【摘要】對(duì)于地理信息系統(tǒng)，管線網(wǎng)絡(luò)的資料是很重要的一部分，其在城市規(guī)劃、建筑施工等工程中意義極大。一般，在工程開(kāi)工前，為了避免對(duì)重要的地下管線造成損傷，需要對(duì)管線進(jìn)行探測(cè)，隨著新材料 發(fā)展，非金屬材料的管道應(yīng)用越來(lái)越廣泛，其中，由于地質(zhì)雷達(dá)技術(shù)具有直觀、分辨率高、識(shí)別能力強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)被廣泛應(yīng)用。目前，利用地質(zhì)雷達(dá)技術(shù)對(duì)非金屬管線進(jìn)行探測(cè)是非常重要的課題，文章從地質(zhì)雷達(dá)探測(cè)技術(shù)的原理出發(fā)，對(duì)地質(zhì)雷達(dá)探測(cè)發(fā)非金屬管線的具體方法以及后期數(shù)據(jù)的處理方法進(jìn)行了探討，希望能推動(dòng)相關(guān)研究發(fā)展。

【關(guān)鍵詞】探測(cè)；非金屬管線；地質(zhì)雷達(dá)

1、引言

隨著我國(guó)城市化進(jìn)程愈來(lái)愈快，人們開(kāi)始重視地下空間的有效利用，相應(yīng)的，地下管線的數(shù)量也不斷增多，隨著新材料的發(fā)展，管線材質(zhì)也在不斷地推陳出新，非金屬材質(zhì)（如：PVC、PE、PCCP、PP等）的管道被大范圍地應(yīng)用到了地下管線的建設(shè)中去。特別地，由于非金屬管線具有重量輕、便于運(yùn)輸、便于安裝、防腐性強(qiáng)、不會(huì)對(duì)介質(zhì)造成二次污染等優(yōu)勢(shì)，能夠使得地下管線工程的施工更加方便順利，所以，非金屬管線被大量應(yīng)用到了給排水管道與煤氣管道中。在市政工程施工時(shí)，為了避免工程對(duì)地下管線造成破壞，施工單位必須在開(kāi)始施工前對(duì)施工區(qū)域內(nèi)的地下管線進(jìn)行詳細(xì)的排查，此排查工作的探測(cè)技術(shù)一般采用的是地質(zhì)雷達(dá)探測(cè)技術(shù)。

2、地質(zhì)雷達(dá)探測(cè)技術(shù)的原理

如果使用傳統(tǒng)的地質(zhì)探測(cè)技術(shù)來(lái)探測(cè)非金屬管線，并不能得到理想的效果，也不能滿足探測(cè)要求，但是，利用地質(zhì)雷達(dá)探測(cè)技術(shù)就可以得到滿意的效果。對(duì)于地質(zhì)雷達(dá)探測(cè)技術(shù)，利用其對(duì)非金屬管線進(jìn)行探測(cè)依據(jù)的主要原理是電磁波的傳播。當(dāng)?shù)刭|(zhì)雷達(dá)向有耗介質(zhì)發(fā)射高頻的電磁波時(shí)，其傳播形式主要是寬頻帶短脈沖。在對(duì)地下管線進(jìn)行探測(cè)時(shí)，如圖1所示，若被探測(cè)地區(qū)的地下介質(zhì)完整且均勻時(shí)，電磁波不會(huì)有反射現(xiàn)象，即使有，被反射的能量也是非常弱的，但是，若被探測(cè)地區(qū)的地下有探測(cè)目標(biāo)的存在或者有其他異常現(xiàn)象，雷達(dá)發(fā)射的高頻電磁波會(huì)被反射，而且，電磁波反射的路線、波形、強(qiáng)度會(huì)隨著探測(cè)介質(zhì)的幾何特性、電性特性的變化而變化，所以，當(dāng)技術(shù)人員在進(jìn)行探測(cè)時(shí)，可以通過(guò)雷達(dá)所發(fā)射的電磁波有沒(méi)有發(fā)生發(fā)射、反射的信號(hào)是什么樣的、接受電磁波的時(shí)間等實(shí)際情況來(lái)分析探測(cè)地區(qū)的地下介質(zhì)的構(gòu)造、結(jié)構(gòu)等情況，比如，在探測(cè)非金屬管線時(shí)，簡(jiǎn)單來(lái)說(shuō)，如果地下無(wú)探測(cè)目標(biāo)，則雷達(dá)發(fā)射的信號(hào)不會(huì)發(fā)射反射，接受到波的時(shí)間會(huì)比較早，波形會(huì)很均勻；反之，接收到波的時(shí)間會(huì)比較晚，而且波形會(huì)因高頻電磁波發(fā)生了反射而變得復(fù)雜。具體來(lái)說(shuō)，地質(zhì)雷達(dá)發(fā)射的電磁波的信息傳播分為水平層面和豎直層面，其中，水平層面的電磁波波形是一條水平線，如果被探測(cè)區(qū)域的地下沒(méi)有管線，水平層面的電磁波的回波會(huì)同時(shí)回到雷達(dá)系統(tǒng)中，反之，電磁波會(huì)產(chǎn)生反射，碰到管線側(cè)邊的電磁波回因反射傳播更久的時(shí)間，其回到雷達(dá)系統(tǒng)中的時(shí)間也會(huì)更晚，此時(shí)，電磁波就不再是水平傳播，會(huì)呈拋物線。由此原理來(lái)看，地質(zhì)雷達(dá)探測(cè)技術(shù)的工作過(guò)程并不會(huì)對(duì)管線、建筑物等造成破壞，將其應(yīng)用到建筑工程的探測(cè)中，不僅有分辨率高、精度高的有點(diǎn)，還不會(huì)造成任何破壞，因此，地質(zhì)雷達(dá)探測(cè)技術(shù)被廣泛地應(yīng)用到了工程中去。

3、地質(zhì)雷達(dá)探測(cè)發(fā)非金屬管線的具體方法

3.1 選取恰當(dāng)?shù)膬x器設(shè)備參數(shù)

在地質(zhì)雷達(dá)探測(cè)技術(shù)的應(yīng)用中，最主要的設(shè)備就是雷達(dá)，在工作開(kāi)始前，應(yīng)當(dāng)先對(duì)儀器設(shè)備的參數(shù)進(jìn)行設(shè)置，需要設(shè)置的參數(shù)主要有：中心頻率、時(shí)窗、采樣率等。

3.1.1選擇合適的中心頻率

在選擇時(shí)，首先應(yīng)當(dāng)對(duì)計(jì)劃探測(cè)的非金屬管線（下文中稱為探測(cè)目標(biāo)）的深度、大小結(jié)構(gòu)進(jìn)行確定，然后了利用公式確定中心頻率。一般情況下，可用頻率分別為100MHz、300MHz、500MHz的雷達(dá)天線利用剖面法測(cè)量。

3.1.2確定時(shí)窗的具體數(shù)值

確定時(shí)窗的數(shù)值時(shí)應(yīng)當(dāng)考慮探測(cè)的最大深度、電磁波在相應(yīng)介質(zhì)中的傳播速度，根據(jù)公式（2.6h/v，h： 最大深度，v： 電磁波在相應(yīng)介質(zhì)中的傳播速度）得出時(shí)窗的具體數(shù)值。

3.1.3確定采樣率

采樣率能夠反映反射波的采樣點(diǎn)間相差的時(shí)間。確定采樣率時(shí)，可采用Nyquist采樣定律，一般來(lái)說(shuō)，采樣率比反射電磁波的最高頻率的兩倍還要大。對(duì)于大多數(shù)雷達(dá)系統(tǒng)，其發(fā)射的脈沖的能量可覆蓋很廣范圍的頻率，所以，采樣率至少應(yīng)是中心頻率的3倍。為了使探測(cè)過(guò)程足夠完整，一般選擇采樣率為中心頻率的7倍左右。

3.2 確定管道的深度

設(shè)定好儀器設(shè)備的參數(shù)后，就可以確定管道的埋設(shè)深度。管道的埋設(shè)深度固定且可通過(guò)公式（v*t/2，v： 電磁波在土層中的傳播速度，t： 電磁波從地表傳播到管線和土層的分界面所需時(shí)間的2倍值）計(jì)算得出。

實(shí)際上，技術(shù)人員一般用專用的雷達(dá)測(cè)試軟件來(lái)確定管道的深度，我們只需要輸入電磁波在土層中的傳播速度，軟件就能輸出深度剖面圖或者地下各處的深度值，軟件的輸出很直觀，所以應(yīng)用非常便捷。此外，從土層的反射波振幅與截面反射波相位特征，我們能夠大致得到管線的頂界面和大小，再結(jié)合反射波的相位特征還能夠得到管線的底界限。

3.3 合理布置探測(cè)線路

布置探測(cè)線路也是一個(gè)很關(guān)鍵的步驟。理想情況下，探測(cè)地下管下應(yīng)當(dāng)垂直布線，這需要我們非常熟悉管線的分布與位置，這是不可能的，由于在探測(cè)的實(shí)際操作中，很多信息，尤其是管線的分布，都是未知的，為了使管線的探測(cè)更加準(zhǔn)確、有效率，我們需要認(rèn)真布置探測(cè)線路。

在探測(cè)的實(shí)際操作中，我們首先要對(duì)探測(cè)區(qū)域內(nèi)的具體資料及管線進(jìn)行初步的分析，在確定探測(cè)線路的間距后，對(duì)區(qū)域用等距測(cè)線進(jìn)行分區(qū)，沿橫向、縱向兩個(gè)測(cè)量方向進(jìn)行掃描，就能夠完成對(duì)整個(gè)探測(cè)區(qū)域的掃描。這樣得到的布設(shè)路線圖就是雷達(dá)區(qū)域測(cè)網(wǎng)。這個(gè)線路圖需要技術(shù)人員根據(jù)實(shí)際的地質(zhì)情況進(jìn)行設(shè)計(jì)，如果設(shè)計(jì)出了合理的探測(cè)線路，就能夠高效地完成探測(cè)任務(wù)。

3.3.1 確定測(cè)線間距

確定測(cè)線間距是布置測(cè)線的基礎(chǔ)步驟、關(guān)鍵工作，進(jìn)行這個(gè)步驟時(shí)必須考慮到整個(gè)被探測(cè)區(qū)域的情況，需要根據(jù)區(qū)域情況調(diào)整測(cè)線間距，需要重點(diǎn)探測(cè)的局部位置，應(yīng)當(dāng)適當(dāng)增加測(cè)線數(shù)量，相應(yīng)地，也要減小測(cè)點(diǎn)距離，這樣能夠使探測(cè)的質(zhì)量更高、更準(zhǔn)確。

此外，探測(cè)線路與雷達(dá)的天線有某種聯(lián)系。在實(shí)際的探測(cè)中，會(huì)存在探測(cè)盲區(qū)，隨著探測(cè)間距的增大，探測(cè)盲區(qū)的深度和面積也會(huì)增大，他們都和天線主瓣的寬度角有關(guān)系。若地下管線埋設(shè)位置比較淺，那么應(yīng)當(dāng)選擇較小的探測(cè)間距，但是，與其他探測(cè)目標(biāo)不同的是，地下管下是細(xì)長(zhǎng)狀的，其截面大小固定，所以在探測(cè)時(shí)，可以將其側(cè)線間距適當(dāng)放寬，從而減少探測(cè)次數(shù)、提高效率。

3.3.2 確定測(cè)線方向

在完成探測(cè)間距的確定工作后，還要確定其方向，如果能夠選擇一個(gè)合適的側(cè)線防線，就能夠使得探測(cè)圖像的質(zhì)量有效提高，也能使得探測(cè)質(zhì)量大大提高。在選擇測(cè)線方向時(shí)，一般會(huì)選擇垂直走向，所以，技術(shù)人員在進(jìn)行探測(cè)工作之前，需要先詳細(xì)了解管線的相關(guān)資料、摸清管線的走向，然后選擇垂直于管線長(zhǎng)軸的方向作為測(cè)線方向，這就是最佳測(cè)線方向。在城市中，由于大部分非金屬管線的管線會(huì)比較小，如果將平行管線方向確定為測(cè)線方向，很容易出現(xiàn)漏測(cè)情況，使得探測(cè)質(zhì)量整體下降。

4、對(duì)探測(cè)數(shù)據(jù)的處理

一般情況下，技術(shù)人員會(huì)用專業(yè)軟件對(duì)探測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行處理。從地質(zhì)雷達(dá)探測(cè)技術(shù)的探測(cè)結(jié)果中，我們獲得的主要信息是探測(cè)目標(biāo)的形狀、位置、結(jié)構(gòu)，在采集探測(cè)目標(biāo)的時(shí)候，雷達(dá)系統(tǒng)在接受反射信息的同時(shí)，會(huì)接收到各種類型的干擾信息，只有將數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，對(duì)干擾電磁波進(jìn)行壓制、減少，才能使得有效信息凸顯出來(lái)，從而使雷達(dá)能夠準(zhǔn)確分辨出來(lái)，從而使得數(shù)據(jù)的判斷更加準(zhǔn)確。去除干擾波常用的方法有三種，分別是：數(shù)字濾波、影像的增強(qiáng)處理、反褶積。

結(jié)語(yǔ)：

綜上所述，對(duì)于非金屬管線的探測(cè)，地質(zhì)雷達(dá)探測(cè)技術(shù)有非常顯著的識(shí)別能力與實(shí)踐效果。在利用地質(zhì)雷達(dá)技術(shù)進(jìn)行實(shí)際探測(cè)操作時(shí)，應(yīng)當(dāng)先從實(shí)際情況出發(fā)，將以雷達(dá)為首的儀器設(shè)備的參數(shù)合理設(shè)定，然后在布置測(cè)線時(shí)，要先進(jìn)行管線埋深的確定，在此基礎(chǔ)上進(jìn)行探測(cè)線路的合理布置，再因地制宜確定探測(cè)線路的具體間距與方向。此外，為了避免干擾波對(duì)數(shù)據(jù)的干擾，應(yīng)當(dāng)對(duì)其進(jìn)行處理。

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[2]王亮，王光權(quán).地質(zhì)雷達(dá)探測(cè)地下管線技術(shù)[J].鐵道建筑技術(shù)，2008（3）：55-57.

作者簡(jiǎn)介：

謝宏橋（1984-），男，工程師，碩士，主要從事地下管線探測(cè)工作。