[发明专利]一种探地雷达层位自动追踪方法及系统

说明书

本发明公开了一种探地雷达层位自动追踪方法，包括：确定前一道种子点在相应道的第一位置和在预设的相关系数计算范围内的第二位置；确定当前道的映射点并在预设滑动范围限制下，将以映射点为中心且以计算范围为半径的计算区域分别向上、下滑动，确定每个计算区域与前一道种子点在计算范围内对应的区域间的相关系数，得到相应集合；计算所有相关系数的方差，判断最大相关系数是否超过预设的系数阈值且方差是否超过相关系数方差阈值，若满足，则进入下一步；基于第二位置确定最优相关区域内同位置数据点，基于此，利用预设的搜索范围，确定当前道种子点，以追踪下一道层位。本发明优化了现有层位自动追踪方法，提高了层位线的连续性和稳定性。

技术领域

本发明涉及层位追踪技术领域，尤其是涉及一种探地雷达层位自动追踪方法及系统。

背景技术

探地雷达通过发射天线发射高频电磁波，遇到不同介质的分界面时发生反射或折射，反射波由接收天线接收，通过分析接收的波形信息获取地下介质信息。由于其具备快速、无损、准确的优势，在铁路基础设施检测等领域得到广泛的应用。探地雷达图像通常分为3种形式：A-SCAN、B-SCAN、C-SCAN。其中，A-SCAN指的是由各个采样点组成的一维的单道波形图，可观察一道数据的波形；B-SCAN是由若干个A-SCAN组成的二维的剖面图，可以通过不同的色标文件来呈现，以灰度图最为常见，也是探地雷达图像的最主要的形式；C-SCAN是由若干个B-SCAN进行插值组成的三维的立体图。

层位追踪是探地雷达B-SCAN图像解释的重要内容，如道床厚度检测、基床平整度检测、隧道衬砌厚度检测等。目前，层位追踪主要依赖人工完成，通过肉眼视觉观察灰度剖面图的同相轴连续性，拾取相应的层位线，但这种方式精确率较低、且效率低下，不能满足海量检测数据的处理需求。

在现有层位自动追踪算法中，通常包括如下两种方法：其一，基于波形特征的自动追踪，只利用搜索时窗内特征点的相似结构形态，但在相邻道之间不对相关系数进行计算，搜索每道波形结构相似的特征点，这种方法虽然计算量较小，但可靠性较低；其二，基于相关系数特征的自动追踪，是以前一道的种子点为中心，对当前数据与前一道相关时窗范围内的数据做相关性分析，若找到满足条件的特征点，便将当前特征点作为当前道的种子点，以继续下一道的层位追踪，这种方法虽然计算量大，但可靠性较高。

由于地下介质结构的复杂性，以及结构或含水属性的变化，导致探地雷达图像中的层位特征往往较为模糊，且连续性较差。在现有技术中，无论采用上述哪种层位自动追踪方法，都未达到较高的准确度，容易出现因前一道特征点选取误差而导致误差延续的现象发生，需要后续进行大量的人工修正工作。

发明内容

为了解决上述技术问题，本发明提供了一种探地雷达层位自动追踪方法，包括：从探地雷达二维剖面图中确定前一道种子点在相应道的第一位置和在预设的相关系数计算范围内的第二位置；基于所述第一位置确定当前道的映射点，并在预设的滑动范围的限制下，将以所述映射点为中心且以所述计算范围为半径所对应的计算区域分别向上、下滑动，确定每个计算区域与所述前一道种子点在所述计算范围内对应的区域间的相关系数，得到相应的系数集合；计算所有相关系数的方差，判断集合内的最大相关系数是否超过预设的系数阈值并且所述方差是否超过预设的相关系数方差阈值，若满足，则将所述最大相关系数对应的计算区域作为最优相关区域，进入下一步；基于所述第二位置确定所述最优相关区域内的同位置数据点，基于此，利用预设的搜索范围，确定当前道的种子点，以追踪下一道层位。