地质雷达结合测绘技术.doc

地质雷达结合测绘技术在管线探测中的应用
周磊
(天津市测绘院，天津市西青区李七庄津涞公路,300381)
摘要：介绍在管线探测及后期成果处理过程中，利用测绘行业中的定位技术及相关测绘软件，使地质雷达的探测成果满足管网信息标准所采取的一些措施。探索在生产中结合测绘及物探技术的可能，在一定程度上提高了管线成果的制作效率。
随着材料技术的进步，人们越来越多的采用塑料代替金属作为管线材质，这对以往通过接收金属管线经激发产生的二次磁场来判断管线位置的传统探测方法是个挑战，有必要通过改变管线的探测原理和多种探测方法联合作业的方法来提高管线探测成果的准确性及效率。地质雷达技术早在上世纪90年代便已成熟，但碍于其对专业性的高要求和缺少有效结合途径而迟迟没能在测绘行业得到广泛应用。
本文以天津市管网信息中心的管线成果标准为例，在使用地质雷达进行管线探测过程中，利用VRS-GPS网络虚拟参考站技术辅助定位，后期利用成熟的波形处理技术及ARCMAP、CAD等测绘软件对探测成果进行有效处理以达到管线探测行业要求，完成这二者之间的结合。
1．地质雷达的工作原理和方法
探地雷达方法是一种采用短脉冲宽带高频电磁波信号检测地下介质分布的新技术。该方法通过天线连续拖动的方式向地下发射高频电磁波，电磁波信号在地下介质内部传播时遇到不同介质的界面时，就会反射、透射。介质的介电常数差异越大，反射的电磁波能量也越大；反射的电磁波被与发射天线同步移动的接收天线接收后，通过雷达主机精确记录反射回的电磁波的运动特征，获得地下介质的断面扫描图像，通过对扫描图像进行处理和解译，达到识别地下目标物的目的（见图2.1）。

数据采集
雷达图
双曲线

当满足下面条件时，隐蔽物可由雷达探出：
- 在天线信号范围之内
- 信噪比适当
雷达可测量信号到达目标的传
输时间，利用估算的传播速率
计算出目标的距离

图2.1 探地雷达工作原理示意图
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地下反射波的时间差ΔT，即可据下式算出地下异常的埋藏深度H：
(1)
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
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。
2.现场探测步骤
以道路管线探测为例，根据甲方或管网部门提供的资料及现场实际情况，如井盖、消火栓、管线上杆等的数量及位置，对工作量进行估算，据此进行测线布置，如图2.1所示，从道路横断、纵断两个方向布置测线，形成测线网。
图2.1 测线布置示意图
对管线较多且走向较复杂的区域，应适量增加测线数量及密度。通常情况下，管线除了过路需要，都是沿道路走向埋设，所以横向沿线的布设需要多一些、密一些。测线网的分布及疏密程度将直接影响管线探测成果的精度，在拿不准的情况下要通过打开井盖进行观察及第一手资料分析做出测线位置及密度的安排。
当使用地质雷达对道路的每个车道进行探测时，对测线起止位置分别使用RTK进行定位，这样做的目的将在下一节详细阐述。在一些不方便布设测线但有井位且管线埋设关系比较明显的位置可以直接用RTK采点，然后对这些采集点内业集中处理。这样就得到了测线的位置数据及地质雷达的探测数据，这些构成后面处理的起算数据。
3.外业数据的处理及管网图形的制作
通过各类管线在测线上的相对位置以及测线起止点的绝对坐标，可以容易得出各条管线在测线上所经过的平面绝对坐标，然后把众多测线上各条管线所经过的测点连接起来，便可以绘制出管线的实际走向。根据地质雷达波形处理软件的分析，可以得出测线上各特征点的埋深信息，这样便得到了每条管线的走向及管线上特征点的空间信息，接下来便可依照管网中心要求制作管线现状图及生成标准格式的数据库文件。
如今有些地质雷达采用了天线阵技术，即可以得到探测目标物的三维尺寸及空间位置，如意大利RIS雷达，其配套的结构分析软件IDSGRED/IN/ROAD能够得出测区内管线的相对空间及平面分布图，这时我们可以利用ARCGIS的校准工具georeferencing，把管线分布图中特征管点的坐标，如某个测线或测段中三通的坐标，把其看成控制点执行“Add Control Points”的命令，最后执行“Rectify”将图片以“tif”格式输出，此时便得到一组已经完成配比且有坐标等信息的图片文件。接下来把图片插入到Cad中，根据图片上的管线走向根据管网中心要求直接完成管线图制作。
为了说明问题，我们对一条主干道上作了一组实验，将部分特征点利用传统方法得出的坐标结果与利用地质雷达与测绘技术相结合的方法得出的坐标结果相比较，如表3.1所示，坐标均在1990年天津市直角坐标系下：
点号
传统探测坐标
地质雷达探测坐标
X较差
Y较差
平面差
x
y
y’
y’

1
308804.150
93257.520
308804.190
93257.460
-0.040
0.060
0.072
2
308802.800
93256.390
308802.760
93256.360
0.040
0.030
0.050
3
308803.690
93252.330
308803.770
93252.310
-0.080
0.020
0.082
4
308804.200
93249.780
308804.260
93249.785
-0.060
-0.050
0.078
5
308794.740
93253.360
308794.690
93253.340
0.050
0.020
0.054
6
308750.600
93273.320
308750.640
93273.300
-0.040
0.020
0.045
表3.1管线特征点在传统物探方法下与地质雷达方法下坐标对比表
4.结论
通过地质雷达与测绘技术的结合，不必再在现场用油漆标记特征点，也不必在后期用全站仪采集数据，这样就避免了采集过程中物探点的遗漏，地质雷达沿着测线走一遍便完成了管线的探测和采集，大幅度的提高了管线探测、数据采集的效率，从技术上实现管线位置探测、采集一体化。后期管线制图基本可以依赖AUTOCAD和Arcgis完成绝大部分工程，方便快捷。但是，由于地下情况比较复杂，再加上外界环境嘈杂，干扰比较多，完全依赖波形处理软件难免会有错误，后期要多参照甲方或管网部门提供的第一手资料，认真分析，实在拿不准的地方也可以与传统探测方法相综合、打井观察等多种手段相结合的方式，确保探测结果的准确性。
参考资料
［1］ 张胜业、潘玉玲。应用地球物理学原理[M]. 武汉：中国地质大学出版社，2004.
［2］ 王玉珏、吴有信。地质雷达在工程勘察中的应用[J]. 西部探矿工程，2005，11：107-109.
[ 3 ] 李大心。地质雷达方法与应用[M].北京：地质出版社，1994.

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