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1、超宽带探地雷达技术在智慧 城市中的应用 刘小军刘小军 20152015年年1111月月 中国科学院电子学研究所中国科学院电子学研究所 1 1 引言引言 2 2 超宽带探地雷达技术超宽带探地雷达技术 3 3 探地雷达产品分类探地雷达产品分类 4 4 探地雷达在城市管理中的应用探地雷达在城市管理中的应用 5 5 小结小结 报告提纲 1 1 引言引言 2 2 超宽带探地雷达技术超宽带探地雷达技术 3 3 探地雷达产品分类探地雷达产品分类 4 4 探地雷达在城市管理中的应用探地雷达在城市管理中的应用 5 5 小结小结 报告提纲 1 1引言引言 智慧城市技术组成和要素 。 1 1引言引言 智慧城市需要做
2、的工作或有待发展的技术 透明地下、智慧地下透明地下、智慧地下 公共安全公共安全 道路道路 1 1引言引言 超宽带探地雷达能够做的事情 1 1引言引言 城市塌陷 20152015年年8 8月月2222日，哈尔滨日，哈尔滨 1 1 引言引言 2 2 超宽带探地雷达技术超宽带探地雷达技术 3 3 探地雷达产品分类探地雷达产品分类 4 4 探地雷达在城市管理中的应用探地雷达在城市管理中的应用 5 5 小结小结 报告提纲 2 2超宽带探地雷达技术超宽带探地雷达技术 探地雷达：探地雷达：GPRGPR，Ground Penetrating RadarGround Penetrating Radar 用电磁波
3、来确定地下介质分布用电磁波来确定地下介质分布 高速公路、机场的路面质量检测高速公路、机场的路面质量检测 隧隧 道、桥梁、水库大坝检测道、桥梁、水库大坝检测 地下管线、地下建筑的检测等地下管线、地下建筑的检测等 2 2超宽带探地雷达技术超宽带探地雷达技术 探地雷达工作原理示意图 2 2超宽带探地雷达技术超宽带探地雷达技术 探地雷达发展历史 1960s1960s，冰川，冰川测量测量 1970s1970s，冰川、煤矿储煤量，冰川、煤矿储煤量探测探测 1980s1980s，商业化产品出现，商业化产品出现，民用民用 1990s1990s，产品完善，民用，军事，产品完善，民用，军事应用应用 2000s20
4、00s，应用范围拓宽，民用、军用、穿墙成像、生，应用范围拓宽，民用、军用、穿墙成像、生 命救援命救援 2 2超宽带探地雷达技术超宽带探地雷达技术 探地雷达实现 采用短脉冲体制（采用短脉冲体制（ Impulse Impulse ） 体积小、功耗低、成本低；体积小、功耗低、成本低； 一般由单片一般由单片FPGAFPGA即可实现即可实现 雷 达 合 成 波 形 雷 达 合 成 波 形 2 2超宽带探地雷达技术超宽带探地雷达技术 探地雷达关键技术 信号源生成技术信号源生成技术 混合等效采样技术混合等效采样技术 接收机内同步技术接收机内同步技术 天线加载和背向屏蔽技术天线加载和背向屏蔽技术 信号处理与识
5、别技术信号处理与识别技术 2 2超宽带探地雷达技术超宽带探地雷达技术 探地雷达关键技术 信号源生成技术信号源生成技术 发射机发射机 采用雪崩三极管产生毫微秒窄采用雪崩三极管产生毫微秒窄脉冲脉冲 雪崩三极管：雪崩三极管： 纳秒级、纳秒级、100V100V- -2000V2000V 阶跃恢复二级管：阶跃恢复二级管： 皮秒级（低于皮秒级（低于100V100V） 微带线：皮秒级（低于微带线：皮秒级（低于100V100V） 2 2超宽带探地雷达技术超宽带探地雷达技术 探地雷达关键技术 混合等效采样技术混合等效采样技术 3 3超宽带探地雷达技术超宽带探地雷达技术 探地雷达关键技术 接收机内同步技术接收机内
6、同步技术 天线加载和背向屏蔽技术天线加载和背向屏蔽技术 去除了同步电缆去除了同步电缆 Bow-tie天线天线 分段电阻加载分段电阻加载 Bow-tie天线背向屏蔽方法天线背向屏蔽方法 分段电容加载分段电容加载 去除了空间杂波干扰去除了空间杂波干扰 1 1 引言引言 2 2 超宽带探地雷达技术超宽带探地雷达技术 3 3 探地雷达产品分类探地雷达产品分类 4 4 探地雷达在城市管理中的应用探地雷达在城市管理中的应用 5 5 小结小结 报告提纲 可调节电脑托盘可调节电脑托盘 可可折叠折叠塑料塑料合金支架合金支架 双频一体天线双频一体天线 全地形测距轮全地形测距轮 3 3探地雷达产品分类探地雷达产品分
7、类 地下管线探测雷达 雷 达 单人操作，体积小，重量轻单人操作，体积小，重量轻 采用一体化设计，主机、天线合为一体采用一体化设计，主机、天线合为一体 天线中心频率天线中心频率200MHz+500MHz200MHz+500MHz， 深层与浅层信息同时显示深层与浅层信息同时显示 实时显示二维扫描图像实时显示二维扫描图像 雷达与计算机之间雷达与计算机之间USBUSB方式传输数据方式传输数据 25/50/100/150MHz5/12/25/50MHz 3 3探地雷达产品分类探地雷达产品分类 探地雷达产品（深层） 面向地质结构探测和更便捷的野外作业面向地质结构探测和更便捷的野外作业 100MHz200M
8、Hz500MHz 800MHz1000MHz1600MHz 3 3探地雷达产品分类探地雷达产品分类 探地雷达产品（中浅层） 雷达系统快速扫描，数据管理平台实现雷达探测数据、雷达系统快速扫描，数据管理平台实现雷达探测数据、GPSGPS信息、路面图信息、路面图 像、视频影像等多源信息的同步显示与记录；像、视频影像等多源信息的同步显示与记录； 提供强大的后期数据处理与综合检索功能。提供强大的后期数据处理与综合检索功能。 3 3探地雷达产品分类探地雷达产品分类 道路空洞快速检测雷达 1 1 引言引言 2 2 超宽带探地雷达技术超宽带探地雷达技术 3 3 探地雷达产品分类探地雷达产品分类 4 4 探地雷
9、达在城市管理中的应用探地雷达在城市管理中的应用 5 5 小结小结 报告提纲 4 4探地雷达在城市管理中的应用探地雷达在城市管理中的应用 城市道路空洞检测 4 4探地雷达在城市管理中的应用探地雷达在城市管理中的应用 城市道路空洞检测 4 4探地雷达在城市管理中的应用探地雷达在城市管理中的应用 城市道路空洞检测 太原市青年路水利机械厂门前太原市青年路水利机械厂门前 4 4探地雷达在城市管理中的应用探地雷达在城市管理中的应用 城市道路空洞检测 太原市南内环街与建设路交叉口检测空洞开挖太原市南内环街与建设路交叉口检测空洞开挖 太原市并州西街中医院门口检测空洞开挖太原市并州西街中医院门口检测空洞开挖 4
10、 4探地雷达在城市管理中的应用探地雷达在城市管理中的应用 城市道路空洞检测 4 4探地雷达在城市管理中的应用探地雷达在城市管理中的应用 城市道路空洞检测 自自20122012年年1212月月2828日为太原市政设施管理处提供道路空洞检测服务以来，累计测量日为太原市政设施管理处提供道路空洞检测服务以来，累计测量 里程达到里程达到500500余公里，经开挖确认的空洞或脱空数余公里，经开挖确认的空洞或脱空数4040余处，其中特大型高危地下空洞余处，其中特大型高危地下空洞 （深（深5 5米，米，3030余平方米）余平方米）3 3处，充分保证了人民群众的出行安全。处，充分保证了人民群众的出行安全。 4
11、4探地雷达在城市管理中的应用探地雷达在城市管理中的应用 郑州市西三环与中原路交汇口检测空洞开挖郑州市西三环与中原路交汇口检测空洞开挖 自自20142014年年1111月开始，已经为郑州市提供了月开始，已经为郑州市提供了2 2期应急检测任务，主要集中在出期应急检测任务，主要集中在出 现塌陷的中原路与西三环交汇口，累计检测出地下空洞现塌陷的中原路与西三环交汇口，累计检测出地下空洞9 9处。处。 4 4探地雷达在城市管理中的应用探地雷达在城市管理中的应用 高速公路路面检测 1GHz测试结果 2GHz测试结果 北北 五五 环环 段段 4 4探地雷达在城市管理中的应用探地雷达在城市管理中的应用 机场跑道
12、检测 对混凝土跑道和滑行道下方空洞进行定位探测；对混凝土跑道和滑行道下方空洞进行定位探测； 对混凝土跑道和滑行道中的水坑进行定位探测；对混凝土跑道和滑行道中的水坑进行定位探测； 对混凝土板中的电缆、管线和加固钢筋进行定位探测；对混凝土板中的电缆、管线和加固钢筋进行定位探测； 对地下污水管线、水管、汽油管线等管线及泄露情况进行定位探测。对地下污水管线、水管、汽油管线等管线及泄露情况进行定位探测。 4 4探地雷达在城市管理中的应用探地雷达在城市管理中的应用 桥梁隧道检测 选址勘查，选址勘查， 桥墩附近的地质情况普查等桥墩附近的地质情况普查等 桥面和桥梁普查桥面和桥梁普查 如：桥面各层厚度，桥面损害
13、如：桥面各层厚度，桥面损害/ /病害，钢筋保护层厚度，钢筋病害，钢筋保护层厚度，钢筋 间距，间距，钢筋位置，钢筋位置，） 4 4探地雷达在城市管理中的应用探地雷达在城市管理中的应用 市政道路、地下管线检测 路面路面普查和实地勘察；普查和实地勘察； 路基质量和基岩探测；路基质量和基岩探测； 道路缺陷；道路缺陷； 对地下污水管线、水管等管线进行定位探测对地下污水管线、水管等管线进行定位探测 云南昆明市云南昆明市城市城市 道路检测道路检测 4 4探地雷达在城市管理中的应用探地雷达在城市管理中的应用 建筑质量、钢筋检测 4 4探地雷达在城市管理中的应用探地雷达在城市管理中的应用 隧道砌衬质量检测 福建
14、漳州某水电站福建漳州某水电站 1 1 引言引言 2 2 超宽带探地雷达技术超宽带探地雷达技术 3 3 探地雷达产品分类探地雷达产品分类 4 4 探地雷达在城市管理中的应用探地雷达在城市管理中的应用 5 5 小结小结 报告提纲 5 5小结小结 极地冰雷达 我国第我国第2929次南极科学考察昆仑站冰下次南极科学考察昆仑站冰下30003000米深测量数据米深测量数据 5 5小结小结 嫦娥三号“测月雷达” 第一通道第一通道天线天线第二通道第二通道天线天线 20122012年年1212月月1515日日 ，测月雷达成功开机工作。，测月雷达成功开机工作。 5 5小结小结 嫦娥三号“测月雷达” 测月雷达第二通道探测结果测月雷达第二通道探测结果 5 5小结小结 嫦娥五号“月壤结构探测仪” 5 5小结小结 火星次表层探测雷达 5 5小结小结 技术让城市生活更美好！
