[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

说明书

本发明专利提供一种基于“钟摆式”探地雷达的地下病害三维信息提取方法，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。其实现步骤为：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。

技术领域

本发明属于探地雷达探测应用技术领域，涉及一种基于“钟摆式”探地雷达的地下病害三维信息提取方法，该方法通过“钟摆式”探测方式来获取地下结构病害的雷达图像信息，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与三维信息提取的目的。。

背景技术

随着城市化进程的不断加快，城市人口密集度快速提升，各类城市基础建设不断推进。这些都会对道路的使用寿命造成影响，增加道路地下病害的数量并且缩短其形成周期，因此针对道路地下病害的探测变得越来越必要。目前使用GPR进行道路地下病害探测时通常使用单通道和多通道两种雷达探测系统，但是在探测过程中出现了以下几个问题：(1)单通道雷达探测需要在探测区域布设多条测线，工作效率较低，难以满足大区域快速探测的需求； (2)多通道雷达系统可以显著提高探测工作效率，但是大量采集的数据带来了后期处理分析的难题；(3)数据定位精度的问题依然存在，尤其在涉及多条、长距离测线的数据解释时，各病害体坐标信息的校准和统一对作业者是一大挑战；(4)仪器成本和探测成本的问题，多通道雷达仪器成本低探测成本大，单通道雷达探测成本相对较低但仪器成本大；(5)探测精度的问题，道路病害的形状大多属不规则形状，其探测精度与测线间距有关，目前道路测线间距大多为1.5m以上，小尺寸病害体可能会出现漏测的情况。

因此，如何适应当前道路地下病害排查的要求，实现地下病害的快速探测以及病害信息的快速提取，是本领域技术人员亟待解决的。

发明内容

本发明的目的是实现道路地下结构病害快速探测与三维信息快速提取。为了达到上述目的，本发明提出了一种基于“钟摆式”探地雷达的地下病害三维信息提取方法。本发明采取的步骤如下：

1、数据采集，包括测线布置，摆长的选定和现场数据采集；

2、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；

3、数据校正，通过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，实现雷达图像深度方向上信息的校正；

4、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；

在上述技术方案中，步骤1、所述数据采集包括测线布置，摆长的选定和现场数据采集；其中测线布置的目的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。

步骤2、对步骤1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。

步骤3、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；雷达天线空间位置的精确定位依靠陀螺仪实现，所述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

y＝H*tan(θ)

z＝0

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。