[发明专利]一种基于全散射模型的城市地下空洞快速探测方法

权利要求书

1.一种基于全散射模型的城市地下空洞快速探测方法，其特征在于，具体步骤为：

步骤一：先组装移动探测装置，移动探测装置由多个探测单元等间距组成，探测单元之间采用连接杆连接，所述探测单元包括钢轮、滚动轴和两个检波器，滚动轴穿过钢轮中心并通过黄油与其耦合，两个检波器对称设置在钢轮两侧，且分别通过两个固定杆与滚动轴两端固定连接，所述连接杆的材质为弹性材质，所述钢轮和固定杆的材质均为刚性材质；

步骤二：先在地面确定目标探测区域，设移动探测装置的探测单元数量为N，相邻探测单元之间的距离为X_r，移动探测装置放置在目标探测区域的一端，然后在分别距离移动探测装置两端X_off处均设置一个锤击点，然后在两个锤击点各进行一次锤击，移动探测装置中的各个检波器实时接收地下反馈的散射波信号，并传递给地震分析仪进行记录；完成后将移动探测装置沿目标探测区域的长度方向以X_s步距移动到下一位置，并重复上述锤击及信号采集过程，如此重复多次采集，直至完成整个目标探测区域的探测过程；

步骤三：在探测区域建立全散射模型，其中探测区域走向长度为X、纵深长度为Z，则探测区域划分为m×n个网格，将每个网格假定为散射点；

步骤四：将每个探测单元中的两道检波器信号直接相加输出一道信号作为此探测单元所处位置的合成信号；

步骤五：根据已有地勘资料计算与标定每一网格的初始叠加速度V_mn，在(V_mn-Δv，V_mn+Δv)的区间内以不同速度计算此网格在同一次采集过程中不同检波器旅行时t₁、t₂……t_n，将相应时刻的合成信号取平方能量均值E，其中E最大值对应的速度为此网格在该次采集过程中的偏移速度V_mig，具体为：

(1)根据步骤三建立的模型，设任一网格中心位置为(x_m，z_n)，计算任一次采集过程中各个检波器与当前网格的散射波传播旅行时：

式中t_s为散射波从震源到当前网格的旅行时，t_r为散射波从当前网格到检波器的旅行时，x_s和x_r分别为震源和检波器的水平方向坐标，V为初始叠加速度V_mn在Δv速度窗内选取的扫描速度；

(2)对该次采集过程内不同检波器散射波到时t时刻延时时窗Δt内的信号计算其平方能量均值：

(3)在设定的速度窗(V_mn-Δv，V_mn+Δv)内依次计算此网格在该次采集过程中不同叠加速度下的能量均值E，当E最大时对应的速度为此网格在该次采集过程中的最优叠加速度，记为偏移速度V_mig；

步骤六：以探测区域最大目标深度选定孔径D_x范围，进而确定在该范围内的采集次数，然后根据步骤五获取该网格各次采集时的偏移速度，并依次获取其他所有网格在该范围内各次采集时的偏移速度；

步骤七：根据步骤六获得的数据，将处于各个网格中心点各自正上方采集时的偏移速度作为其各自的剖面速度，从而形成全散射模型的速度剖面；

步骤八：计算单个网格在孔径D_x范围内各次采集过程中散射波信号的最大平方能量均值E的总和，作为此网格的散射波叠加信号；

步骤九：根据步骤八依次计算所有网格的散射波叠加信号，由此获得探测区域内全散射成像剖面；

步骤十：根据全散射速度剖面和成像剖面采用已知方法综合分析异常位置与大小，实现对城市地下空洞的快速探测。

2.根据权利要求1所述的一种基于全散射模型的城市地下空洞快速探测方法，其特征在于，所述步骤四具体为：

设同一探测单元的两个检波器分别为a和b，两个检波器与垂直方向的夹角均为α，两个检波器的接收方向信号向量分别为和对其进行沿走向长度X和沿纵深长度Z的分解，得到：

式中f为不同分量上的信号能量，由于两个检波器水平分量相反，垂直分量一致，进而将两个检波器信号直接相加，可得：

从而使合成信号增加了纵深方向上的纵波能量，削弱了走向上的横波、面波的能量，有效提高信号的信噪比。