新款三維探地雷達如何高清展示公路橋梁裂紋和AI分析結構質(zhì)量

橋梁作為基礎設施的核心部分，其結構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。傳統的橋梁狀況評估主要依賴(lài)于目視檢查和例如拖鏈法和錘擊法等特定無(wú)損檢測技術(shù)，但檢測內容局限且受個(gè)人經(jīng)驗局限。

隨著(zhù)無(wú)損檢測領(lǐng)域在硬件和軟件方面取得的顯著(zhù)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 70 年代，在經(jīng)歷了包括多次地震在內的重大事件后，這座橋梁遭受了嚴重破壞，導致在 2016 年4月關(guān)閉了一個(gè)月。

為了評估橋梁的結構健康狀況，2023 年秋，日本高速公路運營(yíng)商NEXCO EAST與PROCEQ合作，采用新款產(chǎn)品——多通道陣列式三維探地雷達GS9000 對福岡高速公路進(jìn)行探測掃描。這款探地雷達如同橋梁的“透視眼"，能夠深入橋梁內部，探測出隱藏在混凝土層下的結構缺陷。

他們選擇了兩塊預制板的結合處進(jìn)行探測實(shí)驗，每塊預制板長(cháng)度約25米。結果如下圖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(zhù)GS9000探地雷達在橋面上進(jìn)行探測

解決方案

1、通過(guò)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場(chǎng)情況，整合地理定位數據，在作業(yè)過(guò)程中便可實(shí)時(shí)獲取地下三維地圖?；谶@些掃描數據的報告，為橋梁的結構完整性評估和維護規劃提供了參考。

2、與此同時(shí)，通過(guò)高頻陣列天線(xiàn)，工程師們可收集到密集的地下數據。這些數據不僅幫助他們精準識別橋梁的結構薄弱點(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垢和分解而造成的老化區域（圖 7）；分析首層筋層（圖 8），以繪制更詳細的狀況圖（圖 4），定位需要立即關(guān)注或緊急維護的區域。

3、數據后處理GPR Insights：在GPR Insights中處理大規模的GPR數據集，需要利用軟件的各項功能來(lái)分析和解讀收集到的數據。通過(guò)利用GPR Insights軟件中的人工智能引擎和云算法，橋梁路面的雷達數據能夠被高效處理并轉化為具有實(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)現了對橋梁結構首層鋼筋的自動(dòng)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(guān)、清晰的橋梁結構狀況圖。通過(guò)人工智能引擎對鋼筋反射信號的衰減情況進(jìn)行分析，會(huì )生成兩張定性圖：劣化圖和混凝土結構狀況圖，為后期維護和維修提供了決策支撐。

圖 4: GPR 探測結果最重要的輸出是劣化圖，

紅色區域為劣化可能性區域，

它是基于頂部鋼筋的振幅衰減得出，符合 ASTM D6087 標準。

全分辨率成像，高清識別橋梁裂紋

在多通道探地雷達(GPR) 技術(shù)領(lǐng)域，普遍的設計只能達到要求通道間距約為 7.5 cm。這種標準化設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，這種傳統設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(xiàn)設計不僅大幅拓寬了高頻頻寬的覆蓋范圍，而且實(shí)現了通道間距的顯著(zhù)縮減，僅為2.5 cm。這種偏離傳統間距標準的做法產(chǎn)生了多方面的優(yōu)勢，對雷達技術(shù)的能力和應用產(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 4 至 6 cm深處發(fā)現了延伸的表層缺陷。

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。

結果

為了驗證GS9000探地雷達的數據結果，工程師們對探測區域的一部分進(jìn)行了開(kāi)鑿驗證。結果證實(shí)，實(shí)際發(fā)現的結構薄弱點(diǎn)和缺陷與雷達數據展示的結果吻合，進(jìn)一步證明了GS9000 探測結果的精準性和可靠性。