Георадиолокационное обследование проезжей части автомобильной дороги с высокой интенсивностью движения проводилось экранированной антенной 400 МГц. Цель обследования – выявление участков пониженной прочности дорожного покрытия. В  ходе полевых работ было получено шесть георадарных профилей, расположенных параллельно друг другу и идущих против направления движения автотранспорта. Ниже показаны топоплан с проходами георадара и изображения георадарных профилей.

Визуальный анализ результатов профилирования показал, что георадарные профили LINE01-LINE04 имеют протяжённые участки, характеризующиеся пониженными амплитудами отражённых сигналов. На рисунке выше такие участки выделены красными рамками. На всех этих профилях участок пониженных амплитуд начинается  с отметки 20 метров. Толщина дорожного покрытия на участке георадарного исследования варьируется от 0.22 до 0.36 метров, причём минимальная толщина приходится на участки пониженных амплитуд. Нижняя граница дорожного покрытия на участках пониженных амплитуд просматривается хуже.   

По результатам автоматизированного анализа поля обратного рассеяния георадарных профилей, в программном комплексе ГЕОРАДАР-ЭКСПЕРТ были построены разрезы атрибутов Re(permittivity)  - действительная часть комплексной относительной диэлектрической проницаемости; Frequency - центральная частота спектра дифрагированных волн и Spectral flatness - спектральная неравномерность отражённых сигналов. На основе разрезов, для каждого атрибута была сформирована 3D сборка. На рисунке ниже показаны 3D сборка разрезов атрибута Re(permittivity) с вырезанной верхней четвертью объёма и ортогональные сечения этой сборки – горизонтальное сечение на глубине 0.2 метра (в толще асфальтобетона) и два вертикальных сечения.

Значения атрибута 3D сборки Re(permittivity) лежат в пределах от 6.2 до 7.5. Красным цветом отображаются пониженные значения диэлектрической проницаемости, тёмно-красный цвет соответствует наименьшему значению атрибута. Синим цветом отображаются повышенные  значения диэлектрической проницаемости, тёмно-синий цвет соответствует наибольшему значению атрибута. В массиве 3D сборки заметна область относительно высоких значений диэлектрической проницаемости, которая совпадает с зоной пониженных амплитуд отражённых сигналов на георадарных профилях. Для более детального исследования этой области было создано криволинейное  вертикальное сечение, более точно пересекающее область повышенных значений атрибута Re(permittivity). Ниже показано положение криволинейного сечения, вид на 3D сборку сверху и это вертикальное сечение:

На рисунках ниже представлены горизонтальное сечение 3D сборки атрибута Frequency (центральная частота спектра дифрагированных волн), на котором показано положение криволинейного сечения и это вертикальное сечение.

Значения атрибута Frequency лежат в пределах от 250 до 450 МГц. Синим цветом отображаются пониженные значения частоты, тёмно-синий цвет соответствует наименьшему значению 250 МГц. Красным цветом отображаются повышенные  значения частоты, тёмно-красный цвет соответствует наибольшему значению атрибута 450 МГц. В целом, модель среды, рассчитанная на основе атрибута Frequency, схожа с моделью среды, рассчитанной по атрибуту Re(permittivity). Сравнивая эти две модели, можно сделать вывод, что понижение центральной частоты отражённых сигналов георадара можно рассматривать как признак наличия разуплотнённых зон в слоях дорожного покрытия и основания. Для данного георадарного исследования антенной 400 МГц, границей между прочным дорожным покрытием и покрытием пониженной прочности можно считать значение атрибута  Frequency = 375 МГц. 

На рисунке ниже показано вертикальное сечение 3D сборки атрибута Spectral flatness  (спектральная неравномерность отражённых сигналов), положение которого совпадает с положением криволинейного сечения атрибута Frequency.

Значения атрибута Spectral flatness отображают степень схожести отражённых сигналов георадара с сигналом, имеющим равномерное распределение спектральных составляющих по всему диапазону частот  - т.е. с белым шумом. Чем выше значение данного атрибута, тем выше сходство сигнала с шумом. Предельное значение Spectral flatness = 1 означает, что сигнал является белым шумом, чистый гармонический сигнал имеет значение атрибута Spectral flatness = 0. Значения атрибута Spectral flatness на данном сечении лежат в пределах от 0.2 до 0.4. Синим цветом отображаются пониженные значения атрибута, тёмно-синий цвет соответствует наименьшему значению 0.2. Красным цветом отображаются повышенные  значения атрибута, тёмно-красный цвет соответствует наибольшему значению 0.4.  

По сечению видно, что атрибут спектральной неравномерности хорошо подходит для анализа состояния слоя дорожного покрытия (диапазон глубин от 0 до 0.22 – 0.36 м), т.к. более точно прорабатывает границу между покрытием и основанием. В толще основания же, изменение значений атрибута Spectral flatness слабо коррелирует с изменением значений атрибутов Re(permittivity) и Frequency. Визуальный анализ сечения показывает, что повышенные значения атрибута Spectral flatness соответсвуют зонам разуплотнения в слое дорожного покрытия, и чем выше значение атрибута, тем выше трещинноватость слоя и, как следствие, ниже прочность покрытия. На основании данного георадарного исследования, для антенны 400 МГц, границей между прочным дорожным покрытием и покрытием пониженной прочности можно считать значение атрибута  Spectral flatness = 0.28. 

На рисунке ниже показан спутниковый снимок  обследуемого участка автомобильной дороги с наложением горизонтального сечения 3D сборки атрибута Re(permittivity)  на отметке 0.2 метра по глубине. 

Заметно, что зона повышенных значений диэлектрической проницаемости сечения (зона разуплотнения дорожного покрытия и основания) берёт начало от зебры наземного пешеходного перехода. Становится понятна наиболее вероятная причина понижения прочности дорожной конструкции на этом участке: транспортные средства, замедляя скорость движения перед пешеходным переходом вплоть до полной остановки, создают повышенную нагрузку на этот участок дороги. Этим же объясняется тот факт, что протяжённость зоны пониженной прочности возрастает от крайней правой полосы движения к левой полосе. Это происходит потому, что средняя скорость транспортных средств в левой полосе движения выше, чем в правой полосе, и водители начинают торможение на большем удалении от пешеходного перехода. 

На рисунке ниже показан другой ракурс исследуемого участка – вид со стороны окончания георадарных профилей на пешеходный переход. Стрелкой показан колодезный люк, который расположен в области пониженной прочности дорожного покрытия, что свидетельствует о наличии подземных коммуникаций под проезжей частью, которые тоже оказывают влияние на состояние дорожной конструкции.

Не вызывает сомнений то, что применение программного комплекса ГЕОРАДАР-ЭКСПЕРТ повысило информативность и наглядность конечного результата данного георадиолокационного исследования. Использование автоматизированного анализа поля обратного рассеяния, реализованного в ГЕОРАДАР-ЭКСПЕРТ, позволило выявить зависимости между атрибутами подповерхностной среды и волнового поля, получить дополнительные критерии и выработать решающие правила для оценки состояния автомобильных дорог методом георадиолокации. Перечислим эти критерии и правила:
О пониженной плотности дорожного покрытия и, как следствие, пониженной прочности дорожной конструкции свидетельствуют следующие критерии:

-Повышенные значения действительной части комплексной относительной диэлектрической проницаемости;
-Пониженные значения центральной частоты спектра дифрагированных волн;
-Повышенные значения показателя спектральной неравномерности отражённых сигналов.

Для данного георадарного исследования дорожное покрытие можно считать находящимся в состоянии пониженной прочности в том случае, если в этом слое: 

-Значения действительной части комплексной относительной диэлектрической проницаемости выше 6.8;
-Значения центральной частоты спектра дифрагированных волн ниже 375 МГц;
-Значения спектральной неравномерности отражённых сигналов выше 0.28. 

Описанный выше принцип оценки состояния дорожного покрытия можно использовать для более качественного неразрушающего георадиолокационного мониторинга автомобильных дорог и в более крупных масштабах. Для этого, на тестовом участке автодороги, характеристики которого заведомо известны, нужно выработать решающие правила на основе граничных значений атрибутов Re(permittivity), Frequency и Spectral flatness между качественными состояниями дорожного покрытия и применять эти правила в ходе мониторинга протяжённых участков однотипных дорожных одежд в одинаковых погодных условиях.