1報價？據不完全統計，2014年，全國共發生城市道路塌陷事故2000余起，全國受道路塌陷事故影響的城市超過50個，主要分布在北京、上海、廣東等20多個省區市。根據國土資源部和水利部公布的材料，全國受道路塌陷影響的城市面積接近2萬平方公裏。道路塌陷事故主要集中在三個地區，分別是:長三角、珠三角、華北。道路塌陷事故嚴重威脅了城市的公共安全，破壞了正常的交通秩序。如果能提前發現並處理，就能把路面突然塌陷造成的損失降到最低。目前，快速檢測道路的有效手段是通過分析探地雷達圖像來發現道路的地下病害。？1.1道路研究的目的和意義道路是壹個城市最重要的基礎設施，也是人員往來和經濟發展的重要通道。隨著中國經濟和科技的快速發展，城市道路裏程不斷增加，交通越來越便利。隨著城市規模的不斷擴大和城市人口的不斷增加，地面空間已經不能滿足人們的需求，地下空間成為地面空間的有益補充。從各種管道到地下交通網絡，地下空間的利用趨於層次化和規模化。再加上淺層地質結構的多樣性和復雜性，城市道路下的夯土隨時可能受到自然和人為的影響。因此，隨著道路建設的快速發展，道路養護也開始受到重視。2065438+2004年初，北京市交通委路政局通過城市道路巡查信息管理軟件設立道路養護站，有效縮短了道路病害修復時間[1]。道路地下病害的檢測和修復是道路養護的關鍵問題。通常地下病害主要是松散、空洞、異常富水(以下簡稱富水)。這些隱患可能導致路面出現唧泥、開裂等病害，嚴重的空洞甚至會導致路面突然塌陷。2014年9月25日上午，北京黃山店路華福嘉園西南門路面塌陷，壹半房屋倒塌，掉入坑中。幸運的是，沒有人員傷亡[2]。傳統的道路養護和檢測方法主要依靠人工，不僅準確性差，而且有明顯的滯後性。近年來，道路塌陷時有發生，由於養護檢測手段落後，人民生命財產遭受嚴重損失。2012 4月1日，北京市民楊女士途經北禮士路五華大廈東側便道時，路面突然塌陷，墜入熱水坑。4月9日，楊女士因治療無效去世，年僅27歲[3]。因此，迫切需要在道路檢測中使用先進的儀器，利用先進的地球物理技術實現精確的檢測和維護。盡量減少不必要的損失。探地雷達是應用地球物理科學的重要組成部分。探地雷達可以發射和接收微波波段的高頻寬帶電磁波。由於電磁波會在地下介質的界面處反射，通過分析電磁波在地下介質界面處反射的波形特征，可以獲得地下目標的空間位置，形成材料等特征信息[4]。..........？1.2國內外研究現狀及進展探地雷達的發展經歷了100多年，期間德國人做出了重要貢獻。探地雷達的雛形誕生於1904年，德國人Hulsemeyer發現電磁波可以探測到地面上的金屬物體[5]。1910年，德國人Leimbach和L wy首次闡述了探地雷達的相關技術，並獲得了專利。1926年，德國人許爾森貝克發現介電常數不同的介質在其界面上會產生電磁波反射，他提出了利用高頻電磁波脈沖探測地下目標的設想[6]。第二次世界大戰期間(1939 -1945)，出於軍事目的和戰爭需要，探地雷達得到了迅速發展和應用，實現了淺層地層目標探測。越戰期間(1960)，麻省理工學院引進了壹種探測淺地層空洞的裝置，用於越南戰場尋找隧道[7]。同年，CookJ。c用脈沖雷達在礦井裏做了壹個實驗，但是由於井下介質相對於空氣具有更強的電磁波衰減特性，加上地質條件的多樣性，電磁波在井下的傳播要比在空氣中復雜得多[8]。隨著電子信息技術的發展，儀器的信噪比有了很大的提高。探地雷達的應用範圍也迅速擴大，從早期的冰、巖鹽礦等弱介質發展到土層、巖層、煤層等有損介質。自20世紀70年代以來，探地雷達已被應用於石灰巖采石場、工程地質和煤礦的探測。上世紀80年代，隨著民用市場的興起，無載波脈沖探地雷達率先進入市場，發達國家競相率先開發民用探地雷達產品。後來隨著GPR產品的不斷升級，GPR技術已經比較成熟[9]。探地雷達技術在路基路面檢測中的應用始於20世紀80年代。1983年，美國人Benson等人就已經開展了高速公路沈降塌陷的相關研究[10]。在1984中，Rodeick等人利用探地雷達研究了高速公路空洞探測[11]。1991年，美國聯邦公路管理局在道路工程應用方面取得壹系列進展，成功檢測出路基分層厚度、路面脫空、路基空洞等道路病害。1993年，日本M. Sekiguchi等人將探地雷達與鉆孔相機相結合，開發出道路結構檢測系統[12]。在1994中，Kim Roddis等人比較了堪薩斯州11不同類型道路的探地雷達數據分析的差異，這些差異主要由路基材料和設計結構決定[13]。1995年，美國勞裏工業公司與GSSI公司合作，在10個月內推出了世界上第壹套空氣耦合高速路面檢測雷達系統，並在中國測試成功，如圖1.2所示。.........？2探地雷達技術和數據特征？探地雷達是目前檢測城市道路地下病害的主要方法，具有檢測速度快、精度高的優點。在這壹章中，電磁波的波動方程是從電磁場理論中推導出來的。在理論介紹的基礎上，闡述了探地雷達技術的原理和現狀，並簡要說明了探地雷達數據的形式、特點和標定。？2.1電磁場理論1820、丹麥物理學家奧斯特首先發現了電流對磁針的作用，即電流的磁效應。1837年，英國物理學家法拉第首次提出自然界既有電場又有磁場，而且兩者都只能在壹定範圍內起作用，把難以捉摸的“超距作用”變成了可以理解和研究的“場”。從1855開始，英國物理學家麥克斯韋除了研究彈性力學和結構力學，還對新興的電磁學感興趣。他將自己熟悉的彈性力學與電磁現象相結合，通過三篇論文將電磁場理論以簡潔、對稱、完美的數學形式表達出來，成為後世經典電動力學的基礎。這是麥克斯韋方程組[55]。據此，他預言了1865中電磁波的存在。1888年，德國物理學家赫茲在麥克斯韋去世10年後，終於通過實驗驗證了電磁波的存在。經典電動力學認為靜電場和靜磁場分別由靜電荷和恒定電流產生，相互獨立，滿足各自的方程。當電荷和電流的分布隨時間變化時，電場和磁場不再相互獨立，而是相互刺激、相互影響，形成統壹的電磁場。電磁波就是從這種時變電磁場中產生的。可以看出，由麥克斯韋方程組導出的描述電磁場漲落特征的壹組微分方程稱為波動方程。波動方程可以描述自然界中的各種波動現象，包括橫波和縱波，如聲波、光波、水波等。波動方程是分析電磁波在各種介質中傳播的重要數學基礎。........？2.2探地雷達技術(Ground penetrate Radar)是壹種用於探測地下介質結構的電磁儀器。它通過發射天線發射高頻寬帶(1MHz~10GHz)電磁波，然後通過接收天線接收來自地下介質的反射電磁波，最後通過數字電路將反射電磁波轉換成數字信號並記錄在存儲設備上。探地雷達具有探測精度高、速度快等優點，是工程無損檢測的重要手段。目前，探地雷達的生產廠商有意大利系統工程公司(IDS)、瑞典馬拉公司、加拿大探測器與軟件公司(SSI)、美國地球物理勘探設備公司(GSSI)，他們都推出了用於道路探測的探地雷達產品，如圖2.1所示。自20世紀80年代以來，經過30多年的研發，國內探地雷達產品已經成熟並逐漸形成自己的體系，從信號采集到數據處理都達到了世界領先水平，在國內外都有壹定的知名度。中國礦業大學(北京)資源與安全開采國家重點實驗室、長安大學公路學院等單位為探地雷達的理論研究、儀器研制和應用推廣做出了重要貢獻。目前進入市場的產品有中國礦業大學(北京)研制的城市道路探測探地雷達系統，如圖2.2所示，中國電子科技集團公司第二十二研究所(青島)的LTD系列探地雷達等。與其他道路無損檢測技術相比，探地雷達技術具有檢測速度快、檢測精度高等優點，因此成為城市道路檢測的主要手段。但是，探地雷達數據和其他物探檢測數據壹樣，解釋難度大，對人工解釋經驗要求高，解釋周期長，給探地雷達道路檢測的應用和推廣造成了壹定的困難。本文利用中國礦業大學(北京)的探地雷達儀器，研究道路地下探測圖像和地下異常識別的算法，降低了數據解釋的難度，縮短了解釋周期。............？3道路病害的物理模型設計和特征測量...173.1物理模型結構...173.2物理模型設計...203.3物理模型的特性測量...233.3.1地下空洞探測...監視...353.3.3路面沈降的監測...393.4本章概述了地下異常識別算法..........424條城市道路...334.1 ..........基於希爾伯特邊際譜+0.1經驗模態分解。......希爾伯特譜和邊際譜+0.2實驗結果和分析+0.3...464.2基於核匹配追蹤的地下異常識別算法..........554.3本章總結了675條城市道路的地下異常測量算法......................................雷達數據預處理...695.1.1探地雷達數據去噪...695.1.2探地雷達數據偏移和尋的...695.1.3探地雷達數據精配準................................965.2基於周期檢測的地下異常測量算法...995.3城市道路地下病害檢測的應用...1065.4本章摘要...110?5城市道路地下異常測量算法？以往對城市道路地下病害的判讀只能在壹個探測結果上進行，因為該結果往往受到周圍環境的嚴重幹擾，判讀結果存在誤差。由於危及城市道路安全的地下空洞會隨著時間的推移而惡化，因此需要對城市道路進行多次探測。通過比較不同時期檢測數據的差異，識別城市道路地下病害。為了準確比較不同時期檢測數據的差異，需要準確測量城市道路地下異常，確定城市道路地下異常的位置和範圍。具體來說，首先，通過叠代的Myriad濾波去噪算法降低探地雷達數據中的噪聲幹擾。然後利用Shikhov積分偏移算法對探地雷達探測圖像中的信號進行偏移並返回，有效提高了位置和距離計算的精度。然後，通過GPR圖像的精細配準算法或標準間配準算法，將兩幅圖像的相似區域完全對應於同壹位置。最後選擇合適的滑動窗口，通過對比比較探地雷達數據的差異，測量地下異常的位置和範圍。？5.1探地雷達數據預處理在探地雷達圖像數據采集過程中，噪聲幹擾是不可克服的現象。隨著探測深度的增加，反射信號的噪聲越來越明顯[77-78]。根據來源，噪聲幹擾主要包括以下幾類:1。發射天線和接收天線之間存在耦合波幹擾。即使使用金屬等屏蔽材料，仍然不能保證發射天線的電磁波不會耦合到接收天線；第二，發射天線和發射電纜的阻抗不匹配。發射天線連接發射電纜時必須考慮阻抗匹配，否則會導致能量損失，形成駐波幹擾信號；第三，天線發射的信號與天線屏蔽之間的振蕩幹擾。對於寬帶天線來說，屏蔽體很難保證對所有頻率信號的良好屏蔽，發射信號的天線與天線屏蔽體之間往往存在振蕩幹擾；第四，天線饋電點反射信號幹擾。饋電點是天線和饋線之間的連接點。雖然有些反射信號可以被吸波材料吸收，但有些信號還是會造成駐波幹擾。第五，發射脈沖信號的旁瓣幹擾。理論上，在發射的脈沖信號中沒有旁瓣。現實中不可能只有主瓣信號，這些旁瓣信號也會造成幹擾。
........？結論？本文以探地雷達探測圖像為研究對象，著重分析了目前探地雷達在城市道路地下病害探測中應用的相關技術難點，重點突破了探地雷達圖像解譯難度大、對人工解譯經驗要求高、解譯周期長等難點。圍繞城市道路地下異常識別和測量的目標，建立了城市道路地下空洞動態演化模型，研究了基於探地雷達圖像的異常識別和異常測量等關鍵問題。本文的主要工作可以概括如下:1 .通過城市道路地下病害物理模型實驗，可以得到以下結論:地下施工等擾動發生時，壹方面由於擾動形成地下空洞，周圍土體受力不均，導致密度降低，從而引起路面沈降。另壹方面，地下空洞的形成會導致地下土壤與空氣接觸，水分的不斷蒸發會導致密實度降低，進而導致路面沈降。2.通過對城市道路地下異常識別算法的研究，可以得出以下結論:1。由於地下空洞和金屬管道都會引起希爾伯特邊際譜的變化，因此基於希爾伯特邊際譜的地下異常識別算法不僅可以用於地下空洞的檢測，也可以用於金屬管道的檢測。基於希爾伯特邊際譜的地下異常識別算法可以通過邊際譜的振幅來估計單個砂質粉土模型的密度，進而發現地下異常。在城市道路地下探測過程中，由於地下管線和構築物的影響，上述算法估計的密度可能存在誤差。2.基於核匹配追蹤的地下異常識別算法。通過小波核函數的比例來估計密度，從而發現地下異常。平均密度的估計結果不會受到金屬管道的幹擾，在探測地下疏松和空洞病害方面具有良好的應用前景。3.通過對城市地下異常測量算法的研究，可以得到以下結論:1。通過叠代的Myriad濾波降噪算法，降低了探地雷達數據中的噪聲幹擾，最佳信噪比為28.357dB，比Myriad濾波降噪算法提高了3.5dB。因此，與Myriad濾波去噪算法相比，叠代Myriad濾波去噪算法可以達到更好的濾波效果。2.通過Shikhov積分偏移算法，可以對探地雷達探測圖像中的信號進行偏移，當參數為30時，偏移效果最好。3.通過GPR數據的精細配準算法或標準間配準算法來維護數據壹致性。實驗表明，通過精細配準和標準間配準，當航跡丟失90%時，恢復的探地雷達數據與原始數據的相關系數仍能達到0.9以上。這可以部分消除由於數據丟失、采集軟件設置、含水量變化等因素造成的壹致性差異。由於配準是通過水平和垂直方向的差異來實現的，因此減少了對信號特性的損害。參考文獻..........(略)
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