第1415期- 透地雷達應用研討會紀要

省公會技術委員會主委王劍虹技師

112年5月及10月新聞，因竹北天坑及北市天坑都提到了透地雷達的應用，省公會乃於112年12月16日舉辦透地雷達應用研討會，該研討會係由省公會技術委員會陳鴻輝技師安排下，邀請國立雲林科技大學營建工程系副教授兼大地防災與軌道技術研究中心主任郭治平教授，親蒞板橋會本部演講。郭教授是雲科大碩士、台科大博士，榮獲雲科大營建系標竿系友、及台科大108年度傑出系友，迄今擁有11項專利。本次研討會有共達183人參加(Zoom72人，北52人，中22人，南7人，高10人，嘉義3人，花蓮17人)。

郭教授講演內容分兩個時段：上半場講演，主要內容包括：何謂雷達，透地雷達探測原理，透地雷達的發展，透地雷達的應用，透地雷達有效解析度，透地雷達使用限制等；下半場則主要為實機操作展示等。

1.何謂雷達：RADAR是英文(Radio Detection and Ranging)無線電偵測和定距的縮寫。將電磁能量以定向方式發射至空間之中，藉由接收空間內物體所反射之電波，可以計算出該物體之方向、高度、速度、相對距離，並且可以探測物體的形狀。

2.透地雷達探測原理：透地雷達(Ground Penetrating Radar簡稱 GPR)，主要係藉由電磁波天線罩向地下或結構體(雷達則為空間)內發射出電磁波束。此電磁波經地層或結構體之傳遞遇到目標體、異常體或層面處，發生反射現象而傳回電磁波天線罩接收，由發射與接收電磁波信號時間差、以及介質之電磁波速度，得以計算出目標體之深度。同時接收得之電磁波強弱，亦得以判釋目標體之材質，因透地雷達能產生連續之高頻電磁波，因此能探測出地下或結構體內連續之高解析度剖面。地表探測雷達所使用的原理與反射震測非常相似，反射波能量的大小與地層介電常數(Dielectric Constant)的差異程度有關。

3.透地雷達的發展：1930年學者將電磁波用於探測冰層之厚度、1960年由美國麻省理工學院(MIT)，開發出透地雷達的技術，主要是因應美國在越戰中需要偵測越共地道之用。1970年代透地雷達技術對外開放，使得學術界及工程界，對透地雷達的研究有許多重要成果。1972年第一間透地雷達設備生產公司GSSI (Geological Survey System Inc.)成立。1980年代中期，在國際透地雷達會議成立後，才有標準化之制定，成為專指利用電磁波(雷達波)探測地下物的方法。1990年代台灣開始引進學界及工程界亦陸續加以引用。

4.透地雷達的應用：土木結構方面，包括管線探測、鋼筋探測、混凝土結構、空洞探測等；大地工程方面，包括河床、湖底地形的描繪斷面探測、地下管線探測、地層探測、空洞探測、地下水探測、地下礦體探測等；環保問題，包括地下掩埋場位置探測、地下油槽位置探測、油槽漏油偵測、管線滲漏偵測、汙染範圍偵測等。

5.透地雷達有效解析度：不同的天線頻率，在岩石、濕土、瀝青混凝土及水泥混凝土等不同介質內有解析極限。天線頻率越高所能解析出的介質厚度愈小。電磁波頻率愈高，其解析能力愈好，但探測深度愈淺。電磁波頻率愈低，其解析能力愈差，但探測能力則愈深。透地雷達探測深度，淺可至幾公分內，深則可達幾十公尺的紀錄。

6.透地雷達使用限制：最常見的使透地雷達功能受到限制的是高導電率的物質，例如黏土質土壤和受到鹽分汙染區域。透地雷達在地下物質差異交界處(例如岩石和土壤之間)，則會因為訊號散射而大幅降低其探測能力；其他目前使用的透地雷達系統，還有如下限制：雷達圖的判釋對於新手而言是不直觀的、為了有效地設計，執行透地雷達調查和判讀其資料，必須要有一定的專業知識、大範圍的透地雷達調查相當耗電等能源、透地雷達的設備至今仍在不斷改進前述的限制中，未來的改進是可期待的。

上半場的講演中，印象最深刻就是郭教授實驗室玻璃櫃擺設了不同介質如純砂、鋁箔紙、金屬管以及石墨棒等，以透地雷達掃描看其結果是否容易判斷，以展現透地雷達的解析需要專業知識、經驗，甚至可能需要用其他方式比對方能確定。

下半場的透地雷達操作主要，是由郭教授助教在雲科大場地實機操作解說，而採用視訊讓上課的技師們觀看了解。在郭教授精心安排下，助教們推著透地雷達(含平板電腦)，繞行雲科大大地防災與軌道技術中心附近的道路，偵測已知的地下涵管以驗證透地雷達的功能。由於透地雷達的解析使用上的限制，故仍存在一些不確定性，郭教授最後引用愛因斯坦的名言，鼓勵大家「The true sign of intelligence is not knowledge but imagination」(智慧的真正象徵不是知識，而是想像力)，難怪郭教授有這麼多的專利。

以上紀要，希望對一些向隅的技師們及想了解透地雷達的大眾，有些幫助，篇幅有限，疏漏之處在所難免，對透地雷達想進一步了解，郭教授歡迎大家直接和他聯絡。

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