四维探地雷达技术在道路塌陷防治中的应用

近些年来随着城市道路塌陷事故的频发,各地政府陆续投入大量人力财力进行道路预警探测,经过多种物探方法的综合比对,三维探地雷达已成为目前城市道路预警探测的主要物探手段,但一方面由于三维探地雷达探测深度较浅,另一方面城市道路地下病害发育是一个动态变化过程,地下土层在受到工程施工扰动、地面载荷作用、大气降水和管线渗漏水冲刷等因素的影响,导致地下空洞不断发育,因此开展四维探地雷达探测尤为重要,文章介绍了四维探地雷达技术的原理,并通过工程实践证明了四维探地雷达技术在道路塌陷防治中的重要性和必要性。

探地雷达对道路空洞修复效果探测的应用

随着各大城市道路空洞探测项目的实施,探测成果丰硕,有效减少了道路塌陷事故,也推动了空洞修复技术的发展,但修复后的空洞仍频繁出现沉陷甚至塌陷事件,主要原因是空洞修复技术的不足,当时又无法得知修复效果。为保证空洞修复后不再出现新空洞,空洞修复后的雷达探测成为检测修复效果的有效手段。探地雷达由于其分辨率高、速度快、成果直观且可实时反应地下情况,是目前常用的探测手段。本文首先阐述了目前普遍使用的空洞修复技术,并对修复后空洞进行探地雷达正演模拟,最后结合工程案例,分析探测效果。结果表明,探地雷达对大多数修复技术的效果探测准确可靠,但对高聚物注浆修复效果评价需结合FWD(落锤式弯沉仪)等其他无损检测技术,本文所提出的探测方法可为同行开展相关工作提供借鉴。

阵列地质雷达在黄河堤防隐患探测中的应用

为快速高效探测及精细化评估堤防隐患,开展了车载式阵列地质雷达堤防隐患探测技术研究。介绍了含有8个雷达天线的大型车载式阵列地质雷达系统对大范围、长里程的河道堤防堤身疏松、富水、裂缝、空洞塌陷等隐患快速地毯式全覆盖普查探测技术,同时论述了疏松、富水、裂缝等堤坝隐患的雷达回波特征及隐患评估方法。目前该技术已在黄河郑州花园口河段右岸大堤进行了18.2 km的初步探测应用,实践证明该技术工作效率高、工作方式便捷、劳动强度低、不破坏原有堤防,对堤防隐患消除、加固具有科学的指导价值。

车载阵列雷达在道路塌陷灾害预警探测中的技术应用

近年来,许多城市发生了道路塌陷灾害,造成重大的生命财产损失和严重的社会影响。本文采用自主研发的车载式道路病害灾害预警雷达系统,通过多个城市的工程探测实践,形成了一套车载阵列雷达预警探测道路塌陷灾害的实用技术和方法,并总结了一套成熟的作业流程,成功地应用于城市道路塌陷灾害预警探测中。

三维探地雷达通道不平衡抑制方法研究

近年来,我国城市道路塌陷事故频繁发生,造成了严重的人员伤亡和巨大的经济损失,这些塌陷大多是由地下空洞、脱空、疏松等隐患演化形成的,因此,定期对道路进行地下塌陷隐患检测并及时修复具有重要意义。目前,三维探地雷达已成为城市道路塌陷隐患检测公认最有效的地球物理方法,具有无损性、采集速度快、分辨率高和图像直观易解译等优点。然而,受限于三维探地雷达所采用阵列式天线的制作工艺、电子器件性能差异以及通道间串扰等影响,三维探地雷达数据存在通道不平衡问题,降低了合成三维图像的成像质量,进而影响塌陷隐患的识别和评估。本文针对三维探地雷达中存在的通道不平衡问题,提出了一种改进的谱白化方法,能有效减轻通道间的不平衡现象,提高三维探地雷达的雷达图像质量。

输水管道泄漏的探地雷达检测原理和现象机理分析

基于探地雷达检测输水管道泄漏是近年发展起来的一种很有前景、实用性很高的无损检测技术,国内在这方面的研究处于起步阶段,尚缺乏仪器设备研发和对漏水的现象、机理与反馈图像的比对研究。本文搭建了输水管道漏损雷达检测试验平台,开展了输水钢管漏水试验和检测试验,对比研究了无泄漏、有泄漏以及泄漏后、泄漏时等工况下典型测线雷达回波图像的异同,并反演了漏水工况的泄漏范围。结果表明:当管道泄漏后,泄漏水引起管道周围土壤介电常数显著变化,湿沙状态下平行管道测线雷达回波下移,呈明显的“V”型,垂直方向测线的回波双曲线形态更加陡峭,斜率更大,该畸变规律有利于锁定大致泄漏范围。“箭形回波”和“孔下回波”是区分管道泄漏时和泄漏后的雷达回波关键典型特征,尤其较为清晰的孔下回波亮斑是正在发生小泄漏的典型回波图像特征,且具有规律性。对于管道不停水泄漏的检测,如能辨识出箭形回波和孔下回波,即可实现泄漏的快速定位。试验验证了利用探地雷达检测输水管道泄漏的有效性,并为漏损探地雷达检测设备和软件的研发提供支撑。

非接触式冰厚和水位一体化远程监测装置研发

为解决冬季结冰河道冰厚和水位一体化连续监测难的问题,研发了非接触式冰厚和水位一体化远程监测装置。该装置主要由空气耦合雷达、环境温度传感器、水面/冰面温度传感器、高清红外夜视仪、避雷器、GPS模块、远程开关控制和遥测模块、太阳能和风力供电互补系统、硅能电池、超长横杆和三角钢架等组成。集成后的装置可监测冰厚、水位、环境温度和冰面/水面温度等相关参数及全天候的视频图像数据,通过采用4G模块将数据回传至控制中心并自动解译雷达图谱。该装置已安装应用于黄河内蒙古托克托县什四份险工弯道处,完整监测了2019—2020年度凌汛期冰厚和水位变化过程,采集了大量的温度和凌汛视频图像数据。该装置为冰期水文远程非接触式监测提供了新的模式和技术,可实现全年无人值守智能监测。

冰期水位自动观测关键技术集成

本文在总结冬季结冰期使用现有自动观测水位设备的优缺点和冬季结冰期水位自动观测只能考虑对宽敞水面上浮动冰盖表面能随水面升降变化进行观测的事实的基础上,对自记水位计选型进行介绍,对钢塔—回转臂气介式自记水位计安装设施结构设计、安装运行维护等关键技术集成进行论述,对自由冰盖表面积雪厚度、冰盖厚度、密度、温度变化等因素影响提出技术处理方案,并在万家寨库区付诸实践。

冰水情一体化双频雷达测量系统

针对单频雷达在冰厚和水深同时测量中的缺点,提出了以100 MHz和1500 MHz雷达为基础的冰水情一体化双频雷达测量系统,并通过RTK系统实时采集测点的经纬度坐标。该系统通过交替工作周期为15 ms的分时工作来避免不同频率雷达间的相互干扰,利用冰厚和水深综合探测时在时间上表现为相邻道号数据振幅稳定、渐变的特点,采用相关性层位追踪算法提高测量的准确性。在我国纬度最高的黑龙江漠河段,通过21个水深和19个冰厚测点与传统观测方法进行了对比验证,并通过原型观测应用支撑了黑龙江龙岛码头河段春季的防凌爆破。结果表明基于双频雷达的冰水情一体化系统可大幅提高冰水情野外原型观测的效率,为长河段的冰厚、水深测量提供新的手段。