Неруйнівний контроль автомобільних доріг за допомогою георадарів (оглядова стаття, частина II)

  • Д. О. Батраков Харківський національний університет імені В. Н. Каразіна http://orcid.org/0000-0002-6726-8162
  • М. М. Ковальов Харківський національний університет імені В. Н. Каразіна https://orcid.org/0000-0003-0083-5000
  • А. Г. Батракова Харківський національний автомобільно-дорожній університет (ХНАДУ) https://orcid.org/0000-0002-4067-4371
  • С. М. Урдзік Харківський національний автомобільно-дорожній університет (ХНАДУ) https://orcid.org/0000-0001-6914-1221
Ключові слова: підповерхневі тріщини, імпульсні надширокосмугові георадари, комп'ютерні програми обробки даних

Анотація

Актуальність.  Актуальність досліджень, які викладено в статті, обумовлена, в першу чергу, спрямованістю на реалізацію державної стратегії забезпечення надійності та подовження залишкового ресурсу транспортних та інженерних споруд. Реалізація пов’язана з методами та засобами отримання інформації та її обробки у реальному масштабі часу, а також з методами оцінки стану інженерних споруд, особливістю яких є значна неоднорідність геометричних і фізико-механічних параметрів. Зрозуміло, що це ускладнює використання результатів діагностики. При цьому, незважаючи на переваги хвильових методів зондування, застосування таких методів стримується складністю завдань інтерпретації отриманих результатів та пов'язаними з цим похибками у визначенні параметрів конструкцій, а також багатофакторністю завдань оцінки параметрів багатокомпонентних матеріалів конструкцій та недосконалістю існуючих методів дефектоскопії.

Мета роботи – огляд можливостей сучасних імпульсних георадарів, а також засобів обробки надширокосмугових сигналів спільно з комп'ютерно-орієнтованими системами чисельного моделювання та оптимізація методів обробки георадарних даних з метою вирішення задач виявлення та ідентифікації підповерхневих неоднорідностей у конструкції нежорсткого дорожнього одягу автомобільних доріг, які припускають застосування моделей плоскошаруватого  середовища.

Матеріали та методи. У другій частині статті наведено короткий огляд сучасних методів обробки наборів даних, що отримуються за допомогою імпульсних георадарів. Для досягнення мети було необхідно вирішити кілька  завдань. Перше завдання полягає у виборі оптимальних технічних засобів з метою отримання вихідної інформації, а також обгрунтування технічних характеристик георадарів. Ще одне завдання пов'язане з розробленням ефективних методів обробки отриманих даних. Останнє завдання має на меті встановлення зв’язків отриманих даних з геометричними та фізико-механічними характеристиками дорожнього покриття.

Результати. Основу отриманих результатів становлять дані дистанційного зондування, а також запропоновані математичні моделі та методи обробки даних дистанційного зондування. За результатами проведеного порівняльного аналізу можливостей імпульсних георадарів в роботі запропоновано практичні рекомендації щодо підвищення надійності пошуку та ідентифікації таких дефектів як підповерхневі тріщини та ділянки втрати міжшарового зчеплення між шарами конструкції дорожнього одягу.

Висновки. Представлені в статті результати лабораторних експериментів свідчать про потужні  можливості сучасних технологій дистанційного зондування. Аналіз існуючих засобів дистанційного зондування, в першу чергу, за допомогою георадарів дозволив сформулювати якісно новий підхід до вирішення актуальної проблеми виявлення прихованих дефектів у шаруватих конструкціях. Також слід зазначити, що існують можливості вдосконалення технічних засобів та методів обробки георадарних даних.

Завантаження

##plugins.generic.usageStats.noStats##

Біографії авторів

Д. О. Батраков, Харківський національний університет імені В. Н. Каразіна

майдан Свободи, 4, м. Харків, 61022, Україна

М. М. Ковальов, Харківський національний університет імені В. Н. Каразіна

майдан Свободи, 4, м. Харків, 61022, Україна

А. Г. Батракова, Харківський національний автомобільно-дорожній університет (ХНАДУ)

вул. Ярослава Мудрого, 25, м.Харків, 61002, Україна

С. М. Урдзік, Харківський національний автомобільно-дорожній університет (ХНАДУ)

вул. Ярослава Мудрого, 25, м.Харків, 61002, Україна

Посилання

1. Batrakov DO, Antyufeeva MS, Batrakova AG. Application of georadars for detecting subsurface defects in layers of non-rigid road pavements. Visnyk of VN Karazin Kharkiv National University, series “Radio Physics and Electronics.” 2020;(32):6-15. Original article https://doi.org/10.26565/2311-0872-2020-32-01 ; https://periodicals.karazin.ua/radiophysics/article/view/16753/15575.
2. Dong J, Stankovic V, Davidson N. Target Detection and Recognition of Ground Penetrating Radar using Morphological Image Analysis and Graph Laplacian Regularisation. 2021 Sensor Signal Processing for Defence Conference (SSPD). 2021 Sep doi: https://doi.org/10.1109/SSPD51364.2021.9541516.
3. Massaro A, Savino N, Selicato S, Panarese A, Galiano A, Dipierro G. Thermal IR and GPR UAV and Vehicle Embedded Sensor Non-Invasive Systems for Road and Bridge Inspections. 2021 IEEE International Workshop on Metrology for Industry 40 & IoT (MetroInd40&IoT). 2021;248-253. doi: https://doi.org/10.1109/MetroInd4.0IoT51437.2021.9488483.
4. Li M, Huang L, Al-Jumaily A. Methods for Asphalt Road Density Measurement: A Review. 2021 27th International Conference on Mechatronics and Machine Vision in Practice (M2VIP). 2021:269-274. doi: https://doi.org/10.1109/M2VIP49856.2021.9664991.
5. Comite D, Ahmad F, Amin MG, Dogaru T. Forward-Looking Ground-Penetrating Radar: Subsurface target imaging and detection: A review. IEEE Geoscience and Remote Sensing Magazine. 2021 Dec;9(4):173–90. doi: https://doi.org/10.1109/MGRS.2020.3048368.
6. Chen G, Bai X, Wang G, Wang L, Luo X, Ji M, et al. Subsurface Voids Detection from Limited Ground Penetrating Radar Data Using Generative Adversarial Network and YOLOV5. 2021 IEEE International Geoscience and Remote Sensing Symposium IGARSS. 2021 Jul 11; p. 8600-8603, doi: https://doi.org/10.1109/IGARSS47720.2021.9554954.
7. Batrakov DO, Antyufeyeva MS, Batrakova AG. GPR Application with Different Antennas for Road Pavement Condition Assessment. 2021 IEEE Microwave Theory and Techniques in Wireless Communications (MTTW). 2021 Oct 7; p. 233-237, doi: https://doi.org/10.1109/MTTW53539.2021.9607094.
8. Abdul Rahman M, Zayed T, Bagchi A. Deterioration Mapping of RC Bridge Elements Based on Automated Analysis of GPR Images. Remote Sensing. 2022 Feb 25;14(5):1131. doi: https://doi.org/10.3390/rs14051131
Academic Editor: Roberto Orose.
9. Volovski M, Murillo-Hoyos J, Saeed TU, Labi S. Estimation of Routine Maintenance Expenditures for Highway Pavement Segments: Accounting for Heterogeneity Using Random-Effects Models. Journal of Transportation Engineering, Part A: Systems. 2017 May;143(5). doi: https://doi.org/10.1061/JTEPBS.0000041.
10. Woldemariam W, Murillo-Hoyos J, Labi S. Estimating Annual Maintenance Expenditures for Infrastructure: Artificial Neural Network Approach. Journal of Infrastructure Systems. 2016 Jun;22(2):04015025. doi: https://doi.org/10.1061/(ASCE)IS.1943-555X.0000280.
11. Adams T. M. Estimating Cost per Lane Mile for Routine Highway Operations and Maintenance. National Center for Freight and Infrastructure Research and Education, University of Wisconsin, Madison,WI, USA, 2011, Technical Report No. MRUTC 07-12.
12. Ground penetrating radar, theory and applications. Jol Harry M. Amsterdam: Elsevier B.V.; 2009. 508 р.
13. Evans RD. Optimising Ground Penetrating Radar (GPR) to assess Pavements [dissertation]. Loughborough University; August 2009. 219 p.
14. 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. doi: https://doi.org/10.1016/j.sbspro.2013.08.101
15. Zulufqar Bin Rashid1, Dr. Rakesh Gupta. Study of defects in flexible pavement and its maintenance. International Journal of Recent Engineering Research and Development (IJRERD) www.ijrerd.com, 2017;02(06):30-37. ISSN: 2455-8761.
16. 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. doi: https://doi.org/10.1016/j.measurement.2020.107662.
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; doi: http://dx.doi.org/10.1109/IWAGPR.2017.7996072
18. Tian Xia, Dryver Huston. High Speed Ground Penetrating Radar for Road Pavement and Bridge Structural Inspection and Maintenance. Final Report. Project Number: SPR-RSCH017-738, Report Submitted on: 06/30/2016, 43P. https://vtrans.vermont.gov/sites/aot/files/highway/documents/materialsandresearch/completedprojects/Final%20Report%20-%20738%20-%20High%20Speed%20GPR%2010-17-2016.pdf
19. Born M., Wolf E. Principles of Optics. Electromagnetic theory of propagation, interference, and diffraction of light. Pergamon, London; Macmillan, New York; ed. 2, 1964. 808 p.
20. Pochanin GP, Masalov SA. Ruban VP, Kholod PV, Batrakov DO, Batrakova, AG, Urdzik SN, Pochanin OG. Advances in Short Range Distance and Permittivity Ground Penetrating Radar Measurements for Road Surface Surveying, in Advanced Ultrawideband Radar: Signals, Targets and Applications. 20-65. CRC Press - Taylor & Francis Group, London. 2016. 474 p. ISBN 9781466586574 - CAT# K20299 doi: http://dx.doi.org/10.1201/9781315374130-3
21. Batrakov DO, Antyufeyeva MS, Batrakova AG, Antyufeyev AV. UWB Signal Processing for the Solving Inverse Scattering Problem of Plane-Layered Media. 2018 9th International Conference on Ultrawideband and Ultrashort Impulse Signals (UWBUSIS). 2018 Sep; p. 140-143. https://doi.org/10.1109/UWBUSIS.2018.8520255
22. Patent 118409 Ukraine, (51) IPC E01C 23/00, G01R 29/08 (2006.01) Method for detecting and determining direction including subsurface cracks in asphalt pavement / Batrakov DO, Batrakova AG, Pochanin G. P., Orlenko OA; applicant and patent holder Kharkiv National Automobile and Road University; Kharkiv National University named after V.N. Karazina; Batrakov DO, Batrakova AG, Pochanin GP, Orlenko OA - a201705456; stated 02.06.2017; publ. January 10, 2019, Bull. № 1/2019 (invention) https://sis.ukrpatent.org/uk/search/detail/612571/
23. Astanin LY, Kostylev AA. Ultrawideband Radar Measurements: Analysis and Processing. By: The Institution of Electrical Engineering, London, UK, 1997.
24. 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, doi: https://doi.org/10.1109/UWBUSIS.2010.5609110
25. Pasquini B, Vanderhaeghen M. Dispersion Theory in Electromagnetic Interactions. Annual Review of Nuclear and Particle Science. 2018 Oct 19;68(1):75–103. doi: https://doi.org/10.1146/annurev-nucl-101917-020843.
26. Batrakova AG, Batrakov DO. Prediction of the road pavement condition index using stochastic models // Roads and Bridges - Drogi i Mosty. Warsaw: Road and Bridge Research Institute, 2020, doi: http://dx.doi.org/10.7409/rabdim.020.015 https://www.rabdim.pl/index.php/rb/article/view/v19n3p225
27. Pat. 113916 Ukraine, (51) IPC E01C 23/00, G01R 29/08 (2006.01) Method for detecting subsurface cracks in asphalt pavement during movement of diagnostic laboratory in traffic flow / Batrakov DO, Urdzik SM, Pochanin G .P., Batrakova AG; applicant and patent holder Batrakov DO, Urdzik SM, Pochanin GP, Batrakova AG - a201511191; stated 11/13/2015; publ. March 27, 2017, Bull. № 6/2017 (invention)http://base.ukrpatent.org/searchINV/search.php?action=search
Опубліковано
2022-06-28
Цитовано
Як цитувати
Батраков, Д. О., Ковальов, М. М., Батракова, А. Г., & Урдзік, С. М. (2022). Неруйнівний контроль автомобільних доріг за допомогою георадарів (оглядова стаття, частина II). Вісник Харківського національного університету імені В. Н. Каразіна. Серія «Радіофізика та електроніка», (36), 7-20. https://doi.org/10.26565/2311-0872-2022-36-01