隧道地质雷达检测及数据处理课件

隧道地质雷达检测及数据处理E-MAIL:[e-mail]中铁西北科学研究院有限公司工程检测中心高级工程师硕士研究生（结构检测方向）主要从事隧道地质雷达检测、超前预报、监控量测等工作中国中铁第一期铁路隧道衬砌质量检测技术培训TEL：18919859523讲解人：董嘉课程目录Ø地质雷达现场检测操作步骤Ø地质雷达参数设置及注意事项Ø地质雷达数据处理一、地质雷达现场检测1.1检测目的1.2雷达天线的选取1.3测线位置与距离标记1.4介电常数标定1.5雷达数据采集1.6环境干扰及各类异常的记录1.1检测的目的Ø衬砌厚度Ø钢筋间距、钢筋层数Ø钢拱架间距Ø衬砌背后脱空、空洞、不密实Ø保护层厚度1.2雷达天线的选取根据测试目标体的不同，合理的选取雷达天线。地质雷达探测目标体能力四个相关因素为：目标体的尺寸、性质能量在传播过程中的损失发射功率天线的中心频率地质雷达天线和应用1.3测线位置与距离标记现场检测测线布置原则按照《铁路隧道衬砌质量无损检测规程》（TB10223-2004）要求：隧道施工过程中质量检测以纵向布线为主，横向布线为辅。纵向布线的位置应在隧道拱顶、左右拱腰、左右边墙和隧底各布1条；横向布线可按检测内容和要求布设线距，一般情况线距8~12m；采用点测时每断面不少于6个点。检测中发现不合格地段应加密测线或测点。备注：双线隧道隧底需布设2条测线，分别布设在左右线路中线位置。雷达测线布置示意图单线隧道双线隧道1.4介电常数的标定按照《铁路隧道衬砌质量无损检测规程》（TB10223-2004）要求：地质雷达检测隧道前应对衬砌混凝土的介电常数或电磁波速做现场标定，且每座隧道应不少于1处，每处实测不少于3次，取平均值为该隧道的介电常数或电磁波速。当隧道长度大于3km、衬砌材料或含水量变化较大时，应适当增加标定点数。标定方法在已知厚度部位或材料与隧道相同的其他预制件上测量在洞口或洞内避车洞处使用双天线直达波法测量钻孔实测①已知厚度部位测量①已知厚度部位测量②双天线直达波法测量221Hh+x222Hh+x+xrcvtHv222221rc(t-t)4xx+2x备注：t1、t2分别为雷达电磁波第一次、第二次双程走时。③钻孔实测介电常数计算公式标定介电常数注意事项标定目标体的厚度一般不小于15cm，且厚度己知；标定记录中界面反射信号应清晰、准确。确定介电常数1.5雷达数据采集隧道检测高空作业车雷达数据采集作业车装载机铲抖焊接隧道检测台架雷达数据采集1、人员配置：检测单位2～3人，负责仪器操作、里程标记提示（不使用测距轮时）、指挥检测车辆；施工单位4～5人，负责检测车辆驾驶、雷达天线托举、照明等相关事项。2、隧道检测工程师负责仪器设备操作及原始数据记录，检测时需保持不间断观察仪器显示屏，当采集出现异常情况时，必须第一时间喊停，调试正常后方可继续采集。3、里程标记提示人员要确保雷达天线与里程标记断面重合时迅速提示。避免提前、推迟或漏报，导致缺陷判识里程与实际产生较大偏差，无法准确找到缺陷准确位置。雷达数据采集4、单个雷达数据采集文件不宜过大，建议300m左右保存一次数据。5、同一测线分段采集时需进行搭接，相邻测量段搭接长度不应小于1m。6、检测过程中的天线移动需保持密贴、平稳、均匀。切记移动速度不可忽快忽慢，会导致数据归一化后，雷达图谱被压缩或拉长，图像产生变形。7、检测前需对所有参与检测人员进行检测安全技术交底，高空作业人员必须佩戴安全带、安全帽。1.6环境干扰及各类异常的记录电缆线干扰堆积的金属物干扰照明设备干扰天线离开混凝土表面障碍导致的无法采集部位洞室位置天线接触不良天线离开衬砌表面、洞室雷达图谱天线接口异常雷达图谱隧道照明设备对雷达干扰图谱经过衬砌表面电缆线雷达图谱二、地质雷达参数设置及注意事项2.1采集参数2.2回放参数2.3输出参数2.4系统参数2.5参数设置注意事项SIR-3000主界面参数设置SIR-3000参数设置有4大菜单：采集COLLECT回放PLAYBACK输出OUTPUT系统SYSTEM1、采集菜单雷达Radar雷达Radar菜单下有四个子菜单选项：GSSI、T_RATE、MODE和GPS。1、天线型号GSSIAntenna:利用该菜单查看并选择所用天线的中心频率。利用SYSTEM-SETUP-RECALL调用厂家预设参数后，SIR-3000雷达系统自动完成天线频率的选择工作。2、天线发射率T_RATE：T_RATE是天线发射率，单位KHz。发射率越高，数据采集的速度越快。3、测量方式Mode：有三种测量方式，time（连续测量、自由测量）、distance（测量轮控制测量、距离测量）、point（点测）。4、全球定位系统GPS：GPS有三个选项：NONEG30LCUSTOM。一般情况下GPS参数为NONE，表示关闭GPS选项。扫描SCAN扫描菜单下有六个子菜单：SAMPLES（采样点数）、FORMAT（格式、数据位数）、RANGE（时间窗口、量程、范围）、DIEL（介电常数）、RATE（SCANS/SECOND,扫描率、每秒钟的扫描数）、SCN/UNIT（单位距离内的扫描数）。1、采样点数SAMPLES：每根扫描曲线是由一组数据点组成，数据点的多少称为采样点数（samples），采样点数越多，扫描曲线越光滑，垂直分辨率越好。2、格式FORMAT：每个采样点对应一定的采样值，采样值的存储位数（格式）可以是8位（bit）或16位。16位具有较大的动态范围，因而在大多数情况下推荐选择16位存储数据。扫描SCAN3、时间窗口、量程、范围RANGE：range为时间窗口，地质雷达系统记录电磁波反射信号的长度。时间窗口与地质雷达信号的探测深度有直接关系，时间窗口越大则记录的电磁波时间序列越长，表示记录的反射信号对应的地层界面越深。注意：①记录长度是电磁波在地下介质传播的双程时间。②时间窗口越大，采样点数也就要求越大。4、介电常数DIEL（dielectricconstant）：介质（材料）的介电常数，基本上反映了雷达电磁波在地下介质中的传播速度。5、扫描率RATE（SCANS/SECOND,每秒钟时间内的扫描数）：该值是地质雷达系统每秒钟记录在系统内存RAM中的扫描数。6、SCN/UNIT（扫描数/单位距离）：每单位水平距离内的扫描数、测点数。增益GAIN地质雷达发射的电磁波在介质中传播过程中，在电性（介电常数）分界面上会发生发射，有一部分电磁波继续向下传播，传播过程中电磁波能量会被介质吸收。随着深度的增加，电磁波能量减弱，信号幅度相应地减小，不利于信号识别和辨认。为了能更好地识别信号特征，采用增益（gain）函数来提高信号的幅度，使得信号的细微变化更容易显示和识别。增益菜单有两个选项：1、自动增益设置：在天线所在位置上自动调整增益函数大小，使得信号振动幅度大小合适，便于检测人员识别探测资料。2、手动增益设置：可以改变增益点数多少、并且可以调整各增益点的函数大小，进而调整信号强度。增益GAIN在整个扫描窗口内，增益点数需分布均匀，即以等间隔的方式分布各增益点。选取增益点数，然后可以手动调整各增益点对应的函数大小。在某个增益点上增益函数不能设置太大，否则就会人为地增大扫描曲线信号，在扫描剖面上就会人为地产生地层分界面。设置太小，信号幅度相应地减小，不利于信号识别和辨认。所以需按衬砌结构类型（譬如：二衬有钢筋、二衬无钢筋、初支有拱架、初支无拱架等）调整信号增益，要便于识别整个剖面目标信息。增益GAIN增益GAIN增益GAIN增益GAIN增益GAIN信号位置POSITION利用该菜单来寻找并设置时间零点位置，即扫描的起点，也称首播设置。1、手动/自动Manual/Auto：可以选择手动Manual、自动Auto功能来设置参数，由手动切换到自动调节时，地质雷达就会重新利用自动伺服系统调节该参数。2、延时Offset：调节延时参数时，需要调出完整的直达波信号。3、地表面Surface：该值设置为整个扫描时间窗口的百分比数，自动寻找合适的地表面反射，往往是在直达波第一个正波峰的附近信号位置POSITIONsurface=2ns/15ns=13.33%信号位置POSITION天线首播确认滤波器FILTERS该菜单可以为采集资料设置滤波器，去除干扰、平滑噪音。根据天线型号选择滤波器，如低通、高通参数。•LP_IIR（低通-无限脉冲响应滤波器）•HP_IIR（高通-无限脉冲响应滤波器）•LP_FIR（低通-有限脉冲响应滤波器）•HP_FIR（高通-有限脉冲响应滤波器）•STACKING（叠加）•BGR_REMOVAL（背景去除）滤波器FILTERS1、低通滤波参数：一般为天线中心频率的2倍。2、高通滤波参数：般为天线中心频率的1/4。3、叠加：水平方向上的IIR滤波器，增强界面信号特征，一般选3。4、对于多数测量，建议采用滑动平均滤波，消除空间随机噪音。尤其是对于深部探测，电磁波衰减厉害，信噪比降低，通过平均可以提高数据质量。如果叠加次数非常高，就会把探测资料中的高频目标体全都滤除，从而在探测资料中缺失了一部分信息。5、对于特殊测量，可以考虑用水平背景去除。滤波器FILTERS滤波器FILTERS2、回放菜单PLAYBACKMenu如果要浏览已采集的文件，点击回放功能键（Playbackfunction），则弹出一个包含记录文件列表的对话框。如果选择单个文件，系统会重复回放该文件；如果选择多个文件，系统将按照文件的顺序依次回放各个文件。3、输出菜单OUTPUTMenu显示DISPLAY菜单可以提高探测资料的显示效果。具体有4个参数。1、线扫描模式LINE：扫描图像有两种显示方式：线扫描、示波器模式。地质雷达资料显示一般采用线扫描方式。2、颜色表C_TABLE:选择厂家预设的颜色表来显示数据，有灰度图、彩色图。采用不同的颜色有助于你发现资料的不同特征。有5个颜色表可供选择。3、颜色变换表C_XFORM：选择了合适的颜色表后，利用颜色变换表C_XFORM改变各颜色所占的比例，采用不同颜色表示信号振幅大小。4、GAIN（增益）:显示增益。每个扫描线内所有采样点的样值（振幅值）直接乘以一个常数，整个探测剖面振幅值整体放大或者缩小。输出菜单OUTPUTMenu数据传输有4个子菜单：PC（个人计算机）,FLASH（闪存卡）,HD(harddrive)（U盘、移动硬盘）,DELETE（删除文件）。利用PC、FLASH、HD选项把数据文件从地质雷达系统主机传输到个人计算机、闪存卡、U盘、硬盘。DELETE选项为直接从主机上删除数据。注意：往U盘传输数据时，U盘需设置为FAT32格式。4、系统菜单SYSTEM单位Units1、深度和水平距离单位：英制或米制2、VSCALE（垂直比例刻度）下，可以选择用深度depth或时间time来显示，时间time记录并显示的是电磁波在地下传播的双程时间，单位（ns）。单位Units设置Setup1、调用利用菜单系统—设置—调用（SYSTEMSETUPRECALL）命令可以调用厂家预设的参数表信息、先前用户保存的设置参数。2、保存利用菜单系统—设置—保存（SYSTEMSETUPSAVE）来保存目前所用的数据采集参数表。设置Setup调用900M天线步骤路径Path数据文件保存路径/文件夹有两种：公共文件夹、用户自定义文件夹。1、公共文件夹中的每个文件以FILE加数字的形式命名。例如第一个文件命名为FILE001，第二个为FILE002等等。2、用户自定义文件夹允许用户设置文件夹和文件名。根据测区名称设置文件夹，系统在采集资料时自动设置文件名，导出文件后不用修改文件名。背景灯Backlight背景灯表示屏幕亮度，变化范围1-4，4表示最亮。屏幕越暗越省电，电池使用时间越长。日期/时间Date/Time设置系统日期和时间，这些信息会保存在系统中；关闭系统或去掉电池，系统的日期和时间信息不会丢失。测量时间信息