一种探地雷达隐伏裂缝偏移成像方法、系统、终端及介质技术方案

本发明专利技术申请属于隧道衬砌结构隐伏裂缝检测技术领域，具体公开了一种探地雷达隐伏裂缝偏移成像方法、系统、终端及介质，运用时域有限差分法编写裂缝模型指令可正演模拟不同形态裂缝的雷达特征响应图像，并采用静校正、去直流分量、增益以及滤波等方法对雷达响应信号进行信号预处理，基于小波熵理论确定的最优电磁波波速，将最优电磁波波速作为常规偏移方法的速度参数，提高常规偏移算法的偏移成像效果，压制回波信号干扰，使绕射波收敛，能量更聚集，最大程度地还原裂缝真实形态，解决探地雷达检测混凝土结构中隐伏裂缝偏移成像不准确的问题。题。题。

【技术实现步骤摘要】
一种探地雷达隐伏裂缝偏移成像方法、系统、终端及介质


[0001]本专利技术属于隧道衬砌结构隐伏裂缝检测
，具体公开了一种探地雷达隐伏裂缝偏移成像方法、系统、终端及介质。

技术介绍

[0002]隧道作为具有跨越地形限制、连接不同空间以及快速通过等特点的交通设施，已在交通工程建设中发挥不可替代的作用。然而，受设计方案、施工环境以及循环荷载等因素的影响，隧道衬砌结构在施工期或服役期存在不同程度的开裂与渗漏水等病害，由于裂缝具有尺寸微小且不易识别的特点，若不提前识别定位并采取处治措施将会持续威胁着隧道运营安全。
[0003]裂缝按位置分类可分为表面裂缝与隐伏裂缝。表面裂缝主要依靠传统的人工巡视肉眼识别，经技术发展后出现了以视觉智能图像识别为核心的识别方法，此类方法可大幅度提升识别表面裂缝的效率，但无法对衬砌结构隐伏裂缝进一步识别。现今，隐伏裂缝识别主要依靠无损检测技术，而探地雷达法因其操作简便、图像直观等优点被广泛应用于隧道衬砌结构质量检测。然而，关于探地雷达检测隐伏裂缝的正演模拟与物理模型实验研究尚少，主要原因是隐伏裂缝具有尺寸小、走向不明确、形状不规则等特点，正演模拟的最小单元格以及模型指令无法满足裂缝尺寸小、不规则特征的设定。此外，探地雷达天线有一定的波瓣宽度，使得探地雷达图谱上的绕射波发散、能量不集中，导致提取裂缝特性信号非常困难。因此，如何利用正演模拟与模型实验相结合的方式准确识别与提取裂缝特征信号，最大程度还原裂缝的真实形态是当前面临的一大技术挑战。
[0004]当前，有多种偏移方法可实现探地雷达图像偏移归位的效果，如：偏移叠加法、绕射曲线叠加法、逆时偏移法、频率波数偏移法与Kirchhoff积分偏移法等。无论采取何种偏移方法，偏移后的图像总会与目标物的真实形态存在一定差异，主要归因于被探测的各项异性介质的介电特性不同，导致电磁波的传播速度是随不同介质介电特性动态变化的，而各种偏移算法是以建立不同速度模型来调整偏移成像的效果。因此，如何在各项异性、非均匀介质中准确获取电磁波传播速度是偏移成像能否成功的关键。

技术实现思路

[0005]本专利技术的目的在于提供一种探地雷达隐伏裂缝偏移成像方法、系统、终端及介质，以解决探地雷达检测混凝土结构中隐伏裂缝偏移成像不准确的问题。
[0006]为了达到上述目的，本专利技术的技术方案为：一种探地雷达隐伏裂缝偏移成像方法，包括如下步骤：
[0007]S1.隐伏裂缝混凝土模型的浇筑；
[0008]S2.获取探地雷达时距剖面图：
[0009]S3.图像信号预处理；
[0010]S4.推算系列电磁波波速；
[0011]S5.探地雷达图像熵值分析；
[0012]S6.求取最优电磁波波速；
[0013]S7.探地雷达图像偏移成像。
[0014]进一步，所述步骤S1中，隐伏裂缝混凝土模型的浇筑：运用时域有限差分法(FDTD)，编写制作含有隐伏裂缝的混凝土模型；
[0015]所述步骤S2中，获取探地雷达时距剖面图：采用探地雷达，获取原始探地雷达时
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距剖面图；
[0016]所述步骤S3中，图像信号预处理包括去直流漂移、静校正、直达波切除、增益以及带通滤波去噪；
[0017]所述步骤S4中，推算系列电磁波波速：依据常用介质介电常数大致推算出电磁波波速的取值范围，以此设置一系列的电磁波波速作为偏移算法的偏移参数；
[0018]所述步骤S5中，探地雷达图像熵值分析：根据小波变换分解系数提取不同子图像的频带能量特征向量，并计算各子图像的小波熵；
[0019]所述步骤S6中，求取最优电磁波波速：选取偏移图像上小波熵的最小值对应的波速作为最优电磁波波速；
[0020]所述步骤S7中，探地雷达图像偏移成像：将最优电磁波波速作为频率波数域偏移与Kirchhoff积分偏移的偏移参数对探地雷达图像进行偏移成像处理。
[0021]进一步，一种探地雷达隐伏裂缝偏移成像系统，包括：
[0022]隐伏裂缝正演模拟模块：用于完成一种探地雷达隐伏裂缝偏移成像方法中步骤S1，被配置为包含不规则隐伏裂缝的混凝土地电模型，所属模型由输入的地电参数生成；
[0023]信号采集模块：用于完成一种探地雷达隐伏裂缝偏移成像方法中步骤S2，被配置为探地雷达；
[0024]图像信号预处理模块：用于完成一种探地雷达隐伏裂缝偏移成像方法中步骤S3，被配置为对初始图像进行去直流漂移、静校正、直达波切除、增益以及带通滤波去噪；
[0025]最优电磁波波速模块：用于完成一种探地雷达隐伏裂缝偏移成像方法中步骤S4
‑
S6，被配置为采用一系列传播速度作为频率波数偏移的参数，对正演模拟图像进行偏移处理，然后，用小波熵计算各正演模拟偏移图像的熵，选取偏移图像上小波熵的最小值对应的波速作为最优电磁波波速；
[0026]探地雷达偏移成像模块：用于完成一种探地雷达隐伏裂缝偏移成像方法中步骤S7被配置为利用频率波速域偏移和Kirchhoff积分偏移两部分计算得到最终的偏移成像。
[0027]进一步，一种探地雷达隐伏裂缝偏移成像终端，包括处理器、显示器和储存器以及存储在存储器上并在处理器上运行的计算机指令，所述计算机指令被处理器运行时，完成权利要求1
‑
8中任意一种探地雷达隐伏裂缝偏移成像方法的所述的步骤。
[0028]进一步，一种探地雷达隐伏裂缝偏移成像介质，用于存储计算机指令，所述计算机指令被处理器执行时，完成权利要求1
‑
8中任意一种探地雷达隐伏裂缝偏移成像方法所述的步骤。
[0029]本技术方案的工作原理在于：
[0030]依据常用介质介电常数大致推算出电磁波波速的取值范围，以此设置一系列的电磁波波速作为偏移算法的偏移参数，在此基础上对多个偏移图像进行小波分解，根据小波
变换分解系数提取不同子图像的频带能量特征向量，并计算各子图像的小波熵；最后，选取偏移图像上小波熵的最小值对应的波速，将其作为最优偏移波速重新运用到偏移成像方法中。
[0031]本技术方案的有益效果在于：
[0032]将小波熵理论与常规偏移算法相结合，提出了一种高效确定最优电磁波波速的方法，该法估算的电磁波速度与真实值误差可控制在4％以内,并且使用最优电磁波波速作为常规偏移成像的参数，可减少相邻信号的干扰，压制回波与绕射波的干扰，显著提升探地雷达图像的分辨率，从而改善探地雷达偏移成像效果。
附图说明
[0033]图1是本专利技术所述一种探地雷达隐伏裂缝偏移成像方法流程示意图；
[0034]图2是本专利技术所述一种探地雷达隐伏裂缝偏移成像系统运行图；
[0035]图3为实施例中正演模拟的不同形态裂缝的地电模型图；
[0036]图4为实施例中三种形态裂缝正演模拟图像；
[0037]图5为实施例中信号预处理后正演模拟图像；
[0038]图6为实施例中不同波速下频率波数法偏本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种探地雷达隐伏裂缝偏移成像方法，其特征在于，包括如下步骤：S1.隐伏裂缝混凝土模型的浇筑；S2.获取探地雷达时距剖面图；S3.图像信号预处理；S4.推算系列电磁波波速；S5.探地雷达图像熵值分析；S6.求取最优电磁波波速；S7.探地雷达图像偏移成像。2.根据权利要求1所述的一种探地雷达隐伏裂缝偏移成像方法，其特征在于，所述步骤S1中，隐伏裂缝混凝土模型的浇筑：运用时域有限差分法，编写制作含有隐伏裂缝的混凝土模型；所述步骤S2中，获取探地雷达时距剖面图：采用探地雷达获取原始探地雷达时
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距剖面图；所述步骤S3中，图像信号预处理包括去直流漂移、静校正、直达波切除、增益以及带通滤波去噪；所述步骤S4中，推算系列电磁波波速：依据常用介质介电常数大致推算出电磁波波速的取值范围，以此设置一系列的电磁波波速作为偏移算法的偏移参数；所述步骤S5中，探地雷达图像熵值分析：根据小波变换分解系数提取不同子图像的频带能量特征向量，并计算各子图像的小波熵；所述步骤S6中，求取最优电磁波波速：选取偏移图像上小波熵的最小值对应的波速作为最优电磁波波速；所述步骤S7中，探地雷达图像偏移成像：将最优电磁波波速作为频率波数域偏移与Kirchhoff积分偏移的偏移参数对探地雷达图像进行偏移成像处理。3.根据权利要求1所述的一种探地雷达隐伏裂缝偏移成像系统，其特征在于，包括：隐伏裂缝正演模拟模块：用于完成一种探地雷达隐伏裂缝偏移...

【专利技术属性】
技术研发人员：凌同华，何文超，刘贤俊，黄阜，姚旭玮，娄玉鹏，
申请(专利权)人：长沙理工大学，
类型：发明
国别省市：