臺灣博碩士論文加值系統

目前透地雷達應用在鋼筋混凝土構件檢測上已經十分普遍，但是對於透地雷達剖面圖的判讀大多以圖像比對及濾波處理方式來進行，分析判讀都比較傾向人為主觀的判斷。本研究利用混凝土試體在不同鋼筋保護層深度、鋼筋水平間距、鋼筋尺寸大小和不同齡期混凝土進行實驗。藉由透地雷達掃描得到的透地雷達剖面圖進行數位化影像編碼運算，探討混凝土中內含不同保護層深度、水平間距、尺寸大小、混凝土齡期之鋼筋編碼值的差異及不同電性參數之電磁波波傳物理反射行為，可減少透地雷達檢測之人為判定的誤差，提供檢測人員在日後判讀透地雷達剖面圖成像之參考依據。

摘要 Ⅰ
誌謝 Ⅱ
目錄 Ⅲ
表目錄 Ⅵ
圖目錄 Ⅶ
第一章 緒論 1
1-1 前言 1
1-2 研究動機與目的 1
1-3 研究內容 2
1-4 研究流程 3
第二章 文獻回顧 4
2-1 透地雷達簡介 4
2-2 透地雷達之文獻回顧 4
2-2-1 鋼筋混凝土方面 5
2-2-2 地下管線方面 9
2-2-3 地層孔洞探測方面 12
2-2-4 訊號及後處理方面 14
2-2-5 其他應用方面 17
第三章 透地雷達基本理論 19
3-1 電磁波基本概述 19
3-2 電磁波波傳原理 20
3-3 材料電性參數 21
3-3-1 導電度 22
3-3-2 衰減度 22
3-3-3 相對介電常數 (Relative Dielectric Constant) 24
3-3-4 相對導磁率(Relative Permeability Constant) 25
3-3-5 穿透係數與反射係數 26
3-4 波傳現象之物理特性 28
3-4-1 波的行進方式 28
3-4-2 頻率、週期、波長和速度之間的關係 28
3-4-3 波之公式 31
3-5 透地雷達探測方法 33
3-5-1 透地雷達剖面圖像產生方式 33
3-5-2 電磁波波傳反射能量範圍 35
3-5-3 透地雷達檢測測參數設定 36
3-5-4 透地雷達檢測施作程式 39
3-6 透地雷達訊號數位化 39
3-6-1 訊號之數位化 39
3-6-2雷達波訊號與數位編碼值之關係 40
第四章 實驗內容與訊號擷取方法 42
4-1 實驗計劃 42
4-2 實驗材料 42
4-3 實驗儀器 42
4-4 試體製作 44
4-5 實驗設計 45
4-5-1 不同厚度保護層之鋼筋埋設 46
4-5-2 不同水平間距之鋼筋埋設 47
4-5-3 不同號數鋼筋之反射訊號 48
4-5-4 不同齡期混凝土對鋼筋之反射訊號影響 48
4-6實驗數據分析方法 49
第五章 實驗結果與討論 51
5-1 混凝土內含不同保護層厚度之鋼筋 51
5-1-1 混凝土內含#3鋼筋 51
5-1-2 混凝土內含#6鋼筋 59
5-1-3 混凝土內含#3、#6、#10鋼筋之比較 68
5-2 混凝土內含不同水平間距雙排鋼筋 69
5-2-1 雙排#3鋼筋不同水平間距 69
5-2-2 雙排#6鋼筋不同水平間距 77
5-2-3 不同尺寸鋼筋水平間距之比較 83
5-3 不同尺寸鋼筋之反射訊號分析 83
5-4 不同齡期混凝土對鋼筋之反射訊號影響 86
第六章 結論與建議 92
6-1結論 92
6-2建議 94
參考文獻 95
表目錄
表3.1 天線頻率100MHz和1GHz材料衰減係數 23
表3.2 各種常見介質的電性參數 25
表3.3 常見之相對介質反射係數 27
表3.4 RAMAC/GPR系統 天線頻率之選擇建議表 36
表3.5 RAMAC/GPR系統 參數設定建議表 37
表4.1 每1公斤/立方公尺之混凝土所需用量 44
表4.2 單顆模型體積實際澆製需求量 45
表4.3 實驗參數設定值 47
表5.1 #3鋼筋距離反射中心點偏移量 55
表5.2 混凝土內含3號鋼筋不同保護層鋼筋編碼值 55
表5.3 #6鋼筋距離反射中心點偏移量 64
表5.4 混凝土內含6號鋼筋不同保護層深度之鋼筋編碼值 64
表5.5 #3鋼筋水平間距最大編碼值 72
表5.6 #3雙排鋼筋間距6~14cm之左右兩根鋼筋編碼值 75
表5.7 #6鋼筋水平間距最大編碼值 79
表5.8 #6雙排鋼筋間距6~14cm之左右兩根鋼筋編碼值 82
表5.9 材料電性參數 88

圖目錄
圖1.1 研究流程圖 3
圖3.1 平面波示意圖 19
圖3.2 理想介質中平面波電場與磁場示意圖 21
圖3.3 水波 28
圖3.4 頻率表示圖 29
圖3.5 波之速度與波長、頻率之關係 30
圖3.6 電磁波(波速為 )時，頻率與波長之關係 31
圖3.7 角速度ω與相位θ 32
圖3.8 行進波與反射波之合成 33
圖3.9 雷達剖面圖像產生方式示意圖 34
圖3.10 透地雷達剖面圖(混凝土內含#10鋼筋) 34
圖3.11 電磁波反射能量區域範圍 35
圖3.12 相位碼與幅度碼之對應關係 41
圖4.1 鼓式拌和機與搖篩機 43
圖4.2 透地雷達天線組 43
圖4.3 鋼材裁切機器 43
圖4.4 鋼製模具 43
圖4.5 混凝土試體內含鋼筋示意圖 44
圖4.6 混凝土內含#3鋼筋試體 45
圖4.7 混凝土內含#6鋼筋試體 45
圖4.8 不同厚度保護層實驗模型斷面示意圖 46
圖4.9 不同水平間距實驗設計示意圖 47
圖4.10 不同鋼筋號數實驗設計示意圖 48
圖4.11 濕布養護情形 49
圖4.12 數位影像編碼運算程序圖 50
圖5.1 #3鋼筋保護層0~3cm透地雷達剖面圖與波形圖 54
圖5.2 #3鋼筋編碼值與保護層比較圖 56
圖5.3 #3鋼筋保護層4～18公分透地雷達剖面圖 58
圖5.4 #3鋼筋不同保護層波形振幅圖 59
圖5.5 #6鋼筋保護層0~3cm雷達剖面圖與波形圖 63
圖5.6 #6鋼筋編碼值與保護層比較圖 65
圖5.7 #6鋼筋保護層4～18公分透地雷達剖面圖 67
圖5.8 #6鋼筋不同保護層波形振幅圖 68
圖5.9 不同鋼筋尺寸於不同保護層對應之最大編碼值 69
圖5.10 透地雷達掃描範圍(菲涅耳波帶) 71
圖5.11 #3鋼筋水平間距0～5cm 73
圖5.12 #3鋼筋水平間距6～14cm 75
圖5.13 #3鋼筋間距0~10cm反射訊號最大值位置 76
圖5.14 #3鋼筋間距11~14cm反射訊號最大值位置 76
圖5.15 #3鋼筋水平間距編碼值變化 77
圖5.16 #6鋼筋間距0~5cm 80
圖5.17 #6鋼筋水平間距6～13cm 81
圖5.18 #6鋼筋水平間距編碼值變化 82
圖5.19 不同鋼筋尺寸水平間距之比較 83
圖5.20 混凝土齡期100天#3、#6和#10鋼筋編碼值差異 85
圖5.21 #3鋼筋與＃3雙排鋼筋編碼值之差異 85
圖5.22 #6鋼筋與＃6雙根鋼筋編碼值之差異 86
圖5.23 混凝土齡期之鋼筋編碼值變化 87
圖5.24 乾混凝土與濕混凝土之反射係數與衰減度比較 90
圖5.25 混凝土內含鋼筋齡期40天與110天不同保護層編碼值變化 91

1.郭茂坤、王翌全，“透地雷達在鋼筋混凝土檢測之研究”，台灣大學應用力學研究所論文碩士論文，1998。
2.楊潔豪、鄧景龍，“透地雷達於土木構件檢測之應用”，中央大學應用地質研究所碩士論文，2000。
3.裴廣智、謝智正、白耀東，“透地雷達檢測技術在土木工程上之應用”，核研季刊第三十五期，pp.20~26，2000。
4.裴廣智，“透地雷達檢測技術在土木工程上之應用及實例”，非破壞性檢測之新技術及應用，原能會核能研究所燃材組非破壞檢測實驗室，2001。
5.江健仲、黃百逸，“步進頻率式地質雷達於鋼筋高頻檢測之模擬與研究”， 雲林科技大學營建工程系碩士論文，2001。
6.S. Laurens, J.-P. Balayssac, J. Rhazi, G. Arliguie, “Influence of concrete relative humidity on the amplitude of Ground-Penetrating Radar (GPR) signal”, Materials and Structures, Vol. 35, no. 248, pp. 198-203, 2002.
7.Utsi,Vincent; Utsi, Erica “Measurement of reinforcement bar depths and diameters in concrete”, Proceedings of the Tenth International Conference Ground Penetrating Radar, GPR 2004, v2, pp. 659-662, 2004.
8.Li, Jing; Xing, Huichun; Chen, Xuemin; Sun, Y.; Liu, Richard; Chen, Hua; Oshinski, E.D.; Won, Moon; Claros, German, “Extracting rebar's reflection from measured GPR data”, Proceedings of the Tenth International Conference Ground Penetrating Radar, GPR 2004, v 1, pp.367-370, 2004.
9.M.R. Shaw, S.G. Millard, T.C.K. Molyneaux, M.J. Taylor, J.H. Bungey, “Location of steel reinforcement in concrete using ground penetrating radar and neural networks” , NDT&E International 38, 2005.
10.S. Laurens, J.-P. Balayssac, J. Rhazi, G. Klysz, G. Arliguie, “Non-destructive evaluation of concrete moisture by GPR: experimental study and direct modeling”, Materials and Structures, 2005.
11.李德河、羅經書，“透地雷達應用於管線與地層調查之研究”，成功大學土木工程研究所碩士論文，1997。
12.江健仲、莊政廳，“步進式地質雷達探測地下埋設物之模擬與應用”，雲林科技大學營建工程系碩士論文，2000。
13.倪勝火、許程翔，“透地雷達對地下管線探查之應用研究”，成功大學土木工程研究所碩士論文，2003。
14.楊豐榮、陳敬寬，“透地雷達檢測在南化水庫與高屏溪攔河堰聯通管路施工之應用”，第十二屆非破壞檢測技術研討會，2004。
15.C. G. Windsor, L. Capineri, P. Falorni, “The Estimation of Buried Pipe Diameters by Generalized Hough Transform of Radar Data”, Progress In Electromagnetics Research Symposium, 2005.
16.倪勝火、林宏明，“透地雷達應用於地下空洞調查之研究”，成功大學土木工程研究所碩士論文，2000。
17.江健仲，「步進式地質雷達應用於偵側地下埋設物與孔洞之初步研究」，檢測科技十八卷一期(1~2)(pp.4~10) ，2000。
18.倪聖火、紀昭銘，“應用透地雷達法在土中異物探測之初步研究”，成功大學土木工程研究所碩士論文，2001。
19.江健仲、張森德，“透地雷達應用在液化及震陷區之模擬試驗研究”，雲林科技大學營建工程系碩士論文，2002。
20.倪勝火、施議傑，“ 透地雷達試驗結果判釋之初步研究”， 成功大學土木工程研究所碩士論文，2002。
21.江健仲、陳祥穎，“ 應用後處理程式改善透地雷達訊號特性之探討”， 雲林科技大學營建工程系碩士論文，2002年。
22.J.P.Conroy, S.J.Radzeviciusf, “Compact MATLAB code for displaying 3D GPR data with translucence”, Computers & Geosciences pp.679~681, 2003.
23.吳永泉、葉競榮，“透地雷達信號圖形之合成孔徑聚焦處理技術研究”第十二屆非破壞檢測技術研討會，2003。
24.張奇偉、林鎮華，“透地雷達數位影像編碼運算處理與圖像辯識之研究”， 中華大學土木工程學系研究所碩士論文，2003。
25.裴廣智，徐鴻發，林東威，“透地雷達檢測斷層影像處理技術之工程應用及實例”，第十二屆非破壞檢測技術研討會，2004。
26.張奇偉、徐增興、褚政鑫，“探討透地雷達與超音波技術於混凝土冷縫檢測之可行性研究”， 中華大學土木工程學系碩士論文，2003。
27.J. Hugenschmidt, “Concrete bridge inspection with a mobile GPR system”, Construction and Building Materials 16, 2002.
28.江健仲、李瑞峰，“應用數值模擬輔助步進式頻率地質雷達檢測判讀”，雲林科技大學營建工程系碩士論文，2003。
29.I.L. AL-Qadi, S. Lahouar, “Measuring layer thicknesses with GPR – Theory to practice”, Construction and Building Materials 19, 2005.
30.G. Klysz, X. Ferrieres, J.P. Balayssac, S. Laurens, “Simulation of direct wave propagation by numerical FDTD for a GPR coupled antenna”, NDT&E International 39, 2006.
31.M.L.Taner and R.E.Sheriff, “Application of amplitude, frequency, and other attributes to stratigraphic and hydrocarbon determination,”Seismic Stratigraphy-applications to hydrocarbon exploration, American Association of petroleum Geologists, Oklahoma,U.S.A.pp.301~327, 1997.
32.張奇偉、林冠君，「透地雷達於鋼筋混凝土數位編碼之研究」，中華大學土木工程學系碩士論文，2005。
33.Beres, M.Jr. and Heani, F.P. , 1991, “Application of Ground -Penetrating-Radar Methods in Hydrogeologic Studies,” GROUND WATER, Vol. 29, NO.3, pp.375-386.
34.D. J. Daniels,“Ground-Penetrating Radar, 2nd Edition”, 2004.
35.MALA Geosience, RAMAC/GPR Software Manual，2001.
36.何中庸，「電波吸收體入門」，全華科技圖書印行，2002。
37.鈴木茂夫，“容易瞭解的高頻技術入門”，建興文化事業有限公司發行，2004年。
38.Lawrence B. Conyers, Dean Goodman, “Ground-Penetrating Radar An Introduction for Archaeologists”, 1997.








1.郭茂坤、王翌全，“透地雷達在鋼筋混凝土檢測之研究”，台灣大學應用力學研究所論文碩士論文，1998。
2.楊潔豪、鄧景龍，“透地雷達於土木構件檢測之應用”，中央大學應用地質研究所碩士論文，2000。
3.裴廣智、謝智正、白耀東，“透地雷達檢測技術在土木工程上之應用”，核研季刊第三十五期，pp.20~26，2000。
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5.江健仲、黃百逸，“步進頻率式地質雷達於鋼筋高頻檢測之模擬與研究”， 雲林科技大學營建工程系碩士論文，2001。
6.S. Laurens, J.-P. Balayssac, J. Rhazi, G. Arliguie, “Influence of concrete relative humidity on the amplitude of Ground-Penetrating Radar (GPR) signal”, Materials and Structures, Vol. 35, no. 248, pp. 198-203, 2002.
7.Utsi,Vincent; Utsi, Erica “Measurement of reinforcement bar depths and diameters in concrete”, Proceedings of the Tenth International Conference Ground Penetrating Radar, GPR 2004, v2, pp. 659-662, 2004.
8.Li, Jing; Xing, Huichun; Chen, Xuemin; Sun, Y.; Liu, Richard; Chen, Hua; Oshinski, E.D.; Won, Moon; Claros, German, “Extracting rebar's reflection from measured GPR data”, Proceedings of the Tenth International Conference Ground Penetrating Radar, GPR 2004, v 1, pp.367-370, 2004.


9.M.R. Shaw, S.G. Millard, T.C.K. Molyneaux, M.J. Taylor, J.H. Bungey, “Location of steel reinforcement in concrete using ground penetrating radar and neural networks” , NDT&E International 38, 2005.
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11.李德河、羅經書，“透地雷達應用於管線與地層調查之研究”，成功大學土木工程研究所碩士論文，1997。
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15.C. G. Windsor, L. Capineri, P. Falorni, “The Estimation of Buried Pipe Diameters by Generalized Hough Transform of Radar Data”, Progress In Electromagnetics Research Symposium, 2005.
16.倪勝火、林宏明，“透地雷達應用於地下空洞調查之研究”，成功大學土木工程研究所碩士論文，2000。
17.江健仲，「步進式地質雷達應用於偵側地下埋設物與孔洞之初步研究」，檢測科技十八卷一期(1~2)(pp.4~10) ，2000。
18.倪聖火、紀昭銘，“應用透地雷達法在土中異物探測之初步研究”，成功大學土木工程研究所碩士論文，2001。
19.江健仲、張森德，“透地雷達應用在液化及震陷區之模擬試驗研究”，雲林科技大學營建工程系碩士論文，2002。
20.倪勝火、施議傑，“ 透地雷達試驗結果判釋之初步研究”， 成功大學土木工程研究所碩士論文，2002。
21.江健仲、陳祥穎，“ 應用後處理程式改善透地雷達訊號特性之探討”， 雲林科技大學營建工程系碩士論文，2002年。
22.J.P.Conroy, S.J.Radzeviciusf, “Compact MATLAB code for displaying 3D GPR data with translucence”, Computers & Geosciences pp.679~681, 2003.
23.吳永泉、葉競榮，“透地雷達信號圖形之合成孔徑聚焦處理技術研究”第十二屆非破壞檢測技術研討會，2003。
24.張奇偉、林鎮華，“透地雷達數位影像編碼運算處理與圖像辯識之研究”， 中華大學土木工程學系研究所碩士論文，2003。
25.裴廣智，徐鴻發，林東威，“透地雷達檢測斷層影像處理技術之工程應用及實例”，第十二屆非破壞檢測技術研討會，2004。
26.張奇偉、徐增興、褚政鑫，“探討透地雷達與超音波技術於混凝土冷縫檢測之可行性研究”， 中華大學土木工程學系碩士論文，2003。
27.J. Hugenschmidt, “Concrete bridge inspection with a mobile GPR system”, Construction and Building Materials 16, 2002.
28.江健仲、李瑞峰，“應用數值模擬輔助步進式頻率地質雷達檢測判讀”，雲林科技大學營建工程系碩士論文，2003。
29.I.L. AL-Qadi, S. Lahouar, “Measuring layer thicknesses with GPR – Theory to practice”, Construction and Building Materials 19, 2005.
30.G. Klysz, X. Ferrieres, J.P. Balayssac, S. Laurens, “Simulation of direct wave propagation by numerical FDTD for a GPR coupled antenna”, NDT&E International 39, 2006.
31.M.L.Taner and R.E.Sheriff, “Application of amplitude, frequency, and other attributes to stratigraphic and hydrocarbon determination,”Seismic Stratigraphy-applications to hydrocarbon exploration, American Association of petroleum Geologists, Oklahoma,U.S.A.pp.301~327, 1997.
32. 張奇偉、林冠君，「透地雷達於鋼筋混凝土數位編碼之研究」，中華大學土木工程學系碩士論文，2005。
33.Beres, M.Jr. and Heani, F.P. , 1991, “Application of Ground -Penetrating-Radar Methods in Hydrogeologic Studies,” GROUND WATER, Vol. 29, NO.3, pp.375-386.
34.D. J. Daniels,“Ground-Penetrating Radar, 2nd Edition”, 2004.
35.MALA Geosience, RAMAC/GPR Software Manual，2001.
36.何中庸，「電波吸收體入門」，全華科技圖書印行，2002。
37.鈴木茂夫，“容易瞭解的高頻技術入門”，建興文化事業有限公司發行，2004年。
38.Lawrence B. Conyers, Dean Goodman, “Ground-Penetrating Radar An Introduction for Archaeologists”, 1997.