三维探地雷达检测技术在城市道路检测中的应用与探讨
三维探地雷达检测技术在城市道路检测中的应用与探讨
随着城市化进程的加快，道路病害问题日益突出。传统的检测方法往往存在效率低、破坏性大等缺点。而三维探地雷达检测技术作为一种新型无损探测技术，能够对道路内部进行全面深入地检查，及时发现传统方法难以察觉的病害，有效排查道路路基隐患，达到提前发现、提前处置、提前预警的目标，避免因道路潜在问题导致的事故发生。本文主要介绍三维探地雷达检测技术在城市道路检测中的应用与探讨。
技术原理
探地雷达（简称GPR）是一种新型无损探测技术，它将高频电磁波以宽频带短脉冲的形式由地面通过发射天线送入地下介质中，经地下目标体的反射后回到地表面，由接收天线接收回波信号，最后被送至控制器显示判读，三维探地雷达工作原理示意图如图1所示。
图1 探地雷达工作原理示意图
电磁波在介质面的折射与反射特征，由折射系数T和反射系数R表示。对于非磁性介质，电磁波垂直入射时，可由式（1）和（2）表示，其中ε1、ε2分别为上下介质的介电常数。电磁波在介质中传播时，其路径、电磁场强度以及波形所通过的介质的电性性质随物性体界面几何形态而变化，根据接收反射回波的双程走时、幅度、相位等信息，形成地下结构各方向的三维切片图，通过对三维数据及图像的分析，能够对地下结构内部的异常位置、形态及危害程度进行判别。
技术应用形式
三维探地雷达检测技术在城市道路检测中的应用主要形式为地下病害体探测、道路结构缺陷检测及路面结构层厚度检测。
道路地下病害体检测
道路空洞、脱空为常见的道路地下病害体，道路下的空洞可能导致路面塌陷和车辆损坏。三维探地雷达可以识别空洞的大小、位置和深度，有助于及时修复并防止潜在的安全隐患。
道路结构缺陷检测
当道路填料的压实度较低，且施工时各区域的道路压实度有差异时，易造成道路结构松散，影响行车安全和道路的使用寿命。三维探地雷达可以识别结构松散处空气与结构层的电性差异，来判断松散的位置。
路面结构层厚度检测
路面结构层厚度检测是控制道路的质量重要工作。三维探地雷达可以克服传统钻孔测厚对道路的损坏问题，实现对路面厚度的快速智能提取。
应用优势
非侵入式检测，精准高效
与传统的地下检测方法相比，三维探地雷达具有以下优势：
- 无需挖掘或破坏地面，非侵入式检测，可以在不影响交通和环境的情况下进行检测。
- 高分辨率与精准性，成果直观。三维探地雷达检测技术利用电磁波在不同介质中的传播特性，能够准确捕捉道路结构内部的细微变化。通过对雷达数据的精细处理与分析，可以有效识别出道路内部的空洞、不均匀沉降等隐蔽病害，提高了道路病害检测的精度。该技术的突出优势为数据采集速度快、探测效率高、数据精度高以及探测成果具象化。能够提供详细且精确的地下图像，有助于准确识别病害类型和位置。同时探测成果采用GPS轨迹和三维切片显示。三维探地雷达探测成果可进行三维多剖面显示，以多角度、不同方向展现勘探成果，成果直观。
- 数据采集速度快、效率高。三维探地雷达一体化、集成化程度高，安装结构简单，采集速度快，在道路条件允许的情况下，三维探地雷达设备可按正常车速进行检测，数据采集效率高。
- 功能多样性，可用于检测不同类型的地下病害，如裂缝、空洞等。
降低道路维护与维修成本
三维探地雷达检测技术具有定位精准、抗干扰能力强、数据获取快速等特点，能够准确快速地识别出病害的位置与程度。与传统检测方法相比，可减少不必要的道路破坏，从而降低道路的维修成本。此外，探地雷达的非接触无损检测方式降低了传统检测方法造成道路破坏的后期维护费用，缩短了道路封闭的时间，降低了因道路检测导致的交通拥堵成本。从长远来看，这种技术在保证道路安全的同时，也有助于提升城市的运营效率，降低总体维护与维修成本。
应用瓶颈
检测技术实施存在一定的难度
三维探地雷达检测技术除前期的道路检测数据采集外，还需对采集的数据进行大量的后期处理分析，涉及操作精密仪器设备与复杂的处理软件，确保检测结果的准确性与可靠性。如检测人员经验及技术不足，可能导致检测结果的偏差，主要表现在：
- 缺乏对检测技术的深入了解。
- 操作经验不足，无法准确判断与处理复杂的检测情况。
- 数据处理分析能力有限，无法从大量的雷达数据中提取有效的信息。
因此，需要对检测技术人员进行专业培训，提高其技能水平与对新技术的掌握能力。同时，建立健全的质量控制体系，对检测过程进行严格的监督与管理。
提高抵抗环境因素干扰性能
在实际应用中，探地雷达在接收有效信号的同时，也不可避免地接收到各种干扰信号，如井盖、金属栅栏、车辆、管线、变电室等干扰波。此外，路面湿度、温度以及电磁干扰等因素也可能对检测结果产生影响，在分析中要加以辨别和确认。因此，后续需要对三维探地雷达进行环境适应性改进。
全面加强技术研发与创新
- 硬件升级。三维探地雷达利用高频电磁波进行探测，通过对反射回来的信号进行处理与分析，能够准确获取道路结构的信息。为了提高检测的精度与范围，需不断优化雷达的硬件设备，提升其发射与接收的效率。
- 算法优化与软件更新。在数据处理方面，算法的优化能够显著提高三维探地雷达的检测效果。通过研究先进的信号处理与图像解析算法，可以增强雷达对不同道路材料的分辨能力，从而提高检测结果的准确性。同时，软件的更新应与硬件升级相匹配，提升整体系统的运行效率。
- 智能化与自动化更新。随着人工智能与机器学习技术的发展，三维探地雷达在城市道路检测中的应用后续将通过引入路基病害大模型人工智能技术，不仅可以减少人为因素的干扰，提高检测的准确性和客观性，还能实现实时监测与分析，提升病害识别处理效率，为道路维护提供及时的数据支持。
三维探地雷达检测技术能够检测出城市道路存在安全隐患，保障了行人和车辆的出行安全。三维探地雷达的应用有助于推动城市道路智慧化管理水平的提升，通过实时、准确地掌握道路的健康状况，管养维护单位可以及时进行修复、精准制定道路维护和管理策略，提升道路的使用性能和寿命。随着三维技术的不断发展与成熟以及检测技术人员的水平提升，该项技术在城市道路检测中的应用，将有更广泛的应用前景，将引领城市道路病害检测行业技术的整体发展。