地质雷达数据处理
地质雷达检测原理及应用
1.5 地质雷达探测系统的组成
从左到右从上到下依次为： SIR-20主机、电缆、400M 天线、电池和充电器、打标 器、测距轮
1.6 地质雷达天线分类
空气耦合天线：主要用于道 路路面检测（具有快速便捷 的特点，但受到的干扰较 大）；
地面耦合天线：主要用于地 质构造检测，检测深度较深 （地面耦合天线能够减少天 线与地面间其他因素的干扰， 检测效果较为准确）
2.2 现场检测工作 2.2.1 仪器设备启动与参数设置 ① 连接主机与电源和天线 ② 打开主机电脑，进入采集软件 ③ 采集方式：时间模式time（也称为连续测量、自由测量）、距离模式
distance（也称为测距轮控制测量、距离测量）、点测模式point ④ 采集关键参数 （1）频率：发射天线的中心频率越高，则分辨率越高，
与探空雷达一样，探地雷达利用超高频电磁波的反射来探测目标体，根 据接收到的反射波的旅行时间、幅度与波形资料，推断地下介质的结构与分 布。
1.2 地质雷达的工作频段
1~100MHz, 低频，地质探测1-30米 100~1000MHz，中频，构造结构探测，2米 1000~5000MHz，高频, 浅表结构体探测， 50厘米
反射信号的强度主要取决于上、下层介质的电性差异，电性差越大，反射 信号越强
（7世界中粒子呈无序排列的 状态，当外界电磁波穿透该 物质时，微观世界中的粒子 就会成定向排列状态，此时 会形成一个电容板，对外界 穿过的电磁波形成一定的阻 碍作用，而每种物质粒子的 排列规律不同，形成电容板 时阻碍外界电磁波穿过的能 力不同，因此各种物质的介 电常数也不同
（9）在“表格”窗口中点“剖面”选项，设置起始里程，如果里程向右减小，选中 “区域减量”。
三、地质雷达典型缺陷图形判定
地质雷达数据变换处理及其应用
并进 一 步 进 行 数 据 变换 ， 强有 效 信 号 ， 增 降低 干扰 ； 过 绘 图模 块 生 成 波 形 图 ， 析 其 地 质 特 征 。 提 高 了判 断 精 度 ， 通 分 减少 了工 作 量 ， 作更 加 方 便 。 操
［ 关键 词 ］地质 雷 达 ； 像 变 换 ； 里 叶变 换 ； 镜 傅 ｚ变 换 ［ 图 分类 号 ］Ｔ ５ ．２ 中 Ｎ ９７ ５ ［ 献 标 识 码 ］Ｂ 文 ［ 文章 编 号 ］１０ — ２５ ２０ ） ３ ０ ７ — ４ ０ ２ １０ （０ ７ ０ — １６ ０
［ ｅ ｏｄ ］Ｇ ｏ ｇ ａ Ｒ ｄｒ ｏｒ ｒ ｒｎｆ ｍ；Ｚｔ ｎｆｒ Ｋ ｙｗ ｒ ｓ ｅｌ ｉ ｌ ａ ａ；Ｆ ｕｉ ａｓ ｒ ｏ ｃ ｅＴ ｏ —ａ ｓ ｍ ｒ ｏ 地 质雷 达 是 根 据高 频 （ 极 子 ） 偶 电磁 波 在 地 下 介质 传播 的理论 ， 以宽 频 带短 脉 冲 电磁 波 经 由地 面 的发 射天线将 其送 入 地下 ， 地 层 或异 常 反 射体 回 经 到地 面后 ， 由接 收 天线 接 收其 反 射 电磁 波 信号 。通
另 一方 面 ， 地质雷 达探测 时 ， 常 固定 发射 天 在 通
线和接 收天线 间距 ， 天线 沿 测线 同时移 动 ， ２个 采集
１ 问题 的 提 出
国外在 进行 地 质探 测 时 ， 常采 用硬 件 并行 配 置 的方式 ， 如高速公 路探 测 采 用 ４台天 线并 行 安 置 于
探测车 头保险 杠 上。 由于 条件 限制 ， 国内公 路 探 测 尚无法普遍 采用 天线 并 置 的形 式 ， 是 用单 天 线往 而
得到 的是共 （ ） 移 距 数 据 。虽 然 这种 采集 方 式 单 偏 能快 速地获 取雷 达数 据 ， 在很 多雷 达 探测 中却 无 但 能为力 。在 地 质 雷 达 数 据 中存 在 着 各 种 各 样 的噪 音 ， 有外界 的随 机噪音 ， 既 又有地 面和地 上物 体反射 引起 的规则 干扰 ， 有 仪器 本 身 的 噪音 。仪 器 的 噪 还 音 在单 偏移距 剖 面上表现 为与直 达波 同相轴平 行 的 周 期性 出现 的 同相 轴 ， 盖 了有效 的弱 信 号 ，有 效 掩 信号表 现不 明显 ， 采集 的 数 据 与真 实情 况 有 相 当 的
地质雷达-1
二号测线剖面图
测区二
C区
B区
A区
A区测线雷达图像
断裂破碎带 高压线干扰
B区测线雷达图像
断裂破碎带
C区测线雷达图像
桥梁 基岩断裂 高压线干扰
4.2 陆上工程勘查试验
探测方法 仪器及采样参数 探测结果
4.2.1 探测方法
试验目的在于了解地质雷达的探测深度 及其对基岩的探测能力，同时明确陆地上不 同介电常数的地层对雷达波形的反射效果。 选择工作参数为25MHz 中心频率的天线， 1000ns的采集时窗，迭加128次，点测剖面 探测方式，点测距为0.50 米，数据处理电磁 波速暂定为0.1m/ns。
3.4 典型目标体的波组特征
基岩的波组特征 地层界面的波组特征 地下管道的波组特征 水底地形的波组特征 第四系含水地层的波组特征 地下空洞的波组特征 地下埋藏物的波组特征
基岩的波组特征
地层界面的波组特征
地下管道的波组特征
水底地形的波组特征
地下空洞的波组特征
裂隙
岩溶
3.6 复信号参数的地质雷达解释
4.2.3 探测结果(一)
4.2.3 探测结果(二)
4.2.3 探测结果(三)
结束语
主要工作和研究成果： （1）概述了地质雷达技术的历史和发展状况， 分析了地质雷达技术的发展趋势，论证了地质雷达 技术在工程勘查工作中应用的可行性。 （2）对地质雷达数字处理方法进行了深入的探 讨，总结了各种方法的优缺点及其适用条件，并将 Kirchhoff积分偏移法应用于地质雷达数据的处理中。 （3）详细阐述了地质雷达剖面图像的解释方法， 并描述了各种干扰波的识别方法及各种目标地质体 的反射波组特征。 （4）将各种数字处理方法应用于试验数据，从 而对各种方法的适用性有了实际资料的辅证。
reflexw地质雷达数据处理 道插值
reflexw地质雷达数据处理道插值道插值是地质雷达数据处理中的一个重要步骤，它可以有效地填补数据间的空缺，从而提高数据的完整性和准确性。
在ReflexW地质雷达数据处理软件中，道插值是一个常用的功能，它可以通过多种插值算法将缺失的数据点补充完整。
道插值的作用是在地质雷达数据处理过程中，对于存在数据缺失的道进行补充，从而保证数据的连续性和准确性。
在地质雷达勘探中，数据缺失常常是由于各种原因导致的，如设备故障、信号干扰等。
而这些数据缺失若不进行插值处理，将会影响到后续的数据分析和解释工作。
ReflexW地质雷达数据处理软件提供了多种道插值算法，包括线性插值、三次样条插值、克里金插值等。
这些插值算法具有不同的特点和适用范围，用户可以根据具体情况选择合适的算法进行数据处理。
线性插值是一种简单而常用的插值算法，它通过已知数据点的线性关系来估计缺失数据点的数值。
线性插值适用于数据变化比较平缓的情况，但对于数据变化较为剧烈的情况，线性插值可能会引入较大的误差。
三次样条插值是一种更为精确的插值算法，它通过已知数据点之间的三次多项式来插值计算缺失数据点的数值。
三次样条插值能够更好地拟合数据的曲线特征，适用于数据变化较为复杂的情况。
克里金插值是一种基于统计学原理的插值算法，它通过已知数据点之间的空间相关性来估计缺失数据点的数值。
克里金插值考虑了数据点之间的空间分布特征，能够更好地处理地质雷达数据中的空间变异性。
除了以上常用的插值算法，ReflexW地质雷达数据处理软件还提供了其他一些插值方法，如逆距离权重插值、径向基函数插值等。
这些插值方法可以根据用户的需求和数据特点进行选择，并可以进行参数调整以获取更好的插值效果。
在进行道插值处理时，用户需要首先选择插值算法，并根据实际情况设置算法的参数。
然后，软件会自动根据已知数据点进行插值计算，并将结果显示在道剖面图中。
用户可以通过对比原始数据和插值结果来评估插值的效果，并根据需要进行进一步的调整和优化。
c0 GSSI软件RADAN地质雷达资料处理步骤
地质雷达软件RADAN用户手册美国地球物理测量系统公司美国劳雷工业公司2010年10月RADAN处理软件安装安装采集软件RADAN66和RADAN5，并且激活采集软件输入软件序列号serial number输入处理软件产品ID代码:radan计算获取软件激活码Windows 7 系统安装radan 5安装radan程序，找到setup.exe鼠标右键要求以系统管理员身份运行；RADAN软件第一次运行要以系统管理员身份打开。
Windows 7 系统调整显示效果选择控制面板->所有控制面板项->显示->更改配色方案->windows经典->高级，对话框如下：选择颜色项目->桌面->颜色->设置红绿蓝资料整理1打测量，布置网格和测线，数据采集2数据拷贝与备份：从地质雷达主机把数据复制在个人电脑上，并利用2种以上存储介质对原始数据进行备份。
3野外记录整理：整理野外记录本（包括各种参数，利用数码相机或者扫描仪对原始纪录扫描拍照，并制作成PDF格式文件便于日后随时查看野外现场原始资料），工作照片，收集的各种第三方资料（设计图纸、设计厚度、第三方检测资料），现场钻孔资料（里程桩号、芯样实物和照片、长度）。
利用钻孔资料反算电磁波传播速度或者材料介电常数。
4数据编辑与初步整理RADAN5资料处理RADAN6资料解释7图片制作8探测报告编写I GSSI地质雷达探测资料处理流程图数据备份,资料整理,资料处理,资料解释II GSSI处理软件功能模块介绍基本工具打开数据文件，显示雷达数据剖面。
保存数据文件，保存雷达剖面。
选择数据块，选择目标数据剖面。
剪切数据块，切除多余数据剖面。
保存数据块，单独保存雷达数据剖面。
复制剖面图像至剪贴板，地质雷达剖面制作图片。
编辑数据文件头，输入相关参数：标记间隔、扫描数、介电常数、信号位置；编辑标记信息、补充漏打的标记、删除多余标记信息。
线扫描显示方式、以灰阶图或者彩色图形式显示雷达剖面。
一般地质雷达数据处理步骤
GSSI软件RADAN地质雷达资料处理步骤视图—工具栏（前四个打勾）视图---状态栏（打勾）状态栏是屏幕显示窗口最下面的那一栏剖面的线扫描图是每道的波形压缩成一条直线然后用颜色显示出来的。
1.打开软件RADAN，选择文件夹View→Customize（自定义）→Directories（存放数据的地方）.2.编辑文件属性，去除只读属性。
打开文件File→Open(*.dzt)（原始数据）。
此选项为可选项，一般的.dzt文件不是只读的。
3.扫描信息预编辑：利用图标Edit→Select（选择时避开打的标记，若选定段包含标记，可把标记避开分几次选）, 选择一段扫描剖面，切除多余扫描信息Cut，或者保存特定扫描剖面Save。
4.文件测量方向掉转。
打开文件，选择File→Save As ，打勾。
5.（针对连测）添加距离信息。
测量轮测量直接获取距离概念。
连续测量方式加距离需要三步A) 编辑文件头内的距离信息Edit→File Header, 扫描/米[scans/m], 米/标记[m/mark]，B)编辑用户标记（用中文randan5软件时，标记编辑：1）标记类型user 2）编辑模式：添加3）在线扫描图上需要标记的地方点一下，扫描数自动变化4）转换—用户标记都转换为复合标记），C)并利用距离归一化函数进行处理,Process→Distance Norm,,打勾。
（文件前、后没有被标记进去的，归一化后自动去掉。
所以标记时一定要从有用的信息开始标，尾部有用信息结束处也要做标记。
Usermark用户手标，diatmark测量轮自动打标。
）6.添加里程信息.A)Edit→File Header →3D option→X start输入里程起点坐标.B)Edit→Edit database→regions → x origGlobal输入里程起点坐标----apply.（此步骤可随时做）7.水平刻度调整。
Process→Horizontal scale.叠加stacking、抽道skipping（显示长剖面的整体效果）、加密stretching（波形比例加大，使小的目标体显示清楚）。
一般地质雷达数据处理步骤
一般地质雷达数据处理步骤分界面厚度变化时可用此法，一般不用2）有倾斜地层时可用此法3）使钢筋显示更清楚用此法⑹主要用此法的地方1）测工字钢个数，埋深，形态，间隔2）测空洞3）测钢筋网个数1.反褶积、一维频率滤波（取默认值。
垂直方向上出现一串时（等间隔的多次波）用此）。
Process→Deconvolution；Process→IIR Filter.2.偏移归位Process→Migration，选择偏移类型kirchhoff，调整曲线形态。
3.希尔伯特变化Process→Hilbert Xform，选phase显示瞬态相位信息。
4.添加地面高程信息，并利用高程归一化函数进行处理。
Process→SurfaceNorm。
5.静态校正Process→Static，mode选择manual手动调整方式。
6.文件拼接。
打开Radan软件，选择File→Append files。
7.通道合并，多通道资料对比分析。
打开Radan软件，选择File→Combinechannels。
8.交互式解释View→Interactive，生成*.lay文件。
步骤1）点2）如果从没解释时就选generate new pick file，如果是在原来的基础上对此文件进行解释就选pick file找到lay文件3）选目标体（如钢筋类的，解释后可以看出有多少根）：①在剖面上点右键---target options—new target—双击目标体名字----然后在target parameters里改各个要改的参数②在剖面上点右键---pick options---在pick options里填参数（若拾取工具选block时，在剖面上选一块然后点右键然后加点，）4）选分层①在剖面上点右键----layer options---改layer options里的参数然后确定②在剖面上点右键---pick options---在pick options里填参数（若拾取工具选block时，在剖面上选一块然后点右键然后加点，若当中有空的没有连起来则点右键，插值）5）在剖面上点右键----spreadsheet（表格）6）在剖面上点右键----save changes---current file---保存为lay文件7）用excel打开此lay文件（打开时分割符号选tab键和逗号），打开后去掉头文件然后画图。
c GSSI软件RADAN地质雷达处理步骤
地质雷达软件RADAN用户手册美国地球物理测量系统公司美国劳雷工业公司2010年10月RADAN处理软件安装安装采集软件RADAN66和RADAN5，并且激活采集软件输入软件序列号serialnumber输入处理软件产品ID代码:radan计算获取软件激活码Windows7系统安装radan5安装radan程序，找到setup.exe鼠标右键要求以系统管理员身份运行；RADAN软件第一次运行要以系统管理员身份打开。
Windows7系统调整显示效果选择控制面板->所有控制面板项->显示->更改配色方案->windows经典->高级，对话框如下：选择颜色项目->桌面->颜色->设置红绿蓝资料整理1打测量，布置网格和测线，数据采集2数据拷贝与备份：从地质雷达主机把数据复制在个人电脑上，并利用2种以上存储介质对原始数据进行备份。
3野外记录整理：整理野外记录本（包括各种参数，利用数码相机或者扫描仪对原始纪录扫描拍照，并制作成PDF格式文件便于日后随时查看野外现场原始资料），工作照片，收集的各种第三方资料（设计图纸、设计厚度、第三方检测资料），现场钻孔资料（里程桩号、芯样实物和照片、长度）。
利用钻孔资料反算电磁波传播速度或者材料介电常数。
4数据编辑与初步整理RADAN5资料处理RADAN6资料解释7图片制作8探测报告编写IGSSI地质雷达探测资料处理流程图数据备份,资料整理,资料处理,资料解释IIGSSI处理软件功能模块介绍基本工具打开数据文件，显示雷达数据剖面。
保存数据文件，保存雷达剖面。
选择数据块，选择目标数据剖面。
剪切数据块，切除多余数据剖面。
保存数据块，单独保存雷达数据剖面。
复制剖面图像至剪贴板，地质雷达剖面制作图片。
编辑数据文件头，输入相关参数：标记间隔、扫描数、介电常数、信号位置；编辑标记信息、补充漏打的标记、删除多余标记信息。
线扫描显示方式、以灰阶图或者彩色图形式显示雷达剖面。
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背景噪音去除
• 它用来对沿着扫描方向的中值进行偏移处理 (清除X) • 它用来去除主带和由于天线和地面之间的缝隙而产生的水
平噪声 (响声) • 当存在伪水平层时不能使用该方法.
地质雷达数据处理
平滑增益和线性增益
• 它用于补偿由于在介质中传播所造成的衰减 • 探地雷达所接收到的信号的变化范围很大 (从几伏特到几
地质雷达数据处理
偏移实例
雷达图
地质雷达数据处理
偏移处理后 的雷达图
The MTI filter
• 这个术语出自雷达理论(MTI – 移动目标体显示表明雷达能 够分辨出移动的目标体)
是平均值 (叠加因子)
• 如果Ns = 10, 能量的衰减为 10dB
• 如果Ns = 100, 能量的衰减 为 20 dB
• 传播深度上的增益仍然受限制 • 叠加过程一般由探地雷达自动
进行处理
地质雷达数据处理
傅立叶变换
• 应用于单次扫描求值 • 在介质中传播减弱了 不同的频率 • 设置滤波器的截止频 率以去除无用的成分
地质雷达数据处理
水平处理
• 应用于所有的图象或图象的某些部分上. 这是水平方向的 解释 (在x方向上)
• 它是一种 “记忆性”的处理 (计算所得的参数可以用于所 有图象或图象的某些部分上)
• 它主要进行下面的处理: • 土壤采样 • 背景噪音去除 (清除X) • 线性增益 和 平滑增益 • 水平带通滤波器 (FIR X) • 移植 • MTI(偏移)滤波器
地质雷达数据处理
线性增益
• 红色曲线表示 400 MHz天 线 接收到的中间能量的变 化
• 蓝色曲线表示经过线性 STC(调整增益)以后中间能 量的变化
• 我们从图上可以看出蓝色 曲线并不完全和 0 dB 值相 一致
• 目标体的信号以灰阶的变 化显示在上一页的左图中
地质雷达数据处理
平滑增益
• 这是平均化的第二步，也是最后一步。 能量范围现在已经完 全被压缩了 (蓝色曲线)
另外 • 估计传播速度
地质雷达数据处理
“直达波”
• 是最先到达接受天线的信号 (红 色)
• 它沿着空气与地面的分界面
• 是探测中的无用信号, 但是它可 用来校准零深度值
• 它的振幅能表明浅目标体的存在
地质雷达数据处理
土壤采样
• 它可用来校准零深度值 • 它使用的是主带, 因此应在去除前使用
地质雷达数据处理
微伏), 因此必须进行压缩，以用有限数目的颜色种类来 表示 • 人的眼睛很难区分256等级的灰度值 • 它需要压缩接收到信号的范围以观察振幅的微小变化 • 在RIS系统中, STC (线性增益) 应用于两个方面
地质雷达数据处理
探地雷达信号的范围
• 用红线来表示 400 MHz天线 接收到的中间能量的趋势
• 一般我们在调频等幅类 型的探地雷达中使用傅 立叶变换, 除非是发射脉 冲电磁波的探地雷达(如 意锐雷达)
地质雷达数据处理
B 扫描类型可视化图
地质雷达数据处理
B 扫描可视化图
• 它被用于检测感兴趣的目标 体
• 它是一种二维表示法
• X轴上是扫描距离
• Y轴上是回声延时
• 信号的振幅通常用颜色的变 化 来表示 (点模式) 或用笛卡 儿图来表示 (线模式)
• 本例中有用信号的范围大于 -70 dB (最大值和最小值的 比大于 3000)
• 红色曲线的两个变化之间的 联系可以用来估计穿透范围
• 蓝色曲线是由RIS系统计算 出来，以用于线性 STC
地质雷达数据处理
线性增益
• 这是平均化的第一步。 能量范围还没有被完全压缩 • 右图上的目标体比左图上的明显(颜色更深) 的多
探地雷达中用到的滤波器
• 一般我们使用FIR滤波器 (“有限长冲击响应”) – FIR Y
• 频率域滤波器使分析更加 困难 (图中的绿色曲线)
• 通常我们使用带通滤波器 (BP)
• 用来去除低频成分 • 用来减少高频噪声
这表示 去除了对探地雷达
来说“无用的”成分
地质雷达数据处理
叠加
• 用来减少无关的噪声干扰 • 增益值为10 log10(Ns), 这里Ns
• 所有的目标体现在都在图地质上雷相达数当据处明理显
基本处理结果
• 标准处理顺序: 土壤采样, Y方向滤波, 清除X, 线性STC, 平滑
Sபைடு நூலகம்C
地质雷达数据处理
水平 BP(带通)滤波器 (FIR X)
• 用于去除伪水平方向的噪声(在X扫描方向上) • 截断“频率” (单位是 m-1)定义为我们所探测的目标体的
摘要
• 探地雷达数据表示 方法
• 探地雷达数据解释 的一般方法
• 设备保养、维护
地质雷达数据处理
探地雷达图
• 它不是所测量介质的“图象” • 有时候它能得到有关目标体复杂几何形态的
信息 • 可对它进行如下分析（描述）:
• A 扫描 (一维) • B 扫描 (二维) • C 扫描 (三维)
地质雷达数据处理
最小和最大尺寸 • 例如, 设为从0.3 m-1到10 m-1, 即表示我们要探测的所有目
标体的尺寸大于1/10=0.1m 小于 1/0.3=3.3m • 必须小心选择截断频率的大小
地质雷达数据处理
水平 BP(带通)滤波器 (FIR X)
标准处理
地质雷达数据处理
标准处理 +FIR X
偏移
• 它用于聚焦雷达图 • 它是一种从声学和地震学借鉴过来的描述方法 • 在 RIS 系统中 它用于TD 偏移 (时间域), 即几何方面 • 它需要确切知道雷达波的传播速度 • 它受相近的目标体所产生的不同的双曲线干涉的影响 • 它可用于雷达图的水平切片
• 它是一种 “非记忆性的” 处理(不受之前和以后的各扫影 响)
• 它主要进行下面的处理:
• 高通滤波器 • 低通滤波器 • 带通滤波器 • 叠加 • 傅立叶变换 (信号的频谱)
地质雷达数据处理
滤波器的定义
• 有四种类型的滤波器:
低通
带通
高通
带阻
• 滤波器既可以用于时域，也可用于频域
地质雷达数据处理
A 扫描类型可视化图
地质雷达数据处理
“A 扫描” 可视化图
• 它是每种雷达数据表示法 的基础 (单信号)
• 但是它对所测目标体的用 处不是很大
• 探地雷达得到许多A扫描 (扫)，用来“构建”雷达图 (B扫描)
• X轴上的值是时间(延迟)
地质雷达数据处理
纵向处理
• 假设扫描是独立的，我们把它应用于每一扫上。 它是 “纵向”的解释(在Y方向上)