表明:雷达探测的两个区域均出现不同深度的振幅较强反射区;1.5 m锚杆支护作用下围岩最大位移量分别减少39.3%和10.0%,X-有效应力分别增加42.8%和37.5%;1.5 m和1.8 m锚杆支护时轴力变化基本相同。根据同相轴的连续性对异常区进行判断,异常信号为充填不密实区及空洞,采用锚杆锚网喷浆支护。研究成果可以为类似矿山巷道围岩稳定性及支护提供借鉴意义。

基于探地雷达信号瞬时质心频率的道路空洞追踪法

随着我国各类道路总里程的不断上升,道路检测需求也在不断增加,探地雷达(GPR)作为一种便捷的无损检测方法得到广泛应用。GPRMax是基于时域有限差分算法的模拟探地雷达探测软件,能够为探地雷达的应用研究提供数据支持。基于希尔伯特变换求取三瞬属性是处理探地雷达数据的常用手段,但传统的三瞬属性需要组合分析才能提高数据的精度。本文基于能量导数算子求取的瞬时质心频率有效提高了数据的分辨率,利用GPRMax软件模拟探地雷达探测道路空洞,通过对比分析数据的瞬时频率、瞬时振幅以及瞬时质心频率,验证了瞬时质心频率算法的有效性。

基于ADI-FDTD法的探地雷达正演数值模拟及验证

探地雷达(GPR)是一种应用前景广泛、用于探测和定位地下物体的浅层地球物理方法。通过开展探地雷达正演模拟研究,可以获得复杂地下结构的探地雷达图像回波特征。时域有限差分(FDTD)法受到稳定性和收敛性条件的限制,导致效率和精度低。交替方向隐式-时域有限差分(ADI-FDTD)法克服FDTD法的稳定性限制,可以选择更大的时间步长来提高计算效率。从原理出发,对ADI-FDTD法进行公式推导,在基于ADI-FDTD法的基础上进行卷积完全匹配层(CPML)的结合。通过进行ADI-FDTD法的时间稳定性仿真和不同材质、不同填充介质的双管,沙槽正演模拟实验,结果表明,ADI-FDTD法可以保证时间无条件稳定性,相同情况下可采用更大的时间步长进行正演模拟,提高正演效率。对不同管线、不同材质情况下的正演剖面曲线特征进行解译分析,最后与沙槽实测进行对比,证明得到的探测解译结果与实际状况达到较好的吻合。

基于GPR和PAUT的混凝土叠合板无损检测方法研究

针对混凝土叠合板结合面缺陷难以检测的问题,提出了一种探地雷达(ground-penetrating radar,GPR)和相控阵超声检测(phased-array ultrasonic testing,PAUT)相结合的无损检测方法。为了验证该方法的适用性和有效性,同时考虑钢筋对于检测方法的影响,共设计制作了两块混凝土叠合板,分别为单层配筋叠合板和双层配筋桁架叠合板;在结合面上,共设置了三种类型的人工缺陷,分别为分层、脱空和杂物(木模板和PVC管等)。检测结果表明:该方法可以有效地检测出所有的缺陷类型,缺陷定位准确,检测缺陷大小的相对误差基本在20.0%以下,两个试件的检测平均误差分别为8.0%和6.6%;检测缺陷深度的相对误差基本在10.0%以下,两个试件的检测平均误差分别为4.3%和4.8%。该研究提出的方法是检测混凝土叠合板结合面缺陷有效且较为准确的方法。

探地雷达检测公路结构层隐含裂缝实用方法研究

本文在简要介绍探地雷达基本原理的基础上,详细介绍了作者最近完成的"多层均匀层状介质中的垂直裂缝对雷达波场响应的数值模拟和物理模拟实验研究"成果,通过与实际的公路工程检测结果对比,三者表现出很好的一致性.研究结果表明,采用探地雷达检测公路结构层中的隐含裂缝,理论条件是充分的,实践上是可行的,检测方法本身实用性较大,检测结果直观、可靠.

应用低频微波波段GPR测量土壤结构

结合在内蒙古包头地区和上海崇明岛地区的实验站点开展的实验工作,尝试性地提出了探地雷达用于刻画农田土壤剖面层位结构的方法.按照该方法在对探地雷达数据进行处理和分析之后,得到了沿测线的土壤结构细化剖面图,并与开挖剖面对比,结果吻合良好,表明采用探地雷达可以有效地探测土壤层位结构.

探地雷达在土层厚度调查中的试验研究

土层厚度是评价土壤质量的一个重要指标，如何快捷、准确获取土层厚度及相关特性一直是土壤、土地、水利、农学等领域专家关注的问题之一。

地质雷达技术指标的标定研究

近年来,地质雷达勘探作为一种重要的工程无损勘探方法,在我国已广泛应用,并取得了很多重要成果.目前,引进的地质雷达和我国自己生产的地质雷达种类很多,但对地质雷达设备本身性能指标的标定或评价方法却是个空白,本文参照美国德克萨斯交通学院和全美地质雷达使用者协会建议的方法对我们使用的地质雷达系统进行了性能标定,并根据勘探实践需要的指标,对地质雷达辐射子波和频率域参数的技术指标进行了标定方法的研究并给出了相应的结果.

应用探地雷达检测复垦土壤的分层结构

复垦土壤的物理条件, 是影响作物生长的重要因素。本文利用探地雷达为手段对研究区的复垦土壤进行了探测。对采集到的探地雷达数据应用小波方法进行了分析。通过将处理后的数据与复垦土壤的剖面进行对比, 证实只要采用适当的数据处理方法, 探地雷达可以有效的检测到复垦土壤的分层结构状况。

利用三维GPR探测北极夏季海冰厚度及下表面形态特征分析

海冰在全球气候系统中扮演着重要角色。在中国第二次北极科学考察中,使用3D雷达探测结合冰钻进行海冰测量。雷达剖面上可清楚识别冰-水界面,与冰钻测量结果较好地吻合。雷达3D图像清晰显示了冰底界面在3D方向的起伏变化以及冰内构造的空间展布情况。对三维探测区域内海冰厚度统计显示,所测冰盘的平均厚度为4.15 m,较厚的区域位于左下角,最大厚度约为6.4 m,较薄的区域是在中央和左上角区域,最小的厚度小于3.0m。经过进一步计算可提供如海冰上下表面面积、海冰体积等参数,为遥感和数值模拟提供地面校核数据,也为海冰形成机制和动力作用过程研究提供佐证和依据。

祁连山八一冰川雷达测厚与冰储量分析

基于2006年5月利用探地雷达对祁连山八一冰川厚度的系统测量资料,绘制了该冰川冰厚度分布等值线图,计算出了该冰川的平均厚度为54.2 m,冰储量为0.153 km3.这几乎是我国第一次冰川编目资料中给出的八一冰川平均厚度(30 m)和冰储量(0.0843 km3)数据的1倍.由此可见,准确评估我国冰川的冰储量是冰川水资源研究亟待解决的重要问题.将八一冰川冰面地形图与冰厚度分布图相结合,绘制了该冰川的冰床地形图,结果表明:其崎岖不平的冰床地形与其相对平缓的冰面地形形成了显明的对比,显示了冰帽冰川的形貌特征.

天山博格达峰地区四工河4号冰川雷达测厚与冰储量估算

2009年7月对天山博格达峰地区的四工河4号冰川进行了雷达测厚工作,获取了该冰川的厚度分布状况.基于该冰川的厚度数据,在GIS技术的支持下,采用Co-Kriging插值方法结合理想塑性体理论对冰川非测厚区域的厚度进行了重建,绘制出了冰川厚度等值线图并对冰川冰储量进行了计算.结果表明:冰体最大厚度出现于海拔3 775m趋于主流线位置,冰川平均厚度为27.6m;四工河4号冰川的冰储量为0.076 km3.将2009年四工河4号冰川表面地形图与冰川厚度分布图相结合,绘制出了该冰川的冰床地形图.结果显示,在冰体厚度最大的区域,冰床地形呈现凹陷状,这与其相对平缓的冰面地形形成明显对比.

多层介质中路面雷达电磁波传播数值模拟

针对高效、快速、连续、无损的路面雷达应用技术存在的问题,研究了路面雷达电磁波在多层介质中的传播规律.基于电磁波理论的基本原理,从M axw e ll方程着手,建立了雷达电磁波在路面结构体系中的传播模型.该模型考虑了介质介电常数虚部的贡献,理论上更加严谨,并更接近于道路工程实际.应用该模型,模拟合成了多层路面结构体系中雷达电磁波的反射信号,将其与实测信号对比,验证了所建立模拟方法的正确性和适用性.