[发明专利]基于钟摆式探地雷达的地下病害三维信息提取方法

权利要求书

1.一种基于钟摆式探地雷达的地下病害三维信息提取方法，其特征在于，该方法通过“钟摆式”探测方式来获取地下结构病害的雷达数据，然后通过数据处理、数据校正提取地下结构病害的三维信息，最终实现道路地下结构病害快速探测目的；包括如下步骤：1.数据采集；2.数据处理；3.数据校正；4.地下病害的识别与三维信息提取；5.三维成像；

数据采集包括测线布置，摆长的选定和现场数据采集；其中测线布置是根据探测区域的大小，确定测线的布设间距与数量，摆长的选定主要依据相邻测线的间距来确定，然后进行现场探测作业，完成三维雷达数据的采集；

所述数据校正包括对雷达天线空间位置的精确定位、测点地面坐标的投影转换和地表零线校正；对数据处理后的雷达数据进行地表零线校正，首先需要对雷达天线空间位置的精确定位，雷达天线空间位置的精确定位依靠空气耦合雷达天线内置的陀螺仪实现，然后根据通过测点地面坐标投影转换算法求解测点地面坐标，最后通过地表零线校正算法实现雷达数据的地表零线校正；陀螺仪采集板内置于雷达天线内部，测点地面坐标通过测点地面坐标投影转换算法求解，如下：

x＝v*t (1)

y＝H*tan(θ) (2)

z＝0 (3)

其中，v为探测速度，t为时间，H为钟摆高度，θ为陀螺仪参数，以上四个参数均为已知参数，x为测点地面探测方向上的坐标，y为测点地面天线摆动方向上的坐标，z为测点地面垂直地面方向上的坐标；

地表零线校正通过地表零线校正算法实现，如下：

其中，H为钟摆高度，θ为陀螺仪参数，L为摆长，这三个参数均为已知参数，z1为雷达剖面中地表位置的深度；

地下病害的识别与三维信息提取包括地下病害的识别与圈定、病害地面正射投影坐标转换和病害三维信息提取；地下病害的识别与圈定首先对地下病害的类型进行识别，再借助雷达处理软件对地下病害进行圈定；病害地面正射投影坐标通过病害地面正射投影坐标转换算法求解，如下：

X＝v*t (5)

Y＝y+(d-z1)*sin(θ) (6)

z＝0 (7)

其中，v为探测速度，t为时间，y为测点地面天线摆动方向上的坐标，θ为陀螺仪参数，z1为雷达剖面中地表位置的深度，d为雷达剖面深度，以上六个参数均为已知参数，X为病害地面正射投影在探测方向上的坐标，y为病害地面正射投影在天线摆动方向上的坐标，z为病害地面正射投影在垂直地面方向上的坐标；

地下病害的真实三维坐标信息：

X＝v*t (8)

Y＝y+(d-z1)*sin(θ) (9)

Z＝(d-z1)*cos(θ) (10)

其中，v为探测速度，t为时间，y为测点地面天线摆动方向上的坐标，θ为陀螺仪参数，z1为雷达剖面中地表位置的深度，d为雷达剖面深度，以上六个参数均为已知参数，X为地下病害在探测方向上的坐标，y为地下病害在天线摆动方向上的坐标，Z为地下病害在垂直地面方向上的坐标；

根据公式(8)、(9)、(10)即可提取到地下病害的真实三维坐标信息，并实现道路地下结构病害的三维成像。

2.根据权利要求1所述的基于钟摆式探地雷达的地下病害三维信息提取方法，其特征在于：数据处理包括对采集到的三维雷达原始数据进行背景去噪、滤波和增益处理；背景去噪的目的是消除背景噪声干扰，滤波的目的是消除低频干扰信号，增益处理是对深部回波信号进行补偿，增强有用信号，数据处理的目的主要是提高雷达信号的信噪比。