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瑞典RAMAC地质雷达的基本原理及特征参数

论文作者:佚名论文属性:短文 essay登出时间:2009-12-30编辑:lisa点击率:6075

论文字数:3120论文编号:org200912300935166714语种:中文论文 Chinese地区:中国价格:免费论文

关键词:RAMAC地质雷达基本原理探测数据

摘要:论述了占世界地质雷达销售量53%以上的瑞典RAMAC地质雷达的基本原理及特征参数,并且提出了一种快速处理其探测数据的方法。 
   一、概述
    RAMAC 地质雷达方法是一种利用电磁波确定地下介质分布的技术。 近年来.随着电子技术的发展.地质雷达作为一种工程物探新方法、新技术也逐渐成本论文英语论文网 www.51lunwen.org整理提供 熟和完善。其应用范围日益广泛,主要表现在:工程地质戡查(软上地基基岩而、岩溶 RAMAC/GPR 地质雷达广泛的适用于:隧道超前实时预报(岩溶、暗河、含水、裂隙、岩性变化、松散破碎等) ,隧道围岩地质情况及危害调查,隧道初衬厚度检测(包括喷锚、钢拱架、格栅、超挖回填、欠挖检测等) ,隧道二衬厚度及缺陷检测(包括二衬中的钢筋检测)等领域。其典型的用于探测隧道的衬砌如图1。
  
    二、RAMAC地质雷达的基本原理及特征参数 
    1.基本原理 
    地质雷达的基本原理是基于高频电磁波理论,工作方式是以宽频带短脉冲电磁波形式,由地面通过发射天线 T 送入地下,经地下地层或目的体反射返回本论文英语论文网 www.51lunwen.org整理提供 地面,被另一天线 R所接收(见图2) 。

     雷达图形常以脉冲反射波的形式记录。波形的正负蜂分别以黑、白色表示,或者以灰阶或彩色表示,这样同相轴或等灰线、等色线即可形象地表示地下反射界面。通过分析电磁波的时频、振幅特征,就可判别地质体的展布形态和性质,从而达到工程地质勘察之目的。现场测量,通常采用剖面法(GDP)或者宽角法(WARR)两种方法。前者发射天线和接收天线本论文英语论文网 www.51lunwen.org整理提供 以固定间距沿测线同步移动; 后者是固定一个天线、移动另一个天线或者是两个天线同时由一中心点向两侧反方向移动。上述两种方式的记录点均为两个天线的中心点。探测剖面一般要布施在目的体上方且与其走向大致垂直。剖面的疏密程度视探测要求而定。

εr1——第二层介质的相对介电常数。 1给出了几种常见介质与雷达探测有关的电磁参数。 3.RAMAC地质雷达的探测深度 资料表明, 中心频率25~50 MHz, 探测深度一般在20~50 m;中心频率100~ 400 MHz时, 探测深度一般在3~10 m; 中心频率为1000 MHz时,探本论文英语论文网 www.51lunwen.org整理提供 测深度<1m。 实际工作中应根据勘察目的选用相应的中心频率。
    三、瑞典地质雷达的应用举例
     1.公用事业应用
     广泛的适用于:城市管网探测普查、非金属管线探测、定向钻进管线预报探测、城市道路建筑施工指导探测等领域。

    2.土工技术应用
    广泛的适用于:水电大坝的勘查及质检,路桥、边坡等土木工程以及建筑基础工程等领域。图 4 为一水电大坝探测图。


     四、地质雷达的快速处理
     在运用地质雷达中,会有很多噪声对其产生影响:如天线的耦合波、探测表面直接反射波以及周围环境、仪器等引起的各种随机杂波。其中探测表面的反射波与耦合波具有相似的特点—出现时间相对较早,在各个测点都存在且近似相同,因而可以一同作为报合波考虑,统一称为“直达波”。 直达波由于其具有很高的能量,对目标回波信号的提取有在较强的干扰,同时减小了系统的有效动态范围;对浅层目标,目标回波可能淹没于直达波之中,根本无法直接进行信号本论文英语论文网 www.51lunwen.org整理提供 的后处理和目标分类。 已有很多学者对地质雷达系统直达波的去除进行了广泛的研究.主要的处理方法包括时间门限法、平均去除法、模型参数法和子空间投影法等.由于 SPR 所探测的主要是浅层目标,显然时间门限法并不可行;平均去除法处理简单,应用较多,但对目标散射信号波形影响大,应用也受限;模型参数法虽然具有自适应能力但是算法复杂,稳健性差,不适合大数据量的实时处理。
     下面提出一种参考信号相减法于地质雷达的去噪: 设信号为 x(n)(以在景-婺-黄高速公路建设中使用瑞典MALA地质雷达(RAMAC/GPR对)对C3新建隧道在建掌子面进行探测数据为例):matlab 将 x(n)读入成数据文件 b(n) ,n=81920,测量步数为40。把从数据文件中得到的x(n)一维数列转换为二维的矩阵形式,如下

最后得到经过 k(i,j)均减去 k(1,j)处理的一维矩阵u,再次转换成地质雷达能够读取的‘*.rd3文件’ ,得到以下图形:


如果能够找到良好的围岩地质雷达数据,与具有异常信号的数据相减,便可以方便的去除大量的直达波,而且能够保存异常特征,如图 7。在这里,所使用比较数据由于本身具有很多异常点与区域,带来了很多的误差。但是,从处理的效果来看,还是取得了比较理想的效果,无需再通过繁杂的处理就可以发现很多异常。
      五、结语
      工程实践证明, RAMAC/GPR 地质雷达具有较强的勘察功效。雷达探测成果能够反映和区分不同地下介质的电性界面,进而科学地推断其精确深度和介质的本论文英语论文网 www.51lunwen.org整理提供 地质特征。换言之,探测成果能够系统揭示地下介质在空间连续分布的轮廓,从而使其探测成果具有显著的技术效益。 本文提出的快速去除直达波的方法,可以在数据处理初期对数据快速处理,发现直达波覆盖下的异常,具有简便、快速的特点。但用这种方法也带来了很大的误差,需要结合其他方法应用。 
     今后在应用方面,应当进一步研究探测目标参数和响应,提高分辨率、扩大探测深度,提高地质雷达图像的反映效果,强化数据处理和资料分析,以本论文英语论文网 www.51lunwen.org整理提供 深化雷达图像的电磁波反射特征与地质特征的相关性。从而促使这一高新地球物理勘测技术迅速发展,适应新时期地质勘察工作的要求。
 
参考文献
[1] 王兴泰等.工程与环境物探新方法新技术.[M].北京.地质出版.1996:178~204.
[2]  胡晓光.地质雷达在工程地质勘察中查寻土洞的应用效果.[J].物探与化探.1994.6:473~476.
[3] 赵宪堂,万国普.地质雷达图像中地面干扰的识别与去除.水文地质工程地质.2001.6.
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