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西南交通大学深圳研究院项目“基于车载探地雷达的基础设施病害检测技术研究”通过验收

2025/10/21 15:55:36 本站原创点击数:

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中国建筑股份有限公司2021年揭榜挂帅科技项目“基于车载探地雷达的基础设施病害检测技术研究”由西南交通大学深圳研究院昝月稳教授课题组中标，并与中国建筑西南勘察设计研究院有限公司共同研究。2022年12月，项目组完成车载探地雷达系统。经过二年多的模型与现场试验，2025年10月16日，项目在成都通过由中国建筑股份有限公司科技与设计管理部组织的课题验收。
该项目研发了一套车载探地雷达检测系统。雷达主机6个通道，每个通道脉冲重复频率500KHz，扫描速率976扫描线/秒；雷达天线包括6组中心频率300MHz空气耦合天线，6组中心频率900MHz空气耦合天线；数据采集系统软件、数据处理软件和车载探地雷达人工智能分析软件。
该项目成果具有三项创新：车载探地雷达空气耦合天线设计理论、远距离高分辨率车载探地雷达系统和运营地铁管片结构损伤检测。

1、车载探地雷达空气耦合天线设计理论

探地雷达天线设计最基本的要求是具有便携性和辐射效率高。便携性即要求天线尺寸小、重量轻。而天线的尺寸又与天线的频率有关，频率越低，尺寸越大。该项目提出一种新的车载探地雷达空气耦合天线设计理论。按照这一理论，设计的300MHz空气耦合天线与900MHz空气耦合天线尺寸仅比相近频率的地面耦合天线尺寸大一点。

图1 300MHz天线与GSSI公司400MHZ 地面耦合天线尺寸对比

图2 900MHz天线与GSSI公司900MHZ 地面耦合天线尺寸对比

该项目研发的300MHz空气耦合天线与900MHz空气耦合天线，不但尺寸小，功率低，而且探测深度大。两种天线都可用于高铁双线隧道，在4米空气耦合距离下，探测深度大于1.5米。

2、远距离高分辨率车载探地雷达系统

探地雷达的探测深度与分辨率和天线的中心频率有关，频率低，探测深度大，但分辨率低；提高频率，分辨率提高，但是探测深度减小。目前国内外1GHz空气耦合天线（离地面1.5个波长），探测深度在1米以内。该项目尝试提高900MHz天线的脉冲源幅度，保持高分辨率的情况下，成功提高了探测深度。900MHz天线检测高铁隧道，在距离隧道壁表面4米（12个波长）情况下，仍可以探测1.5米深（介电常数6）见图3。隧道衬砌内外结构体（尤其是接触网吊柱）几何形状都可看到，具有遥感成像特征。900MHz空气耦合天线的研发成功，为我国高速铁路双线隧道检测，提供了一种远距离高分辨率车载探地雷达系统。

图3 900MHz检测高铁双线隧道

3、运营地铁管片结构损伤检测

截至2023年底，中国大陆共有55个城市开通轨道交通线路306条，运营里程10165.7公里。运营地铁隧道在服役期间常见的病害有渗漏水、管片裂损与形变、线路变形（包括不均匀沉降与隆起）和道床脱空等。我国地铁大部分采用管片结构，管片结构裂损检测是一个难题。项目组经过两年多现场检测试验，能够检测出管片纵向裂纹的贯通（图4）、管片接缝的渗漏水（图5）、管片中的分层现象（图6）等问题。运营地铁管片结构损伤检测开辟了车载探地雷达新的应用领域。

图4管片纵向裂纹的贯通

图5 管片接缝的渗漏水

图6 管片中的分层现象

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