现代道路交通检测实验报告Word文档格式.docx
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.实验方法及原理........................6
.实验步骤..............................7
.数据采集..............................8
.数据处理及图像分析...................11
.实验结论.............................20
.参考文献.............................21
.附录（实验中常见的问题）..............22
正文
.实验目的
1、了解探地雷达的背景及相关文献；
2、了解探地雷达的的工作原理；
3、掌握WGPR探地雷达的使用；
4、掌握简单的探地雷达进行地下管道探测的方法；
5、学会分析探地雷达测量过程中的波形变化；
6、掌握从测量图上获得数据信息的方法并能做出正确处理；
7、增强团队合作意识及动手能力。
.背景介绍
探地雷达的原义为GroundPenetratingRadar，简称GPR。
探地雷达和探空雷达相似，它利用宽频带高频时域电磁波脉冲的反射来探测地下目标，由于探测的目标是地下物体的反射，故称之为探地雷达。
目前探地雷达的频率介于106～109Hz之间。
（1）探地雷达的发展历史
探地雷达是近几年问世的高科技现代探测仪器，它能够进行地下管线探测、公路质量检测、地下地质结构探测、断层探测、考古等。
自从上世纪德国科学家提出用高频电磁波脉冲探测目标物以来，这引起了多国科学家的兴趣，1910年德国利用探地雷达探测地下目标体分布特征的理论；
1968年美国开发了最早的探地雷达设备，其初期设备仅限于冰层、岩层等对高频电磁波吸收较弱的介质中；
1970年美国地球物理探测仪器公司生产第一台商用探地雷达研究领域走向无损、快速探查；
上世纪80年代我国开始引进国外的探地雷达技术，并开始广泛应用与许多领域。
探地雷达在地下管道检测方面的应用
探地雷达的下列技术特性已为其开拓应用领域，尤其是在工程地质领域的应用铺平了道路：
探地雷达是一种非破坏性的探测技术，可以安全地用于城市和正在建设中的工程现场。
工作场地条件宽松，适应性强（对于轻便类的仪器）；
抗电磁干扰能力强，可在城市内各种噪声环境下工作，环境干扰影响小；
便携微机控制数字采集、记录、存储和处理。
轻便类仪器现场仅需3人或更少人员即可工作，工作效率高。
当然，由于使用了高频率，电磁波能量在地下的衰减剧烈，因而在高导厚覆盖条件下，探测范围受到限制。
目前我国城市建设发展迅速，城市地下管道纵横交错，地下管道维修与改建工作变得十分复杂，有效的探明地下管道显得越来越重要。
而在地下管道建设中，探明地下管道的分布，一直是人们所关注的重点传统的探测方法已无法适应目前的发展需要，人们开始寻找一种理想的探测方法。
探地雷达作为一种高分辨的探测技术，可以对深浅地质问题进行详细填图和对地下目标进行无损探测等。
相对于传统方法来说有很多优点，因此探地雷达测量技术在未来的前景越来越明朗。
.实验方法及原理
探地雷达利用高频电磁波（主频为数十兆赫至数百兆赫以至兆赫）以宽频带短脉冲形式，由地面通过天线T送入地下，地下地层或目的体反射后返回地面，为另一天线R所接收（图1）。
脉冲波行程需时：
当地下介质中的波速v为已知时，可根据测到的精确的t值（ns，1ns=lO-9s）。
由上式求出反射体的深度（m）。
式中x（m）
值在剖面探测中是固定的：
v值（mns）可以用宽角方式直接测量，也可以根据近似算出（当介质的导电率很低时），其中c为光速（c=0.3mns），ε为地下介质的相对介电常数值，后者可利用现成数据或测定获得。
图1是一个管状目标电磁波示意图。
当测垂直穿过管状目标物的上方时，在目标侧上方两侧仍能接收到来自管状目标的反射。
设在管状体正上方（x=0）所接收到的反射波双程走时为t0，偏移距离x时的反射波双程走时为tx，则管状体的埋深d为：
.实验步骤
1、实验探测对象：
本实验探测对象选定为图书馆前的地下管道。
2、实验器材准备：
.探地雷达雷达一台；
.笔记本电脑一台；
.卷尺；
3、熟悉雷达及Gprview软件的使用：
.通过网络连接线将雷达和电脑连接，检查连接状况是否完好；
.打开GPRVIEW软件，根据实验测量对象（本实验为地下管道），合理地设定采样频率、采样点、介电常数等参数，选择合适的工作窗口；
.检查工作状态，确认无误后开始测量；
.实际测量工作；
.数据采集
1.打开探地雷达电源开关和电脑，确保所有数据线都准确连接；
2.打开GprView软件，使用ping命令检查雷达是否与电脑联网成功；
选择“网络（NetWork）”→“检测（Detection）”→“ping命名（General）”或者用鼠标选择工具栏上的按钮。
弹出Ping命令窗口，如有正常回复，则表示雷达与电脑联网成功，反之则不成功。
3、硬件预热
如果雷达工作的自然环境比较恶劣时，如工作环境温度低于-10℃或高于40℃，在使用雷达前，请进行硬件预热，对雷达进行热补偿。
其它工作环境温度无需进行预热。
选择“设置（Setting）”中的“硬件预热（HardwareWarmingUp）”，将会弹出如下窗口：
硬件预热需要15分钟。
预热完成后，对话框会自动关闭。
4、硬件参数设置
选择手动设置：
允许用户手动设置所有的硬件参数。
选择“设置（Setting）”→“手动设置（ManualSetting）”（快捷键Ctrl+A或工具栏按钮）将会弹出如下窗口：
计划设定的参数：
工作模式：
连续模式
采样频率：
250kHz
采样点数：
8192
叠加次数：
3次
DMI间隔：
continuous
轮子周长：
30.8267inch
DMI脉冲个数：
1024
DMI方向：
正向
介电常数窗口：
金属（铁）
天线类型：
400M
时窗：
31.16
发射延时：
35
低通滤波：
2kHz
模拟开关：
1
增益系数：
分别为自动增益、80、110
5、开始采集数据
数据采集有三种类型，
当探地雷达参数设置完成后，开始数据采集。
点击工具栏按钮，或者按回车键开始采集，特别说明：
对于点测模式，在按下采集按钮后，然后再点击（快捷键“P”）。
6、停止数据采集
点击工具栏“停止”按钮，或者按下空格键停止数据采集；
7.保存数据文件
停止数据采集后，点击“文件”中的“保存”保存数据。
8.保存参数文件
停止数据采集后，如果想要保留这些参数以便以后使用，点击“参数设置”中的“保存参数文件为”，随后根据需要命名文件。
已保存的文件可以在“参数设置”中的“调用已存在的参数文件”读取。
.数据处理及图像分析
点击“文件”中的“打开”来打开文件，也可以点击按钮
图像分析：
1、由于地下介质相当于一个复杂的滤波器，介质对波的不同程度的吸收以及介质的不均匀性质，使得脉冲到达接收天线时，波幅被减小，波形变得与原始发射波形有较大的差别此外，不同程度的各种随机噪声和干扰波，也歪曲了实测数据，因此，必须对接收信号实施适当的处理，以改善数据资料，为进一步解释提供清晰可辨的图像。
数字处理主要是对所记录的波形作处理。
例如取多次重复测量的平均，以抑制随机噪声；
取邻近的不同位置的多次测量平均，以压低非目的体杂乱回波，改善背景；
做滤波处理或时频变换以除去高频杂波或突出目的体、降低背景噪声和余振影响。
图像解释的第一步是识别异常，然后进行地质解释。
2、减去参考值
功能：
将测量的数据减掉一个参考值,使得异常凸显出来。
参考值可以是已保存的雷达数据文件，也可以是当前屏幕上任一回波。
操作：
选择“数据处理”中的“减去参考值”
3、回波对齐
用来使地面反射波形成一条直线。
由于测试用车辆或推车的移动，地面反射波会在不同时刻到达。
导致测试出来的曲线凹凸不平。
该功能可以使凹凸不平的曲线变成直线，以便用户分析。
选择“数据处理”中的“回波对齐”。
4、回波平均
可以提高测量数据的信噪比。
但是，分辨率也会相应地降低。
选择“数据处理”中的“平均次数”，然后选择需要平均的回波个数。
软件可以选择的平均回波数值有：
2，4，8，16，32，64。
5、增益调整
分段调整雷达曲线的增益，增加非正常反射介面可见度。
硬件增益的调整是自动进行的（参见实时数据采集中的第三点）。
而此项功能是软件调整增益,不会增加信噪比。
增益被划分为16个区，每个区的增益可以任意调整。
选择“数据处理”→“增益调节”。
每个曲线会被划分为16个区，每个区的增益可以被单独调整。
6、自动识别层
此功能突出选定层，使其更加明显。
方法：
A.选择“数据处理”
B.点击选择“正峰”或“负峰”。
C.点击“自动选择层”。
有三个选项：
“所有回波”和“从当前点开始”，“两个回波之间”（选择开始回波，选择结束回波）。
D.点击色图区选择图层。
软件允许最多同时显示5个图层。
选择出来的图层用白色曲线显示。
注意：
如果对当前的操作不满意，并需要撤销操作时，只需在菜单上再次点击相应的功能，操作就会被取消。
这使用于所有的“信号处理”功能。
实验中我们对雷达的增益进行三次的设定，其中一次为系统自动生成参数，另外两次参数分别为80、110，如下图所示：
增益系数为80时：
增益系数为110时：
系统自动生成增益：
数据处理：
处理前的数据分析：
其一，实验中我们设定的增益分别是80、110和系统自动生成的增益参数，观察这三幅图像不难发现，当增益为80或110时，雷达的功率过低，波纹不够明显，这对数据的采集带来一定的影响，因此我们决定选用系统自动生成参数的那组数据。
其二，从我们附上的场地照片可以看出，这个下水道管是大管套小管，以下我们主要针对大管的深度进行分析。
对于数据处理部分如下所示：
实验前我们先用直尺对下水管道的深度进行测量，测量10次求平均值：
次数
2
3
4
5
6
7
8
9
10
平均值
测量值（m）
0.530
0.500
0.510
0.550
0.5
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