研究人员利用3D雷达揭示桥梁内部缺陷

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This article is part of our exclusive IEEE Journal Watch series（https://spectrum.ieee.org/collections/journal-watch/） in partnership with IEEE Xplore.

世界各地的人们每天都会经过桥梁 —— 但在不为人知的幕后，工程师们正在进行一系列测试，以确保桥梁安全。为了支持这些努力，中国的一组研究人员创造了一种新的雷达设备，可以穿透桥梁的混凝土，创建其内部的3D图像。5月9日发表在《IEEE传感器杂志》上的一项研究描述了这项新技术（https://ieeexplore.ieee.org/document/10528240），它能够重建真实世界桥梁的详细内部图像。

目前，有几种桥梁检查技术用于评估和监测桥梁结构的状况，包括目视检查、超声波检测、红外热像仪、空中检查和雷达。

雷达是对桥梁进行无创检测的一种特别好的方法，通过这种方法，电磁信号会指向桥梁。西安交通大学博士生、中国无线电波传播研究所高级工程师Xinghua Shi解释道：“当遇到材料密度变化时，这些脉冲会穿透表面并反弹，比如桥梁钢筋混凝土中的缺陷或空隙。”

然而，在使用该技术探测钢筋混凝土内部时也存在一些挑战。由于桥梁中存在钢筋网，低频雷达可能无法有效穿透钢筋网并检测其下方的缺陷。

为了克服这些挑战，Shi和他的同事们试图开发一种新型的3D探地雷达设备，该设备的工作频率为1.3千兆赫。它发射雷达信号，这些信号以大范围的角度发出。尽管这种方法会产生背景噪声和散射的返回信号，但研究人员的数据分析包将返回信号转换为隐藏在钢筋网后面的缺陷的3D图像。

XINGHUA SHI ET AL./IEEE

接下来，研究人员在实验室中使用一块已知缺陷的钢筋混凝土板测试了他们的设备，该系统检测到了这些缺陷。Shi说：“我们的系统可以生成地下结构的详细图像，使工程师能够可视化钢筋混凝土中的缺陷、空隙和其他异常现象。” 他指出，当他的团队在预应力混凝土T梁的真实桥梁上测试该设备时，其检测缺陷的能力“非常出色”。

尽管大桥的混凝土结构中有钢筋网，但Shi和他的同事开发的系统通过一个拥有实时成像功能的便携式设备生成了高达60厘米深的3D图像。

Shi还指出，从他们的设备中解读数据仍然需要高水平的专业知识。他说：“识别和区分雷达图像中不同类型的异常可能具有挑战性。虽然3D成像可以提供更直观的钢筋可视化，但其他异常情况可能需要人类仔细判断才能识别。”

因此，他希望在未来的工作中使用深度学习来分析图像，并支持缺陷的自动分类。

他说：“钢筋混凝土作为桥梁结构的基石，在确保其质量和安全方面发挥着关键作用。必须引入新的、方便、高效和准确的无损检测技术和设备，以识别桥梁钢筋混凝土构件中的缺陷和弱点。”