基于探地雷达的告诉公路路面厚度自动分析系统研究

摘要

随着我国高速公路通车里程的日益增长,交通流量的不断上升,超重车辆的数量不断地增加,加之施工的不合理,大部分高速公路普遍发生了早期病害。探地雷达(ground penetrating radar,GPR)是一种新型的无损检测设备,广泛应用于高速公路路面病害检测中,它具有速度快、效率高、精度高、分辨率高等优点。常规的探地雷达数据处理依据专家经验,由于数据量大,人工检测不仅效率低,而且专家的主观性会带来较大误差。
　　 本课题通过相关算法实现的自动检测技术不仅速度快、效率高,而且误差小；节省了人力、物力,降低了检测成本,适应我国高速公路迅速发展的需要。本课题的主要研究内容如下:
　　 分析了探地雷达基本原理、探地雷达设备组成及利用探地雷达实现高速公路路面厚度分析的基本流程及结果。
　　 研究了分层介质层界面自动检测算法:阈值法、匹配滤波器法和MUSIC方法。应用FDTD方法建立沥青路面模型,首先在不同信噪比条件下,通过计算时延的均方误差,比较发现:当SNR≤10DB时,阈值检测误差较大,MF其次,当SNR减小时,误差增大,MUSIC方法受SNR影响较小；另外,当SNR≥15DB时,阈值方法与匹配滤波器方法的均方误差接近,MUSIC方法均方误差最小；总体而言,MUSIC受SNR影响较小,误差最小,检测效果较好；其次,在超薄层路面检测中,MUSIC方法能准确地检测出回波中叠加的层界面,B△τ越小,系统误差越大；当B△τ>0.4时,系统误差急剧减小,当B△τ>0.8后系统误差趋于稳定；最后,在常规高速公路和超薄层高速公路实测数据检测中,MUSIC方法得到较好结果。

目录

文摘

英文文摘

第一章 引言

1.1 课题来源及选题背景与意义

1.2 国内外发展现状

1.2.1 路用探地雷达的应用现状

1.2.2 探地雷达数据分析国内外发展现状

1.3 本文主要研究内容及重点解决的问题

1.3.1 研究内容

1.3.2 重点解决的问题

1.4 研究的技术路线

1.5 本文主要章节安排

第二章 探地雷达原理

2.1 探地雷达中所用到的电磁波原理

2.2 探地雷达的雷达方程与分辨率

2.2.1 探地雷达的雷达方程

2.2.2 探地雷达的分辨率

2.2.3 探测深度与分辨率

2.3 探地雷达的接收数据类型

2.4 探地雷达设备简介及其参数设置

第三章 探地雷达数据工程解释

3.1 检测概况及依据

3.1.1 检测概况

3.1.2 检测依据

3.2 检测方法及原理

3.3 数据处理软件简介

3.3.1 数据采集流程

3.3.2 软件功能介绍

3.3.3 数据显示和处理

3.4 芯样图像及标定结果

3.5 公里检测结果

第四章 探地雷达数据自动解释

4.1 超薄层沥青路面

4.2 探地雷达回波信号数学模型

4.3 高速公路路面层界面检测及时延估计方法

4.3.1 阈值法

4.3.2 匹配滤波器

4.3.3 MUSIC方法

4.4 不同条件下仿真及实测数据结果分析

4.4.1 相同B△τ、介电常数、厚度,不同信噪比条件下

4.4.2 相同介电常数、厚度,不同B△τ条件下

4.5 实测数据结果分析

致谢

参考文献

攻读学位期间的研究成果