基于GPR的路面铺装分层和道路缺陷检测算法研究
发布时间：2020-12-21 10:30
我国城镇化发展带动了高速公路和城镇道路的建设,但一系列道路质量问题相继出现:前期施工不当带来的使用寿命短,后期运行的表面坑洞、破碎引发的乘车不适,路表面下的空洞、脱空造成路面的塌陷等,因此确保道路的正常工作已成为城市建设中的一项关键任务。探地雷达(Ground Penetrating Radar,GPR)在道路检测中扮演着重要的角色,它利用发射和接收道路分层或病害的反射电磁波判断道路表面及路基状况。本文旨在研究GPR的路面铺装分层和道路缺陷检测算法,主要研究工作包括以下三方面:首先研究了探地雷达运行机制。电磁波在道路铺装面层和基层中传播,只在分界面处发生反射与折射,使GPR数据具有稀疏性。针对电磁波在不连续介质中的传播机理,提出反射回波强度计算介质的相对介电常数。GPR探测数据处理的基本流程为:数据编辑、零时校正、去直流、数据增益、滤波、反褶积。然后,研究了道路铺装分层厚度确定算法。基于GPR道路分层检测技术已经相对成熟,但在分层厚度过小时往往不易识别回波的混叠,特别是沥青铺装层。由于GPR分辨率的限制以及两层沥青层之间的介电常数相差较小,沥青薄面层厚度的估算仍然是一个难题。针对反射系...
【文章来源】：哈尔滨工业大学黑龙江省 211工程院校 985工程院校
【文章页数】：68 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
重大路面坍塌事故因此，从以上的两点可以看出探地雷达在路面及路基检测的应用多样化[2]，
哈尔滨工业大学工程硕士学位论文-3-塌部”，该部门主要负责排查路面的空洞隐患。该单位将国内湖北武汉研制的移动测量与检测信息（MMTS）平台（如图1-2所示）同美国劳雷SIR型号探地雷达组装，可用于检测道路的平整度[12]、路表病害识别、车辙深度、坑槽及深度识别、检测路面宽度和地表以下的病害。深圳市安德空间的探地雷达处理技术比较完善，从二维的B-scan到三维C-scan，再到随时间变化的四维空间，逐步完善、利用深度学习识别探地雷达病害，做到实时结果的显示，减少人工处理雷达图谱的时间量。图1-2湖北武汉研制的移动测量与检测信息（MMTS）平台1.2.2国外探地雷达及其相关理论的发展发明阶段（1900年-1960年）、发展阶段（1960年-1980年）和成熟阶段（1980年-目前）是探地雷达发展的三阶段[13]1-2。德国科学家在研究埋地特性时发现了探地雷达专利技术。到20世纪60、70年代初，等效采样技术、亚纳秒脉冲产生技术的出现和发展，推动了探地雷达的进步。同时，探地雷达参与了美国阿波罗月球表面探测实验，促进了自身的广泛使用。1972第一个名为GeologicalSurveySystemInc.的探地雷达设备制造公司成立。GPR得到广泛的研究，是由于市政工程、考古、地质、探雷等方面的巨大需求。自20世纪90年代中期以来，每年都会有大量的研究论文发表，大大促进了探地雷达产品和数据处理技术的进步[14]2。1985年，在美国联邦道路局的支持下，车载探地雷达技术应用于高速公路的研究兴起，主要包括利用GPR对路面层厚度、路基空洞和桥梁进行检测。基于GPR的路面层厚度检测研究包括了GPR设备、检测方法及数据处理特征提取技术。Lulu[15]研究了不同工作频率的空耦探地雷达对路面分层厚度的影响，发现1GHz是最佳的工作频率；Leng等[16]采用了双空气耦合探地雷达
哈尔滨工业大学工程硕士学位论文-7-第2章GPR技术及数据处理方法2.1引言在解译探地雷达数据之前，必须先掌握探地雷达系统基本参数和数据处理方法。在本章节中先对VOTERS项目的空气耦合探地雷达、美国劳雷和俄罗斯欧克思探地雷达的一些常用参数作说明，介绍各种不同探地雷达数据格式，如何将其统一转化为MATLAB中.mat格式。然后根据探地雷达的工作机制，找出发射波形、反射波形等之间的数据特征关系。在探地雷达数据特征的基础上，提出探地雷达数据处理方法。2.2探地雷达类型介绍2.2.1VOETRS空气耦合探地雷达从VOETRS项目引进的检测车，配备有探地雷达、麦克风、胎压、摄像机等传感器。如图2-1所示，为该检测车的探地雷达装置，属于高频空气耦合探地雷达。探地雷达共有四个通道，悬挂在车辆的后方，距离地面35cm高度处，行驶过程中可覆盖整个车道。它可以联合四个通道信息，使单个通道的二维B-scan图变成该车道的三维C-scan图，包括车辆行驶水平方向，电磁波传播深度方向，车道宽度方向。图2-1VOTERS检测车的空气耦合探地雷达装置35cm40cm25cm
【参考文献】：
期刊论文
[1]基于WRELAX时延估计算法的沥青面层分层厚度检测[J]. 宋波,张金喜,薛忠军,叶盛波,张涛. 华南理工大学学报(自然科学版). 2018(11)
[2]公路结构和介电特性对探地雷达反射回波的影响研究[J]. 尹德,叶盛波,张经纬,刘晋伟,刘小军. 电子测量技术. 2018(05)
[3]探地雷达在道路结构层厚度检测中的应用[J]. 胡艳杰,余湘娟,高磊,韩学武,邢欢欢. 河北工程大学学报(自然科学版). 2017(04)
[4]基于压缩感知的雷达信号处理技术研究[J]. 刘明. 信息通信. 2017(12)
[5]基于GPRMax 2D的探地雷达图像正演模拟[J]. 余凯. 价值工程. 2016(10)
[6]车载式激光平整度仪与MMTS多功能检测系统可靠性分析[J]. 孟华君,罗语丹. 公路与汽运. 2015(01)
[7]城市道路病害检测中常见干扰源探地雷达图像特征分析[J]. 贾辉,陈昌彦,白朝旭,苏兆锋,肖敏. 工程勘察. 2012(11)
[8]Hilbert变换与小波变换在探地雷达资料处理中的应用[J]. 李枝文,宋伟,肖柏勋,胡万利,张钊. 工程地球物理学报. 2012(04)
[9]基于MATLAB的SIR3000型探地雷达数据的读取与显示[J]. 赵勇,刘兴利,李党民. 工程地球物理学报. 2009(02)
[10]基于时空域的探地雷达杂波的去除[J]. 廖立坚,杨新安,叶培旭,王瑶. 勘察科学技术. 2008(03)
硕士论文
[1]基于低秩稀疏理论的探地雷达地下空洞识别方法研究[D]. 韩银萍.太原理工大学 2019
[2]探地雷达数据波阻抗反演方法及其应用研究[D]. 刘钰.浙江大学 2018
[3]探地雷达多次波识别及压制方法研究[D]. 王玉洁.中国地质大学(北京) 2017
[4]探地雷达地下空洞目标探测研究[D]. 姜化冰.哈尔滨工业大学 2016
[5]基于自适应稀疏分解的GPR水平分层介质参数反演[D]. 陈青玉.南昌大学 2016
[6]基于堆石坝面板脱空缺陷的雷达探测技术研究与应用[D]. 张逸.湖南大学 2015
[7]基于探地雷达的刚性路面板下脱空系统识别方法[D]. 李婧琳.郑州大学 2010
[8]探地雷达在路面基层检测中的应用研究[D]. 吕小武.长沙理工大学 2008
本文编号：2929679
【文章来源】：哈尔滨工业大学黑龙江省 211工程院校 985工程院校
【文章页数】：68 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
重大路面坍塌事故因此，从以上的两点可以看出探地雷达在路面及路基检测的应用多样化[2]，
哈尔滨工业大学工程硕士学位论文-3-塌部”，该部门主要负责排查路面的空洞隐患。该单位将国内湖北武汉研制的移动测量与检测信息（MMTS）平台（如图1-2所示）同美国劳雷SIR型号探地雷达组装，可用于检测道路的平整度[12]、路表病害识别、车辙深度、坑槽及深度识别、检测路面宽度和地表以下的病害。深圳市安德空间的探地雷达处理技术比较完善，从二维的B-scan到三维C-scan，再到随时间变化的四维空间，逐步完善、利用深度学习识别探地雷达病害，做到实时结果的显示，减少人工处理雷达图谱的时间量。图1-2湖北武汉研制的移动测量与检测信息（MMTS）平台1.2.2国外探地雷达及其相关理论的发展发明阶段（1900年-1960年）、发展阶段（1960年-1980年）和成熟阶段（1980年-目前）是探地雷达发展的三阶段[13]1-2。德国科学家在研究埋地特性时发现了探地雷达专利技术。到20世纪60、70年代初，等效采样技术、亚纳秒脉冲产生技术的出现和发展，推动了探地雷达的进步。同时，探地雷达参与了美国阿波罗月球表面探测实验，促进了自身的广泛使用。1972第一个名为GeologicalSurveySystemInc.的探地雷达设备制造公司成立。GPR得到广泛的研究，是由于市政工程、考古、地质、探雷等方面的巨大需求。自20世纪90年代中期以来，每年都会有大量的研究论文发表，大大促进了探地雷达产品和数据处理技术的进步[14]2。1985年，在美国联邦道路局的支持下，车载探地雷达技术应用于高速公路的研究兴起，主要包括利用GPR对路面层厚度、路基空洞和桥梁进行检测。基于GPR的路面层厚度检测研究包括了GPR设备、检测方法及数据处理特征提取技术。Lulu[15]研究了不同工作频率的空耦探地雷达对路面分层厚度的影响，发现1GHz是最佳的工作频率；Leng等[16]采用了双空气耦合探地雷达
哈尔滨工业大学工程硕士学位论文-7-第2章GPR技术及数据处理方法2.1引言在解译探地雷达数据之前，必须先掌握探地雷达系统基本参数和数据处理方法。在本章节中先对VOTERS项目的空气耦合探地雷达、美国劳雷和俄罗斯欧克思探地雷达的一些常用参数作说明，介绍各种不同探地雷达数据格式，如何将其统一转化为MATLAB中.mat格式。然后根据探地雷达的工作机制，找出发射波形、反射波形等之间的数据特征关系。在探地雷达数据特征的基础上，提出探地雷达数据处理方法。2.2探地雷达类型介绍2.2.1VOETRS空气耦合探地雷达从VOETRS项目引进的检测车，配备有探地雷达、麦克风、胎压、摄像机等传感器。如图2-1所示，为该检测车的探地雷达装置，属于高频空气耦合探地雷达。探地雷达共有四个通道，悬挂在车辆的后方，距离地面35cm高度处，行驶过程中可覆盖整个车道。它可以联合四个通道信息，使单个通道的二维B-scan图变成该车道的三维C-scan图，包括车辆行驶水平方向，电磁波传播深度方向，车道宽度方向。图2-1VOTERS检测车的空气耦合探地雷达装置35cm40cm25cm
【参考文献】：
期刊论文
[1]基于WRELAX时延估计算法的沥青面层分层厚度检测[J]. 宋波,张金喜,薛忠军,叶盛波,张涛. 华南理工大学学报(自然科学版). 2018(11)
[2]公路结构和介电特性对探地雷达反射回波的影响研究[J]. 尹德,叶盛波,张经纬,刘晋伟,刘小军. 电子测量技术. 2018(05)
[3]探地雷达在道路结构层厚度检测中的应用[J]. 胡艳杰,余湘娟,高磊,韩学武,邢欢欢. 河北工程大学学报(自然科学版). 2017(04)
[4]基于压缩感知的雷达信号处理技术研究[J]. 刘明. 信息通信. 2017(12)
[5]基于GPRMax 2D的探地雷达图像正演模拟[J]. 余凯. 价值工程. 2016(10)
[6]车载式激光平整度仪与MMTS多功能检测系统可靠性分析[J]. 孟华君,罗语丹. 公路与汽运. 2015(01)
[7]城市道路病害检测中常见干扰源探地雷达图像特征分析[J]. 贾辉,陈昌彦,白朝旭,苏兆锋,肖敏. 工程勘察. 2012(11)
[8]Hilbert变换与小波变换在探地雷达资料处理中的应用[J]. 李枝文,宋伟,肖柏勋,胡万利,张钊. 工程地球物理学报. 2012(04)
[9]基于MATLAB的SIR3000型探地雷达数据的读取与显示[J]. 赵勇,刘兴利,李党民. 工程地球物理学报. 2009(02)
[10]基于时空域的探地雷达杂波的去除[J]. 廖立坚,杨新安,叶培旭,王瑶. 勘察科学技术. 2008(03)
硕士论文
[1]基于低秩稀疏理论的探地雷达地下空洞识别方法研究[D]. 韩银萍.太原理工大学 2019
[2]探地雷达数据波阻抗反演方法及其应用研究[D]. 刘钰.浙江大学 2018
[3]探地雷达多次波识别及压制方法研究[D]. 王玉洁.中国地质大学(北京) 2017
[4]探地雷达地下空洞目标探测研究[D]. 姜化冰.哈尔滨工业大学 2016
[5]基于自适应稀疏分解的GPR水平分层介质参数反演[D]. 陈青玉.南昌大学 2016
[6]基于堆石坝面板脱空缺陷的雷达探测技术研究与应用[D]. 张逸.湖南大学 2015
[7]基于探地雷达的刚性路面板下脱空系统识别方法[D]. 李婧琳.郑州大学 2010
[8]探地雷达在路面基层检测中的应用研究[D]. 吕小武.长沙理工大学 2008
本文编号：2929679
本文链接：https://www.wllwen.com/kejilunwen/daoluqiaoliang/2929679.html
