探地雷达检测技术在湛徐高速公路路况检测中的应用研究

随着我国建成公路的里程数迅速增长,道路养护需求规模日益增加。目前道路上检测仍为传统的以钻芯取样为代表的破环型检测,快速无损检测手段经过了多年研究实践,证明其已经可以应用于道路检测。本文在广东湛徐高速公路首次采用探地雷达对道路基层隐性结构病害进行了检测分析,同时在典型特点处进行钻芯取样对比分析,研究了探地雷达进行沥青路面结构基层隐性结构病害检测的可靠和准确程度。根据研究结果可知,探地雷达可以对路面质量、路面隐性病害破坏程度进行可靠的快速检测,未来具有广阔的应用前景。     

三维探地雷达道路隐性病害检测分析与数字化技术综述

道路服役数据信息是交通基础设施数字化建设与养护的关键，先进探测设备是获取道路服役数据信息的途径。近年来，三维探地雷达(3D Ground Penetrating Radar, 3D GPR)因其高效、无损等检测优势得到广泛应用，可为道路隐性病害数据获取提供重要支撑。基于此，对道路典型隐性病害类型与检测手段进行总结归纳。梳理了三维探地雷达技术原理、数据采集方法、数据处理及在道路工程检测中的应用；根据三维探地雷达图谱隐性病害特征与识别手段，重点分析人工智能技术在探地雷达图谱识别技术中的应用与发展。针对交通基础设施发展进程，展望基于探地雷达数据的数字孪生技术，主要介绍基于三维探地雷达数据的建模与模型仿真方法。该综述可为三维探地雷达道路隐性病害检测提供基础理论知识与实践方法借鉴，同时为基于三维探地雷达数据的数字化交通基础设施建设与道路养护决策提供参考。     

基于三维探地雷达路面隐性病害识别与评价

路面内部隐性病害的发育、发展具有隐蔽性，而当前缺乏有效的检测手段、评价指标和标准。依托溧马高速路面养护维修工程，通过基于三维探地雷达的路面隐性病害识别与评价研究，建立了路面内部典型隐性病害标准图谱，提出基层损坏状况指数BPCI及分级标准，并给出了不同等级路面内部隐性病害养护对策。研究结果表明：三维探地雷达可高效准确识别路面内部隐性病害，识别精度可达90%以上；基于三维探地雷达的基层破损状况指数BPCI,用于评价路面结构内部状况是可靠的，其探测结果可为路面内部隐性病害检测定位和沥青路面的养护施工提供参考。     

含水状态下的沥青路面隐性探伤研究

为了研究探地雷达对沥青路面下孔隙、含水的检测效果,采用探地雷达进行隐性病害探伤的模拟试验,利用不同类型车辙板的拼接来模拟不同类型路面,用换板的方式来表示不同层位的隐性病害,对不同层位洒水来模拟层间积水状况。试验结果表明,探地雷达对材料的孔隙率和含水率反应强烈,对层间积水有良好的检测效果。     

基于探地雷达的路面结构完整性定量化评价方法

为了快速评价路面结构完整性,选用高动态探地雷达MALA GX750MHz进行检测,检测速度约为80km/h,并采用背景去除、带通滤波、傅里叶变换分别去除回波信号中的混叠波、噪声和杂波,得到雷达回波有效信号;针对影响路面结构完整性的空隙多、层间不良、松散等3类隐性病害,建立了雷达检测评定图谱,并进行了取芯验证;提出了结构完整性综合评价指标路面内部破损状况指数IPCI,基于江苏省11条高速公路、1 484(车道·km)检测数据,验证了评价方法有效性。结果表明:不同类型隐性病害的雷达灰度图具有显著差异,基于雷达检测评定图谱的取芯验证准确率约为95%;交通量与IPCI具有双对数关系,养护历史与IPCI具有半对数关系,交通量越大、养护工程量越少,路面隐形病害越多,IPCI评分越低;与层间不良、松散相比,隐性病害空隙多与交通量相关性较低,这主要是因为空隙多隐性病害受路面结构初始空隙率状况影响较大。探地雷达可用于路面隐性病害的定量化评价,评价结果可为路面养护维修提供决策支持。     

探地雷达在路基勘查中的应用

高速公路是国家发展的命脉,随着高速公路使用年限的增加,各种路基病害也日渐显现。传统的钻探取芯检测方法虽能达到检测的目的,但是检测不全面而且对道路破坏性大;探地雷达方法的引入,为路基的无损探测提供了有利保障,并且大大提高了探测效率。文中从探地雷达的原理出发,探讨了探地雷达识别路基病害的影响因素,通过对常见路基病害形成原因及其地球物理特征的详细分析,总结了路基病害的探地雷达图像特征。并通过某段高速公路的探测实例进行了应用研究,确定了路基病害的成因并圈定了其分布范围。     

基于MATLAB的二维探地雷达三维成像技术研究

为了拓宽二维探地雷达检测功能,依据三维探地雷达数据采集原理,使用二维探地雷达多线程数据采集方法模拟了三维数据,并利用MATLAB的成像功能,建立了能够读取探地雷达三维数据的三维模型,导入三维数据后实现了三维成像及对其切片式显示等功能。通过内部病害图像显示测试发现,病害三维切片图像较为清晰,实现了使用二维探地雷达对高速公路路面进行三维检测的目标。     

探地雷达在某铁路挡墙质量评估中的应用研究

介绍了MALA探地雷达挡墙检测基本原理、方法。通过现场已知厚度挡墙的检测,找到此类挡墙波速的取值,并结合实际工程,总结出不同病害挡墙对应的雷达图像特征。结果表明:探地雷达检测技术能有效地发现挡墙在墙体厚度、砂浆饱满程度和墙背回填土的密实度等方面的缺陷。     

隧道病害检测中探地雷达技术的应用

文章通过对探地雷达原理的分析,详细介绍了探地雷达在某隧道病害中的应用。经对检测结果的分析表明,雷达在隧道病害检测中具有分辨率高、图像直观、使用方便的优点。     

融合SAR分支深度学习的隧道病害识别与成像

随着交通事业的不断发展，大量隧道相继建设并陆续投入运营。在其运营过程中，隧道衬砌混凝土结构内部往往出现不可见的隐蔽病害，对工程安全带来了严重隐患。及时识别检测内部病害，预防安全事故的发生十分必要。探地雷达(Ground Penetrating Radar, GPR)是检测混凝土内部病害的主流无损检测技术，但探地雷达数据中的病害响应信号与实际结构内部病害形态并不存在直观的空间对应关系，从探地雷达数据中仅能估计病害的类型与大概位置，难以对其轮廓进行成像。针对上述问题，研究了基于探地雷达的隧道衬砌隐蔽病害智能识别技术，针对探地雷达数据特点，设计了融入合成孔径雷达(Synthetic Aperture Radar, SAR)成像处理分支的地下工程目标识别深度神经网络模型，通过在传统Unet网络中融入SAR成像分支，实现了对病害的准确成像，并成功对6种隧道衬砌常见的病害进行类型识别。采用仿真数据对该方法验证，结果表明本研究设计的融入SAR成像分支Unet网络的预测结果对6种病害的平均识别精度为96%,与传统Unet网络相比，精度提升了5%,由此证明本文构建的融入SAR成像分支的Unet网络有效提...     

车载探地雷达在新建铁路路基质量普查中的应用

简要介绍了车载探地雷达原理、系统及在新建铁路路基质量普查中的应用情况。车载探地雷达,可迅速了解全线路基基床的状况和道床厚度等有关信息,以及探测桥涵两端与一般路基工后沉降等基床病害。经实地挖探验证与现场实际情况较为吻合。车载探地雷达,能够快速、准确、真实地检测路基的质量状况。     

基于扩展共同中心点法的路面病害雷达测量

为进一步提高利用探地雷达技术测量路面厚度及病害的精度与效率,保证测量结果可直接用于改扩建路面的设计,将扩展共同中心点法(the extended common midpoint,XCMP)引入了基于探地雷达的改扩建路面厚度及病害测量。利用XCMP,探地雷达可测定现有路面厚度和病害位置且无需借助钻心取样校准介电常数;同时,采用了一种多阵列的3D探地雷达,它能同时采集纵横两个方向的路面信息。借助不断发展的信号处理技术和数值处理技术,结合了3D探地雷达信号特征和XCMP法,建立扩建路面厚度及病害测量的通用方法并将上述方法用于连霍高速改扩建项目。结果表明,XCMP法可采集获得清晰的路面结构图像并推算出路面厚度及病害位置,设计的4个XCMP方案的检测误差分别为8.51%,7.62%,3.97%,4.36%,可见XCMP方案基本满足检测需求;同时XCMP法与其他方法对比结果表明其具有更高的精度,误差波动较小,误差可控性强。在此基础上,选取厚度检测精度最高的方案进行病害位置的判定,主要检测病害包括路基脱空、断裂和碎裂,反射裂缝,隐含裂缝。依据病害在探地雷达图像上的区别,采用感兴趣区域(ROI)提取进行病害定位,同时结合上述路面厚度检测结果确定病害的位置和尺寸。     

基于探地雷达和高速弯沉仪的结构内部状态评价

为准确判别高速公路沥青路面结构内部状态,采用探地雷达和高速弯沉仪进行联合检测,分别从结构完整性和结构强度提出结构内部状态评价方法、评价指标和评价标准,并进行实例分析。探地雷达实测表明,路面存在不密实、层间接触不良、松散等3种隐性病害时,可采用路面内部破损状况指数IPCI进行评价;高速激光弯沉仪检测结果可线性转化为贝克曼梁值,采用结构强度指数PSSI进行评价;路面养护及时时,路面结构内部状态较好,需维修路段较少。     

城市道路土基病害核匹配追踪识别算法

为准确识别道路土基病害以避免路面塌陷事故的发生,采用探地雷达对城市道路进行检测。针对城市非硬化道路和硬化道路土基病害出现的一般规律,首先通过维纳滤波器对探地雷达图像进行一维滤波,在滤波过程中,对增益函数进行倒谱域内的平滑处理,进而得到增强的雷达图像;然后,采用傅里叶变换、小波变换等信号处理方法,得到探地雷达图像在不同变换域的结果,并通过构建傅里叶核函数、多项式核函数、克罗内克核函数等不同的核函数字典,对探地雷达图像在不同变换域的结果进行匹配追踪,比较在不同核函数下的核匹配追踪序列;最后,通过比较不同核匹配追踪序列的差异,分别找出对道路土基水害和空洞病害类型敏感的核匹配追踪序列,通过该序列识别城市道路土基病害的类型。利用基于相关系数的病害度量算法比较核匹配追踪序列,判断城市道路土基病害发生的区域,并通过算法识别非硬化道路与硬化道路的地下病害。结果表明:病害类型及范围与实际情况相符,水害和空洞均能得到有效识别;通过5组城市道路探地雷达探测数据集验证了算法的有效性,识别准确率达到了99%以上;利用核匹配追踪算法处理探地雷达图像有助于城市道路土基病害识别,可减少路面塌陷事故的发生。     

探地雷达在逸仙大道处治水泥砼板底脱空中的应用

在广东中山逸仙大道旧水泥混凝土路面改造中,采用探地雷达对板底脱空进行无损检测。从灌浆现场通过观察冒浆情况、用探地雷达复查和钻孔抽芯检验,证实了探地雷达检测取得了良好的效果。     

旧沥青路面改扩建工程内部病害无损检测研究

依托茂湛高速改扩建工程,采用三维探地雷达技术和落锤式弯沉仪两种无损检测手段,从路面结构内部隐性病害分布和结构承载力两个角度评估旧路面的内部结构完整性和力学强度。研究发现：三维探地雷达可准确探测旧路内部病害;沥青上面层病害主要为坑槽、纵横向裂缝,中面层病害主要为纵横向裂缝,下面层病害主要为纵横向及网状裂缝;水稳基层病害主要以纵横向及网状裂缝为主;慢车道的结构病害数量与发育程度均比超车道更加严重。从路面结构承载力分析发现：慢车道弯沉值比超车道高约2.5～3.4(0.01 mm);相比设计采用的动态模量,旧路面模量衰减幅度约60%～70%。对典型病害成因与发育规律进行系统分析,并推荐处治方案。     

基于分时复用原理的多通道探地雷达时序控制模块设计及应用

为实现对隧道衬砌空洞和地质病害的无损、高效检测，基于分时复用原理，通过FPGA编程和时序电路设计实现一种瞬态脉冲型多通道探地雷达时序控制模块，并应用于多频多通道隧道病害检测探地雷达系统。该时序控制模块可以产生多路同频等相位差时钟，分时触发各个通道脉冲信号的单次收发，从时间上分离通道间串扰信号和有效雷达回波，实现探地雷达多频段多通道的高效工作。试验测试和实地验证结果表明： 该时序控制模块在脉冲重复频率为500 kHz时，能实现8通道雷达测试系统相邻通道间240 ns左右的触发时差，并在触发时差范围内保证观察时窗内雷达回波信号的稳定性； 同时，该模块也能应用于3频段6通道隧道病害检测探地雷达系统，并在距离介质分界面65 cm时反映出实际隧道预埋病害的深度和尺寸信息。     

探地雷达检测路基压实质量现场应用可行性研究

本文通过理论推导和现场试验,对路基材料的介电常数与压实度、含水量等压实指标间的相关关系进行研究。在此基础上,结合实际工程,尝试将探地雷达无损检测技术应用到路基施工过程控制中,开拓了探地雷达的应用领域和范围,为探地雷达无损检测技术在路基上的应用做了良好的铺垫。     

基于BIM+GIS的沥青路面表里全域病害数字孪生研究

为全面整合和分析无损检测采集的病害信息并构建病害数字孪生模型对病害进行可视化表达，基于BIM+GIS技术，运用探地雷达检测手段，提出了路面全域病害整合与建模的新框架。在该框架中，首先面向不同路表病害类型分别开发基于深度图像表面拟合和基于二值图像轮廓拟合的病害建模方法，相较于传统二维贴图或三维固定参数的建模方式，该方法实现了对病害区域信息的准确拟合建模；该框架另一部分提出了路面结构内部隐蔽病害的三维可视化建模方法，相较于传统分析建模进一步实现了探地雷达数据的病害模型转化与BIM数字化道路高效整合，降低了探地雷达数据实际应用性的门槛。该方法基于2种不同雷达图像的病害特征，识别并提取病害区域，实现全路段隐蔽病害疑似区域和局部重点区域三维重构；最后自动化构建包含全域病害的数字孪生模型，将无损检测数据高效整合，完成病害实体在虚拟空间中的映射转化。同时借助地理信息系统绘制道路病害分布热力图，反馈病害分布以及发展情况，指导养护管理工作。试验结果表明：该框架高效完成全域病害的三维数字转化；路表裂缝和坑槽建模精度分别达到80.13%和98.17%,路面内部病害的模型结合现场钻孔取芯验证在判断病害发生位置...     

基于GPR的沥青路面厚度检测及均匀性评价

为改善传统钻芯取样方法效率低且有损的情况,采用探地雷达无损检测设备对汉十高速公路沥青路面厚度进行测量,通过对比探地雷达与钻芯取样测得的沥青路面厚度数据来验证其检测的可靠性,并进一步对沥青路面厚度均匀性进行评价。结果表明,(1)探地雷达对沥青路面厚度的检测精度达99.7%,可作为对沥青路面厚度检测的有效手段;(2)沥青路面厚度平均值为17.03 cm,达标率仅为12.16%,表明沥青路面整体厚度情况较差;(3)沥青路面厚度均匀性较好,但局部位置变异性较大,需要对该位置进一步检测,以防出现严重病害影响行车安全。