CN108828588A - 一种用3d探地雷达评价道路技术状况的方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种用3D探地雷达评价道路技术状况的方法，包括使用3D探地雷达对路面结构进行多通道数据采集，对3D探地雷达采集的多通道数据进行信号处理，转换成三维图像和波形图；对三维图像和波形图中异常点进行专门标记，输出标记结果并将其转换成确切数字，在图像中进行标注，注释相应的位置、距路表深度、病害类型、病害发展程度，导出相应结果并存档；通过确定路面面层摊铺厚度均匀性、层间结合质量、结构层局部沉陷情况、结构层内部松散面积、裂缝发展情况5项指标综合评价道路技术状况。该方法能够针对路面结构特点，高效、快捷、无损的对道路技术状况进行检测评价，同时可作为后期道路维修方案确定的重要参考指标。

Description

一种用3D探地雷达评价道路技术状况的方法

技术领域

本发明属于道路工程技术领域，涉及一种用3D探地雷达评价道路技术状况的方法。

背景技术

探地雷达是通过发射天线向地下发射高频电磁波，通过接收天线接收反射回地面的电磁波，电磁波在地下介质中传播时遇到存在电性差异的分界面时发生反射，根据接收到的电磁波的波形、振幅强度和时间的变化等特征推断地下介质的空间位置、结构、形态和埋藏深度。探地雷达检测具有快速、无损、连续检测的多个优点，且有很高的分辨率，检测质量可靠，近年来在铁路、机场道路、市政道路等领域得到了广泛应用，正在向公路检测领域推广。3D探地雷达是在二维探地雷达的基础上，实现了实时三维显示测试数据及分析结果，在一个电脑窗口可以同时显示纵断面、横断面、水平切片图，路面结构每个点都可以三维显示出来。

道路技术状况是评价道路施工质量的重要指标，也是关乎道路使用性能和耐久性的重要参考依据。对道路技术状况的评价可通过确定路面面层摊铺厚度均匀性、层间结合质量、结构层局部沉陷情况、结构层内部松散面积、裂缝发展情况5项指标来综合判断。

目前道路技术状况评价通常采用钻芯取样的方法来评价，虽然钻芯取样较为直观，但这种方法存在很多不足。钻芯取样方法有以下缺点：

(1)具有破坏性。破坏路面原有结构的连续性和整体性，对路面结构的耐久性有不良影响。若修补或填补不当，一方面会影响行车舒适度，严重的会影响行车安全；另一方面，路表降雨会沿钻芯取样的部位渗入基层和土基，造成更加严重的后果。

(2)效率低、成本高。钻芯取样受影响因素较多，单个操作时间较长，速度缓慢，不能连续操作和检测，对人力和物力都有极高的要求；芯样长短受钻芯机的条件限制，操作不当易出现卡钻、芯样取不出等现象。除此之外，噪音大也是其一大缺点。

(3)代表性差。钻芯取样不能连续采样，受样品数量的限制，不具有代表性。如果采样过多，将严重影响路面的使用性能和安全性能。

因此，需要一种无损、快速、高效、连续作业的方法来评价道路现有技术状况，作为道路施工质量的评价标准和指导道路维修的参考指标。钻芯取样可作为辅助手段，用来检验该方法检测结果的准确性。

发明内容

本发明所要解决的问题是提出一种用3D探地雷达评价道路技术状况的方法，这种方法能够针对路面结构特点，高效、快捷、无损的对道路技术状况进行检测评价，同时可作为后期道路维修方案确定的重要参考指标。为实现上述目的，本发明的技术方案如下：

使用3D探地雷达对路面结构进行多通道数据采集，对3D探地雷达采集的多通道数据进行信号处理，转换成三维图像和波形图，并对图像中异常点进行专门标记，输出标记结果并将其转换成确切数字，在图像中进行标注，注释相应的位置、距路表深度、疑似病害类型、病害发展程度，导出相应结果并存档。通过对3D探地雷达采集的多通道数据和转换形成三维图像、波形图，确定路面面层摊铺厚度均匀性、层间结合质量、结构层局部沉陷情况、结构层内部松散面积、裂缝发展情况5项指标来综合评价道路的技术状况。

所述确定路面面层摊铺厚度均匀性，首先根据3D探地雷达检测得到的路面三维图像和波形图，选取3D探地雷达图像显示摊铺质量良好的路段；随后在选取路段进行钻芯取样，量取芯样面层厚度；然后输出芯样对应位置电磁波双程走时；根据量取芯样的面层厚度和介电常数的计算公式推出面层的ε，式中，h为面层实测厚度(游标卡尺测量)；C为光速，取3.0×10⁸m/s；Δt为电磁波在面层的双程走时；ε为介电常数；为减小误差取5个芯样的平均值作为初始值；输出全段道路面层双程走时至计算软件，由公式反算出h的最大值、最小值、平均值、离散程度，由此来评价路面面层摊铺厚度均匀性。

所述确定层间结合质量，首先对层间结部位3D探地雷达波形图分析，波形图显示为波峰波谷交替出现多次，振幅幅值突然增大，且在3D探地雷达的纵断面图像中看到有明显夹层、起伏和不连贯，则判定该位置层间结合不良。

所述确定结构层局部沉陷情况，在3D探地雷达的纵断面图像中路面结构层存在中断和错位，对应位置的水平切片图中出现明显的分界线条，且对应位置的波形图波形散乱、振幅变化明显，则确定该位置已出现结构层局部沉陷情况，并根据纵断面图像中路面结构层之间中断、错位的程度判断沉陷的发展程度。

所述确定结构层内部松散面积，首先从3D探地雷达的波形图上分析，如反射波振幅大、波形散乱，反射波同相轴扭曲错动频繁，对应的3D探地雷达纵断面图像上又呈现不连续、凌乱的麻团状、图像模糊不清晰，且横断面图显示为颗粒状，则路面结构层内部确定为已出现松散；再利用软件自带工具估算结构内部的松散面积。

所述确定裂缝发展情况，从3D探地雷达的波形图中和水平切片图、纵断面图综合确定裂缝的是否存在，如果波形散乱无规律，波形变化剧烈，波幅突变，且3D探地雷达的水平切片图中存在清晰的线条、纵断面图中结构层出现断点，则确定该位置存在裂缝；裂缝发展情况根据3D探地雷达纵断面图中裂缝存在的深度和水平切片图中裂缝长度来判定。

本发明的有益效果如下：

本发明与传统检测方法相比，无需分类分别检测各类指标，只需通过一次检测即可获取该道路结构内部的路面面层摊铺厚度均匀性、层间结合的质量、结构层局部沉陷的程度、结构层内部松散的面积、裂缝的长度和深度五项指标，极大地减少了检测的工作量和无谓的重复工作，也减少了对路面结构的破坏。

本发明属于道路无损检测范畴，与传统方法相比，该方法不仅不会对路面结构产生破坏而产生后期不良影响，而且可以对路面结构内部系统全面的检测；同时该方法可以快速、连续、高效的进行道路检测，工作效率高，检测面广，代表性强，设备精度高；检测时速可达20km/h，检测时不会造成道路拥堵，极大地提高了检测效率，极大地降低了道路检测过程中的危险系数，有效改善了检测人员的工作环境。

本发明检测精度高，避免了人工量取厚度的各种误差和主观因素影响；避免了对层间结合部位的扰动和后期人工评判的主观误判；同时可检测到传统钻芯取样机无法钻取的位置，避免了由于设备原因造成的误判漏判错判；避免了钻取芯样时水的干扰，增加了检测结果判断的多样性和可信度。

本发明可广泛应用于道路、桥梁、隧道等结构物的检测，检测连续高效，设备自动化程度高，检测人员通过简单培训就可以操作设备，后期数据处理劳动强度相对较小，数据可根据检测单位需要智能输出，可满足检测单位的要求；检测结果对道路技术状况的科学评价和养护维修方案的合理制定具有重要的科学指导和参考意义，可有效因减少道路技术状况评价不准确而开展不必要或不合适的养护维修，延长道路的使用寿命。

附图说明

图1是本发明实施例3D探地雷达检测示意和原理图。

具体实施方式

为了更好地理解本发明，以下将结合附图及具体实施例对本发明作进一步详细说明，所描述的实施例仅用以说明本发明的技术方案，并不用以限制本发明。

使用3D探地雷达对路面结构进行多通道数据采集，参照图1所示。步骤1，雷达测距仪标定；步骤2，雷达基本参数设置；步骤3，雷达设备自动检测；步骤4，数据采集；步骤5，图像识别和处理。

对3D探地雷达采集的多通道数据进行信号处理，转换成三维图像和波形图,并对图像中异常点进行专门标记，输出标记结果并将其转换成确切数字，在图像中进行标注，注释相应的位置、距路表深度、疑似病害类型、病害发展程度(如结构层松散程度)，导出相应结果并存档。对道路技术状况的评价可通过确定路面面层摊铺厚度均匀性、层间结合质量、结构层局部沉陷情况、结构层内部松散面积、裂缝发展情况5项指标来综合判断。

所述确定路面面层摊铺厚度均匀性，首先根据3D探地雷达检测得到的路面三维图像和波形图，选取图像显示摊铺质量良好的路段；随后在对应桩号段进行钻芯取样，量取芯样面层厚度；然后输出芯样对应桩号电磁波双程走时；根据计算公式推出ε，为减小误差取5个芯样的平均值作为初始值；式中，h为面层实测厚度(游标卡尺测量)；C为光速，取3.0×10⁸m/s；Δt为电磁波在面层的双程走时；ε为介电常数；输出全段道路面层双程走时至计算软件，由公式反算出h的最大值、最小值、平均值、离散程度；由此来评价路面面层摊铺厚度均匀性。

所述确定层间结合质量，首先对首先对层间结部位3D探地雷达波形图分析，波形图显示为波峰波谷交替出现多次，振幅幅值突然增大；其次在3D探地雷达的纵断面图像中看到有明显夹层、起伏和不连贯，则判定该位置层间结合不良。

所述确定结构层局部沉陷情况，在3D探地雷达的纵断面图像中出现路面结构层之间存在中断和错位，对应位置的水平切片图中出现明显的分界线条，且对应位置的波形图波形散乱、振幅变化明显，则确定该位置已出现结构层局部沉陷情况，并根据纵断面图像中路面结构层之间中断、错位的程度判断沉陷的发展程度。

所述确定结构层内部松散面积，首先从3D探地雷达的波形图上分析，反射波振幅大、波形散乱，反射波同相轴扭曲错动频繁；对应的3D探地雷达纵断面图像上呈现不连续、凌乱的麻团状，图像模糊不清晰，横断面图显示为颗粒状的路面结构层内部确定为已出现松散；再利用软件自带工具估算结构内部的松散面积。

所述裂缝发展情况，3D探地雷达波形图中波形散乱无规律，波形变化剧烈，波幅突变；3D探地雷达水平切片图中存在清晰的线条；3D探地雷达纵断面图中结构层出现断点，则确定该位置存在裂缝；裂缝发展情况根据3D探地雷达纵断面图中裂缝存在的深度和水平切片图中裂缝长度来判定。

Claims (2)

1.一种用3D探地雷达评价道路技术状况的方法，其特征在于，通过对3D探地雷达采集的多通道数据和转换形成三维图像、波形图，确定路面面层摊铺厚度均匀性、层间结合质量、结构层局部沉陷情况、结构层内部松散面积、裂缝发展情况5项指标来综合评价道路的技术状况；

所述确定路面面层摊铺厚度均匀性，首先选取3D探地雷达图像显示摊铺质量良好的路段；随后在选取路段进行钻芯取样，量取芯样面层厚度；然后输出芯样对应位置电磁波双程走时；根据量取芯样的面层厚度和介电常数的计算公式推出面层的ε，式中，h为面层实测厚度；C为光速，取3.0×10⁸m/s；Δt为电磁波在面层的双程走时；ε为介电常数；输出全段道路面层双程走时至计算软件，由公式反算出h的最大值、最小值、平均值、离散程度，由此来评价路面面层摊铺厚度均匀性；

所述确定层间结合质量，首先对层间结部位3D探地雷达波形图分析，波形图显示为波峰波谷交替出现多次，振幅幅值突然增大，且在3D探地雷达的纵断面图像中看到有明显夹层、起伏和不连贯，则判定该位置层间结合不良；

所述确定结构层局部沉陷情况，在3D探地雷达的纵断面图像中路面结构层存在中断和错位，对应位置的水平切片图中出现明显的分界线条，且对应位置的波形图波形散乱、振幅变化明显，则确定该位置已出现结构层局部沉陷情况；

所述确定结构层内部松散面积，首先从3D探地雷达的波形图上分析，如反射波振幅大、波形散乱，反射波同相轴扭曲错动频繁，对应的3D探地雷达纵断面图像上又呈现不连续、凌乱的麻团状、图像模糊不清晰，且横断面图显示为颗粒状，则路面结构层内部确定为已出现松散；再利用软件自带工具估算结构内部的松散面积。

2.根据权利要求1所述的确定裂缝发展情况，从3D探地雷达的波形图中和水平切片图、纵断面图综合确定裂缝的是否存在，如果波形散乱无规律，波形变化剧烈，波幅突变，且3D探地雷达的水平切片图中存在清晰的线条、纵断面图中结构层出现断点，则确定该位置存在裂缝；裂缝发展情况根据3D探地雷达纵断面图中裂缝存在的深度和水平切片图中裂缝长度来判定。