地质雷达讲义公路道路检测上的应用Word格式.docx
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对于不同的路基路面结构，这些值是不同的，表5-1是《质量检验标准》中规定的数据，汇总在一起。
表5-1代表值允许偏差和极值数据表（高速公路和一级公路）
水泥稳定粒料基层
级配碎石基层
沥青碎石面层
沥青贯入式
面层
代表值允许偏差（mm）
－8mm
－8mm（总）
－4mm（上层）
－5mm
极值允许偏差
（mm）
－15mm
－15mm（总）
－8mm（上层）
－10mm
4.参数计算依据
根据《质量检验标准》的规定，代表值，平均厚度，标准差S，由下式计算：
（5-1）
其中tα是保证率参数，n是检测样点数。
在样点数为n=100的条件下，对于高速和一级公路，基层、底基层保证率为99%时，对于面层，保证率为95%时。
式中平均厚度的计算公式是：
（5-2）
标准差的计算公式是：
（5-3）
5.合格率
当代表植>
设计厚度－标准差时，合格率为大于极植的点的总数除以采样点数。
当代表植<
设计厚度－标准差时，规定为不合格。
6.评分标准
路基路面厚度检测评分的满分是20分，代表值偏差大于允许偏差时得零分。
代表值合格而有部分点数的测定值偏差大于极值时，按点数的比率扣分。
其中Mark是评分，n是不合格点的个数，na是总测量点数。
7.相关计算
在数字信号处理中经常用到两个信号的相似性，或者一个信号经过一定延迟后的相似性，这在信号的识别、检测和提取领域得到广泛应用。
这里讨论确定信号的相似性基本原理，因为地质雷达是有源发射的确定性电磁波信号。
至于随机信号的相似性分析，读者可以参考其它书籍，这里不进行论述。
设、是两个能量有限的确定性信号，并假定它们是因果的（地质雷达发射电磁波满足能量有限条件和因果性），定义
（5-4）
为和的相关系数。
式中分母等于、各自能量乘积的开方，即，它是一个常数，因此的大小由分子
（5-5）
决定，因此也称为和的相关系数。
由许瓦兹（Schwartz）不等式，有
（5-6）
分析（5-5）式可知，当＝时，，两个信号完全相关（相等），这时取得最大值；
当和完全无关时，＝0，；
当和有某种程度的相似时，，在0和1之间取值。
因此，可以用和来描述和之间的相似程度，又称为归一化的相关系数。
5.1.2计算机评价实现
第一步：
利用层位追踪技术，获取面层厚度信息。
图5-1
第二步：
设置里程信息：
图5-2
第三步：
设置评价参数：
图5-3
第四步：
给出评价结果
表5-2评价结果表（示例）
里程
设计厚度（mm）
平均值（mm）
标准差（mm）
代表值（mm）
合格率（%）
评分
（满分20）
K11+11.00-K11+111.00
70
76.87
3.28
76.56
100
20
K11+111.00-K11+211.00
76.07
11.27
75
K11+211.00-K11+311.00
76.91
7.5
76.19
K11+311.00-K11+334.40
83.22
5.12
82.73
5.2铁路路基雷达检测应用研究
铁路路基雷达检测绘图软件系统应包括检测报告成果图绘制子系统、异常病害统计报表编制子系统、异常病害分析汇总子系统三部分。
5.2.1层位追踪与异常病害人机交互的解释
在雷达剖面上获取层位和病害信息。
图5-4
5.2.2异常病害分析
图5-5
5.2.3异常病害统计报表
表5-3异常病害统计报表（示例）
序号
起始
终止
起始深度
终止深度
属性
描述
形态
可行度
1
11+117.8
11+129.2
0.02
0.1
陷槽
这是一个图元。
圆形
2
11+130.7
11+156.5
0.12
0.26
翻浆冒泥
这是一个矩形。
矩形
3
11+206.3
11+217.1
充水
4
11+21.2
11+51.5
0.13
充水充泥
5.2.4检测报告成果图绘制
1.CAD接口数据生成
生成CAD接口数据如图5-6。
图5-6
2.AUTOCAD环境下接口数据操作
图5-7
3.AUTOCAD图形生成
按“确定”按钮后，自动生成AUTOCAD图形文件。
图5-8
5.3一维滤波
5.3.1.数据处理
以矿业大学开发的数据处理为模板，一般地质雷达数据处理具有如下功能：
对探地雷达信号而言，一维数字滤波（以后称为一维滤波）处理具有如下意义：
l探地雷达信号存在不同频率干扰，对干扰信号需要去处
l不同地下介质对雷达波的响应特征不同，主要表现在能量吸收，波长变化和频率变化等。
l采集系统存在低频漂移需要压制。
因此，利用一维滤波处理可以压制干扰信号，提高剖面的信噪比；
也可以提取地下介质的响应特征信号等。
一维滤波处理在雷达资料处理具有重要地位。
一维滤波处理可以分为两种形式：
FIR滤波和IIR滤波。
5.3.2滤波系统
定义数字滤波系统是将输入序列映射成输出序列的唯一性变换或运算。
它的输入是一个序列，输出也是一个序列，其本质是将输入序列转变成输出序列的一个运算，即：
（5-7）
其中，被称为一维滤波系统。
在实际应用过程中，一维滤波系统具有线性、时移不变性、稳定性和因果性。
1.FIR系统和IIR系统
如果单位脉冲响应是一个有限长序列，这种系统称为“有限长单位脉冲响应系统”，简写为FIR系统。
相应地，当单位脉冲响应长度无限时，则称为“无限长单位脉冲响应系统”，简写为IIR系统。
一维滤波系统函数一般可写为下面Z变换（b0=1）
（5-8）
我们知道有限度序列的z变换在整个有限z平面（|z|>
0）上收敛，因此对于FIR系统，H（z）在有限z平面上不能有极点。
如分子、分母无公共可约因子，则H（z）分母中全部系数bi（i=1，2，…，N）必须为零，故
（5-9）
只要bi中有一个系数不为零，在有限z平面上就会有极点，这就属于IIR系统。
bi不为零就说明需要将延时的输出序列y（n-i）反馈回来，所以，IIR系统的结构中都带有反馈回路。
这种带有反馈回路的结构称为“递归型”结构，IIR系统只能采用“递归型”结构，而FIR系统一般采用非“递归型”结构。
但是，采用极、零点抵消的方法，FIR系统也可采用“递归型”结构。
IIR、FIR构成数字滤波器的两大类。
2.一维数字滤波系统的形式
在探地雷达应用中，可以根据目的不同，选用不同形式的滤波器，目前常用的滤波器形式有以下五种：
低通滤波器、带通滤波器、高通滤波器、带陷滤波器和全通滤波器。
参见图5-9所示。
图5-9
5.3.3FIR滤波器的应用分析
FIR数字滤波主要根据有效信号的频带来设置滤波器。
这里先给出原始信号剖面以及低通、高通和带通三种滤波效果剖面对比结果，参见图5-10所示，每个剖面给出相同道（第80道）信号的振幅谱结果。
图5-10原始剖面及FIR不同滤波器滤波效果对比示意图
在图（a）中的原始剖面中，存在两处明显异常，这两处异常表现出不同频率信号，分别用圆和椭圆圈定出来。
从原始剖面也可以看出振幅谱主要有四个峰组成，既0MHz、64MHz、192MHz和332MHz。
频率成份丰富，汇集了天线接收综合信号。
图（b）是50MHz低通滤波后剖面，椭圆圈定异常信号得到加强，而圆圈定信号消失，这表明椭圆圈定异常信号能量在50MHz以下为主要频率，而圆圈定异常信号全部出现在50MHz以上。
相反图（c）是100MHz高通滤波剖面，椭圆信号消失而圆信号存在。
图（d）是35MHz－210MHz带通滤波剖面，原始剖面中的两个信号都得到保留，同时得到加强，该剖面去除了低频和高频干扰，把两个异常信号能量保留，因而，这两个异常信号在剖面上得到加强。
从上面分析，可以知道，在地质雷达进行数字处理时，应该根据所要提取信号所在的频率范围进行设置滤波器及其相应参数。
否则会得到相反结果。
下面重点介绍几个实际应用例子。
例一：
高速公路层位解释。
如果采用1.6GHz天线进行高速公路分层探测。
假如沥青层速度为0.113m/ns，在高速公路中设计采用5cm、6cm和7cm进行路面沥青油层铺设。
从理论上讲，如果厚度大于波长速度的1/4，既可以进行厚度分析。
1.6G主频，0.113m/ns速度的沥青层，其四分之一波长为4.5cm，具备可以分层的要求。
图5-11是1.6GHz天线实测的高速公路地质雷达剖面。
图5-11高速公路探测原始剖面
从上图原始剖面只能初步分为两层，既视层位1和视层位
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