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技術(shù)，但檢測內(nèi)容局限且受個人經(jīng)驗(yàn)局限。

隨著無損檢測領(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估技術(shù)。這些技術(shù)能夠提供對橋梁狀況了解，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)閉了一個月。

為了評估橋梁的結(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 對福岡高速公路進(jìn)行探測掃描。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)行探測實(shí)驗(yàn)，每塊預(yù)制板長度約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

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的精確度記錄現(xiàn)場情況，整合地理定位數(shù)據(jù)，在作業(yè)過程中便可實(shí)時獲取地下三維地圖?；谶@些掃描數(shù)據(jù)的報告，為橋梁的結(jié)構(gòu)完整性評估和維護(hù)規(guī)劃提供了參考。

2、與此同時，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)識別橋梁的結(jié)構(gòu)薄弱點(diǎn)，還能對瀝青損壞程度進(jìn)行更多評估，包括識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)了對橋梁結(jié)構(gòu)首層鋼筋的自動檢測。這一技術(shù)的引入，不僅大大提高了檢測效率，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鋼筋反射信號的衰減情況進(jìn)行分析，會生成兩張定性圖：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，對雷達(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，工程師們對探測區(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 探測結(jié)果的精準(zhǔn)性和可靠性。