RIS-K2探地雷达在地下管线竣工测量中的应用.docx

    RIS-K2探地雷达在地下管线竣工测量中的应用    李小强摘要：本文首先研究分析了RIS-K2探地雷达仪器的具体构成以及指标、方法原理等;其次研究分析了RIS-K2探地雷达的特征以及相关参数选择;最后对近间距平行管线、金属与非金属关系雷达探测的典型图像给予了客观形象的说明关键词：RIS-K2探地雷达;地下管线竣工测量;应用引言最近几年，我国的城市化建设进程不断加速，诸多类型的高标准工程项目数量也随之增加，工程的勘察、埋设物探查以及工程质量检测等地质工作，都对于地下空间三维数据的相关要求与标准不断提升探地雷达主要是用确定地下介质分布的广谱电磁波技术，由一个天线发射高频率宽频带短脉冲电磁波，另一个天线接收来自地下介质界面的反射波在发挥电磁波作用，在介质中进行传播时，其路径、电磁场强度与波形，或随着所通过介质的电性质与几何形态的变化对地质状况进行客观分析由于具有经济、快速、对工程现场的破坏性和对外界干扰影响小等特点，在解决城市地质勘测问题时显示出独特的优势一、RIS-K2探地雷达仪器构成与指标（一）RIS-K2探地雷达仪器构成RIS-K2探地雷达是意大利产的新一代探地雷达设备，同时也是当前相对最小与最轻的多通道探地雷达数据的采集单位。

整机的重量大约是1.6KG，其中包含电池升级到了8个数据通道，更高速的脉冲重复频率会令数据收集的速度更快其系统硬件的组成部分主要包含：天线、网络电缆、笔记本电脑、DAD控制单元等DAD控制单元是与天线直接相连到一起的，有单通道、双通道与四通道这几种，实现雷达数据的数字化，并且进行相关传输其接口主要包含如下几方面：Battery Port与电池连接、Wheel Port连接测量轮位置传感器的呢过天线主要分为了单天线与天线阵天线的频率大约有：80MHZ、100MHZ、150MHZ、400MHZ、600MHZ等二）指标电性指标：12V直流电源，电压13.5～13.8V环境指标：工作温度大约是-10℃～40℃，相对湿度<90%，防水、防尘、防爆的标准已经达到了IP65软件指标：数据的显示方式主要是行扫扫描，时变增益主要是人工或者自动调节的方式;垂直滤波大约包含高通和低通滤波器等二、RIS-K2探地雷达理论（一）探地雷达原理探地雷达主要是使用高频电磁波对地下介质结构与特征进行探测的一种物探技术，其主要由发射--接收装置所组成，主要使用发射天线向地下介质发放电磁波，电磁波在介质中进行传播的时候，相关的路径、波形也会随着介质的电磁波与几何形态的不同而随之出现变化。

反射的电磁回波主要由接收天线来进行接收的依照接收到的探地雷达剖析图，精准定位地下目标，明确其位置与埋深探地雷达的观测方式主要包含剖面法、宽角法等几种本文所介绍的RIS-K2探地雷达所指的就是零天线距的相关剖面法探地雷达的工作方式主要是反射剖面法，其采样记录则多数都是数字化形式波形的正负峰可分别使用黑白与灰阶段，或者是彩色表示在雷达图像上，管线异常的特征主要是一条双曲线，一般可依照此异常的特征对管线的位置及深浅进行客观判定二）常见介质的电磁学特征所谓探地雷达所使用的物性前提条件，假腿指的是在目标管线与周边介质的介电常数、电导率、电磁波速等方面都存在着较大差异诸多与管线探测有关系的介质电磁表参数如下表1所示通过表1显示可知，金属的管壁与周边介质粉质粘土的相关电常数间有着比较大的差距金属管道的上臂发生全反射，没有底反射，再没有能量进入到下管壁中，此时金属管线中，电磁波的波速基本判定为零非金属的管线自身材质和周边介质有着较大的差异，例如混凝土介电常数是6.4，传播的速度是0.12m/ns，并且管道内的介质像是水、气体等，与周边介质电磁性相对，都存在着较大的差异反射系数与波速基本由介电常数决定，如果设定反射系数为R，光速是c，周围的介质是ε1、管线或者管线内介质ε2，其相互关系表现为：电磁波主要通过空气渗透到地下中，并且也会出现强反射。

如果地下出现了管线或者疏松带，这时雷达系统所接受的回波幅度会变大同时在雷达剖面方面也会产生较为典型的双曲线的反映若目标管线反射系数|R|≥0.1，是与雷达探测的对应无形条件十分契合的三）地下管线的探地雷达异常特征对管线探测而言，探地雷达的反射波组，实际从两个方面进行了对应解释其一，反射波组的同相性所组成的同相轴，代表的是管线空间位置客观判别的关键性标准，同时也是一种孤立的相关埋设物，其具体的反射波的同相轴表现在如下几方面：管线表现是圆形管道的时候，是向下开口的抛物线呈现伞状的，顶部的反射振幅也相对较强在表现为沟道式或管块形状时，同相轴是十分有限的平板状，反射的实际界面中部是平板状，两端呈现出了半支下开口抛物线其二，地下界面的上下介质之间无形差异特征，基本确定了电磁波的具体传播特征，无形差异的增大，代表着反射波往往更強，振幅也会随之增加，上下介质波速大小和反射波振幅方向存在直接的联系，介电常数较小的进入介电常数较大的介质里，反射的系数则是负，因此代表着反射波振幅反向三、 RIS-K2探地雷达仪器及使用（一）仪器特点使用 RIS-K2探地雷达之时，一般会配备200MHZ、600MHZ两种频率的屏蔽天线，一般可以单独使用，也可以将其组合起来合成天线阵使用，并且搭配Grswin2解释软件。

此系统一般是多通道连续采样雷达，可进行单独扫描，可2通道扫描一次，获得多张同一断面的雷达图进行探测之时，对其进行实时查看、标注与分析探测结果该系统的组成部分是DAD控制单元、发射与接受天线、测距轮、电缆与电池系统等并且此系统的天线屏蔽相对较好，对于环境的抵抗干扰能力也相对较强，有着相对较高的分辨率这一系统可对雷达探测管线的结果进行现场解释实时显示以及回拖定位的功能，对提升探测速度与定位精度非常有益另外，该软件的界面比较友好，编辑与处理起来也非常便捷二）探测参数选择在采样时，时窗选取为探测深度的2倍左右;一般状况下选择自动增益的方式方法，有助于获得更显著的探测效果，但需注意，地面或地下介质出现变化之时，需及时重新收获自动增益曲线，之后继续开展探测活动三）选定波速V一般选择已知的管线标定波速v的方式进行探测作业之前，在测区范围内选择数个已知深度的管线点完成波速测量四）管线状况调查为有效提升探测效率并控制工作出现失误状况的概率，开展探测工作之前，不但需对管线的审核书、报建图进行深入研读，同时还需调查了解目标管线的材料、管径、埋深、铺设走向和其他埋设物等状况五）测线布设测线彼此平行并垂直目标管线轴向布设;如果不清楚目标管线的走向，需及时更改测线的具体方向，尽量防止出现目标漏测的问题。

四、管线探测典型图像特征（一）多条近距平行管线异常图像测区内的管线种类往往比较多，并且多为平行铺设，一旦使用管线仪对其进行定位，测深时则可能出现较大的误差，因此需使用GPR开展定位与测深作业图1是广州某道路西侧给水管线穿过道路处的GPR图像，天线是200MHz从图中可清晰明确地看到在2.6m与3.5m处存在埋深分别为1.05m及1.0m的铸铁给水管，双曲线比较明显与完整，不存在多次反射波如果使用管线仪进行探测，由于两条给水管间距比较小，并且处于平行铺设状态，不管使用峰值法还是谷值法都无法对其进行准确区分4.8m与5.4m处是两根电线预埋穿过公路的DN150钢套管异常图2为广州某村，0.9m处是DN89煤气钢管的异常，埋深为0.51m其特征主要是双曲线十分明显，有着较强的反射波，无多次波在1.9m处是DN150PE给水管的异常，特征是双曲线十分明显，两叶长，反射波也较强，同时有着多次反射波2.55m处是直埋中压电力电缆的异常，其反射波相对十分弱二）沟道异常图像图3 所指的是广州某区西湖路的0.4m至1.6m處1200mm×800mm电力沟的异常状况，图中可十分清晰的看到沟两侧的绕射波与底部反射波的特征剖面图的上层异常状况是正向连续同相轴板状体异常，正向同相轴对应内部空间顶界面，下部是强反射异常与多次波异常。

在大约2.1m深的地方是没有拆除的DN200铸铁给水旧管的异常状况，其主要埋深是0.5m;在4.95m处是DN200PE给水管，其埋深主要是1.25m，并且存在多次波，是目标管线三）金属给水管异常图像金属有着较大的导电率，并且电磁波的衰减也相对较大，金属管顶反射出现了一些极性的反转，并且也基本不存在无管底的反射信息图1左边的DN200与DN300铸铁给水管、图2左边的DN89煤气钢管异常、图3右边的DN200铸铁给水的GPR图像，都是双曲线十分明显与完整的表现，但是不存在多次反射波结语综上所述，埋设的管道与周围介质都存在着物性差异，在对其进行探测时，需依照已知到未知，简单到复杂的相关原则将异常特征类比法的作用发挥出来，对目标管线进行识别与区分作为一种高新仪器，RIS-K2探地雷达的图像直观，分辨率也相对较高，操作起来十分便利，具备一定的无可比拟的优势，对解决管线探测中存在的问题十分有利Reference：[1]王随柱，郑军. RIS-K2探地雷达在兵团公路建设检测中的应用[C]. 中国公路学会养护与管理分会.2014全国公路养护技术学术年会论文集路面卷.中国公路学会养护与管理分会：中国公路学会养护与管理分会，2015：316-320.[2]赵文东，李庆彪.RIS K2探地雷达在大理市地下管线普查中的应用[J].办公自动化，2014（S1）：206-214.[3]张汉春. RIS-K2探地雷达的地下管线图像特征[C]. 中国测绘学会工程测量分会.数字测绘与GIS技术应用研讨交流会论文集.中国测绘学会工程测量分会：中国测绘学会，2008：466-471.[4]何自强，张恒，周奇才，何宏宇.RIS—K2型探地雷达数据的分析及处理[J].工程地球物理学报，2007（06）：540-544.[5]张汉春，曹震峰.RIS-K2探地雷达在地下管线竣工测量中的应用[J].工程地球物理学报，2007（05）：395-399.  -全文完-。