1、1SIR20操作手册解析SIR-20 操作手册美国劳雷工业有限公司第一章 介绍 111 仪器系统 1第二章 二维测量参数设置 12.1: System Parameter Setup 系统参数设置 1Create Folders 创建文件夹 2Set Program Defaults 设置缺省值 2Set working directories 设置工作目录 32.2: Setting Up your System for 2D Data Collection 二维测量 4Projects and Profiles: How the SIR-20 Collects Data 项目 4The F
2、ile Header 文件头 4Collection Parameters 采集参数设置 52.3: Data Collection Methods 数据采集方法 7Survey Wheel Controlled Collection 测量轮控制测量 7Position/Range信号位置/时间窗口 14Gain增益 15Filters and Stacking滤波和叠加 17During Collection 数据采集 18Time-Based (Free run continuous) Data Collection 连续测量数据采集 18Point Mode Data Collectio
3、n 点测 19附录D:装好的SIR-20配置 1第一章 介绍本手册适用于地质雷达新老用户。无论你是否具有地质雷达的使用经验,都建议你完整地阅读本手册,并且参考附录F中的相关书籍。11 仪器系统SIR-20系统预装了操作系统和采集处理软件。如果单独购买SIR-20,则SIR-20系统包含以下部件:数字控制单元MF-20:蓝色矩形盒,一侧带有电风扇和后面是各种接口。 ToughBook 光驱。 RADAN主程序和3D QuickDraw(三维快速绘图)软件包:预装在ToughBook笔记本上。 直流电源:连接在汽车电源上。 交流电源适配器。 操作手册。 运输箱。至于天线、电缆、电池包等可以单独购买
4、。警告:在SIR-20笔记本上不要安装任何软件。在地质雷达系统上安装其它的软件有可能使得系统失效。由于安装了XX的软件使得系统失效,并不在保修范围之内。第二章 二维测量参数设置SIR-20地质雷达系统启动后,计算机桌面上有几个radar程序的快捷方式。基本程序包括数据采集程序SIR-20,现场处理程序RADAN。图5 SIR-20 桌面SIR-20地质雷达系统有五个快捷方式:RADAN,SIR-20,SS Linescan, Structure Scan, and Optical Scan。RADAN是后处理程序,其它四个为相互独立的数据采集程序,SIR-20为通用数据采集程序,后三个程序专门
5、采用高频天线检测混凝土结构(详细信息参考第四章)。2.1: System Parameter Setup 系统参数设置本节介绍数据采集的参数设置方法。Create Folders 创建文件夹SIR-20采集的信息可以非常大。SIR-20采用笔记本计算机保存数据文件。每个项目测量前,必须在计算机硬盘的C盘上创建一个新的文件夹。文件夹名称最好与测量项目相关,比如客户名称、测区名称、测量时间、工作编号。在Windows系统下创建文件夹非常简单,步骤如下: 打开“My Computer(我的电脑)”。 双击“Local Disk (C:)(本地硬盘C:)”,在C盘下创建一个文件夹“Beijing(北京
6、,此为用户名称)”。 再该文件夹下新建子文件夹“GPRData(地质雷达资料,此为测区名称)”。Set Program Defaults 设置缺省值双击桌面上的SIR-20图标,打开SIR-20采集软件(图6 SIR-20初始界面),该采集软件是RADAN软件的一个模块。此时需要在该程序中选择一个保存文件的文件夹,并设置相关的参数作为缺省值。图6 SIR-20初始界面选择命令菜单“View(视图)|Customize(自定义)”,弹出对话框“Customize(自定义)”(图7),具有4个TAB表,依次为Directories(目录), Appearance(界面外观), Linear Uni
7、ts(单位), SIRVEYOR。图7 自定义窗口Set working directories 设置工作目录创建“Source(原文件)”文件夹。 点击Directories(工作目录)表,点按钮“Source(原文件)”,弹出文件夹列表窗口,选择先前创建好的文件夹“C:BeijingGPRData”,点OK按钮选中该文件夹。 或者直接在“Source”按钮后的空白处输入文件夹C:BeijingGPRData。 或直接输入以盘符C:开头的完整文件夹,如“C:BeijingGSSIdata”,SIR-20软件自动为用户创建一个新文件夹。“Output(输出)”文件夹的创建方法与Source文件
8、夹一样,并且这两个文件夹在使用SIR-20采集数据时应完全一样。SIR-20采集的资料由多个部分组成,分别保存在不同的位置。以防止误操作而覆盖已有的原始数据文件。在“Appearance(外观)”TAB表下有几个选项,“Large Buttons(大按钮)”的复选框前面打勾后,SIR-20采集软件打开后,软件按钮即为大按钮。在“Linear Units(线性单位)”tab表,可以选择垂直刻度、水平刻度。在SIRVEYOR表下设置GPS参数,只有使用GPS测量时才使用该选项。各个参数设置完成后,点击OK按钮即可。2.2: Setting Up your System for 2D Data Co
9、llection 二维测量Projects and Profiles: How the SIR-20 Collects Data 项目SIR-20采用项目文件的方式来采集数据文件。创建项目文件名的过程中需要输入采集参数,SIR-20软件根据这些参数采集资料并且保存成数据文件。 二维测量中有3类文件非常重要:项目文件、宏文件、数据文件。测量中请使用记录本随时记录测量信息:测量参数、数据文件、地表情况、各类标识等。这些数据文件都保存在指定的文件夹下。 项目文件Project Files( *.rpj),作用是保存项目信息和采集参数列表,SIR-20就利用这些参数来采集资料,并且根据项目文件名的名称
10、自动给每个数据文件命名。例如项目文件名为Test.rpj,则数据文件名依次为Test001.dzt,Test002.dzt,Test003.dzt。项目文件名的名称不要超过8个字母,SIR-20/RADAN软件利用项目文件名的前8个字母命名数据文件名。否则项目文件名字太长,就会出错。宏文件Macro Files(*.cmf)包括了几个特殊的数据采集参数。项目文件创建过程中可以新建宏文件或者打开已有的宏文件。SIR-20软件将使用项目文件和宏文件中的参数信息来采集资料,并且把这些信息记录在测量文件的文件头中。数据文件Data Files(*.dzt),这是实际测量的数据文件。利用RADAN软件可
11、以打开数据文件(*.dzt),这些文件是根据项目文件的名称和参数获取的,并且包含一个记录所有采集参数信息的文件头。The File Header 文件头每个数据文件都有一个文件头,记录了所有采集参数信息。地质雷达数据文件(*.DZT)中,每一个通道信息都有一个长度为1024比特的文件头,保存采集参数信息;有些参数在后处理时可以编辑和修改;文件头还可以保存处理参数信息。另外文件头可以记录野外现场的测量信息:测区位置、用户、测量时间、工作号、地表覆盖情况等等。 文件头中的参数有:file name(文件名), antenna frequency(天线频率), range(时间窗口), transm
12、itted pulse position(信号位置),channel(通道), samples/scan(采样点数/扫描), bits/sample(比特/采样), scans/unit(扫描/单位距离), units/mark(单位距离/标记), dielectric constant(介电常数), and approximate depth range(近似深度). Scans/unit 距离单位为英制或者米制,依赖于”View(视图)|Customize(自定义)| linear units(线性单位)”选项。Collection Parameters 采集参数设置图9 采集参数窗口SI
13、R-20应用广泛,测量应用不同采集参数就不同,用户必须熟悉这些参数的含义和设置方法。1 Config(uration) Type 测量类型,系统中预设了几种常见的测量类型,如structure concrete scanning(钢筋结构扫描), utility locating(市政管线测量), bridge Assessment(桥梁评估), highway survey(高速公路检测), geophysical surveys(深部地质地球物理调查)。2 Config(uration) Name 天线型号。参数1的测量类型选定后,在参数2窗口内选择天线型号。每种天线的测量参数如时间窗口、
14、滤波器等参数都做了优化。如果此处没有列出你需要的测量类型,在参数1“ Config Type(测量类型)”和参数2“Config Name(天线型号)”都选择自定义类型CUSTOM。附录中给出了天线参数缺省设置列表。3 Number of Channels 通道数目。SIR-20系统测量时可以利用一个通道,也可以同时使用两个通道。采用两个通道接两个天线测量有几种情况:两个天线分别测量;一个天线发射,另外一个天线接收;采用共中心点测量方式测量。后面两种情况要求两个天线型号一样、电缆长度相同。此时参数1和2都选择CUSTOM(自定义),并且参数Number of Channels(通道数目)选择2
15、,并且在窗口10和12种对通道信息进行定义。4 Samp/Scan 采样点数/扫描。采样点数缺省为512。选择项有128, 256,512, 1024, 2048。SIR-20系统记录扫描信息时都要采用一定的样点对每个扫描进行数字化。采样点数必须大于10倍的时间窗口/天线脉冲宽度,以避免假频出现。天线脉冲宽度请参考附录列表。5 Scans/Sec 扫描/秒:每秒钟内地质雷达系统采集的数据扫描数量。 采用Free Run,基于时间的自由测量方式(连续测量),与扫描/秒相关的有:发射率(transmitrate)、天线移动的测量速度( survey speed)、水平滤波器的类型和宽度。这些参数决
16、定了测量剖面的扫描密度。 采用survey wheel测量轮方式采集资料,相关的参数有:扫描/秒、发射频率( transmit frequency)、扫描/单位距离( scans per unit distance) (窗口window 7)。这些参数决定了最大测量速度。采用100扫描/秒、20扫描/米,则最大测量速度为5米/秒。根据采样点数/扫描(samples/scan) 、系统发射率(systems transmit rate)(窗口window 10),SIR-20自动计算扫描率参数扫描/秒的最大值,扫描率的估计值受时间参数影响,发射率超过200KHz更是明显。6 DielConsta
17、nt 是dielectric constant的缩写,介电常数。包括空气、水在内,各种材料的介电常数的范围1-81。利用介电常数,地质雷达系统SIR-20测量资料垂直刻度可以显示为线性深度,也可以显示时间信息。直接在这里输入地下介质已知的介电常数,否则输入1。该参数不影响实际探测效果。7 Scans/ft(m) 扫描/英尺、扫描/米。单位距离内的扫描数。采用测量轮控制方式测量,在水平方向上布置测点,单位距离内的测点数。根据实际情况设置,测点数应尽量多。单位距离内的扫描测点多,测量文件占的硬盘空间大,测量速度慢。采用测量轮控制方式测量时,水平滤波、叠加滤波(static stacking fil
18、ters)器的参数会影响单位距离内的扫描测点数量。例如,scans/m为20,扫描叠加滤波器采用4次叠加,则实际输出文件为5scans/m(20/4),而不是20扫描/英尺。 采用free run自由测量方式采集数据,该参数只起注释作用。8 Ft(m)/Mark 英尺/标记、米/标记。 采用测量轮方式时SIR-20根据该参数按照相同的水平间隔在测量剖面上做标记Mark。在数据窗口上标记为垂直线,便于识别测量剖面的距离。根据实际情况,规定参数英尺/标记、米/标记。连续测量时建议设置为5m/mark,10m/mark。9 Auto Gain Level 自动增益级别。一般设置为0.5,它控制SIR
19、-20自动增益司服器。初始化天线时,SIR-20根据接收到的信号采用一定的算法计算增益函数大小。自动增益级别把信号强度调整到可以记录的动态范围(+/-32767,对应16位数据)。0.5表示调整后采样值的最大值为仪器总动态范围的50%。如果目标体或者反射层面的振幅足够大,有可能出现削波现象,则设置该参数为0.25,不论记录信号振幅是否突然变化,仪器都可以在动态范围内完整地记录扫描信号。10 Transmit Rate/Channel Selector 发射率/通道选择。 天线不同发射频率不同,附录中给出了各种天线的正确的发射率。对于GSSI的51xx系列天线发射率为100kHz。旧型号天线应该
20、设置得更低些。 天线对应的通道可以改变。例如,如果连接两个天线,一个发射,另外一个接收,则可以在这里输入参数。11 Antenna Calibration File天线标定文件。仅仅采用高频空气耦合天线测量公路路面时才使用该选项。详细情况请参考路面测量RoadScan使用手册。12 SIRveyor 表示地质雷达SIR-20主机MF_20后部连接板上的接口。便于随时检查天线与通道连接正确与否。2.3: Data Collection Methods 数据采集方法有三种数据采集测量方式:测量轮控制测量Survey Wheel、连续测量Free Run、点测Point。 采用测量轮控制测量,需要测
21、量轮距离编码器、DMI、结构扫描小车。采用这些设备,可以按照预先规定的水平扫描间隔采集数据,无论采集速度快慢,探测剖面的水平距离都是线性均匀的。这是最容易最准确的测量方式,建议多数用户采用这种方法进行测量。要利用RADAN软件中的偏移函数Migration或者其它函数处理资料来得到准确的测量结果时,尤其需要采用测量轮测量。 连续测量的资料没有位置信息,除非现场标记信息、或者使用GPS定位。SIR-20每秒钟会记录一定数量的扫描信息,与天线移动速度有关。沿测线布置米尺/测绳,天线经过网格点时,利用标记器手动打标记。例如每隔5米打一个标记。利用RADAN软件对连续测量资料中的标记进行水平距离归一化
22、处理,转化为水平近似线性均匀的资料,请参考RADAN使用手册中的距离归一化处理部分。 点测:测线上布置一系列测点,天线放在测点上采集一个扫描,再放在下个测点采集一个扫描信息。点测适合于以下几种测量:采用低频组合天线测量、测区表面粗糟不平、利用两个天线以共中心点叠加方式测量。下面依次介绍各种测量方式的参数设置方法。Survey Wheel Controlled Collection 测量轮控制测量1. 点击菜单命令File(文件)|New(新建),或点击采集控制栏上的创建项目按钮,弹出窗口Create New Data Collection Project(创建数据采集项目) (图10)。图10
23、 项目文件名对话框2. 在“FileName(文件名)”空白处输入项目文件名。谨记:文件名不能超过8个字母;文件名只能使用字母命名;不要使用任何其它符号。做二维测量时不要点击按钮“Collect 3D Data Set(三维资料采集设置)”。点击“Next(下一步)”,打开新窗口“Review Project Information(预览项目信息)”(图11)。图11 项目信息对话框3. 在项目信息对话框内输入项目/工区测量描述信息。“Title(主题)”对话框内输入测量的任务/探测对象,“Started”测量开始时间;“Finished”测量结束时间;“Output Path(输出路径)”按
24、钮,表示测量项目的输出路径/文件夹;“Note(注释)”输入测量项目的相关信息。工区位置、测线的布置、测量人员等。灰色按钮“Output Path”输出路径,表示测量的数据文件将要保存的文件夹,该文件夹利用菜单命令“View(显示/视图)|Customize(自定义)”来设置。本对话框中的所有描述信息、注释内容都是可以选择的。这些信息可输入也可以不输入。点击命令按钮“Next(下一步)”,打开对话框“Data Collection Mode(数据采集方式)”(图12)。图12 数据采集方式对话框(Data Collection Mode)4. 数据采集方式对话框中有三种数据采集方式可供选择:“
25、Free Run(连续测量)”、“Point Mode( 点测)”、“Survey Wheel(测量轮控制测量)”。现在点“Survey Wheel”按钮。其它两种测量方式,稍后介绍。注意,“Enable GPS(使用GPS)”。不论采用哪种方式都可以利用GPS进行测量,具体操作请参考使用GPS全球定位系统进行地质雷达测量部分。点击“SURVEY WHEEL”按钮后,在对话框内软件自动显示按钮“Calibrate SW(测量轮标定)”,利用鼠标左键点击该按钮,弹出对话框“Survey Wheel Calibration(测量轮标定)”(图13)。图13 测量轮标定对话框5. 利用测量轮标定对话
26、框(图13)标定测量轮计数信息“ticks”。测量前,必须对测量轮进行标定。否则利用测量轮得到的测量剖面长度与实际长度有出入。使用结构扫描小车,可以直接点击图13中对应的图标,软件就会给出默认参数。使用光学小车,可以点击蓝色小车图标,软件就会给出默认参数。使用其它型号的测量轮,则必须手动标定测量轮的计数信息。标定完成后点击测量轮标定对话框上的“Save保存” 按钮,来保存测量轮计数信息。则软件返回到数据采集方式对话框(图12),在图12中点击按钮“Next(下一步)”,则采集软件弹出新对话框“Configuration(项目参数设置)”(图14)。测量轮标定有以下5个步骤:1. Select
27、calibration distance,选择标定距离。在对话框“CALIBRATION DISTANCE(M) (标定距离,米)”对话框内输入10。测线越长,准确度越高。对于不同的地形进行手动标定测量轮,在测区表面布置一条长测线,标出测线的起点、终点。2. Position Antenna on the start mark,把天线放在测线的起点。在天线某个位置(前面、中间、后面)定一个点或者画一条线。3. Click CALIBRATE button(点击标定按钮CALIBRATE)。点击标定按钮CALIBRATE,同时移动天线、转动测量轮。4. Move Antenna to the s
28、top mark,沿着测线方向移动天线至测线终点,这是天线标定的关键。点击calibrate按钮后“NUMBER OF TICKS PER UNIT” 变成了“NUMBER OF TICKS”对话框,在天线、测量轮移动的过程中,NUMBER OF TICKS后面的TICKS数目在增加;测量轮停止移动时,ticks停止增加;天线、测量轮向相反的方向移动时,TICKS数目就会减少。5. Press ENTER button,按FINISH完成标定。根据屏幕提示完成测量轮的标定。总的ticks数字除以标定距离就是单位距离内的脉冲数,保存在”NUMBER OF TICKS PER UNIT(单位距离内
29、的TICK数目)”对话框中。 标定完成后,CALIBTRATE按钮必成了START按钮,按START按钮则重新开始标定,则否点击按钮“SAVE(保存)”退出测量轮标定窗口。 重复标定测量轮几次,取一个平均值。 测量轮有方向性,分前进和后退两个方向。图14 测量参数设置对话框6. 在测量参数设置对话框(图14)内,可以选择、修改数据采集参数。对于多数测量工作来说,优化的默认参数足够用了。测量对象不同,采集参数优化就不同。点击参数1对应的下拉列表“Config Type(参数类型)”,选择测量类型。点击下拉列表“Config Type(参数类型)”,下面有各种选项,选择一种最接近的测量类型。例如扫
30、描混凝土板检测钢筋时选择“CONCRETE(混凝土)”;接着在参数2“Config Name(参数名称)”中选择天线类型;一旦选定了天线类型,后面几个共用参数(common parameters)就由采集软件自动设定。其中天线类型参数名称后面带有X标记,表示发射与接收天线与普通测量方向垂直。Config Type 测量类型;Config Name 天线型号;Number of channels 测量通道;Samp/scan 采样点数/扫描;Scans/sec 扫描/秒;DielConstant 介电常数;Scans/ft Scans/m 扫描/英尺 扫描/米;Ft/mark m/mark 英尺
31、/标记 米/标记;Auto Gain Level 自动增益级别;Transmit rate 发射率;Antenna Calibration File 天线标定文件;Transmitter 发射通道Receiver 接收通道T1/R1 发射通道1/接收通道1;一般不用选择Config Type、Config Name;测量通道Number of Channels一般选择1;采样点数(Samp/scan)一般为默认值512,利用低频天线探测深部地质构造时可以设置为1024/2048等;扫描率(scans/sec,扫描/秒),地面天线一般不超过100,空气耦合天线约200-400;根据实际情况设置介电常数(DielConstant),一般为5-8,也可以不设置;水平测点密度(Scans/m 扫描/米)表示单位距离内的测点数,一般设置为1、2、5、10、20、50、100;标记间隔(m/mark 米/标记)表示两个标记之间的距离(米数),一般为1、2、5、10;其它参数选默认值。利用测量轮测量时,设置参数顺序:Config Type 测量类型;Config Name 天线型号;Number of channels 测量通道;Transmit rate 发射率;Scans/sec
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