OKO2雷达在公路和地质勘察的应用.docx
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OKO2雷达在公路和地质勘察的应用
OKO-2地质雷达检测报告
北京保青伟业科技有限公司
2011年05月
目录
一、OKO-2地质雷达介绍……………………………………………………………………..3
二、地质雷达基本原理…………………………………………………………………..…….4
三、OKO-2仪器设备介绍………………………………………………………….….……….6
四、雷达数据处理流程……………………………………………………………..…..……….9
五、地质雷达测试结果分析………………………………………………………..………….10
六、其他经典雷达图像…………………………………………………………………………18
一、OKO-2地质雷达介绍
OKO-2地质雷达是俄罗斯GEOTECH公司生产的专业的物探设备。
GEOTECH公司致力于地质勘测系统的研发与制造，前期为军工产品，以高品质、高性能闻名于世。
GEOTECH公司是世界上最专业的探地雷达生产厂家，致力于在地球物理勘探设备的专项研发，目前占俄罗斯市场的80%。
北京保青伟业科技有限公司是俄罗斯OKO-2地质雷达在中国的总代理、专业的物探设备供应商；致力于为客户提供先进的工程检测仪器，并为客户提供免费的专业培训和完善的售前与售后服务。
地质雷达作为近十余年来发展起来的地球物理高新技术方法，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。
地质雷达检测方法是一种无损检测，OKO-2地质雷达性能优良、功能先进，在考古、市政建设、建筑、铁路、公路、水利、电力、采矿、航空等领域都有广泛应用。
二、地质雷达基本原理
探地雷达作为工程物探检测的一项新技术，具有连续、无损、高效和高精度等优点。
探地雷达由一体化主机、天线单元及配套软件等几部分组成，根据电磁波在有耗介质中的传播特性，发射天线向被测介质发射高频率宽频短脉冲电磁波，当其遇到不均匀体（界面）时会反射一部分电磁波，其反射系数主要取决与被测介质的介电常数，雷达主机通过对此部分的反射波进行适时接收和处理，达到识别目标物体的目的（见图1，2）。
图1.电磁波勘探原理示意图
图2.探地雷达工作原理示意图
探地雷达勘探流程示意图如下：
电磁波在特定介质中的传播速度V是不变的，因此根据探地雷达记录上的地面反射波与反射波的时间差ΔT，即可据下式算出异常的埋藏深度H：
式中，H即为目标层厚度；
V是电磁波在地下介质中的传播速度，其大小由下式表示：
式中，C是电磁波在大气中的传播速度，约为3×108m/s；ε为相对介电常数，取决于地下各层构成物质的介电常数。
雷达波反射信号的振幅与反射系数成正比，在以位移电流为主的低损耗介质中，反射系数r可表示为：
式中，ε1、ε2为界面上、下介质的相对介电常数。
反射信号的强度主要取决于上、下层介质的电性差异，电性差异越大，反射信号越强。
雷达波的穿透深度主要取决于地下介质的电性和中心频率。
导电率越高，穿透深度越小；中心频率越高，穿透深度越小，反之亦然。
三、OKO-2仪器设备介绍
1、检测设备
实际环境检测中，通常采用了俄罗斯GEOTECH公司的OKO-2双通道主机探地雷达，可选用的天线单元有以下型号：
AB2000R（2000MHz车载屏蔽天线）、AB1700R（1700MHz车载屏蔽天线）、AB-400R（400MHz车载屏蔽天线）、AB400M（400MHz屏蔽天线）、AB700M（700MHz屏蔽天线）、AB-1200U（1200MHz屏蔽天线）、AB-1700（1700MHz屏蔽天线）等型号，这些天线分别可以与控制单元组成单通道、双通道等多种系统组合，对公路项目进行精确测试。
整个系统主要由控制单元、发射天线、接收天线及微机四部分组成，发射与接收信号均由光缆或通讯电缆传输给雷达主机，再通过以太网口传送到微机（笔记本电脑），由微机进行汇总、分析和处理。
OKO-2双通道雷达主机
（1）AB2000R（车载）
•屏蔽天线单元
•中心频率为2000MHz
•扫描深度可达0.8m
•分辨率为0.03m
•重量为0.8千克
•带有专用车载架
•功率为6W
（2）АB-1200U天线单元
•
屏蔽天线
•中心频率1200MHz
•可拆卸的拖行板
•探测深度达1.5m
•分辨率0.01m
•尺寸（含拖行板）37х24х14cm
•重量（含拖行板）2.3kg
•功率5W
（3）ABDL-Тriton
非屏蔽天线
中心屏蔽35,50或100МHz
探测深度16-20m
分辨率0,5-1m
直径75mm
重量6-8kg
能耗8W
2、OKO-2探地雷达系统功能介绍
•高速主机：
目前探地雷达领域处理速度和采集速度最快的主机，超高的扫描速率满足高速探测。
主机能提供极高的叠加数，对各雷达图的各个深度都能清晰显示、从而使探测深度达到最大。
•天线组合：
针对每个应用领域用户可选取双天线模块。
例如管线探测可选择AB250+AB700双天线模块，其中包含250MHz和700MHz两个频率的屏蔽天线，实现探测深度和精度达到最完美的组合。
•无线连接：
主机和电脑之间可以无线连接（需配置无线远程控制模块），电脑单元可以远离主机（100米）进行操作，操作人员可以在恶劣的自然环境下使用电脑对主机的工作进行远距离控制。
3、OKO-2双通道主机优点：
•采集速度最快的主机：
超高的扫描速率，世界上采集速度最快的主机
•多通道主机：
真正意义上的多通道主机，一次得到多张雷达图
•体积小巧：
世界上重量体积最小的主机
•处理功能强大：
多通道扫描，一次可以完成三维数据的采集及处理
•灵活配置：
可连接GEOTECH公司生产的所有天线及天线组合
•应用领域广：
广泛应用在管线、考古、交通、地质、建筑等领域
4、OKO-2应用软件
OKO-2探地雷达采用GeoScan32中文版专业雷达软件，可实现数据的高效实时采集和预处理，并具有强大的后期数据处理功能，可快速自动输出厚度报表和3D视图，方便对图像作出准确的分析。
GeoScan软件有如下特点：
•可使用连续，测距和步进三种扫描模式进行数据采集
•检测过程中可对图像剖面进行预览
•对目标的位置和深度进行准确定位
•具有手动或自动分层处理功能
•可对数据进行区域处理
•具有图像划线和校正功能
•强大的滤波及校准功能
•自动生成厚度报表和3D视图
•输出Autocad对图像进行3D处理
5、主要技术参数
•扫描速率：
500扫/秒
•脉冲重复频率：
400KHz（高速的脉冲重复频率使数据收集更快）
•时窗：
9999nsec
•采样点数：
128-4096
•叠加数：
1-100000
•分辨率：
5psec
•工作温度：
-40至50oC
•A/D转换：
16bit
OKO-2双通道主机系统
四、雷达数据处理流程
图3.探地雷达数据处理流程
探地雷达数据处理包括预处理（标记目标体，添加标题、标识等）和处理分析，其处理流程如图3所示，其目的在于压制规则和随机干扰，以尽可能高的分辨率在探地雷达图像剖面上显示反射波，突出有用的异常信息（包括电磁波速度，振幅和波形等）来帮助解释。
探地雷达所接收的是来自地下不同电性界面的反射波，其正确解释取决于检测参数选择合理、数据处理得当、模拟实验类比和读图经验等因素。
五、地质雷达测试结果分析
选用天线：
OKO-2AB1200、AB700M、AB2000R、ABDLTriton50M等；
测试地点：
河北省保定市；
其他说明：
隧道山体和高速公路均小雨中测试。
（大娄庄隧道）
（一）保定大娄庄隧道山体探测
1、Triton50M天线现场
2、隧道测试雷达图
2、测试结果分析
从上述雷达图中可以看到两个清晰的圆弧，弧顶即为隧道的顶部。
由于测试路线为隧道上方的山体部分，该路线是一段向一边倾斜的防水渠，所以从图中我们看到的弧顶深度不同。
（二）京昆高速路面探测
1、探测准备
（AB2000R天线车载支架安装）
2、高速公路整体分析
（整图截图一）
（整图截图二）
（整图截图三）
3、选定区域分层处理
（区域原始雷达图）
（选定区域分层图）
4、选定区域沥青厚度报告输出
水平位移
（cm）
介质
类型
厚度
（cm）
0.0
沥青
5.0
20.0
沥青
4.7
40.0
沥青
5.2
60.0
沥青
5.0
80.0
沥青
5.5
100.0
沥青
4.9
120.0
沥青
5.5
140.0
沥青
5.1
160.0
沥青
5.2
180.0
沥青
5.6
200.0
沥青
5.2
220.0
沥青
5.0
240.0
沥青
3.9
260.0
沥青
4.3
280.0
沥青
3.6
300.0
沥青
4.7
320.0
沥青
4.3
340.0
沥青
4.1
360.0
沥青
5.0
380.0
沥青
4.9
400.0
沥青
4.2
420.0
沥青
4.3
440.0
沥青
4.0
460.0
沥青
4.0
480.0
沥青
3.8
500.0
沥青
3.7
520.0
沥青
3.5
540.0
沥青
3.9
560.0
沥青
4.1
580.0
沥青
4.0
600.0
沥青
3.9
620.0
沥青
4.4
640.0
沥青
9.2
660.0
沥青
9.9
680.0
沥青
23.5
700.0
沥青
25.3
720.0
沥青
25.5
740.0
沥青
29.2
760.0
沥青
31.3
780.0
沥青
35.7
800.0
沥青
35.3
820.0
沥青
33.2
840.0
沥青
32.8
860.0
沥青
29.7
880.0
沥青
27.3
900.0
沥青
27.1
920.0
沥青
22.8
940.0
沥青
21.6
960.0
沥青
20.9
980.0
沥青
20.7
1000.0
沥青
20.3
1020.0
沥青
20.3
1040.0
沥青
20.3
1060.0
沥青
20.3
1080.0
沥青
20.0
1100.0
沥青
20.2
1120.0
沥青
20.3
1140.0
沥青
20.1
1160.0
沥青
20.2
1180.0
沥青
19.5
1200.0
沥青
19.9
1220.0
沥青
19.7
1240.0
沥青
19.4
1260.0
沥青
20.0
1280.0
沥青
19.7
1300.0
沥青
19.6
1320.0
沥青
19.2
1340.0
沥青
19.0
1360.0
沥青
19.3
1380.0
沥青
19.2
1400.0
沥青
19.0
1420.0
沥青
19.0
1440.0
沥青
19.2
1460.0
沥青
19.1
1480.0
沥青
19.2
1500.0
沥青
18.8
1520.0
沥青
19.1
1540.0
沥青
19.2
1560.0
沥青
19.6
1580.0
沥青
19.7
1600.0
沥青
19.2
1620.0
沥青
19.3
1640.0
沥青
19.0
1660.0
沥青
19.2
1680.0
沥青
19.4
1700.0
沥青
19.4
1720.0
沥青
19.7
1740.0
沥青
19.6
1760.0
沥青
19.3
1780.0
沥青
19.0
1800.0
沥青
19.3
1820.0
沥青
19.5
1840.0
沥青
20.7
1860.0
沥青
21.4
1880.0
沥青
21.4
1900.0
沥青
20.5
1920.0
沥青
20.7
1940.0
沥青
20.2
1960.0
沥青
19.8
1980.0
沥青
20.2
2000.0
沥青
20.1
2020.0
沥青
20.0
2040.0
沥青
19.6
2060.0
沥青
20.0
2080.0
沥青
20.0
2100.0
沥青
20.0
2120.0
沥青
20.0
2140.0
沥青
19.9
2160.0
沥青
20.0
2180.0
沥青
20.0
2200.0
沥青
20.2
2220.0
沥青
19.3
2240.0
沥青
19.9
2260.0
沥青
19.7
2280.0
沥青
20.0
2300.0
沥青
19.8
2320.0
沥青
19.2
2340.0
沥青
19.2
2360.0
沥青
19.0
2380.0
沥青
19.2
2400.0
沥青
18.8
2420.0
沥青
19.2
2440.0
沥青
19.4
2460.0
沥青
19.2
2480.0
沥青
19.7
2500.0
沥青
19.2
2520.0
沥青
19.2
2540.0
沥青
19.2
2560.0
沥青
19.2
2580.0
沥青
19.2
2600.0
沥青
19.2
2620.0
沥青
19.5
2640.0
沥青
19.2
2660.0
沥青
19.2
2680.0
沥青
19.1
2700.0
沥青
18.9
2720.0
沥青
18.9
2740.0
沥青
19.2
2760.0
沥青
19.2
2780.0
沥青
19.2
2800.0
沥青
19.2
2820.0
沥青
19.1
2840.0
沥青
19.3
2860.0
沥青
18.8
2880.0
沥青
18.7
2900.0
沥青
18.8
2920.0
沥青
19.0
2940.0
沥青
19.3
2960.0
沥青
19.6
2980.0
沥青
19.5
3000.0
沥青
19.0
3020.0
沥青
18.7
3040.0
沥青
18.6
3060.0
沥青
18.5
3080.0
沥青
18.3
3100.0
沥青
18.0
3120.0
沥青
18.4
3140.0
沥青
18.8
3160.0
沥青
18.7
附注：
该雷达图中的水平位移是在连续模式下获取的，如果需要准确距离数值，可以连接专用的车载位移传感器，该位移传感器为该天线的标准配件，免费提供。
5、公路测试结果分析
从雷达图中，可以清楚看到沥青层的分界面。
测试过程中，有均匀的沥青层路段、有高速桥梁路段、有沥青断层或破损路段、有桥梁错层路段。
在选取一定的介电常数值后，沥青层厚度保持在19cm左右，桥梁路面沥青层厚度保持在5cm左右。
上述数值在取芯验证，调整介电常数值后，可以导出准确的公路路面沥青层厚。
（三）保定大娄庄隧道二衬探测
1、隧道二衬原始雷达图
2、隧道二衬选取原点及均差相减后效果
3、隧道二衬分层处理效果
4、隧道二衬报告输出
水平位移（cm）
介质层
厚度
（cm）
0.0
二衬
45.2
20.0
二衬
48.9
40.0
二衬
49.5
60.0
二衬
50.6
80.0
二衬
52.9
100.0
二衬
56.0
120.0
二衬
54.1
140.0
二衬
54.8
160.0
二衬
56.2
180.0
二衬
59.1
200.0
二衬
56.7
220.0
二衬
60.4
240.0
二衬
59.0
260.0
二衬
57.3
280.0
二衬
58.2
300.0
二衬
59.7
320.0
二衬
61.8
340.0
二衬
61.8
360.0
二衬
60.8
380.0
二衬
62.8
400.0
二衬
64.1
420.0
二衬
64.3
440.0
二衬
65.6
460.0
二衬
69.3
480.0
二衬
65.6
500.0
二衬
54.9
520.0
二衬
58.4
540.0
二衬
59.6
560.0
二衬
60.4
580.0
二衬
60.6
600.0
二衬
61.1
620.0
二衬
60.8
640.0
二衬
62.7
660.0
二衬
63.0
680.0
二衬
61.4
700.0
二衬
63.2
720.0
二衬
66.0
740.0
二衬
67.7
760.0
二衬
68.8
780.0
二衬
69.3
800.0
二衬
67.7
820.0
二衬
66.3
840.0
二衬
63.6
860.0
二衬
60.4
880.0
二衬
56.6
900.0
二衬
55.5
920.0
二衬
53.1
940.0
二衬
51.8
960.0
二衬
50.8
980.0
二衬
49.8
1000.0
二衬
47.7
1020.0
二衬
49.7
1040.0
二衬
53.6
1060.0
二衬
52.7
1080.0
二衬
51.6
1100.0
二衬
49.9
1120.0
二衬
48.3
1140.0
二衬
45.8
1160.0
二衬
44.1
1180.0
二衬
43.0
1200.0
二衬
42.4
1220.0
二衬
38.6
1240.0
二衬
37.5
1260.0
二衬
36.1
1280.0
二衬
36.5
1300.0
二衬
36.7
1320.0
二衬
35.0
1340.0
二衬
36.1
1360.0
二衬
36.9
1380.0
二衬
37.2
1400.0
二衬
38.3
1420.0
二衬
40.4
1440.0
二衬
41.0
1460.0
二衬
40.5
1480.0
二衬
43.2
1500.0
二衬
43.1
1520.0
二衬
44.3
1540.0
二衬
45.2
1560.0
二衬
45.2
1580.0
二衬
43.6
1600.0
二衬
47.7
1620.0
二衬
45.9
1640.0
二衬
45.2
1660.0
二衬
45.6
1680.0
二衬
44.9
1700.0
二衬
43.0
1720.0
二衬
42.4
1740.0
二衬
40.3
1760.0
二衬
41.1
1780.0
二衬
42.3
1800.0
二衬
43.4
1820.0
二衬
44.9
1840.0
二衬
44.2
1860.0
二衬
44.3
1880.0
二衬
43.8
1900.0
二衬
45.6
1920.0
二衬
46.5
1940.0
二衬
47.3
1960.0
二衬
48.1
1980.0
二衬
48.8
2000.0
二衬
49.5
2020.0
二衬
49.4
2040.0
二衬
49.9
2060.0
二衬
52.7
2080.0
二衬
53.0
2100.0
二衬
56.2
2120.0
二衬
55.5
2140.0
二衬
55.8
2160.0
二衬
52.6
2180.0
二衬
50.6
2200.0
二衬
48.8
2220.0
二衬
47.2
2240.0
二衬
47.7
2260.0
二衬
46.7
2280.0
二衬
47.7
2300.0
二衬
48.2
2320.0
二衬
45.4
2340.0
二衬
49.9
2360.0
二衬
50.6
2380.0
二衬
51.3
2400.0
二衬
52.7
2420.0
二衬
52.7
2440.0
二衬
54.4
2460.0
二衬
54.3
2480.0
二衬
52.4
2500.0
二衬
52.7
2520.0
二衬
52.4
2540.0
二衬
53.2
2560.0
二衬
53.5
2580.0
二衬
50.6
2600.0
二衬
50.9
2620.0
二衬
49.2
2640.0
二衬
44.4
2660.0
二衬
41.7
5、探测结果分析
从雷达图中可以清晰看出，隧道一衬和二衬分界清晰，分层界面有钢筋层。
二衬层厚基本在50mm左右。
报告输出是水平方向每20cm导出一个数据，该位移间隔可以按探测环境的需要自由选取，从而得出联系的层厚数据。
六、其他经典雷达图像
图一公路路面测试原始图
图二公路沥青分层图
图三隧道衬砌中的钢拱架
图四隧道衬砌中的松动区域和空洞
图五衬砌中的钢筋结构
图六隧道超前预报
（一）
图七隧道超前预报
（二）
图八雷达图3D成像
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