探地雷达在公路检测中的几个技术问题的研究

论文摘要

当前高速公路建设迅速发展,对公路施工质量和运营状态的检测要求越来越高,而探地雷达具有快速、简便、无损、准确以及可以做到实时检测等优点,并有逐步代替以往传统检测方法的趋势,已成为当今公路检测行业中的研究热点。本研究课题主要针对探地雷达在公路检测应用中还存在的某些技术问题做进一步探索,以期进一步提高探地雷达在公路检测中的可靠性和实用性。本论文拟对以下几个方面的技术问题展开研究。(1)展开探地雷达技术在公路检测理论的深入研究,主要包括:探地雷达检测路面结构厚度和隐伏缺陷(松散夹层、裂隙、脱空、密实与含水不均等)的可行性研究。从理论上推导得出探地雷达路面检测是完全可行的。(2)开展探地雷达路面检测分辨率的研究,分别从横向分辨率和垂向定厚分辨率进行分析,得出探地雷达横向最高分辨率为1/2个第一菲涅尔带,垂向定厚分辨率为为λ/4,极限垂向定厚分辨率为λ/8。通过对薄层定厚识别分辨率研究表明,探地雷达垂向识别薄层厚度最高为λ/80。(3)开展现场探地雷达路面检测试验研究,在路面各结构层分界面埋制金属标定板。通过埋板试验,给出了探地雷达在不同频率下的最大探测深度;发现探地雷达在路面各结构层分界面处的反射波特征为负跳;由于金属板的金属镀面很薄,但是雷达反射很强烈,从而验证了探地雷达薄层垂向识别理论的正确性。(4)针对路面层状结构易出现多次反射波的特点和在隐伏缺陷端部可形成绕射波的特点,为有效提取路面缺陷异常探地雷达图像的有用信号,提高探地雷达资料处理水平,研究探地雷达图像数据处理的新技术和新方法,利用小波变换技术提取路面层状结构处的有用信号。通过资料处理,我们发现用db小波进行多尺度分析,可以提取出路面个结构层分界面处的特征反射波。(5)在典型路段处对路面各分界层处埋设全反射金属板进行野外检测试验,研究公路结构内各层的雷达电磁波的反射特征,包括正常路面的雷达反射波,施工中出现的松散夹层、密实不均匀缺陷异常的雷达检测图像特征、已运营路面出现脱空、裂隙、基层富含水等雷达检测剖面特征。对这些典型缺陷异常图像进行归纳总结,提出各类隐伏缺陷的异常特征及判标志。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 绪论
• 1、选题背景
• 2、探地雷达技术研究现状
• 3、主要研究内容
• 4. 技术路线
• 5. 研究成果及其意义
• 6、本章小结
• 第二章 探地雷达理论基础
• 2.1 电磁波传播规律
• 2.1.1 电磁场方程
• 2.1.2 电磁场的波动性
• 2.1.3 电磁波的横波性
• 2.1.4 电磁位函数
• 2.1.5 电磁场的边界条件和初始条件
• 2.2 平面谐变电磁波
• 2.2.1 无源、均匀介质中平面谐变电磁场方程及其解
• 2.2.2 理想介质中的平面谐变电磁波
• 2.2.3 导电介质中的平面谐变电磁波
• 2.2.4 平面谐变电磁波的极化
• 2.2.5 平面谐变电磁波的反射和透射
• 2.3 探地雷达工作基本原理
• 2.3.1 工作原理
• 2.3.2 脉冲电磁波的发射、接收原理
• 2.4 本章小结
• 第三章 探地雷达公路检测精度分析
• 3.1 垂向分辨率
• 3.1.1 垂向定厚分辨率
• 3.1.2 薄层垂向识别分辨率
• 3.2 横向分辨率
• 3.3 路面雷达的最大探测深度
• 3.4 本章小结
• 第四章 雷达检测图像波相识别特征的研究
• 4.1 现场试验
• 4.1.1 试验路段路面结构概况
• 4.1.2 现场试验仪器
• 4.1.3 路面埋置金属板
• 4.1.4 仪器测量参数设计
• 4.1.5 布置验证对比钻孔
• 4.2 有效探测深度的研究
• 4.3 探地雷达的基本波形识别
• 4.4 图像波相的识别方法
• 4.5 本章小结
• 第五章 基于小波分析的雷达异常处理技术
• 5.1 常规资料处理
• 5.2 小波分析
• 5.2.1 小波变换的概念
• 5.2.2 多分辨率分析
• 5.2.3 Mallat算法
• 5.2.4 小波包理论
• 5.3 小波分析应用于探地雷达信号处理
• 5.3.1 探地雷达单道雷达反射信号小波分析
• 5.3.2 探地雷达剖面小波分析
• 5.4 本章小节
• 第六章 建立探地雷达路面检测异常识别标志
• 6.1 正常路面的标准雷达异常图像
• 6.2 路面施工检测中的缺陷异常分析与判别
• 6.3 运营路面的缺陷雷达异常分析与判别
• 6.4 本章小结
• 第七章 结论
• 参考文献
• 致谢
• 个人简历