Неруйнівний контроль автомобільних доріг за допомогою георадарів (оглядова стаття, частина I)
Анотація
Актуальність. Актуальність досліджень, викладених у статті, обумовлена їхньою спрямованістю на реалізацію державної стратегії забезпечення надійності та подовження залишкового ресурсу транспортних та інженерних споруд, реалізація якої пов'язується з методами та засобами отримання інформації та її обробки у реальному масштабі часу; методами оцінки стану інженерних споруд, особливістю яких є значна неоднорідність геометричних та фізико-механічних параметрів, що ускладнює використання результатів діагностики. При очевидних перевагах хвильових методів зондування їх застосування стримується складністю завдань інтерпретації отриманих результатів і пов'язаними з цим похибками у визначенні параметрів конструкцій; багатофакторністю задач оцінки параметрів багатокомпонентних матеріалів конструкцій, недосконалістю методів дефектоскопії.
Мета роботи – огляд можливостей сучасних георадарів та засобів обробки надширокосмугових сигналів спільно з комп'ютерно-орієнтованими системами чисельного моделювання, оптимізація методів обробки георадарних даних для вирішення задач виявлення та ідентифікації підповерхневих неоднорідностей у будівельних конструкціях, що являють собою плоскошарове середовище.
Матеріали та методи. У першій частині статті наведено короткий огляд основних методів обробки наборів даних, які отримуються за допомогою імпульсних георадарів. Запропоновано новий метод обробки даних із застосуванням спеціалізованого програмного забезпечення GeoVizy. Також коротко розглянуто можливості застосування методів сучасної теорії дифракції та методів аналізу сигналів у просторово-часовій області для вирішення задач дефектоскопії.
Результати. Основу отриманих у роботі результатів становлять дані дистанційного зондування, запропоновані математичні моделі та методи обробки даних зондування. За результатами проведеного порівняльного аналізу можливостей георадарів запропоновано практичні рекомендації щодо підвищення надійності одержуваних наборів даних, обґрунтовано можливі напрями подальших досліджень.
Висновки. Отримані в роботі результати чисельного моделювання та проведені лабораторні експерименти підтвердили теоретичні припущення про рівень впливу ключових параметрів надширокосмугових георадарів на достовірність отримуваних результатів. Значимість отриманих нових наукових результатів полягає не тільки у використанні нових засобів зондування і нових моделей обробки та подальшої інтерпретації отриманих даних, а також й у розглянутих перспективах щодо розвитку засобів неруйнівного контролю та діагностики.
Завантаження
Посилання
2. Zafar MS, Raza Shah SN, Memon MJ, Ali Rind T, Soomro MA. Condition Survey for Evaluation of Pavement Condition Index of a Highway. Civil Engineering Journal. 2019 Jun 23;5(6):1367–83. https://doi.org/10.28991/cej-2019-03091338
3. Jose Roberto Medina Campillo. A Simplified Pavement Condition Assessment and its Integration to a Pavement Management System. Arizona State University; May 2018. 222 p.
4. Jol Harry M, editor. Ground penetrating radar, theory and applications. Amsterdam: Elsevier B.V; 2009. 508 р.
5. Evans RD. Optimising Ground Penetrating Radar (GPR) to assess Pavements. Loughborough University; August 2009, 219 p.
6. Xu Y, Sun L. Study on Permanent Deformation of Asphalt Mixtures by Single Penetration Repeated Shear Test. Procedia - Social and Behavioral Sciences. 2013 Nov;96:886–93. https://doi.org/10.1016/j.sbspro.2013.08.101
7. Rasol MA, Pérez-Gracia V, Fernandes FM, Pais JC, Santos-Assunçao S, Santos C, et al. GPR laboratory tests and numerical models to characterize cracks in cement concrete specimens, exemplifying damage in rigid pavement. Measurement. 2020 Jul;158:107662. . https://doi.org/10.1016/j.measurement.2020.107662.
8. Payntar George. Method of test for obtaining deflection measurements and layer thickness information for rehabilitation design of hot mix asphalt surfaced pavements using mechanistic-empirical design and analysis procedures. State of California—business, transportation and housing agency, department of transportation division of engineering services Transportation Laboratory 5900 Folsom Boulevard Sacramento, California 95819 – 4612, California Test 357, March 2014, p. 1-12. https://dot.ca.gov/-/media/dot-media/programs/engineering/documents/californiatestmethods-ctm/ctm-357-a11y.pdf
9. Gudmarsson A, Ryden N, Di Benedetto H, Sauzéat C, Tapsoba N, Birgisson B. Comparing Linear Viscoelastic Properties of Asphalt Concrete Measured by Laboratory Seismic and Tension–Compression Tests. Journal of Nondestructive Evaluation. 2014 Jul 16;33(4):571–82. http://dx.doi.org/10.1007/s10921-014-0253-9
10. Ryden N. Seismic pavement testing. International Conference on Engineering Geophysics, Al Ain, United Arab Emirates, 15-18 November 2015. 2015 Nov 18; p. 1-5. https://doi.org/10.1190/iceg2015-005
11. Lachowicz J, Rucka M. Numerical modeling of GPR field in damage detection of a reinforced concrete footbridge.Diagnostyka. 2016;17(2):3-8
12. Mezgeen A. Rasol Vega Pérez-Gracia, Mercedes Solla, Jorge C. Pais, Francisco M. Fernandes, Caio Santos, Sam Roberts. Early cracking observation in road pavements with Ground Penetrating Radar: Field and numerical study. November 2019, Conference: 1st International conference on ground penetrating radar applications for solving engineering problemsat: Wroclaw, Poland, Project: New Methodologies for GPR Assessment of Soil Response and Cement Concrete Pavements, PP. 1-11.
13. Krysiński L, Sudyka J. GPR abilities in investigation of the pavement transversal cracks. Journal of Applied Geophysics. 2013 Oct;97:27–36. https://doi.org/10.1016/j.jappgeo.2013.03.010.
14. Batrakov DO. Algorithms for searching defects in engineering structures using GPR (Review article, Part I). Visnyk of VN Karazin Kharkiv National University, series “Radio Physics and Electronics.” 2019;(31):16-26. (In Russian). https://doi.org/10.26565/2311-0872-2019-31-02.
15. Batrakova AG. Methodology for monitoring non-rigid road pavements with the use of ground-penetrating radar technologies. Kharkiv; 2014. 397p. (In Russian)
16. Guidelines for the inspection of buildings and structures to determine and assess their technical condition. DSTU-N B V.1.2-18: 2016. (In Ukrainian).
17. Batrakov DO, Antyufeyeva MS, Antyufeyev AV, Batrakova AG. GPR data processing for evaluation of the subsurface cracks in road pavements. 2017 9th International Workshop on Advanced Ground Penetrating Radar (IWAGPR). 2017 Jun; Edinbourg, Scotland, IEEE Conference Publications; p. 1-6. https://doi.org/10.1109/IWAGPR.2017.7996072
18. Batrakov DO, Antyufeyeva MS, Antyufeyev AV, Batrakova AG. Remote sensing of plane-layered media with losses using UWB signals. 2017 XI International Conference on Antenna Theory and Techniques (ICATT). 2017 May; p. 370-373. https://doi.org/10.1109/ICATT.2017.7972666
19. Batrakov DO, Golovin DV, Simachev AA, Batrakova AG. Hilbert transform application to the impulse signal processing. 2010 5th International Confernce on Ultrawideband and Ultrashort Impulse Signals. 2010 Sep; p. 113 – 115. https://doi.org/10.1109/UWBUSIS.2010.5609110
20. Batrakova AG, Urdzik SM, Batrakov DO. Modeling and assessment of the condition of pavements with through cracks in the pavement. HNADU Bulletin: Sb. scientific. tr. 2019;85:48-58. (In Russian).
21. Batrakova, Angelika G.; Batrakov, Dmitry O.; Antyufeyeva, Mariya S.. Pavement deterioration model based on GPR datasets. Roads and Bridges - Drogi i Mosty. Mar. 2018;17(1):55-71. ISSN 2449-769X. http://dx.doi.org/10.7409/rabdim.018.004
22. Batrakova AG, Urdzik SM, Batrakov DO. Dynamic and econometric models for predicting the state of highways Vestnik KhNADU: Sb. scientific. tr. 2019;85:59-65. (In Russian).
23. Batrakov DO. Radiophysical Methods for solving problems of non-destructive testing and remote sensing in the frequency domain. Bulletin of V. N. Karazin Kharkiv National University, Series "Radio Physics and Electronics". 2018;28:8-15. (In Russian).
24. Batrakov DO, U Diyun, Beloshenko KS, Antyufeeva MS, Batrakova AG. Comparative analysis of two algorithms for thickness measurement of plane-layered media using pulsed GPR. Bulletin of V. N. Karazin Kharkiv National University, Series "Radio physics and electronics". 2018;28:16-23. (In Russian).
25. Batrakov DO, Beloshenko KS, Antyufeyeva MS, Batrakova AG, Urdzik SN. COMPARATIVE STUDY OF SIGNAL PROCESSING OF TWO UWB GPR ANTENNA UNITS. Telecommunications and Radio Engineering. 2019;78(2):109–16. https://doi.org/10.1615/TelecomRadEng.v78.i2.20
26. Batrakov D, Batrakova A, Antyufeyeva M. Combined GPR data analysis technique for diagnostics of structures with thin near-surface layers. Diagnostyka. 2018 Sep 10;19(3):11–20. https://doi.org/10.29354/diag/91489
27. Batrakov DO, Antyufeyeva MS, Batrakova AG, Troyanovsky VV, Pilicheva MO. UWB Signal Processing for the Road Pavements Assessment. 2019 IEEE 2nd Ukraine Conference on Electrical and Computer Engineering (UKRCON). 2019 Jul; p. 1-4. https://doi.org/10.1109/UKRCON.2019.8879866
28. Batrakova AG, Troyanovsky VV, Batrakov DO, Pilicheva MO, Skrypnyk NS. Prediction of the road pavement condition index using stochastic models. Roads and Bridges - Drogi i Mosty. 2020;19(3):225-242. https://doi.org/10.7409/rabdim.020.015.
29. Kopylov YA, Masalov SA, Pochanin GP. Method for decoupling between transmitting and receiving modules of antenna system. Patent UA 81652. Jan 25, 2008.
30. Pochanin GP. Ruban VP. Stroboscopic method of recording signals. Patent UA 96241, Dec 07, 2010.
31. Varianytsia-Roshchupkina LA, Pochanin GP, Pochanina IYe, Masalov SA. Comparison of different antenna configurations for probing of layered media. 2015 8th International Workshop on Advanced Ground Penetrating Radar (IWAGPR). 2015 Jul; Florence, Italy. http://dx.doi.org/10.1109/IWAGPR.2015.7292644
32. Varyanitza-roshchupkina L. Software for Image Simulation in Ground Penetrating Radar Problems. 2006 3rd International Conference on Ultrawideband and Ultrashort Impulse Signals. 2006 Sep; Sevastopol, Ukraine. p. 150-155. https://doi.org/10.1109/UWBUS.2006.307172
33. Astanin LY, Kostylev AA. Ultrawideband Radar Measurements: Analysis and Processing. London, UK: The Institution of Electrical Engineering; 1997. 256 p.
34. Astanin LY, Kipke MV, Kostyleva VV. The structural features of ultrawideband signals. 2008 4th International Conference on Ultrawideband and Ultrashort Impulse Signals. 2008 Sep. p. 180-182. https://doi.org/10.1109/UWBUS.2008.4669402
35. Born M, Wolf E. Principles of optics. Pergamon press; 1968.
