[发明专利]基于雷达小波变换时能密度的隧道地质体三维识别方法

权利要求书

1.一种基于雷达小波变换时能密度的隧道地质体三维识别方法，其特征在于，所述一种基于雷达小波变换时能密度的隧道地质体三维识别方法包括：

第一步，根据隧道勘察设计资料与长距离超前地质预报成果，确定可能存在不良地质体的大致位置。采用地质雷达对隧道掌子面进行多条测线测试，保证每条测线长度一致，测点与测点间距相等，测线与测点的空间坐标将用于确定与记录每条单道地质雷达信号的空间具体位置。由于地质雷达反射波信号遇到隧道掌子面前方不良地质体时会发生反射和折射，与不良地质体接触的每条地质雷达信号都会携带不良地质体的信息；

第二步，在MATLAB语言工作平台上，利用小波工具箱中的小波设计工具，将逼近方法和边界条件分别设置为常数正交函数空间投影法和[0，1]；根据地质雷达发射子波的特点，构造与子波信号匹配度高的模式自适应地质雷达小波；

第三步，在添加之前，做好以下准备工作：①设置1个模式自适应地质雷达小波的全名，一般为1个字符串；②设置1个模式自适应地质雷达小波的缩写名，由不多于4个字符所组成；③选取1个模式自适应地质雷达小波的类型；④定义1个在模式自适应地质雷达小波系列中的序列号；⑤新建1个*.m文件或*.mat文件，对于1个由许多小波函数组成的模式自适应地质雷达小波系，必须要定义1个*.m文件；

第四步，将所构造的模式自适应地质雷达小波的*.mat数据作为1个基本小波，进入MATLAB的工作界面，然后调用wavemngr函数，即可对模式自适应地质雷达小波进行添加。在后续信号分析与处理中，将模式自适应地质雷达小波作为1个新的基函数进行选用；

第五步，采用模式自适应地质雷达小波作为基函数，调整尺度因子的上、下限和尺度间隔，编制雷达小波变换时能密度法的程序，对每条单道地质雷达信号进行奇异性分析；根据每条单道地质雷达信号的小波变换时能密度曲线中出现奇异值点的位置以及各条单道信号在测线、测点上的空间位置坐标，确定隧道掌子面前方不良地质体的前、后、左、右、上、下边界，即隧道不良地质体三维空间形态与规模大小。

2.如权利要求1所述的基于雷达小波变换时能密度的隧道地质体三维识别方法，其特征在于，所述基于雷达小波变换时能密度的隧道地质体三维识别方法包括以下步骤：

(1)根据隧道掌子面位置所处围岩等级，对隧道掌子面进行排险；若掌子面围岩等级是Ⅰ、Ⅱ和Ⅲ级，则需要对掌子面的平整度进行处理；若掌子面围岩等级是Ⅳ、Ⅴ和Ⅵ级，则需要对掌子面进行喷锚处理；

(2)地质雷达主机接口端与探测天线接口端相连，打开主机电源开关，工作人员先将地质雷达探测天线放置在隧道掌子面预设测线的左端点处，然后贴着掌子面沿水平方向从左至右匀速移动，过程中同时观测主机屏幕上的地质雷达反射信号变化情况；测完一整条水平测线后，得到一条水平测线上二维空间的剖面信息；

(3)工作人员将地质雷达天线放置在已测完测线的上方，依次设置多条测线，得到各条测线的二维空间的剖面信息。

3.如权利要求2所述的基于雷达小波变换时能密度的隧道地质体三维识别方法，其特征在于，隧道掌子面共布置有4条测线，从上至下依次为测线1、测线2、测线3和测线4；采用编制程序对地质雷达检测信号进行分析时，从地质雷达原始数据矩阵中，抽取测线上1个测点的1条地质雷达单道信号，得到位于测点上的地质雷达单道信号图。

4.如权利要求2所述的基于雷达小波变换时能密度的隧道地质体三维识别方法，其特征在于，将去除直达波后的地质雷达单道信号通过雷达小波变换时能密度分析程序处理后，得到地质雷达单道信号小波变换时能密度曲线；隧道不良地质体边界实际上就是单道信号小波变换时能密度曲线中的剧烈变化处，寻找不良地质体边界位置实质上就是寻找小波变换时能密度曲线中的突变点或奇异值点；小波变换具有良好的时频局部化能力，被称为数学分析上的“显微镜”；小波变换时能密度法具有突出被分析信号局部奇异性的特点，利用雷达小波变换时能密度法的这一特性来识别隧道不良地质体的空间形态与规模大小。