隧道存在着各种病变问题，隧道安全检测将是未来社会不可或缺的环节。在此之前人们曾也做过许多的尝试。例如，用人工敲击的方式去检测隧道，完全凭借经验，靠声音来辨别衬砌是否有空洞。这种方法基本只能判断隧道衬砌表层的问题，从根本上无法解决隧道以及路基空洞等问题存在。那么有没有一种方法可以替代并不精准的人工敲击检测呢？这个时候，雷达探测应运而生。它利用雷达天线发射和接收电磁波信号来探测墙体几米深度是否有空洞和破损等，这种方式类似于在给隧道做体检。

最开始，采用人工手持举升雷达探测隧道病害，实践证实这种方式确实有效，可也存在许多问题：例如劳动强度大，人身安全无法保障、检测工作精度无法保证等问题。针对这个痛点，西南交通大学研制了车载探地雷达检测系统，它的天线是非接触式的，可以装到汽车、火车的专业检测车上，同时相较于手持探地雷达的一个探头，车载探地雷达系统6～12个探头的设置，工作效率提高了几十倍甚至上百倍。

车载探地雷达隧道检测系统与检测技术是一项交通基础设施快速检测颠覆性创新技术，打破了传统的贴地检测方法，开创了交通路网隧道车载远距离检测的先例，它的任务就是在车载条件下实现探地雷达快速、非接触、远距离、多通道的全断面检测。它方便快捷，而且还不影响交通设施的正常运营。

探地雷达系统是利用电磁波来探测隧道病害缺陷的，西南交通大学的车载探地雷达配置了中频和高频雷达天线。中频天线探测深度较大，分辨率较低；高频天线探测深度较浅，分辨率较高。现在，我国的车载探地雷达则采用30兆赫中频空气藕合电线，和900兆赫高频空气藕合天线，这是技术上的一大突破。300兆赫中频空气耦合天线，大大提升了车载探地雷达远距离探测的优势。

20世纪80年代，我国公路隧道、铁路隧道、地铁正处于大规模建设的时代，这个时候就需要对既有线路基状态进行检测和评估。而铁路作为国民经济的大动脉，已经工作了很长一段时间，如果按照人的年龄来算，他正处在一个身体机能逐渐退化的阶段，而隧道又是衡量一个国家基础设施水平和交通运输能力的重要标志，但这个标志也偶尔会像人一样发生病变，这就需要我们经常对铁路和隧道的安全进行一次体检。随着交通越来越便利，老百姓的出行安全则是最大的难题，所以隧道安全检测迫在眉睫。可在当时，我国根本没有捷径可寻，在德国、美国、北欧将车载探地雷达主要用于公路路面检测的时候，我国科研人员发现，他们的技术根本不适合我国铁路路基检测，即便如此，当时的设备还是被外国垄断。在这样的情形之下，我国西南交通大学车载探地雷达团队只能决定自主研发。一生又能有几次拼尽全力的拼搏呢？不如趁此机会放手一搏！一定要研发出我国自己的车载探地雷达技术，让我国的交通隧道安全得以保障！

西南交通大学研发的车载探地雷达项目，是针对我国路网交通、隧道结构安全快速检测的新技术方案。隧道在服役期会存在衬砌后脱空、衬砌破损以及衬砌渗漏水这些结构缺陷。这些缺陷是安全运营的隐患，轻者会造成线路的限速慢行，严重的甚至造成衬砌掉块砸车事故。隧道结构缺陷形成的原因主要有三个，第一个是地震，自然灾害；第二个是结构的混凝土，钢筋材料锈蚀老化造成的；第三个是工程质量缺陷造成的。要保障隧道安全运营，需要定期对隧道结构进行检测，那么一旦发现存在结构缺陷，就需要通过养护、整治等措施来消除缺陷。

目前，我国铁路运营线隧道里程约18000余千米，公路运营线隧道里程约16000余千米，城市地铁运营线隧道里程约5700余千米。要定期完成这么大数量的隧道检测，车载探地雷达技术从可行性、适用性来讲，是比较适用的方案。

当时我国并没有拿得出手的车载探地雷达，可在这样的情势之下，西南交通大学昝月稳教授团队便开始了车载探地雷达的研发之路，可他们所面临的车载地雷达技术的一片空白，这就意味着，他们要从零开始，填补空白。为此，他们暗中摸索立志研究出让国人可以使用的车载探地雷达技术。万事开头难，在所有技术都被外国垄断的情况下，我国科研人员经过四年的坎坷，终于在2006年制造出属于我国的车载探地雷达。这是我国第一台铁路提速区段路基状态检查车检测速度可以达到每小时45千米。这项成果的现世意味着我们可以大声地告诉世界，我们中国也可以凭借自己造出属于我们的车载探地雷达，这无疑是最好的一针强心剂。

当时所有的科研人员都在喜悦之余，又将目光放到了更远的地方。他们不止步于现状，坚定信念，转而接着开始了之后的研发。但在之后的研发过程中并没有一帆风顺，又遇到了很多拦路虎，但他们并没有因此而放弃，经过多次试验之后，终于如刀过竹解一般，解决了一个个问题。

其中，在2011年，即便是做了一整年实验，他们还是一头雾水，找不到衬砌厚度、找不到衬砌背后的空洞这两项又是隧道检测最基本的问题。后来，研究人员经过反复的思考，不断的找原因，最后想到了介质的差异小和信号的衰弱，他们试着用彩色显示，提高对弱信号的分辨率，结果出现了意想不到的效果，发现了好多隧道病害，与隧道管理部门核实都能对上。随后他们上线采集了200多座新旧隧道的数据，进行了大量的数据分析和现场核实，测试结果与现场情况相符，一项新技术诞生了。2015年11月，这项技术带着荣耀回来了，我国车载探地雷达团队在瑞士获得国际隧道与地下空间协会2015年年度技术创新奖，这不单单是一个团队的成就，更是一个国家的荣誉！

关于背后研发过程的故事，西南交通大学地球科学与环境工程学院的昝月稳教授从十几年的经验中总结出两句话: 一是要静下心来做学问，学会舍得。二是要实事求是搞科研，学会不放弃。

昝月稳教授说，拿到这个项目的时候，他就辞去了行政职务。下决心专门做这个事，没有实验室，办公室调试好了之后，直接上车试验，使用的唯一一个工具就是一台两万元的示波器。研究人员也比较少，主要的研究人员就是他和西安交大的章锡元教授。

当初两位教授合作时，已经退休四年的64岁的章教授主要负责硬件，44岁的昝教授专门学编程负责软件和分析。两位教授一起坚持了13年，终于取得了成果。

能做到现在这样的成果，自然少不了研发团队的付出，他们一开始所面临的技术瓶颈是天线离不开衬砌表面，没有合适的空气耦合天线，他们克服困难从无到有用了四年，从慢到快用了两年，从近到远用了四年，从远到更远用了一年，从2002年到现在。已经17年了，在这六千多个日日夜夜里，他们解决了设备的稳定性，加强了设备对数据的分析，提升了设备的扫描速度，一个个棘手的问题，乃至这项技术真正运用到高铁隧道，真正的把一项科研成果造福于百姓。

一个个奇迹诞生于凝聚了许多人心血的工作室里。车载探地雷达的成果背后也是科研人员扎实的科研知识和不断地创新才能得到最后的其成果。就像曹雪芹“字字看来皆是血，十年辛苦不寻常”的感叹一样，科研人员一路走来步履维艰，但从未停歇。

关于探地雷达的原理，西南交大研究院有限公司的张瑜工程师说: 脉冲源是天线里面的一个触发信号，它的信号是由雷达主机给它一个控制信号从而产生一个脉冲信号，并传给天线，发射天线发射出这个信号，接收天线就会回来一串信号，及回波信号，回波信号经过雷达主机到达电脑，由电脑进行处理，就会看到相应的雷达图像。脉冲源给天线的信号决定了雷达回波的雷达图像的质量。

它让我们可以看到深不可测的地下的情况，这种有点类似于生物中的土壤剖面图。不过更加真实和直观。隧道铁路安全是交通安全的重中之重，那么我们出行的安全又是怎么得以保障的呢？

第一是目前的系统，对于电气化铁路来说不需要停电。不影响正常的铁路运输。保障了安全的同时也保障了运输。真正的做到了鱼和熊掌兼得。

第二是该项技术颠覆了传统的测量方式，检测速度从开始的间歇式每小时五千米，提高到连续性每小时175千米。这犹如鲤鱼跳龙门一般。是一个质的飞跃。而且它能在正常的列车运行条件下完成整条线隧道的检测，彻底的改变了国家铁路网隧道病害不能普查和定期体检的现状，保障了我们出行的安全。

第三，对比之前的系统更加快捷、安全、经济，这三点让我国的车载探地雷达技术在世界科技的舞台上大放异彩。现如今我国的车载探地雷达技术，可以在短时间内为交通安全检查提供技术保障。

第一是在算法上的提升，高铁双线隧道检测距离增大后，提出了一种快速自相关合成孔径聚焦算法。该算法引入自相关计算，减弱了杂波干扰，采用封装延时矩阵胞，提高了运算速度。

第二是我国研发的车载探地雷达技术中空气耦合天线技术的出现，大大提高了铁路安全的保障。为每一次出行排查出了隐藏的隐患，在隧道安全检测工作上可谓是如虎添翼。

第三是扫描速度的提升。我国的高速扫描技术主要数据是六个通道，每秒共5856条扫描线。这个速度在世界上是很不错的成绩。且还有进步的空间。

第四个提升在于研发的六通道检测系统。打破了之前的单通道检测系统，需要进行六次检测完成的传统。新的六通道的检测系统只需要进行一次检测就可以完成。

第五个提升在于研发人员，以绝对定位技术，大大减少了数据分析的工作量，提高了工作效率，设计先进，这是我们自己对车载探地雷达的自信。

内容来源：央视科教频道

素材整理：孙峻枫 张馨月 丁玮

本期编辑：交大新媒体中心 张艳 刘中慧 李柯鑫

头图尾签设计 ：蒋硕匀