基于时域有限差分的地下管线探测数值模拟

作     者：吕雅琪 程晓文 饶奔煌 许耀凯 罗旖琦 LYU Yaqi;Cheng Xiaowen;Rao Benhuang;Xu Yaokai;Luo Yiqi

作者机构：广州计量检测技术研究院广州510663 

出 版 物：《机电工程技术》 (Mechanical & Electrical Engineering Technology)

年 卷 期：2025年第54卷第1期

页      面：92-95,112页

学科分类：080904[工学-电磁场与微波技术] 0810[工学-信息与通信工程] 0809[工学-电子科学与技术（可授工学、理学学位）] 08[工学] 081105[工学-导航、制导与控制] 081001[工学-通信与信息系统] 081002[工学-信号与信息处理] 0825[工学-航空宇航科学与技术] 0811[工学-控制科学与工程] 

基　　金：广州市市场监督管理局科技项目(2022kj12) 广州市NQI-质量安全科技协同创新中心(2023B04J0407) 

主　　题：时域有限差分 地下管线 探地雷达 数值模拟 

摘      要：探地雷达作为一种无损检测手段广泛应用于地下管线探测,能快速探测到地下管线的位置、埋深及管径情况,给工程施工带来极大便利。然而高频雷达波波长短、介质吸收强烈,使得探测剖面较为复杂,探地雷达对地下管线的探测效果也因管线材质和天线频率而不同。为了提高探测的效果和解释的准确性,采用基于时域有限差分的gprMax开源代码对地下管线探测进行数值模拟。在天线频率400 MHz,圆管埋深0.9 m工况下,对不同管线材质进行仿真,结果显示,金属圆管反射电场强度是PVC圆管反射的两倍。说明当管线材质与周围介质介电常数差异大时,反射波能量强,雷达剖面结构更清晰。分别对400、900和1500 MHz天线频率进行仿真,结果表明雷达图的分辨力随着天线频率增加而提升。最后对管内介质分别为空气和水的工况进行仿真,在天线频率400 MHz工况下,管内介质为水的雷达图呈现3个明显的双曲线,管内介质为空气的雷达图值呈现1个明显的双曲线,说明电磁波在水中的能量衰减比空气中少。