路面結(jié)構(gòu)層材料介電特性及其厚度反演分析的系統(tǒng)識(shí)別方法——路面雷達(dá)關(guān)鍵技術(shù)研究.pdf

1、路面雷達(dá)作為一種高效、快速、連續(xù)、無(wú)損的路面檢測(cè)設(shè)備，其應(yīng)用技術(shù)的研究自八十年代以來(lái)一直是國(guó)際上的熱門(mén)課題。目前的研究成果大多局限于路面結(jié)構(gòu)層厚度的檢測(cè)。由于理論模型及信號(hào)采集等方面的困難，現(xiàn)行路面雷達(dá)厚度分析方法僅對(duì)新鋪瀝青混凝土路面有相對(duì)較好的檢測(cè)精度，而對(duì)舊瀝青混凝土路面和水泥混凝土路面的檢測(cè)精度卻不能令人滿(mǎn)意，對(duì)路面其它技術(shù)指標(biāo)如壓實(shí)度、含水量以及瀝青含量的研究還處于探索階段，建立在嚴(yán)密理論模型基礎(chǔ)上的數(shù)據(jù)分析軟件系統(tǒng)尚處于空白

2、狀態(tài)。 本文針對(duì)上述路面雷達(dá)應(yīng)用技術(shù)存在的問(wèn)題，研究路面結(jié)構(gòu)層材料介電特性及其厚度的反演?；陔姶挪ɑ纠碚摚ㄟ^(guò)分析雷達(dá)電磁波在路面結(jié)構(gòu)層介質(zhì)中的傳播特性，建立了雷達(dá)電磁波在路面結(jié)構(gòu)體系中傳播的正演模型，并依據(jù)該模型模擬合成了不同路面結(jié)構(gòu)體系中雷達(dá)波的反射信號(hào)。應(yīng)用該正演模型，首次將系統(tǒng)識(shí)別理論引入探地雷達(dá)信號(hào)分析領(lǐng)域，提出了路面結(jié)構(gòu)層材料介電特性及其厚度反演分析方法，并開(kāi)發(fā)了反演分析軟件SIDTHK。 本文主要研究成

3、果和結(jié)論如下： 1.基于電磁波理論的基本原理，從Maxwell方程著手，建立了雷達(dá)電磁波在路面結(jié)構(gòu)體系中傳播的正演模型。該正演模型考慮了介質(zhì)介電常數(shù)的虛部，理論上更為嚴(yán)謹(jǐn)，并更接近于工程實(shí)際，它不僅適用于低耗的瀝青混凝土路面結(jié)構(gòu)，而且也適用于高耗的水泥混凝土路面結(jié)構(gòu)； 2.分析了路面結(jié)構(gòu)層材料介電常數(shù)實(shí)部和虛部對(duì)雷達(dá)電磁波反射信號(hào)的影響，并得出以下結(jié)論：(1)介電常數(shù)的實(shí)部主要影響雷達(dá)反射波的時(shí)延，實(shí)部越大，時(shí)延越長(zhǎng)；(

4、2)虛部主要影響除路表反射波幅之外的其它結(jié)構(gòu)層界面的反射波波幅，虛部越大，反射波幅越??；(3)當(dāng)介質(zhì)介電常數(shù)虛部較大時(shí)，忽略虛部將給分析結(jié)果帶來(lái)明顯的誤差； 3.提出了路面結(jié)構(gòu)層介電特性及其厚度反演分析的系統(tǒng)識(shí)別方法，將奇異值分解技術(shù)應(yīng)用于控制方程的病態(tài)診斷和求解，有效地解決了控制方程病態(tài)時(shí)的求解問(wèn)題，建立了理論嚴(yán)謹(jǐn)、收斂快、精度高的模型參數(shù)調(diào)整算法，并開(kāi)發(fā)了路面結(jié)構(gòu)層材料介電特性及其厚度反演分析軟件SIDTHK。該軟件成功地將

5、合理的雷達(dá)波正演模型和高效穩(wěn)定的參數(shù)反演方法結(jié)合起來(lái)，從根本上改變了目前路面雷達(dá)數(shù)據(jù)分析主要依賴(lài)于經(jīng)驗(yàn)或手工試算的現(xiàn)狀； 4.對(duì)SIDTHK軟件考評(píng)結(jié)果顯示：SIDTHK軟件反算過(guò)程穩(wěn)定，精度較高，而且反算結(jié)果在相當(dāng)大范圍內(nèi)不受初始值的影響；不論是對(duì)新鋪瀝青混凝土路面，還是對(duì)舊瀝青混凝土路面和水泥混凝土板，SIDTHK軟件的反算精度都明顯高于現(xiàn)行方法的計(jì)算精度。此外，SDTHK軟件反算的路面厚度不需要鉆孔取芯標(biāo)定，也基本上不受數(shù)