张蓓[1]2003年在《路面结构层材料介电特性及其厚度反演分析的系统识别方法——路面雷达关键技术研究》文中认为路面雷达作为一种高效、快速、连续、无损的路面检测设备，其应用技术的研究自八十年代以来一直是国际上的热门课题。目前的研究成果大多局限于路面结构层厚度的检测。由于理论模型及信号采集等方面的困难，现行路面雷达厚度分析方法仅对新铺沥青混凝土路面有相对较好的检测精度，而对旧沥青混凝土路面和水泥混凝土路面的检测精度却不能令人满意，对路面其它技术指标如压实度、含水量以及沥青含量的研究还处于探索阶段，建立在严密理论模型基础上的数据分析软件系统尚处于空白状态。 本文针对上述路面雷达应用技术存在的问题，研究路面结构层材料介电特性及其厚度的反演。基于电磁波基本理论，通过分析雷达电磁波在路面结构层介质中的传播特性，建立了雷达电磁波在路面结构体系中传播的正演模型，并依据该模型模拟合成了不同路面结构体系中雷达波的反射信号。应用该正演模型，首次将系统识别理论引入探地雷达信号分析领域，提出了路面结构层材料介电特性及其厚度反演分析方法，并开发了反演分析软件SIDTHK。 本文主要研究成果和结论如下： 1．基于电磁波理论的基本原理，从Maxwell方程着手，建立了雷达电磁波在路面结构体系中传播的正演模型。该正演模型考虑了介质介电常数的虚部，理论上更为严谨，并更接近于工程实际，它不仅适用于低耗的沥青混凝土路面结构，而且也适用于高耗的水泥混凝土路面结构； 2．分析了路面结构层材料介电常数实部和虚部对雷达电磁波反射信号的影响，并得出以下结论：(1)介电常数的实部主要影响雷达反射波的时延，实部越大，时延越长；(2)虚部主要影响除路表反射波幅之外的其它结构层界面的反射波波幅，虚部越大，反射波幅越小；(3)当介质介电常数虚部较大时，忽略虚部将给分析结果带来明显的误差； 3．提出了路面结构层介电特性及其厚度反演分析的系统识别方法，将奇异值分解技术应用于控制方程的病态诊断和求解，有效地解决了控制方程病态时的求解问题，建立了理论严谨、收敛快、精度高的模型参数调整算法，并开发了路面结构层材料介电特性及其厚度反演分析软件SIDTHK。该软件成功地将合理的雷达波正演模型和高效稳定的参数反演方法结合起来，从根本上改变了目前路面雷达数据分析主要依赖于经验或手工试算的现状； 4．对SIDTHK软件考评结果显示：SIDTHK软件反算过程稳定，精度较高，而且反算结果在相当大范围内不受初始值的影响；不论是对新铺沥青混凝土路重庆大学博士学位论文 面，还是对旧沥青混凝土路面和水泥混凝土板，SIDTHK软件的反算精度都 明显高于现行方法的计算精度。此外，SIDTHK软件反算的路面厚度不需要 钻孔取芯标定，也基本上不受数据采集时路面结构层含水量状况的影响，与 现行方法相比具有更强的实用性;5.本文研究成果使路面雷达对新铺沥青混凝土路面的检测精度提高到一个新的 水平，并对解决旧沥青混凝土路面和水泥混凝土路面检测精度差这一国际性 难题作了成功的尝试，也为进一步研究复合材料的介电特性及其压实度、含 水量及沥青含量等技术指标的反演提出了全新的思路。
郭成超[2]2004年在《路面结构层材料介电特性反演及路面雷达应用》文中提出路面雷达作为一种高效、快速、连续、无损的路面检测设备，其在路面的重要技术性能指标如厚度、压实度、空隙率、含水量以及沥青含量等中的应用，自80年代以来一直是工程界和相关研究部门的重要研究课题。 本文基于电磁波基本理论和系统识别原理，研究了路面结构层材料复合介电特性及其厚度、压实度、空隙率、含水量和沥青含量等的反演。主要研究成果和结论如下： 1．基于电磁波理论的基本原理，从Maxwell方程着手，建立了雷达电磁波在典型柔性路面结构体系中的传播正演模型。分析了实际路面结构层材料介电常数实部和虚部对雷达反射信号的影响，并得出了相应的结论； 2．基于路面结构层材料介电特性及其厚度反演分析软件SIDTHK，开发出了柔性路面结构层材料介电特性及其厚度反演分析的程序。应用该程序对实际路面的厚度进行检测，提高了检测的精度； 3．研究了材料的复合介电特性及其叁相体积比的关系，提出了压实度、空隙率、含水量及沥青含量等技术指标的检测和评价的思路，并对快速检测沥青混凝土路面面层空隙率和压实度作了成功的探索，推导了沥青混凝土路面面层空隙率和压实度计算的方法，编制出了沥青混凝土路面面层空隙率和压实度反演的程序，对面层沥青含量的反演也进行了有益的尝试，并分别应用到实际路面进行了对比分析，对比结果表明了反演方法的有效性。
张勇[3]2005年在《路面结构层材料介电特性试验研究》文中研究说明路面雷达作为一种新型的公路无损检测技术,因其具有无损伤、高效率、低成本和高分辨率成像等优点,在连续、快速、无破损检测路面性能指标方面越来越发挥出不可忽视的作用,并显示出广阔的应用前景和巨大的社会及经济效益。 路面材料介电特性的差异是路面雷达应用的先决条件,雷达接收到的反射波是介质介电特性的函数,对其图像数据的解释、判读和反演都依赖于对介质介电特性的分析。路面雷达对结构层厚度、压实度、空隙率、含水量及沥青含量等路面材料性能指标的识别,都是基于对路面材料介电特性的研究来加以实现的。同时,路面材料作为一种复合介质,建立其介电常数模型是研究复合介质介电特性的基础。因此,开展路面材料的介电特性以及复合介质介电常数模型的研究具有重要的理论和实际意义,它将为路面雷达在实际工程中的应用提供理论依据。 本文针对路面雷达应用技术存在的问题,开展路面材料的介电特性以及复合介质介电常数模型的试验研究。主要研究内容和结论如下: 1) 论述了路面雷达应用技术的发展与现状、路面雷达的系统组成与探测原理,以及雷达脉冲电磁波在路面介质中的传播特性,并详细介绍了路面雷达在道路检测与评价中的实际应用; 2) 深入分析了介质介电特性的基本理论以及路面结构层材料的介电特性,为路面雷达的实际应用提供了理论依据; 3) 对路面结构层材料的介电特性进行了试验研究,得到了混合料及其组成成分的介电常数、体积比以及密度等指标,并对结果进行了分析,得到了龄期内介电常数的变化规律和介电常数与密度、强度之间的关系,以及油石比、集料级配、水灰比等参数对介电常数的影响规律等相关结论,为路面雷达的工程应用提供了技术支持; 4) 详细介绍了多种复合介质介电常数模型及其适用情况,基于试验对现有常用路面材料的复合介质介电常数模型的适应性进行了验证,并对现有常用介电常数模型进行了修正。
刘俊[4]2006年在《路面雷达电磁波的二维时域有限差分法模拟及应用研究》文中进行了进一步梳理路面雷达作为一种新型的公路无损检测技术，具有速度快、无损伤、高效率、低成本和高分辨率成像等优点，已经得到广泛的应用。目前路面雷达图像解释的自动化程度还较低，人为因素较多，评价结果往往带有很大的主观性，而通过分析各种路面结构模型的正演结果，可以加深对路用雷达反射剖面的认识，积累根据路面雷达图像判别地下结构的经验，提高解释精度；其次，利用已知模型的正演结果进行反演，可验证反演算法的正确性，同时正演技术的发展也能有效地推动探地雷达技术的发展。 时域有限差分法(FDTD)方法经过四十多年的发展已成为一种成熟的电磁数值计算方法，应用范围涉及几乎所有电磁领域。而路面雷达作为时域瞬态电磁场理论发展过程中的重要成果，其基本原理符合电磁学理论。本文将基于2D-FDTD(二维时域有限差分法方法)开展路面雷达电磁波传播的正演模拟研究。 主要研究成果和结论如下： 1．基于电磁波理论的基本原理，建立了路面雷达电磁波在典型路面结构体系下传播的2D-FDTD正演模型并且编制了该模型的正演模拟计算程序，同时在理论上验证了该正演模拟的正确性。进一步研究了路面各结构层材料的介电常数和电导率变化对路面雷达回波信号的影响，并且得出了相应的结论； 2．建立了路基下有金属、空洞及介质叁种目标体的雷达电磁波传播的2D-FDTD正演模型。通过正演模拟，进一步探讨了路基的介电参数(介电常数及电导率)变化对目标体产生的雷达反射波影响以及各个目标体的水平尺寸、厚度、埋深、几何形状等变化对雷达反射波影响，由此加深对路基下有不同目标体的路面雷达回波波形认识； 3．建立了路面结构中存在不同路面病害(脱空、沥青剥落、裂缝、松散高含水量等)的路面雷达电磁波传播的2D-FDTD正演模型。通过正演模拟，分析了不同病害下的路面雷达电磁波的反射波特性，为利用路面雷达探测路面结构中存在的不同病害提供了一定的理论基础。同时针对非均匀性介电材料的路面雷达电磁波传播的2D-FDTD正演模型进行了模拟研究，并得出了相应的结论。 结果表明：利用2D-FDTD模拟路面雷达电磁波在路面结构层传播，过程稳定，精度较高；同时本文的研究成果为路面雷达回波的正演模拟提供了一条有效的途径，也为进一步开展路面雷达电磁波反演打下了理论基础。
李嘉[5]2005年在《路面雷达电磁波的时域有限差分法模拟》文中研究说明路面雷达具有探测速度快、非接触、无破损、分辨率高、可直接获得地下剖面图、进行数据的实时成像处理、经济方便等优点,已得到广泛的应用。其应用技术的研究自八十年代以来一直是国际上的热门话题。由于理论模型的简化及信号采集等方面的困难,现行路面雷达厚度分析方法对新铺沥青混凝土路面低耗材料有较好的检测精度,而对旧沥青混凝土路面和水泥混凝土路面这些有耗、色散路面材料的检测精度却不能令人满意,对路面其他技术指标如压实度、含水量以及沥青含量的研究还处于探索阶段,建立在严密理论模型基础上的数据分析软件系统还有待进一步研究开发。 1966年,电磁学计算方法—时域有限差分法(FDTD)第一次被用来模拟电磁脉冲和理想导体作用的时域响应,并取得成功。近二十年来,FDTD以其运算速度快、节约存储空间、仿真效果好等众多的优点,迅速运用于电磁场的各个领域,并开发出多种工程软件。 本文所做的工作就是基于电磁波的基本理论,通过分析FDTD的基本理论和应用于路面雷达的仿真研究的需特殊的处理的几个方面,建立了路面雷达电磁波的FDTD正演模型。应用该正演模型,对几个工程实例进行模拟比较,分别从定性、定量和精度上证明了该模型的可行性和有效性。在色散介质中的传播的研究中,本文通过分析目前国际上常用的几种介电常数模型,选取适合路面系统的介电常数的FDTD本构模型和色散FDTD算法。最后分析了色散媒质特性对脉冲波的传播的影响。取得的主要结论如下: 1、基于电磁波理论的基本原理,研究分析时域有限差分法应用于路面体系的特点。(1)对于路面系统来说可以简化为一维FDTD问题来处理,不仅节约存储空间,而且达到有效的精度;(2)激励源和吸收边界条件的设置都应该采用“软”性来处理,从而能够消除“硬”性一直接赋值方法引起的非物理反射;(3)在介质参数突变面处采用特殊的处理方法一平均法这以保证在分层界面程序的运行;(4)由于Maxwell方程适用的是总场,建立正演模型的时候需要特殊处理反射场的提取。 2、通过分析了介电常数的在色散介质中的频散特性,选择了适用路面体系的
张瑞[6]2007年在《科技打造公路安全的透视眼》文中研究指明当前,我国高等级公路建设正处于迅速发展时期,公路建设质量受到高度重视,公路养护维修正面临日益繁重的任务,传统的路基路面监测评价手段已不能满足需要,加快推广高新检测技术势在必行。因此,本项成果具有广阔的应用前景,并将产生更大的经济社会效盗。
参考文献：
[1]. 路面结构层材料介电特性及其厚度反演分析的系统识别方法——路面雷达关键技术研究[D]. 张蓓. 重庆大学. 2003
[2]. 路面结构层材料介电特性反演及路面雷达应用[D]. 郭成超. 郑州大学. 2004
[3]. 路面结构层材料介电特性试验研究[D]. 张勇. 郑州大学. 2005
[4]. 路面雷达电磁波的二维时域有限差分法模拟及应用研究[D]. 刘俊. 郑州大学. 2006
[5]. 路面雷达电磁波的时域有限差分法模拟[D]. 李嘉. 郑州大学. 2005
[6]. 科技打造公路安全的透视眼[J]. 张瑞. 创新科技. 2007
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