“城市淺層瞬變電磁雷達(dá)研制及應(yīng)用”項(xiàng)目采用的主要技術(shù)原理為瞬變電磁雷達(dá)系統(tǒng)。該系統(tǒng)應(yīng)用調(diào)制的瞬變電磁波形和定向天線向地下空間中的特定空域發(fā)射電磁波，以搜索目標(biāo)域內(nèi)的物體（目標(biāo)），把能量的一部分反射回雷達(dá)接收機(jī)進(jìn)行回波處理，從中提取距離、速度、角度 位置和其他目標(biāo)識(shí)別特征等目標(biāo)信息。

       項(xiàng)目研究技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)：實(shí)現(xiàn)了1:15的探測(cè)能力、淺層0～20m的探測(cè)深度和20Km/h的探測(cè)速度。

       項(xiàng)目研究解決的主要技術(shù)問(wèn)題：結(jié)合瞬變電磁儀與工程地質(zhì)雷達(dá)二者的優(yōu)點(diǎn)，克服了瞬變電磁儀定點(diǎn)測(cè)量效率低的問(wèn)題，彌補(bǔ)了地質(zhì)雷達(dá)探測(cè)深度淺的缺陷，有效降低了設(shè)備抗干擾、頻帶寬、關(guān)斷時(shí)間、一次場(chǎng)過(guò)渡過(guò)程的影響，最終實(shí)現(xiàn)在城市強(qiáng)電磁干擾背景下地表至較大深度地質(zhì)體的快捷、便利無(wú)損探測(cè)。

       該項(xiàng)目研究的關(guān)鍵技術(shù)如下。

       1）基于信息化技術(shù)的瞬變電磁雷達(dá)研發(fā)。主要內(nèi)容為：①高精度同步信號(hào)電磁數(shù)據(jù)采集器研制；②可發(fā)射多種波形的連續(xù)脈沖電磁發(fā)送機(jī)研制；③不同規(guī)格、匝數(shù)的天線設(shè)計(jì)及探測(cè)效果分析及高精度測(cè)量輪設(shè)計(jì)。

       2）多維可視成像的處理軟件開發(fā)。

       3）不同目標(biāo)體的探測(cè)參數(shù)、模式與方法組合技術(shù)研究。

       瞬變電磁雷達(dá)（Transient Electromagnetic Radar，簡(jiǎn)稱TER）與國(guó)內(nèi)外現(xiàn)有的瞬變電磁儀與工程地質(zhì)雷達(dá)等相關(guān)技術(shù)相比較，主要的技術(shù)創(chuàng)新點(diǎn)如下。

       1）國(guó)際上率先提出瞬變電磁雷達(dá)的概念。經(jīng)過(guò)大量室內(nèi)模擬、現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)，實(shí)現(xiàn)了1:15的探測(cè)能力、淺層0～20m的探測(cè)深度和20Km/h的探測(cè)速度。

       2）采用上升沿觸發(fā)、過(guò)零取樣、全時(shí)域密集采樣和多姿態(tài)D組合裝置實(shí)現(xiàn)了瞬變場(chǎng)早期純二次場(chǎng)信號(hào)的直接測(cè)量。

       3）變磁通式天線擬地震信號(hào)接收提高了有用信號(hào)的識(shí)別能力。

       4）提高了瞬變電磁法縱橫向的分辨率。

       5）提高了雷達(dá)模式瞬變電磁法采集信號(hào)的信噪比。

地質(zhì)雷達(dá)、瞬變電磁雷達(dá)及瞬變電磁儀技術(shù)性能比較

       “城市淺層瞬變電磁雷達(dá)研制及應(yīng)用”項(xiàng)目成果近年來(lái)已在北京昌平南口試驗(yàn)場(chǎng)、北京朝陽(yáng)公園、河北多條道路、“一帶一路高峰論壇”場(chǎng)館安全檢查、天津東興路道路坍塌探查、北京平安里地鐵開挖管線盤查、首鋼廠區(qū)地下管線普查、雄安新區(qū)古戰(zhàn)道勘察、北京順義果粒橙排水溝探查等項(xiàng)目中得到工程實(shí)際應(yīng)用。工程檢測(cè)數(shù)據(jù)經(jīng)過(guò)與已知資料數(shù)據(jù)對(duì)比，并經(jīng)開挖跟蹤驗(yàn)證，證明TER瞬變電磁雷達(dá)具有良好的工程應(yīng)用價(jià)值。同時(shí)，通過(guò)項(xiàng)目技術(shù)產(chǎn)品化等手段，也已取得了良好的經(jīng)濟(jì)效益。    

       經(jīng)濟(jì)效益 該項(xiàng)目所研發(fā)的淺層瞬變電磁雷達(dá)技術(shù)不僅可整體提升我國(guó)瞬變電磁法的應(yīng)用水平，也有望應(yīng)用在以下諸多領(lǐng)域中推廣應(yīng)用，產(chǎn)生良好的經(jīng)濟(jì)及社會(huì)效益。

       1）市政工程：金屬或非金屬地下管線位置和走向探測(cè)。

       2）交通工程：公路施工質(zhì)量（包括面基層厚度和存在隱患）和運(yùn)營(yíng)情況，鐵路路基隱患等的檢測(cè)。

       3）地質(zhì)勘探工程：巖層、空洞、斷層、地質(zhì)結(jié)構(gòu)、地下水以及地下礦藏等目標(biāo)查找和描述。

       4）工程質(zhì)量檢測(cè)：隧道襯砌質(zhì)量、橋梁結(jié)構(gòu)和存在病害、建筑物內(nèi)的鋼筋分布探測(cè)。

       5）水利工程：江、河、湖泊的大壩存在隱患檢測(cè)、床面測(cè)繪及水下目標(biāo)探測(cè)。

       6）軍事工程：工程前期的地質(zhì)勘查、地下工事探測(cè)、地下未爆彈藥和埋藏軍械的查找，以及金屬或非金屬埋設(shè)物查找（例如地下管道、電纜線等）。

       7）考古發(fā)掘項(xiàng)目：古墓和古遺址探測(cè)。

       基礎(chǔ)設(shè)施領(lǐng)域應(yīng)用前景 近年來(lái)，隨著我國(guó)社會(huì)經(jīng)濟(jì)的高速發(fā)展，各類城市市政管線、水庫(kù)和欄河堤壩、城市地下空間工程等基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)事業(yè)持續(xù)快速發(fā)展，城市地下空間基礎(chǔ)條件問(wèn)題越來(lái)越受到重視，尤其是老城區(qū)雜亂的城市管線埋藏位置模糊、城市道路地下空洞坍塌、巖溶分布區(qū)內(nèi)淺層不良地基、欄水堤壩管涌等淺層地質(zhì)問(wèn)題所帶來(lái)的危害日趨嚴(yán)峻，由于分布范圍和涉及領(lǐng)域廣且與人類日常生產(chǎn)生活息息相關(guān)，近年因淺層地質(zhì)隱患問(wèn)題未能及時(shí)排查處理而造成嚴(yán)重的人身傷亡和財(cái)產(chǎn)損失事故時(shí)有發(fā)生。因此高精度、高效率地探測(cè)淺層地質(zhì)問(wèn)題也就顯得更加重要和迫切，開發(fā)出適合于我國(guó)市場(chǎng)需求的淺層瞬變電磁測(cè)量系統(tǒng)極為緊迫。

       在此背景下，該項(xiàng)目自主研發(fā)的瞬變電磁雷達(dá)（Transient Electromagnetic Radar，簡(jiǎn)稱TER）技術(shù)結(jié)合地質(zhì)雷達(dá)與瞬變電磁儀二者優(yōu)點(diǎn)，克服了瞬變電磁儀定點(diǎn)測(cè)量效率低的問(wèn)題，并能有效彌補(bǔ)地質(zhì)雷達(dá)在探測(cè)深度上的不足，采用正反向方波采集疊加的方法，實(shí)現(xiàn)快速移動(dòng)掃描式探測(cè)，克服了瞬變電磁儀定點(diǎn)測(cè)量效率低的缺陷，同時(shí)也彌補(bǔ)了地質(zhì)雷達(dá)探測(cè)深度有限及干擾嚴(yán)重等技術(shù)問(wèn)題，最終實(shí)現(xiàn)地表至較大深度內(nèi)地質(zhì)體的快捷、便利無(wú)損探測(cè)。探測(cè)技術(shù)指標(biāo)可達(dá)到在路面以下6m內(nèi)，城市道路地下管線探測(cè)誤差平面位置小于0.1h（埋深），埋深位置小于0.15h（埋深）；通過(guò)匝數(shù)、電流和供電時(shí)間等天線參數(shù)及組合模式的研究與改進(jìn)，將探測(cè)深度延伸至地下20m；探測(cè)速度達(dá)到10～20km/h。

TEX瞬變電磁雷達(dá)與地質(zhì)雷達(dá)探測(cè)結(jié)果比較

       隨著該項(xiàng)目研究技術(shù)成果的不斷推廣，瞬變電磁雷達(dá)可廣泛應(yīng)用于城市市政工程管線探測(cè)、城市道路地下空洞病害探測(cè)、地下工程施工超前地質(zhì)預(yù)報(bào)等諸多領(lǐng)域，有效提高城市基礎(chǔ)設(shè)施施工及維護(hù)服務(wù)水平，減少重大公共安全事故的發(fā)生。