钢筋混凝土探地雷达检测方法与应用

本书系统阐述了探地雷达在钢筋混凝土检测中的应用，内容包括探地雷达的基本理论、混凝土内钢筋的探地雷达回波特征及深度学习在钢筋识别中的应用，重点介绍了钢筋直径、保护层厚度和锈蚀的检测方法，强调了探地雷达在提高无损检测精度和效率方面的作用，并展示了最新研究进展及应用案例。

序
前言
第1章 绪论 1
1.1 引言 1
1.2 国内外研究现状 2
1.2.1 基于探地雷达的钢筋目标识别与定位方法 2
1.2.2 混凝土隐蔽缺陷探地雷达增强成像方法 4
1.2.3 基于探地雷达的钢筋直径检测方法 4
1.2.4 基于探地雷达的钢筋锈蚀检测方法 5
参考文献 7
第2章 探地雷达的电磁波基本理论 11
2.1 电磁波传播的基本规律 11
2.1.1 Maxwell方程组 11
2.1.2 本构关系 12
2.1.3 电磁波的波动特征 12
2.1.4 电介质的电性参数 14
2.1.5 电磁波的反射与透射 15
2.1.6 电磁波的衰减 17
2.2 探地雷达的工作原理 18
2.2.1 硬件系统组成 18
2.2.2 数据采集方式 19
2.2.3 探测方式 20
2.2.4 数据呈现方式 21
2.2.5 探地雷达的性能指标 23
2.3 钢筋目标的探地雷达回波特征 24
2.3.1 钢筋回波信号的显著特性 25
2.3.2 钢筋回波特征的影响因素 25
2.4 天线极化方式及其应用 27
2.4.1 线极化、圆极化和椭圆极化 28
2.4.2 线极化组合形式 32
2.4.3 混合极化 32
2.4.4 极化探地雷达的应用 34
2.5 探地雷达数据预处理 35
2.5.1 去除天线耦合 35
2.5.2 直流偏移校正 36
2.5.3 零时校正 36
2.5.4 背景杂波去除 36
2.5.5 增益 39
2.5.6 滤波 40
2.5.7 实例分析 42
2.6 本章小结 46
参考文献 46
第3章 探地雷达的钢筋智能识别 50
3.1 深度学习模型概述：卷积神经网络 50
3.1.1 卷积神经网络的基本原理 50
3.1.2 卷积神经网络训练过程 55
3.1.3 深度学习目标检测算法 60
3.2 数据集构建 66
3.2.1 混凝土内钢筋数据的采集 66
3.2.2 数据预处理 66
3.2.3 数据标注与划分 68
3.3 目标识别算法的训练与验证 70
3.3.1 模型的前向传播 70
3.3.2 模型的反向传播 72
3.3.3 非极大值抑制 75
3.3.4 模型验证 75
3.4 实例分析 77
3.4.1 探地雷达钢筋数据集建立案例 77
3.4.2 训练与测试结果分析 78
3.5 本章小结 81
参考文献 81
第4章 混凝土隐蔽缺陷探地雷达识别与成像 84
4.1 混凝土隐蔽缺陷电磁响应仿真与实测分析 84
4.1.1 隐蔽缺陷仿真模型 84
4.1.2 实测数据分析 90
4.2 基于探地雷达数据集的迁移学习智能识别算法 92
4.2.1 迁移学习数据集 92
4.2.2 混凝土隐蔽缺陷数据集 93
4.2.3 训练与测试结果分析 94
4.3 逆时偏移 95
4.3.1 基于爆炸反射面的逆时偏移成像 95
4.3.2 基于互相关的逆时偏移成像 97
4.3.3 基于Poynting矢量分解的逆时偏移成像 99
4.3.4 逆时偏移成像结果 101
4.4 本章小结 104
参考文献 104
第5章 混凝土钢筋网屏蔽效应及杂波抑制 106
5.1 钢筋网屏蔽效应 106
5.1.1 电磁波在钢筋混凝土中的传播和衰减规律 106
5.1.2 金属圆柱体散射的解析解 107
5.1.3 FDTD仿真结果分析 109
5.1.4 室内试验结果分析 111
5.2 基于深度学习的钢筋杂波抑制 114
5.2.1 残差通道注意力网络框架 114
5.2.2 数据集建立 116
5.2.3 数值验证 120
5.2.4 实验室验证 122
5.3 实例分析 123
5.3.1 地铁隧道探地雷达天线选型 123
5.3.2 无砟轨道板脱空探测试验 126
5.3.3 隧道壁后空洞探测试验 128
5.4 本章小结 130
参考文献 130
第6章 结合探地雷达与电磁感应的双探头检测方法 133
6.1 电磁感应原理 133
6.1.1 电磁感应现象 133
6.1.2 电磁感应法检测原理 134
6.1.3 电磁感应数据处理 135
6.1.4 钢筋检测仪 137
6.2 探地雷达与电磁感应双探头钢筋检测仪 138
6.3 双探头钢筋检测仪标定试验 139
6.3.1 标定试验平台 140
6.3.2 电磁感应标定试验结果 141
6.4 混凝土内钢筋特征反演方法 144
6.4.1 基于最小均方误差的钢筋特征反演方法 144
6.4.2 基于1D CNN的钢筋特征反演方法 154
6.5 实例分析 158
6.5.1 室内试验 158
6.5.2 现场试验 162
6.6 本章小结 163
参考文献 164
第7章 基于双极化探地雷达的钢筋检测方法 168
7.1 圆柱体散射理论 168
7.1.1 TMy极化下的散射 169
7.1.2 TEy极化下的散射 170
7.1.3 相对振幅比与相位差 170
7.2 相位差增强成像方法 172
7.3 相位差钢筋直径估计方法 173
7.3.1 交叉小波变换 173
7.3.2 钢筋直径估计 175
7.4 实例分析 175
7.4.1 双极化相位差增强成像方法实例 175
7.4.2 双极化相位差钢筋直径估计方法实例 182
7.5 本章小结 188
参考文献 189
第8章 钢筋早期锈蚀检测 191
8.1 极化探地雷达系统和极化校准 191
8.1.1 极化探地雷达系统 191
8.1.2 极化校准 194
8.2 极化分解方法 198
8.2.1 相干矩阵 198
8.2.2 H-α分解法 198
8.3 实例分析 201
8.3.1 钢筋加速锈蚀方案 201
8.3.2 单极化探地雷达数据分析 204
8.3.3 混合极化探地雷达数据分析 208
8.4 本章小结 217
参考文献 217