一副“透視”地下的“眼鏡”

世界無奇不有，宇宙奧妙無窮。就地下探測而言，三維探地雷達就好比一副可以“透視”地下的“眼鏡”，借助它，你可以發現地表以下一定深度內存在的各種工程缺陷或地質問題。

三維探地雷達為什麼可以“透視”地下呢？就在於三維探地雷達借助了電磁波傳播的理論。電磁波是能量的一種，通過方向相同且互相垂直的電場和磁場之間的轉換以波動的形式向前傳播，我們雖然看不到到電磁波，但它就存在於我們周圍。

電磁波可以“穿透”多種介質，當電磁波傳播到存在介電常數（與傳播速度有關）差異的兩種介質交界麵時，電磁波將會發生反射，正是利用這個特點，我們就可以“透視”地下的奧秘了。目前，隨著城市地下空間開發利用場所不斷增大，城市道路地下隱患問題日益嚴重，以我們行走的道路為例，如果地下有異常目標，比如管道、纜線等，或者地下存在缺陷，比如孔洞、滲水或土質不均勻的地方等，采用三維探地雷達就可以對這些異常目標和地下缺陷進行探測（圖1）。

圖1 城市道路地下隱患探測

三維探地雷達是怎麼具體實現“透視”地下的呢？主要是利用發射天線發射超寬帶電磁波對地下進行地毯式、全覆蓋探測。在實現的過程中，一次掃描有15-38個通道的數據采集量，這樣，在探測區域範圍之內就可以將接收到的電磁波往返“雙程”傳播時間、振幅和相位的變化形成三維數據體，其中，垂直地麵方向稱為“剖麵”，平行地麵方向的稱為“切片”。通過對互相垂直方向的剖麵與不同深度的切片進行綜合分析，就可以實現對地下缺陷或異常目標的綜合判斷（圖2）。

圖2 三維探地雷達垂向剖麵與水平切片

探地雷達到底能探到地下多深呢？這與探測天線的頻率有關。在可以選擇的頻率範圍之內，頻率越高，所能探測到目標的深度就越淺，反之，所能探到的目標就越深。其中的道理就像跑步，短跑在一開始使勁、快速去跑，所能跑的距離就短；長跑或馬拉鬆持續、慢速的去跑，所能跑的距離就長。

探地雷達的探測精度如何呢？這也與探測天線的頻率有關。在可以選擇的頻率範圍之內，天線頻率越高，探測目標的精度就越高，反之，所探目標的精度就比較低。

那是不是說頻率越高就越好呢？也不是，合適的才是最好的。即要根據探測深度與探測精度，選擇合適的頻率進行探測，才能達到最佳探測效果。

目前，三維探地雷達可以每小時10～30公裏的速度進行車載掃描，因此，可快速實現地下隱患進行準確探查、成像與定位，從而為後期治理提供數據服務和決策支持，最終為安全出行提供切實有力的保障。

（中水北方：栗寶鵑，王誌豪）