地质雷达使用与操作2.doc

地质雷达仪的操作与保养0.0前言：作为近十余年来发展起来的地球物理高新技术方法，地质雷达以其分辨率高、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。现已成功地应用于岩土工程勘察、工程质量无损检测、水文地质调查、矿产资源研究、生态环境检测、城市地下管网普查、文物及考古探测等众多领域，取得了显著的探测效果和社会经济效益，并在工程实践中不断完善和提高，在工程探测领域应用不断被拓宽。就目前市场上而言，地质雷达厂家主要有加拿大ERROR，美国SIR系列，瑞典MALA，国产青岛中科院光电所等等，其设备主要部件都是操作平台，仪器主机，以及配套雷达三大块。目前国内各种地质雷达使用研发已相当成熟，不同厂家的仪器性能不断改善和优化。相信在以后工程实践中，地质雷达会应用越来越光，且越来越适应各类不同的现场条件。我公司引进的是瑞典MALA公司生产的RAMAC/GPR地质雷达，现主要介绍该仪器的使用及其小知识。首先仪器硬件部分，仪器操作平台为IBM笔记本电脑，分采集软件GROUND VISION和分析处理软件REFLAXW软件；雷达主机为同步采集系统和高频模块；雷达的发射和采集天线为集成天线，目前购置了1.2GHZ 屏蔽天线，500MHZ屏蔽天线，100MHZ屏蔽天线，50MHZ非屏蔽天线共四种。通过在不同的工作领域合理调配不同的天线，再辅以不同的辅助设备，（比如隧道中的脚架，提升车，公路上的拖车，水上物探上的木船，或者防水密闭管等等），使工作更便捷，应用效果更准确。雷达的基本操作应当说比较傻瓜型，使用起来应该说比较容易上手，在实践中应当遵循城市工程地球物理规范等国家，行业标准，以及仪器本身操作指南，使测试工作安排，测线布置，采样方式，测试精度，测试效果，以及测试成果等等满足工程技术要求。1.0 基础篇 一、软件安装1、计算机开机时，首先进入 BIOS 设置（如IBM 按F1 进入，其它参阅计算机使用手册）将并口设置为 ECP 方式，端口地址设为0378。2、如果是 Windows XP 或2000 操作系统，应在控制面板中进入设备管理器，在并口属性中的端口设置栏：筛选源方案选择“使用指派给此端口的任何中断”，并选择“使用即插即拔设备”；在资源栏：输入/输出范围选“0378-037F”3、使用软件安装光盘，点击“setup”进行安装，按照安装提示进行安装即可。二、雷达操作使用1、先将电池装到主机和天线上，将光纤分别与主机和天线相连，将并口数据线与主机和计算机相连。2、打开主机和天线上的电源开关。3、运行 Groundvision 软件4、当软件的 F5 为红点时，表明系统已经连接好，按F5 进入参数选择界面。5、选择文件要保存的子目录，取文件名。选择使用的天线，触发方式，点击”setting”进行参数设置。6、设置采样频率、样点数、迭加次数、采样间距等参数。7、按“OK”，再按“Start measurement”进行数据采集。8、数据采集完成后，按 F6 或ESC 键结束数据采集，退出”Groundvision”软件9、关闭主机和天线的电源开关，关闭计算机，将光纤和数据线取下。三、雷达的保养1、雷达使用前，要对电池进行充电，充至充电器的指示灯为绿色即可。2、电池不要充电时间过长或完全用完再充电，随用随充即可。3、雷达使用时要注意保护光纤和光纤接口，用完后及时将光纤套和接口帽套上，以免进入灰尘，影响数据传输。4、雷达使用完后，要及时将电池取下。5、将电子单元与天线连接时或安装电池时，一定不要让接口处有水。6、雷达超过半年不用时，要将电池充满电，并将系统连接起来在室内采集一个小时。7、雷达在现场使用完毕后，要注意清点配件是否齐全，以保证下次能顺利使用。以上就是雷达使用的简单流程：值得注意的是对仪器的保护，应当说作为精密仪器，特别注意他的正确操作使用，由于传输信号线为光缆材料，很容易折断，这点尤为重要。其次，开机步骤应该是先天线按钮，后主机按钮，然后是电脑采集按钮，关机循序应当是先电脑，后主机最后天线。否则会引起仪器元件损耗。 再有不同频率天线对应不同的采集频率，采集频率应当大于天线频率，当然也不能过高，一般为10倍，如下表，过高会导致同步模块烧掉。 另外一点是仪器保养，外业工作千万不能在雨天进行，不能过含水区域。否则会使电子元件短路，不小心受潮应当及时烘干，切不可有污渍，要经常用凡士林或干净面纸对仪器表面擦拭，接口处要用空气球吹掉灰尘。这条同任何其他精密仪器一样。 仪器率定：应当每半年对仪器进行率定，特别是仪器的步长滑轮，应当对的步长刻度进行校正。在操作 CUII 和天线的过程中都要十分小心，避免对设备的生硬操作和冲撞。在运输过程中，CUII 和天线都应被适当的安放在运输容器中。为保护光纤，要及时清理灰尘和脏物。测量结束后，请检查仪器并包在运输箱中。如果可能，应给电池充电，如果电池要闲置存放较长时间，应偶尔给它们充电。下面列出了一些常见故障和我们建议您采取的行动。如果按照这些建议仍然不能解决，请和鑫衡运公司联系。原因解决办法在读数时电脑屏幕上出现一个错误信息，通信故障：PC 和CUII 之间的通信故障 检查数据电缆 检查控制单元是否打开检查控制单元电池检查在数据采集程序中的通信设置采集时屏幕上只有一条直线：发射机没有打开没有进行信号搜索发射器没有收到 CUII 触发地面导电性太强打开发射机进行信号搜索发射器上的 LED。若闪光，说明正确的接收到了CUII 的触发信号，否则，检查发射机的光纤接口是否被弄脏。把天线抬起来采集一道数据，以确定是否是这个问题。测量开始时没有采集道用测量轮检查触发设置和标度。把天线移到正确的方向。测量当中道数据消失，屏幕上间歇的出现一条直线：检查天线的 Tx 光纤连接。2.0 提高篇 作为一个技术人员，首先应当对本身所要探求的目标体应当有认识，不能地质环境对应着不同的岩土参数，有些可以应用地质雷达识别出来，有些则不能，需要辅以其他物探方法或者用其他手段解决问题。 第二是对本身所拥有的地质雷达的效能有把握，到底能够解决多深的问题，能够探测多大的目标体，误差是多少，什么原因造成效果不好。这是技术人员需要思考问题。 Ground vision 操作：用户界面GroundVision 的用户界面与其它Windows 软件一样，它支持多种文件和相同文件的多种显示方式。文件打印也和其它Windows 软件一样。1.2.1 主窗口它也称为应用窗口，该窗口包括应用菜单，信息窗口，工具栏，状态栏和雷达程序窗口。主窗口可以缩小，放大或变成任何尺寸。1.2.2 状态栏状态栏由用户管理，主窗口决定状态栏尺寸。用户可以操纵雷达剖面和道显示窗口，并可以改变窗口尺寸。状态栏可以显示不同窗口，并显示哪个窗口是激活的。1.2.3 菜单菜单内容随文件是否打开而变化，所有不能使用的选项是灰色的。1.2.4 工具栏工具栏都使用按钮，每个按钮都是菜单命令的快捷键，即每个按钮对应一个菜单选项。如果一个按钮是灰色的，则其菜单是不可用的。在菜单的选项中选择用户工具栏，用户可以自己定义工具栏。1.2.5 雷达剖面雷达剖面是采集的雷达数据的图像。如果图像大于窗口尺寸，可以用滚动条来滚动垂直或水平图像。在剖面的某一道上点击左键，可以在道显示区显示该道；点击右键显示弹出菜单，它包括剖面的一些命令。当鼠标在剖面内移动时，剖面信息菜单将显示实际道数，采样点数，深度时间和位置时间。1.2.6 道显示道显示用来显示用户确定的某一道，当滚动道显示窗口时，它显示剖面左侧的道。道显示用键盘的键来开关。使用鼠标可以把水平方向定义成任何尺寸。在菜单的window 下选择道窗口并移动鼠标，点击左键确定尺寸。1.3 文件格式用Ground Vision 采集时会产生两个文件，一个是数据文件（.rd3）, 另一个是道头文件(.rad)。数据文件是16 位二进制文件，它包含采样值。道头文件是文本文件，它包含采集的参数信息。不要编辑和保存道头文件，否则会在文件信息中产生错误。从DOS 程序GPR.EXE 获得的RAMAC/GPR 数据文件可以用Ground Vision 出图，滤波和打印。如果文件是复制来的或从其它计算机或光盘得来的，必须将数据文件和道头文件一起考贝。当保存滤波设置，调色盘，GPS 和标记时，Ground Vision 会产生其它文件类型。以下为文件类型列表：.RD3 16 位二进制数据文件.RAD 道头文件.COR 从GPS 得到的坐标文件.MKN 标记文件（有1 到9 九种颜色码和名称）.MRK 由X3M Corder 产生的标记文件.FIL 保存的滤波参数.PAL 保存的调色盘设置本章介绍最必要的采集，视图和打印雷达图像的步骤。以下为五个最基本的步骤，详细描述见第三章。2.1 开机首先，确认硬件已正确连接，电源已打开。工具栏的Start F5 变为红色，表明电源已打开，与控制单元的通讯已正常工作。如果该钮没有变成红色，按自动测试键F9，5 秒钟内F5 会变成红色，否则ECP 通讯，光纤和电缆连接或电源的某一个会出现错误。2.2 采集要进行单道采集，在菜单的File 下（CTRL N）选择New Single channel measurement或Start F5 键。在New Profile 对话窗中选定文件名，路径，天线和触发方式。按Startmeasurement (Ctrl M) 开始采集。按Stop (F6)或在菜单Measurement 下选择Stop 停止采集，当采集停止时，雷达剖面向前滚动，并显示剖面的开始部分。Ground vison 两大必杀技：鼠标右键1 调色板： 雷达图本身本省类似于地震映像为波列图，适合专业人士看图，对于报告最后，需要采用不同调色板可以突出要表达的信息。 如图：PALETTE 2 滤波：MALA的一个好处是采集系统自带简单处理功能，这个功能很很强，很实用。对于浅部测试：常用 直流滤波，自动增益和巴斯滤波；对于深部探测则需增加底部放大和道均衡，但并不是固定每次都要用，还是根据现场测试效果。此外，在SCALE中，需要调整幅度和深度，因为仪器默认是初至在30点，传播速度100 us,实际测试中，不同介质介电常数对于不同电磁波速度，应当有所变化，这个在后面实例中有介绍。介质电导率S/m相对介电常数速度(m/s)空气01300干沥青0.01-0.12-4212-150湿沥青0.001-0.16-12122-86干粘土0.1-12-6212-122湿粘土0.1-15-40134-47干煤0.001-0.013.5160湿煤0.001-0.18106干混凝土0.001-0.014-40150-47湿混凝土0.01-0.110-2095-67淡水10-0.018133淡水冰10-104150干花岗岩10-105134湿花岗岩0.001-0.017113干灰岩10-107113湿灰岩0.01-0.18106永久冻土10-0.014-8150-106干结晶盐10-0.014-7150-113干沙10-0.0012-6212-122湿沙0.001-0.0110-3095-54干砂岩10-102-5212-134湿砂岩10-0.015-10134-95海水1008133海水冰0.01-0.14-8150-106干页岩0.001-0.014-9150-100饱和页岩0.001-0.19-16100-75硬雪10-106-12122-86粘性干土0.01-0.14-10150-95粘性湿土0.001-110-3095-54干壤土10-104-10150-95湿壤土0.01-0.110-3095-54干沙土10-0.014-10150-95湿沙土0.01-0.110-3095-54REALAXW 操作：用户界面作为一个分析软件，应当说广泛应用于地震，地质雷达。但对RAMAC/GPR地质雷达的采集资料处理并不让人期待。许多滤波功能，并没有凸显出异常，反而隐没了地质雷达。REALAXW体现在有一维，二维滤波处理功能，层位追踪，分层显示，0 REFLEXW 软件用户指南 0.0 REFLEXW不同的单元 0.1 程序/项目的组织结构 0.2 一些普遍的意见0.3 输入和初次显示GPR 数据 （GPR= Ground pentrating radar 地下探测雷达） 0.3.1 输入GPR 数据 0.3.2 显示数据0.4 对输入数据滤波 0.4.1 一般（普通）的整体滤波0.4.2 单道数据文件的滤波0.4.3 同滤波带通下不同的二维数据的滤波。（带通设置） 0.5 REFLEXW中的抽道拾取0.5.1 拾取单个物件（提取目标） 沿一条剖面提取曲线 文件在X，Y坐标下显示 多个文件的抽取道的管理和输出0.5.2 REFLEXW 内提取不同的反射波 一般流程 提取一道清晰的反射波 根据速度文件实现时间-深度转换（打开分层显示板） 综合各道提取的反射波确定分层模型 实现分层显示结果的输出 0.6 坐标系 0.6.1 二维剖面修正0.6.2 采用GPS（定位系统）的坐标系 创建GPS坐标系 手动追踪GPS坐标系.1 提取.2 二维数据分析下查看项目 .3 数据处理项目 .4 三维数据解释 0.7 地震折射波的数据解释 0.7.1 输入数据，提取起跳点（二维数据分析模型下完成） 0.7.2 显示拾取点的旅行时间（二维旅行时间分析模型下完成）0.8 地震反射波的数据解释 0.8.1 输入数据（二维数据分析模型下完成） 0.8.2 构建几何关系（二维数据分析模型下完成）0.8.3 滤波预处理（二维数据分析模型下完成）0.8.4 速度分析和校正（二维数据分析模型下完成） 0.9 REFLEXW内三维数据的解释0.9.1 创建三维数据文件 无修改的输入后三维文件的生成 .1 由相应的二维初始曲线生成三维的文件 .2 由初始的三维文件生成三维的文件 由reflexw的二维文件格式生成三维的文件(三唯数据解释范围内) 1 由无修改的二维曲线生成三维文件.2 由自由分布的二维曲线生成三维文件 三维数据文件结果0.9.2 处理三维数据文件(通过二维数据分析) 导入一个三维文件 通过使用滚动菜单项显示三维数据文件 通过视窗口菜单项显示三维数据文件 通过三维效果显示三维数据文件0.10 reflexw 建模和层析成像工具入门 0.10.1 模型生成 创建一个模型 改变现有的模型l 0.10.2有限元(fd) 建模 0.10.3 射线追踪0.10.4 层析成像 提取旅行时间数据和格式种类 实现层析成像的扫描 层析成像反射信号的接收 0.11 单个或多个独立的CMP文件的CMP分析1.0 二维数据分析1.1文件菜单1.1.1交互式选项1.2球型菜单1.2.1球型设置 1.3 绘图菜单1.4 视图菜单1.5 输入菜单 1.5.1 输入 1.5.2 输入文件详述1.5.3输入控制选项 1. 5.4 输入格式详述1.5.5 输入样式转换1.5.6 输入控制面板1.5.7 输入时间/备注 详述1.5.8 exabyte公司 内核的数据库 (radan 磁带)1.6 输出菜单1.7绘图选项 1.7.1 绘图设置1.7.2 点模式属性1.7.3 波形模式属性1.7.4 手动缩放和增大1.7.5 增益/滤波绘图1.7.6 低能选项绘图1.8 打印菜单 1.8.1 打印选项11.8.2 打印尺寸1.8.3 打印选项21.8.4 前置1.8.5 控制面板1.8.6横向打印1.8.7 打印预览1.9 文件页眉编辑 1.9.1 页眉页码1.9.2 页眉时间说明1.9.3 页眉输入1.9.4 页眉文件名说明1.9.5 页眉控制面板1.9.6 路径编辑 路径tabella1.10 数据处理菜单1.11.一维滤波 平均值滤波(meanfilter) 中值滤波(medianfilter)巴特沃斯频率域bandpass frequency巴特沃斯带通滤波(bandpassbutterworth) 滤波/随时间而定 (filter/time dependent)凹型滤波/频率域(notchfilter/frequ) 反褶积 (deconvolution)反褶积/形成 (deconvolution/shape) 去平均值 ( subtract-mean(dewow)0 去直流漂移 (subtract-dc-shift)1 互相关 crosscorrelation2 自相关auto correlation3再取样re sampling 4沃斯带通walsh band pass1.11.2 增益 AGC增益 能量衰减 增益函数 增益加减 电压补偿 pensation 手动增益(y) 手动增益(x) 视窗比例增益(x) x轴衰减（db）1.11.3 静校正/剔除道 静校正 动校正 移动初始时间剔除道时间剪切校正最大相位校正提取的相位两个层的层面校正地形校正0叠加压制噪声 1.11.4 declipping /arithmetic function declipping 算法函数1.11.5 复杂路径分析/特殊分析 复杂路径分析 路径范围 移动窗口范围 反色 1 派生 综合 翻转1.11.6 trace interpolation /resorting 路径 markerinterpol traceincr-resampling make equidist.traces fix trace length确定剖面长度 y flip profile x flip profile resort-trace header resort- trace header yo-yo section 0 trace interpol 3d file 1 x flip 3d file 2 shift 3d file 3 create 3d ensembles1.11.7 edit trace/trace ranges 移动remove 移动排列remove range 修改interpolate 求根extract 替换replace 反向reverse polarity 归零set to zero duplicate move0 插入剖面 insert profile1 mix profile2 combine files f .CMP3 合并文件 merge files4 insert zero trace5 merge in timedir6 remove zero trace 1.11.8 二维滤波2d-filter 滑动平均running average 抽取平均道subtracting average 清除背景background removal average xy-filter median xy-filter 压缩 compress 扩张 expand 路径比较stack trace 抽取路径subtract trace 0 压缩三维文件compress 3D-file1.11.9 移植、平移migration 1 diffraction stack 层衍射2 kirchhoff migration3 （F-K）频率域ration (stolt)4 Diffraction 2d veloc5 kirchhoff -veloc6 FD migration7 3d diffraction stack8 3d- kirchh migration9 3d- kirchh 2d vel0 time depth conversion时深转化1 3d semblance 三维图象 1.11.10 fk-filter.fk-spectrun 频率域滤波、谱 fk filter fk filter-line parts fk spectrum1.11.