新款三維探地雷達(dá)如何高清展示公路橋梁裂紋和AI分析結(jié)構(gòu)質(zhì)量

橋梁作為基礎(chǔ)設(shè)施的核心部分，其結(jié)構(gòu)的完整性和安全性至關(guān)重要，因此定期需要詳盡而周密的檢查。傳統(tǒng)的橋梁狀況評(píng)估主要依賴于目視檢查和例如拖鏈法和錘擊法等特定無損檢測(cè)技術(shù)，但檢測(cè)內(nèi)容局限且受個(gè)人經(jīng)驗(yàn)局限。

隨著無損檢測(cè)領(lǐng)域在硬件和軟件方面取得的顯著進(jìn)步，我們推出了一系列新的橋梁狀況綜合評(píng)估技術(shù)。這些技術(shù)能夠提供對(duì)橋梁狀況了解，幫助甲方及早發(fā)現(xiàn)橋梁存在的缺陷、老化跡象以及潛在的安全隱患。

案例背景

日本的福岡高速公路橋梁建于 20 世紀(jì) 70 年代，在經(jīng)歷了包括多次地震在內(nèi)的重大事件后，這座橋梁遭受了嚴(yán)重破壞，導(dǎo)致在 2016 年4月關(guān)閉了一個(gè)月。

為了評(píng)估橋梁的結(jié)構(gòu)健康狀況，2023 年秋，日本高速公路運(yùn)營商N(yùn)EXCO EAST與PROCEQ合作，采用新款產(chǎn)品——多通道陣列式三維探地雷達(dá)GS9000 對(duì)福岡高速公路進(jìn)行探測(cè)掃描。這款探地雷達(dá)如同橋梁的“透視眼"，能夠深入橋梁內(nèi)部，探測(cè)出隱藏在混凝土層下的結(jié)構(gòu)缺陷。

他們選擇了兩塊預(yù)制板的結(jié)合處進(jìn)行探測(cè)實(shí)驗(yàn)，每塊預(yù)制板長(zhǎng)度約25米。結(jié)果如下圖1所示：地圖上疊加的C掃描視圖清晰地展示了表面缺陷情況。

圖1

圖 2 和圖 3 : 工作人員正推著GS9000探地雷達(dá)在橋面上進(jìn)行探測(cè)

解決方案

1、通過GS9000的“自由路徑"功能，工程師們能夠以厘米級(jí)的精確度記錄現(xiàn)場(chǎng)情況，整合地理定位數(shù)據(jù)，在作業(yè)過程中便可實(shí)時(shí)獲取地下三維地圖。基于這些掃描數(shù)據(jù)的報(bào)告，為橋梁的結(jié)構(gòu)完整性評(píng)估和維護(hù)規(guī)劃提供了參考。

2、與此同時(shí)，通過高頻陣列天線，工程師們可收集到密集的地下數(shù)據(jù)。這些數(shù)據(jù)不僅幫助他們精準(zhǔn)識(shí)別橋梁的結(jié)構(gòu)薄弱點(diǎn)，還能對(duì)瀝青損壞程度進(jìn)行更多評(píng)估，包括識(shí)別主要裂縫和坑洼等（如圖2和圖6所示）。

此外，工程師們還可以檢測(cè)瀝青層和混凝土層之間的缺陷（如分層），并確定因混凝土成分的結(jié)垢和分解而造成的老化區(qū)域（圖 7）；分析首層筋層（圖 8），以繪制更詳細(xì)的狀況圖（圖 4），定位需要立即關(guān)注或緊急維護(hù)的區(qū)域。

3、數(shù)據(jù)后處理GPR Insights：在GPR Insights中處理大規(guī)模的GPR數(shù)據(jù)集，需要利用軟件的各項(xiàng)功能來分析和解讀收集到的數(shù)據(jù)。通過利用GPR Insights軟件中的人工智能引擎和云算法，橋梁路面的雷達(dá)數(shù)據(jù)能夠被高效處理并轉(zhuǎn)化為具有實(shí)際意義的地圖和可視化圖像。

其中，人工智能引擎功能實(shí)現(xiàn)了對(duì)橋梁結(jié)構(gòu)首層鋼筋的自動(dòng)檢測(cè)。這一技術(shù)的引入，不僅大大提高了檢測(cè)效率，還為工程師們提供了更加直觀、清晰的橋梁結(jié)構(gòu)狀況圖。通過人工智能引擎對(duì)鋼筋反射信號(hào)的衰減情況進(jìn)行分析，會(huì)生成兩張定性圖：劣化圖和混凝土結(jié)構(gòu)狀況圖，為后期維護(hù)和維修提供了決策支撐。

圖 4: GPR 探測(cè)結(jié)果最重要的輸出是劣化圖，

紅色區(qū)域?yàn)榱踊赡苄詤^(qū)域，

它是基于頂部鋼筋的振幅衰減得出，符合 ASTM D6087 標(biāo)準(zhǔn)。

全分辨率成像，高清識(shí)別橋梁裂紋

在多通道探地雷達(dá)(GPR) 技術(shù)領(lǐng)域，普遍的設(shè)計(jì)只能達(dá)到要求通道間距約為 7.5 cm。這種標(biāo)準(zhǔn)化設(shè)計(jì)在不同配置中普遍存在，涵蓋了各種頻率范圍和通道分配。然而，這種傳統(tǒng)設(shè)置在有效探測(cè)表面缺陷（如瀝青/混凝土（A/C）層中的裂縫和老化缺陷）方面經(jīng)常遇到限制。

相比之下，GS9000 的天線設(shè)計(jì)不僅大幅拓寬了高頻頻寬的覆蓋范圍，而且實(shí)現(xiàn)了通道間距的顯著縮減，僅為2.5 cm。這種偏離傳統(tǒng)間距標(biāo)準(zhǔn)的做法產(chǎn)生了多方面的優(yōu)勢(shì)，對(duì)雷達(dá)技術(shù)的能力和應(yīng)用產(chǎn)生了更多的影響，本案例便是證明：采集到表面缺陷、表面缺陷的深度方向延伸特點(diǎn)/瀝青界面缺陷。

圖 5.瀝青層的主要表面缺陷（裂縫）

圖6：在瀝青層內(nèi) 4 至 6 cm深處發(fā)現(xiàn)了延伸的表層缺陷。

圖 7：瀝青混凝土 (A/C) 層之間的界面缺陷（分層）。

圖8：首層鋼筋網(wǎng)的實(shí)時(shí)切片視圖。

結(jié)果

為了驗(yàn)證GS9000探地雷達(dá)的數(shù)據(jù)結(jié)果，工程師們對(duì)探測(cè)區(qū)域的一部分進(jìn)行了開鑿驗(yàn)證。結(jié)果證實(shí)，實(shí)際發(fā)現(xiàn)的結(jié)構(gòu)薄弱點(diǎn)和缺陷與雷達(dá)數(shù)據(jù)展示的結(jié)果吻合，進(jìn)一步證明了GS9000 探測(cè)結(jié)果的精準(zhǔn)性和可靠性。