俄罗斯OKO-2地质雷达在管线检测中的应用(武汉检测实例).doc

武汉水务集团有限公司 北京保青伟业科技有限公司OKO-2地质雷达检测报告委托单位：武汉水务集团有限公司检测日期：2011年10月11日检测目的：查找目标管线一、OKO-2地质雷达介绍OKO-2地质雷达是俄罗斯GEOTECH公司生产的专业的物探设备。GEOTECH公司致力于地质勘测系统的研发与制造，前期为军工企业，以高品质、高性能闻名于世。GEOTECH公司是世界上最专业的探地雷达生产厂家，致力于在地球物理勘探设备的专项研发，目前占俄罗斯市场的80%。北京保青伟业科技有限公司是俄罗斯OKO-2地质雷达在中国的总代理、专业的物探设备供应商；致力于为客户提供先进的工程检测仪器，并为客户提供免费的专业培训和完善的售前与售后服务。 地质雷达作为近十余年来发展起来的地球物理高新技术方法，以其分辨率高、定位准确、快速经济、灵活方便、剖面直观、实时图象显示等优点，备受广大工程技术人员的青睐。地质雷达检测方法是一种无损检测，OKO-2地质雷达性能优良、功能先进，在市政建设、考古、建筑、铁路、公路、水利、电力、采矿、航空等领域都有广泛应用。二、地质雷达基本原理探地雷达作为工程物探检测的一项新技术，具有连续、无损、高效和高精度等优点。探地雷达由一体化主机、天线单元及配套软件等几部分组成，根据电磁波在有耗介质中的传播特性，发射天线向被测介质发射高频率宽频短脉冲电磁波，当其遇到异质体(界面)时会反射一部分电磁波，其反射系数主要取决与被测介质的介电常数，雷达主机通过对此部分的反射波进行适时接收和处理，达到识别目标物体的目的(见图1，2 )。图1. 电磁波勘探原理示意图图2. 探地雷达工作原理示意图探地雷达勘探流程示意图如下：电磁波在特定介质中的传播速度 V是不变的，因此根据探地雷达记录上的地面反射波与反射波的时间差T，即可据下式算出异常的埋藏深度 H：式中，H即为目标层厚度；V是电磁波在地下介质中的传播速度，其大小由下式表示：式中，C是电磁波在大气中的传播速度，约为 30cm/ns；为相对介电常数，取决于地下各层构成物质的介电常数。雷达波反射信号的振幅与反射系数成正比，在以位移电流为主的低损耗介质中，反射系数 r 可表示为：式中，1、2 为界面上、下介质的相对介电常数。反射信号的强度主要取决于上、下层介质的电性差异，电性差异越大，反射信号越强。雷达波的穿透深度主要取决于地下介质的电性和中心频率。导电率越高，穿透深度越小；中心频率越高，穿透深度越小，反之亦然。三、 OKO-2仪器设备介绍1、 检测设备实际环境检测中，通常采用了俄罗斯GEOTECH公司的OKO-2双通道主机探地雷达，主机可兼容本公司所有型号天线，这些天线分别可以与控制单元组成单通道、双通道等多种系统组合，针对不同的探测要求进行精确测试。因此次探测主要是用于市政管线的探测，为了兼顾到探测的精度和深度，选取250+700MHz组合天线进行探测，其中250MHz天线可探测深度为8m，精度为0.2m；700MHz现在探测深度为3m，精度可达0.1m。整个系统主要由控制单元、发射天线、接收天线及微机四部分组成，发射与接收信号均由光缆或通讯电缆传输给雷达主机，再通过以太网口传送到处理单元（笔记本电脑），由处理单元进行汇总、分析和处理。OKO-2双通道雷达主机俄罗斯OKO-2雷达总代理 10（1）250+700MHz组合天线 屏蔽天线单元 扫描深度可达8m 分辨率为0.1-0.2m 重量为8千克 带有专用小推车 功率为6W2、OKO-2探地雷达系统功能介绍 高速主机：目前探地雷达领域处理速度和采集速度最快的主机，超高的扫描速率满足高速探测。主机能提供极高的叠加数，使深层地质情况能够清晰显示、从而使探测深度达到最大。 天线组合：针对每个应用领域用户可选取双天线模块。例如管线探测可选择AB250+AB700双天线模块，其中包含 250MHz 和 700MHz 两个频率的屏蔽天线，实现探测深度和精度达到最完美的组合。 无线连接：主机和电脑之间可以无线连接（需配置无线远程控制模块），电脑单元可以远离主机（100米）进行操作，操作人员可以在恶劣的自然环境下使用电脑对主机的工作进行远距离控制。3、OKO-2双通道主机优点： 采集速度最快的主机：超高的扫描速率，世界上采集速度最快的主机 多通道主机：真正意义上的多通道主机，一次得到多张雷达图 体积小巧：世界上重量体积最小的主机 处理功能强大：多通道扫描，一次可以完成三维数据的采集及处理 灵活配置：可连接GEOTECH公司生产的所有天线及天线组合 应用领域广：广泛应用在市政管线、考古、交通、地质、建筑等领域4、OKO-2应用软件OKO-2探地雷达采用GeoScan32中文版专业雷达软件，可实现数据的高效实时采集和预处理，并具有强大的后期数据处理功能，可快速自动输出厚度报表和3D视图，方便对图像做出准确的分析。GeoScan32软件有如下特点： 可使用连续，测距和步进三种扫描模式进行数据采集 检测过程中可对图像剖面进行预览 对目标的位置和深度进行准确定位 具有手动或自动分层处理功能 可对数据进行区域处理 具有图像划线和校正功能 强大的滤波及校准功能 自动生成厚度报表和3D视图 输出CAD格式，对图像进行3D处理5、主要技术参数 扫描速率：400扫/秒 脉冲重复频率：400KHz (高速的脉冲重复频率使数据收集更快) 时窗：9999 nsec 采样点数：128-4096 叠加数：1-100000 分辨率：5psec 工作温度：-40至50 A/D转换：16 bitOKO-2双通道主机系统四、雷达数据处理流程图3. 探地雷达数据处理流程探地雷达数据处理包括预处理（标记目标体，添加标题、标识等）和处理分析，其处理流程如图 3所示，其目的在于压制规则和随机干扰，以尽可能高的分辨率在探地雷达图像剖面上显示反射波，突出有用的异常信息（包括电磁波速度，振幅和波形等）来帮助解释。探地雷达所接收的是来自地下不同电性界面的反射波，其正确解释取决于检测参数选择合理、数据处理得当、模拟实验类比和读图经验等因素。五、 地质雷达测试结果分析下图为几条测线中的一个剖面图，从图像中可清楚地看出目标管线和其他三条非目标管线的反射图形。其中黄色标记线为门口的电力线，蓝色标记为门口的排水管道，红色标记部分为所要探测的目标管线，绿色标记处为马路旁边的电力和通讯管排。探测区域内的目标管线和非目标管线在雷达图像上都可以清楚的看到。雷达剖面图所测几条剖面经过处理，生成的三维管线分布图，如下图所示。六、 总结采用地质雷达方法探测地下管线的效果是明显的，该方法即可探测金属性管线，也可探测非金属管线，在非金属管线探测中，该方法具有其它探测方法无法比拟的优势。一般地，金属材料的管线比塑料管反射信号明显，双曲线的顶点对应地下管线中心位置 。由于管线的直径往往较小，加之其埋深较浅，采用地质雷达方法探测时，选用天线的频率要适当，设置的时间窗口不宜太大,天