396 工程科学学报，第42卷，第3期 200 (a) 200 (b) 200 (c) ZHW/Xouanbaid 50 150 100 100 50 0 0 0 200 400 600 200 400 600 200 400 600 Time/ns Time/ns Time/ns 图8颜率异常干扰消除前后单道波广义S变换时频分布.()常规方法：(b)剪切变换：(c)小波变换 Fig.8 Generalized S transform(GST)spectrogram of GPR A-scan before and after eliminating the interference:(a)conventional method;(b)shearlet; (c)wavelet 随机干扰具有频率随机分布、波形杂乱的特点，而 5 实际工程案例 频率异常干扰往往具有某些特定频率特征、在波 现场试验场地位于广西壮族自治区融水县至 形堆积图上往往具有某些特定规律.通过对正演 河池市在建高速公路罗城段，探测对象为路基边 模拟和现场实际数据的处理可以发现，剪切变换 与小波变换对干扰的压制都有着各自的优势：剪 缘三处形态不规则裸露的溶洞，其中1#为软塑黏 土夹碎石充填型溶洞、2#为干土充填型溶洞、3#为 切变换对信号能量敏感，对于随机噪声、机械噪声 以及电磁信号等频率随机、能量异常的干扰压制 空腔型溶洞.路基为微风化灰岩、岩质坚硬、结构 效果较好，而小波变换对频率异常、能量相近的干 面较发育，周边未见地表水.现场情况、测线与溶 扰压制效果较好 洞平面示意图分别如图10和图11所示，试验坑 结合两种方法各自的优势，进一步提出小波 长11m,深1.5m,实际测线长度10m. 变换与剪切变换相结合去除干扰方法，即先用小 3# 波变换对异常频率信号进行分离，再使用剪切变 换对随机干扰进行压制.具体实现流程图如图9 所示 Data processed by conventional methods Comprehensive analysis based on on-site detection environment,waveform image 图10现场情况 characteristics,and spectral characteristics Fig.10 Field conditions Preliminary estimation of interference types Slope Cavity3 Filled with dry soil Interference with No Filled with abnormal frequency soft plastic clay 12.5m 1# 7.5m Yes m Direction Processing with wavelet transform 10m Testpit Rock subgrade Interference with No 图11测线与溶洞平面示意图 random noise Fig.11 Layout diagram of karst caves and survey line Yes Shearlet transform based 采用意大利IDS公司K2雷达探测，天线频率 onadaptive threshold value 为100MHz,时窗400ns,采样点数1024.通过人为 Displays the outcome of image processing 设置机械电磁噪声和金属干扰来模拟隧道干扰环境 图9联合法去除干扰流程图 图12(a)为常规方法处理后的波形堆积图，从 Fig.9 Flow chart of the combined methods for interference removal 图中可以明显看出240s以下深度中存在强烈同随机干扰具有频率随机分布、波形杂乱的特点，而 频率异常干扰往往具有某些特定频率特征、在波 形堆积图上往往具有某些特定规律. 通过对正演 模拟和现场实际数据的处理可以发现，剪切变换 与小波变换对干扰的压制都有着各自的优势：剪 切变换对信号能量敏感，对于随机噪声、机械噪声 以及电磁信号等频率随机、能量异常的干扰压制 效果较好，而小波变换对频率异常、能量相近的干 扰压制效果较好. 结合两种方法各自的优势，进一步提出小波 变换与剪切变换相结合去除干扰方法，即先用小 波变换对异常频率信号进行分离，再使用剪切变 换对随机干扰进行压制. 具体实现流程图如图 9 所示. 5    实际工程案例 现场试验场地位于广西壮族自治区融水县至 河池市在建高速公路罗城段，探测对象为路基边 缘三处形态不规则裸露的溶洞，其中 1#为软塑黏 土夹碎石充填型溶洞、2#为干土充填型溶洞、3#为 空腔型溶洞. 路基为微风化灰岩、岩质坚硬、结构 面较发育，周边未见地表水. 现场情况、测线与溶 洞平面示意图分别如图 10 和图 11 所示，试验坑 长 11 m，深 1.5 m，实际测线长度 10 m. 采用意大利 IDS 公司 K2 雷达探测，天线频率 为 100 MHz，时窗 400 ns，采样点数 1024. 通过人为 设置机械电磁噪声和金属干扰来模拟隧道干扰环境. 图 12（a）为常规方法处理后的波形堆积图，从 图中可以明显看出 240 ns 以下深度中存在强烈同 Time/ns 400 600 200 50 0 Frequency/MHz 0 200 (a) 150 100 Time/ns 400 600 200 50 0 Frequency/MHz 0 200 (b) 150 100 Time/ns 400 600 200 50 0 Frequency/MHz 0 200 (c) 150 100 图 8    频率异常干扰消除前后单道波广义 S 变换时频分布. （a）常规方法；（b）剪切变换；（c）小波变换 Fig.8    Generalized S transform (GST) spectrogram of GPR A-scan before and after eliminating the interference: (a) conventional method; (b) shearlet; (c) wavelet Data processed by conventional methods Comprehensive analysis based on on-site detection environment, waveform image characteristics, and spectral characteristics Preliminary estimation of interference types Interference with abnormal frequency Processing with wavelet transform Yes No Interference with random noise Yes Shearlet transform based onadaptive threshold value No Displays the outcome of image processing 图 9    联合法去除干扰流程图 Fig.9    Flow chart of the combined methods for interference removal 1# 2# 3# 图 10    现场情况 Fig.10    Field conditions Slope Filled with dry soil Direction 1# 2# Cavity 3# 7.5 m 12.5 m 2.5 m 10 m 11 m Testpit Rock subgrade Filled with soft plastic clay 图 11    测线与溶洞平面示意图 Fig.11    Layout diagram of karst caves and survey line · 396 · 工程科学学报，第 42 卷，第 3 期