地下管线探地雷达二维正演模拟（论文）.pdf

· 107 · 管线测量可分为明显管线调查与隐蔽管线探查，隐蔽管 线探查是管线测量的难点，本文主要对隐蔽管线的探查展开 研究。 隐蔽管线是指埋藏于地面下的管线，不能直接观察和判 断其位置，工程中对这类管线主要采用仪器来探测其深度及 地表坐标。 其中管线探测仪和探地雷达这两种仪器最为常用，管线 探测仪对金属管线探测灵敏，对其他材质的管线有所欠缺， 探地雷达既可探测金属管线，也可探测非金属管线。 在隐蔽探测过程中，外界因素也会影响探测精度，这也 加大了探测难度。二维正演模拟探测波的特点对克服这些因 素有重大意义。 1 基本原理 1.1 p "?]?P 8 探地雷达与其他地球物理勘探方法有所不同，探地雷达 反射遵循斯奈尔定律，利用超高频脉冲电磁波作为探测手段， 首先由发射天线向地下发射电磁波，电磁波在地下传播的过 程中，遇到地层界面、地下管线、公路病害等电磁阻抗产生 变化的情况时，电磁波发生反射，由接收天线接收反射波。 1.2 ??f f ??? 依据工程要求，建立相应管线模型，运用时域有限差分 法编程软件进行模拟计算，采用 GprMax2D 2.0正演软件，该 软件采用时域有限差分法原理处理赋值名为 in的文件，输出 赋值名为 Geo和Out 的文件作为原始数据。 2 均匀介质中不同半径管线模型 2.1 f?? K0???" 研究隐蔽管线二维正演图像规律和特点，建立 1.2 m × 1.2 m的土地模型，自信号接收段量取相距 35 cm，壁厚为直径 0.2倍的空心混凝土管，模型介质设置为混凝土、土壤、水、大气， 相对介电常数依次为 6.0、9.0、8.0、1.0。信号天线频率 0.9 kHz， 时窗长度为12 ns，探测点与表层土壤相距 5 cm，自15 cm处探 测，测点间距 0.8 cm，测点数目 100。 设置模型中管线埋深 0.5 m，研究相同介质中不同半径探 地雷达二维正演图像特点中其余的参数变化，管线的半径为 0.05~0.25 m，建立半径为 0.05 m，0.15 m，0.25 m的管线模型。 2.2 ??f f ?N? ? 图1为半径 0.05 m管线模型的二维正演图像，由图 1可 知半径 0.05 m的时宽接近 8.2 ns，采样点数约为 1 310，图1中 可观察到强烈的双曲线反射信号，在双曲线周围产生了变形， 且出现了多次反射，在曲线下方可以观察到一些不易显见的 散点聚集。 0 2 4 6 8 10 0 510 152025 3035 道号 40 4550 时间t /ns Ex分量 图1 半径0.05 m管线二维正演图像（计算机截图） 图2为半径 0.15 m管线模型的二维正演图像，由图 2可知 半径 0.15 m 的时宽接近 4.4 ns，采样点数约为 750，在图2中很 容易观察到一条双曲线分布，下方一条较暗曲线光色已经暗 化到接近无。 这是由于发生了一连串的反射现象，故在曲线周围产生 了一些变形，在下方可观察到一些不易显见的散点聚集，在 上方曲线的最上部，有一条不明显的双曲线浮现出来。 图 3为半径 0.25 m管线模型的二维正演图像，由图 3可知 半径 0.25 m 的时宽接近 1.4 ns，采样点数约为 200，在图3中 很容易看到一条分两部分分布的双曲线，在图像上方存在一 条比较明显的双曲线，但下方双曲线由暗淡逐渐向明亮过渡， ［摘 要］ p ???????? h/ ?$， y? p ???健?，s健?? ??劳? p "???凹?? ??天N。 ??7???n? ，??? K? ?E 、又? 、丹发g仕健? f? ，凹???f f ? ，? \ p "? ?t??健 ? p ，?众健D <基"?健?又?，天N??仍?健?仕 p "?字午?。 ［关键词］ p "? ；??健? ；丹发g ；??f ［中图分类号］ TU 990.3bbbbb ［文献标志码］ Abbbbb ［文章编号］ 1001–523X（2020）23–0107–02 Two -dimensional Forward Simulation of Underground Pipeline Ground Penetrating Radar Jia Yin-hu，Feng Jian-jie ，Zhu Shi-run，Wu Feng ［Abstract ］Detecting concealed pipelines is a difficult point in pipeline measurement. In order to accurately detect concealed pipelines，it is necessary to systematically study the response of the ground penetrating radar under different conditions. Based on the finite-difference time-domain method， pipeline models with different diameters，burial depths，and fullness were established respectively，and a two-dimensional forward simulation was carried out， indicating that the ground penetrating radar can be used for concealed pipeline detection，and the horizontal position of the pipe top and the pipeline burial depth. The results of the research can be used to guide the interpretation of the data of the bottom-line radar of underground pipelines. ［Keywords ］ground penetrating radar；hidden pipeline ；fullness ；two-dimensional forward modeling 地下管线探地雷达二维正演模拟 贾银虎，冯