高永涛等：基于雷达信号特征点提取的结构物埋深估算方法 ·1805· 估算仍可取得较高的精度.在10次取不同特征点分 目标检测与定位.电子学报，2004,32(9)：1468) 析中，波速估算值基本接近实际值，估算结果波动较 8 Dolgiy A,Dolgiy A.Zolotarev V.Optimal radius estimation for 小：且当多个目标体存在时，取波速平均估算值可进一 subsurface pipes detected by ground penetrating radar//11th In- ternational Conference on Ground Penetrating Radar.Columbus, 步减小波速估算的误差. 2006 (4)对于有畸变的雷达数据，采用修正后的埋深 Ristic A V,Petrovacki D,Govedarica M.A new method to simul- 估算方法，结合波速估算值及测得的结构物双程旅时 taneously estimate the radius of a cylindrical object and the wave 近似计算结构物埋深可取得理想的结果.实验结果表 propagation velocity from GPR data.Comput Geosci,2009,35 明修正后的埋深估算方法的误差通常在5%~10%范 (8):1620. 围甚至更低，在估算精度及误差控制方面相比经验法 [10]Song L,Zhang X J,Yang W H,et al.Experimental study on 有明显优势，能够满足雷达法检测对埋深估算的精度 GPR model for artificial freezing projects.Chin Geotech Eng, 2012,34(1):115 要求 (宋雷，张小俊，杨维好，等.人工冻结工程地质雷达模型试 验研究.岩土工程学报，2012,34(1)：115) 参考文献 [11]Kong LJ,Zhou Z 0.Research on measurement of wave speed Hary MJ.Ground Penetrating Radar:Theory and Applications for sub-surface penetrating radar.Acta Electron Sin,2002,30 Beijing:Publishing House of Electronics Industry,2011 (9):1330 (HaMJ.探地雷达理论与应用.北京：电子工业出版社， (孔令讲，周正欧.浅地层探地雷达波速测量方法的研究 2011) 电子学报，2002,30(9)：1330) 2]Yang Y Q,He S H,Qi F L,et al.Simulation test of GPR non- 02] Yu JL,Wang C H.Estimation of EM wave velocity in detecting contact detection on lining of railway tunnel.Chin I Rock Mech underground target by GPR.Prog Geophys,2003,18(3):477 Eng,2011,30(9):1761 (于景兰，王春和.探地雷达探测地下目标时的波速估计 (杨艳青，贺少辉，齐法琳，等.铁路隧道衬砌地质雷达非接 地球物理学进展，2003,18(3)：477) 触检测模拟试验研究.岩石力学与工程学报，2011,30(9)： [13]Wang X J,Zhao Y L,Hu Z Q,et al.Estimation method and 1761) comparative analysis of ground penetrating radar electromagnetic B]Yang G,Liu D W.Frequency spectrum characteristic of quartz wave velocity based on different water contents.J China Coal sandstone rock mass with GPR.Chin J Eng,2015,37 (11) Sae,2013,38(Suppl1):174 1397 (王新静，赵艳玲，胡振琪，等.不同水分条件下探地雷达电 (杨光，刘敦文.石英砂岩体的地质雷达波频谱特征.工程科 磁波波速估算方法与对比分析.煤炭学报，2013,38（增刊 学学报，2015,37(11)：1397) 1):174) 4]Ni X Q,Wang Y Q,Wang G Q.Study on thickness measuring of [14]Ling T H,Zhang S.Li S R.Hilbert-Huang transform method tunnel lining-wall by geologic radar method.Mod Transp Technol, for detection signal of tunnel geological prediction using penetrat- 2006,(3):50 ing radar.Chin J Rock Mech Eng,2012,31 (7)1422 (倪修勒，王云泉，王国群.地质雷达方法检测隧道村砌厚度 (凌同华，张胜，李升冉。地质雷达隧道超前地质预报检测 研究.现代交通技术，2006，(3)：50) 信号的HHT分析法岩石力学与工程学报，2012,31(7)： [5]Kang FZ.Qi FL,He S H,et al.Application of ground penetrat- 1422) ing radar to disease detection of Kunlun Mountain Tunnel.ChinI [15]Lii G,Li N,Liu XX,et al.FDTD forward modeling of geomet- Rock Mech Eng,2010,29(2)3641 ric shape and fillings of lining defects of highway tunnel.Chin (康富中，齐法琳，贺少辉，等.地质雷达在昆仑山隧道病害 Rock Mech Eng,2014,33(7):1415 检测中的应用.岩石力学与工程学报，2010,29(2)：3641) (吕高，李宁，刘新星，等.公路隧道衬砌缺陷几何形态及填 6]Yang Y Q.He S H.Qi F L.et al.Simulation tests on GPR de- 充物DTD正演分析.岩石力学与工程学报，2014,33(7)： tection of composite linings of railway tunnels.Chin J Geotech 1415) Eng,2012,34(6):1159 [16]Zhong S,Wang C Y,Wu L X,et al.Borehole radar response (杨艳青，贺少辉，齐法琳，等.铁路隧道复合式村砌地质雷 characteristics of point unfavourable geo-bodies:forward simula- 达检测模拟试验研究.岩土工程学报，2012,34(6)：1159) tion of its surrounding rock and filling condition.Rock Soil Mech, Chen DL.Huang C L,Su Y.An integrated method of statistical 2012,33(4):1192 method and Hough transform for GPR targets detection and loca- (钟声，王川婴，吴立新，等.点头不良地质体钻孔雷达响应 tion.Acta Electron Sin,2004,32(9):1468 特征：围岩及充填效应正演分析.岩土力学，2012,33(4)： (陈德莉，黄春琳，粟毅.用统计方法和Hugh变换进行GPR 1192)高永涛等: 基于雷达信号特征点提取的结构物埋深估算方法 估算仍可取得较高的精度． 在 10 次取不同特征点分 析中，波速估算值基本接近实际值，估算结果波动较 小; 且当多个目标体存在时，取波速平均估算值可进一 步减小波速估算的误差． ( 4) 对于有畸变的雷达数据，采用修正后的埋深 估算方法，结合波速估算值及测得的结构物双程旅时 近似计算结构物埋深可取得理想的结果． 实验结果表 明修正后的埋深估算方法的误差通常在 5% ～ 10% 范 围甚至更低，在估算精度及误差控制方面相比经验法 有明显优势，能够满足雷达法检测对埋深估算的精度 要求． 参 考 文 献 ［1］ Harry M J． Ground Penetrating Ｒadar: Theory and Applications． Beijing: Publishing House of Electronics Industry，2011 ( Harry M J． 探地雷达理论与应用． 北京: 电子工业出版社， 2011) ［2］ Yang Y Q，He S H，Qi F L，et al． Simulation test of GPＲ non￾contact detection on lining of railway tunnel． Chin J Ｒock Mech Eng，2011，30( 9) : 1761 ( 杨艳青，贺少辉，齐法琳，等． 铁路隧道衬砌地质雷达非接 触检测模拟试验研究． 岩石力学与工程学报，2011，30( 9) : 1761) ［3］ Yang G，Liu D W． Frequency spectrum characteristic of quartz sandstone rock mass with GPＲ． Chin J Eng，2015，37 ( 11 ) : 1397 ( 杨光，刘敦文． 石英砂岩体的地质雷达波频谱特征． 工程科 学学报，2015，37( 11) : 1397) ［4］ Ni X Q，Wang Y Q，Wang G Q． Study on thickness measuring of tunnel lining-wall by geologic radar method． Mod Transp Technol， 2006，( 3) : 50 ( 倪修勤，王云泉，王国群． 地质雷达方法检测隧道衬砌厚度 研究． 现代交通技术，2006，( 3) : 50) ［5］ Kang F Z，Qi F L，He S H，et al． Application of ground penetrat￾ing radar to disease detection of Kunlun Mountain Tunnel． Chin J Ｒock Mech Eng，2010，29( 2) : 3641 ( 康富中，齐法琳，贺少辉，等． 地质雷达在昆仑山隧道病害 检测中的应用． 岩石力学与工程学报，2010，29( 2) : 3641) ［6］ Yang Y Q，He S H，Qi F L，et al． Simulation tests on GPＲ de￾tection of composite linings of railway tunnels． Chin J Geotech Eng，2012，34( 6) : 1159 ( 杨艳青，贺少辉，齐法琳，等． 铁路隧道复合式衬砌地质雷 达检测模拟试验研究． 岩土工程学报，2012，34( 6) : 1159) ［7］ Chen D L，Huang C L，Su Y． An integrated method of statistical method and Hough transform for GPＲ targets detection and loca￾tion． Acta Electron Sin，2004，32( 9) : 1468 ( 陈德莉，黄春琳，粟毅． 用统计方法和 Hough 变换进行 GPＲ 目标检测与定位． 电子学报，2004，32( 9) : 1468) ［8］ Dolgiy A，Dolgiy A，Zolotarev V． Optimal radius estimation for subsurface pipes detected by ground penetrating radar / / 11th In￾ternational Conference on Ground Penetrating Ｒadar． Columbus， 2006 ［9］ Ｒistic A V，Petrovacki D，Govedarica M． A new method to simul￾taneously estimate the radius of a cylindrical object and the wave propagation velocity from GPＲ data． Comput Geosci，2009，35 ( 8) : 1620． ［10］ Song L，Zhang X J，Yang W H，et al． Experimental study on GPＲ model for artificial freezing projects． Chin J Geotech Eng， 2012，34( 1) : 115 ( 宋雷，张小俊，杨维好，等． 人工冻结工程地质雷达模型试 验研究． 岩土工程学报，2012，34( 1) : 115) ［11］ Kong L J，Zhou Z O． Ｒesearch on measurement of wave speed for sub-surface penetrating radar． Acta Electron Sin，2002，30 ( 9) : 1330 ( 孔令讲，周正欧． 浅地层探地雷达波速测量方法的研究． 电子学报，2002，30( 9) : 1330) ［12］ Yu J L，Wang C H． Estimation of EM wave velocity in detecting underground target by GPＲ． Prog Geophys，2003，18( 3) : 477 ( 于景兰，王春和． 探地雷达探测地下目标时的波速估计． 地球物理学进展，2003，18( 3) : 477) ［13］ Wang X J，Zhao Y L，Hu Z Q，et al． Estimation method and comparative analysis of ground penetrating radar electromagnetic wave velocity based on different water contents． J China Coal Soc，2013，38( Suppl 1) : 174 ( 王新静，赵艳玲，胡振琪，等． 不同水分条件下探地雷达电 磁波波速估算方法与对比分析． 煤炭学报，2013，38( 增刊 1) : 174) ［14］ Ling T H，Zhang S，Li S Ｒ． Hilbert--Huang transform method for detection signal of tunnel geological prediction using penetrat￾ing radar． Chin J Ｒock Mech Eng，2012，31( 7) : 1422 ( 凌同华，张胜，李升冉． 地质雷达隧道超前地质预报检测 信号的 HHT 分析法． 岩石力学与工程学报，2012，31 ( 7) : 1422) ［15］ Lü G，Li N，Liu X X，et al． FDTD forward modeling of geomet￾ric shape and fillings of lining defects of highway tunnel． Chin J Ｒock Mech Eng，2014，33( 7) : 1415 ( 吕高，李宁，刘新星，等． 公路隧道衬砌缺陷几何形态及填 充物 FDTD 正演分析． 岩石力学与工程学报，2014，33( 7) : 1415) ［16］ Zhong S，Wang C Y，Wu L X，et al． Borehole radar response characteristics of point unfavourable geo-bodies: forward simula￾tion of its surrounding rock and filling condition． Ｒock Soil Mech， 2012，33( 4) : 1192 ( 钟声，王川婴，吴立新，等． 点头不良地质体钻孔雷达响应 特征: 围岩及充填效应正演分析． 岩土力学，2012，33( 4) : 1192) ·1805·