一副“透视”地下的“眼镜”

世界无奇不有，宇宙奥妙无穷。就地下探测而言，三维探地雷达就好比一副可以“透视”地下的“眼镜”，借助它，你可以发现地表以下一定深度内存在的各种工程缺陷或地质问题。

三维探地雷达为什么可以“透视”地下呢？就在于三维探地雷达借助了电磁波传播的理论。电磁波是能量的一种，通过方向相同且互相垂直的电场和磁场之间的转换以波动的形式向前传播，我们虽然看不到到电磁波，但它就存在于我们周围。

电磁波可以“穿透”多种介质，当电磁波传播到存在介电常数（与传播速度有关）差异的两种介质交界面时，电磁波将会发生反射，正是利用这个特点，我们就可以“透视”地下的奥秘了。目前，随着城市地下空间开发利用场所不断增大，城市道路地下隐患问题日益严重，以我们行走的道路为例，如果地下有异常目标，比如管道、缆线等，或者地下存在缺陷，比如孔洞、渗水或土质不均匀的地方等，采用三维探地雷达就可以对这些异常目标和地下缺陷进行探测（图1）。

图1 城市道路地下隐患探测

三维探地雷达是怎么具体实现“透视”地下的呢？主要是利用发射天线发射超宽带电磁波对地下进行地毯式、全覆盖探测。在实现的过程中，一次扫描有15-38个通道的数据采集量，这样，在探测区域范围之内就可以将接收到的电磁波往返“双程”传播时间、振幅和相位的变化形成三维数据体，其中，垂直地面方向称为“剖面”，平行地面方向的称为“切片”。通过对互相垂直方向的剖面与不同深度的切片进行综合分析，就可以实现对地下缺陷或异常目标的综合判断（图2）。

图2 三维探地雷达垂向剖面与水平切片

探地雷达到底能探到地下多深呢？这与探测天线的频率有关。在可以选择的频率范围之内，频率越高，所能探测到目标的深度就越浅，反之，所能探到的目标就越深。其中的道理就像跑步，短跑在一开始使劲、快速去跑，所能跑的距离就短；长跑或马拉松持续、慢速的去跑，所能跑的距离就长。

探地雷达的探测精度如何呢？这也与探测天线的频率有关。在可以选择的频率范围之内，天线频率越高，探测目标的精度就越高，反之，所探目标的精度就比较低。

那是不是说频率越高就越好呢？也不是，合适的才是最好的。即要根据探测深度与探测精度，选择合适的频率进行探测，才能达到最佳探测效果。

目前，三维探地雷达可以每小时10～30公里的速度进行车载扫描，因此，可快速实现地下隐患进行准确探查、成像与定位，从而为后期治理提供数据服务和决策支持，最终为安全出行提供切实有力的保障。

（中水北方：栗宝鹃，王志豪）