本发明专利技术公开了一种基于探地雷达的地下异常体三维建模方法及装置，涉及地下异常体检测领域。该方法包括：沿着多个测线获取待测区域的雷达测线数据；获取每个雷达测线数据对应的异常点云；获取每个异常点云对应的异常区的边缘轮廓；将全部边缘轮廓拼接，得到异常体的三维轮廓；获取落入三维轮廓内的插值点；为插值点赋予属性值，属性值根据插值点与三维轮廓的距离设置；基于插值点的位置与属性值构建三维模型。该方法，能够逐个将单测线的所有异常区域逐一进行属性判别，筛去非空洞区域，将多测线全部异常点云的边缘轮廓拼接能够得到地下异常体的三维轮廓，能够实现雷达测线数据的实时处理、解释以及自动建模，有助于实现地下灾害的智能化管控。害的智能化管控。害的智能化管控。
【技术实现步骤摘要】
基于探地雷达的地下异常体三维建模方法及装置
[0001]本专利技术涉及地下异常体检测领域，具体而言涉及一种基于探地雷达的地下异常体三维建模方法及装置。
技术介绍
[0002]随着城市地下空间开发利用的规模和范围的不断扩大，对于地下空间的勘探需求日益增加。在多种地球物理勘探方法中，探地雷达技术通过发射天线向地下发射电磁波，电磁波信号穿过地下介质，当遇到不同介电特性的物体时，如空洞、金属、水等，由于界面分界处介质的介电常数差异，会产生的幅值明显的回波信号，回波信号能够反应地下结构或者目标物的特征。探地雷达技术因定位准确、无损检测、探测快速、操作灵活、精度高等特点，被广泛应用于各领域的探测与成像。
[0003]目前，基于探地雷达的地下异常体三维建模方法通常需要先基于机器学习或者深度学习模型对异常区域进行自动识别，由于地下介质情况复杂，训练样本有限，训练的模型多适用于单一场景，且多基于回波的双曲线特征提取地下目标，对于其他任意形状的地下回波目标自动识别能力不足，普适性较差；另外，地下异常体通常通过三维切片展示，展示度不高，不能直观地进行观测，不利于地下灾害风险的实时监控和预警。
技术实现思路
[0004]（一）专利技术目的本专利技术的目的是提供一种基于探地雷达的地下异常体三维建模方法及装置，用于解决现有的地下异常体检测展示度低，对非双曲线回波特征的异常体自动解译建模能力较差的问题。
[0005]（二）技术方案为解决上述问题，本专利技术的第一方面提供了一种基于探地雷达的地下异常体三维建模方法，包括：沿着多个测线获取待测区域的雷达测线数据；获取每个所述雷达测线数据对应的异常点云；获取每个异常点云对应的异常区的边缘轮廓；将全部所述边缘轮廓拼接，得到异常体的三维轮廓；获取落入所述三维轮廓内的插值点；为所述插值点赋予属性值，所述属性值根据所述插值点与所述三维轮廓的距离设置；基于所述插值点的位置与属性值构建三维模型。
[0006]在一些实施例中，获取每个异常点云对应的异常区的边缘轮廓包括：通过半径为设定值的球在异常点云上滚动；将所述球滚过的异常点连接得到初始边缘轮廓；
判断每个所述初始边缘轮廓对应的异常区是否为空洞，若是，则将所述初始边缘轮廓作为所述边缘轮廓；其中，所述设定值根据预估目标异常体的尺寸以及雷达中心频率进行预设。
[0007]在一些实施例中，判断每个所述初始边缘轮廓对应的异常区是否为空洞，包括：选取所述初始边缘轮廓对应的异常区中间道波形，在第一预设值至第二预设值区间内搜索振幅绝对值的最大值，对应的位置即为异常区的顶面子波主瓣位置，根据顶面子波主瓣位置获得顶面子波主瓣振幅值，其中，第一预设值为异常区上轮廓点，第二预设值为异常区上轮廓点+子波持时/采样间隔；在第二预设值至第三预设值区间内搜索振幅绝对值的最大值，对应的位置为异常区的底面子波主瓣位置，根据底面子波主瓣位置获得底面子波主瓣振幅值，其中，第三预设值为异常区下轮廓点位置；判断顶面子波主瓣振幅值与底面子波主瓣振幅值的乘积是否小于0，若是，则该异常区为空洞，若否，则该异常区不是空洞。
[0008]在一些实施例中，获取每个所述雷达测线数据对应的异常点云前，还包括：获取所述雷达测线数据能量横向叠加值最大的峰值采样点；基于所述峰值采样点生成均值作差区间；通过均值作差法对所述均值作差区间内的采样点进行直达波滤除。
[0009]在一些实施例中，所述雷达测线数据能量横向叠加值的计算公式如下：其中，X
i,j
为雷达测线数据的第j道回波数据的第i个采样点的雷达波振幅值，e
i
为雷达测线数据的n道回波数据在第i个采样点的雷达波能量横向叠加值。
[0010]在一些实施例中，所述直达波滤除的计算公式如下：其中，f
c
为探地雷达天线中心频率（MHz），T
ricker 为子波的周期（ns）,子波持时为2倍子波周期，dt为采样间隔，N
max
为雷达波能量横向叠加值峰值位置。
[0011]在一些实施例中，获取每个所述雷达测线数据对应的异常点云前，还包括：Dewow滤波, 去除直流漂移；通过带通滤波消除所述雷达测线数据的噪音；获取每个所述雷达测线数据对应的异常点云包括：采用频率波数偏移方法根据指定波速对所述雷达测线数据进行偏移成像，压制绕射波的干扰；通过最大类间方差法对偏移成像后的所述雷达测线数据进行图像分割得到异常区域；根据所述指定波速对所述雷达测线数据进行时深转换，将异常区各点的双程回波走时转换为异常区各点所处深度，得到实际坐标尺寸的异常点云。
[0012]在一些实施例中，所述指定波速为预设波速区间内，对应的阈值分割区域面积最小的波速。
[0013]在一些实施例中，通过最大类间方差法对偏移成像后的所述雷达测线数据进行图像分割前，还包括：对偏移成像后的所述雷达测线数据进行深度补偿以增强所述雷达测线数据的信号强度。
[0014]在一些实施例中，所述属性值为插值点与所述三维轮廓距离的平方。
[0015]本专利技术第二方面提供了一种基于探地雷达的地下异常体三维建模装置，包括：第一获取模块，用于沿着多个测线获取待测区域的雷达测线数据；第二获取模块，用于获取每个所述雷达测线数据对应的异常点云；第三获取模块，用于获取每个异常点云对应的异常区的边缘轮廓；拼接模块，用于将全部所述边缘轮廓拼接，得到异常体的三维轮廓；第四获取模块，用于获取落入所述三维轮廓内的插值点；赋值模块，用于为所述插值点赋予属性值，所述属性值根据所述插值点与所述三维轮廓的距离设置；数据处理模块，用于基于所述插值点的位置与属性值构建三维模型。
[0016]（三）有益效果本专利技术提供了一种基于探地雷达的地下异常体三维建模方法，通过预先设定好参数，自动提取雷达测线数据的异常区域，将全部异常点云的边缘轮廓拼接能够得到异常体的三维轮廓，根据插值点与三维轮廓的距离对插值点赋予属性值并构建三维模型，能够实现雷达测线数据的自动实时处理、解释，能够对异常体是否为空洞有初步判断，异常体展现更加直观，有助于实现地下灾害的智能化管控。
附图说明
[0017]图1是本专利技术实施例提供的一种基于探地雷达的地下异常体三维建模方法的流程图；图2是本专利技术实施例提供的探地雷达扫描方式示意图；图3是本专利技术实施例提供的一种获取每个异常点云对应的异常区的边缘轮廓的流程图；图4是本专利技术实施例提供的点云滤波和异常体轮廓提取示意图；图5是本专利技术实施例提供的一种基于探地雷达的地下异常体三维建模方法的详细流程图；图6是本专利技术实施例提供的偏移成像与图像分割示意图；图7是本专利技术实施例提供的异常区属性判别示意图；图8是本专利技术实施例提供的异常体的三维轮廓的拼接图以及建模效果图；图9是本专利技术实施例提供的一种基于探地雷达的地下异常体三维建模装置的结构示意图。
具体实施方式
[0018]在下文的描述中，给出了大量具体的细节以便提供对本专利技术更为彻底的理解。然而，对于本领域技术人员而言显而易见的是，本专利技术可以无需一个或多个这些细节而得以实本文档来自技高网...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
1.一种基于探地雷达的地下异常体三维建模方法，其特征在于，包括：沿着多个测线获取待测区域的雷达测线数据；获取每个所述雷达测线数据对应的异常点云；获取每个异常点云对应的异常区的边缘轮廓；将全部所述边缘轮廓拼接，得到异常体的三维轮廓；获取落入所述三维轮廓内的插值点；为所述插值点赋予属性值，所述属性值根据所述插值点与所述三维轮廓的距离设置；基于所述插值点的位置与属性值构建三维模型。2.根据权利要求1所述的基于探地雷达的地下异常体三维建模方法，其特征在于，获取每个异常点云对应的异常区的边缘轮廓包括：通过半径为设定值的球在异常点云上滚动；将所述球滚过的异常点连接得到初始边缘轮廓；判断每个所述初始边缘轮廓对应的异常区是否为空洞，若是，则将所述初始边缘轮廓作为所述边缘轮廓；其中，所述设定值根据预估目标异常体的尺寸以及雷达中心频率进行预设。3.根据权利要求2所述的基于探地雷达的地下异常体三维建模方法，其特征在于，判断每个所述初始边缘轮廓对应的异常区是否为空洞，包括：选取所述初始边缘轮廓对应的异常区中间道波形，在第一预设值至第二预设值区间内搜索振幅绝对值的最大值，对应的位置即为异常区的顶面子波主瓣位置，根据顶面子波主瓣位置获得顶面子波主瓣振幅值，其中，第一预设值为异常区上轮廓点，第二预设值为异常区上轮廓点+子波持时/采样间隔；在第二预设值至第三预设值区间内搜索振幅绝对值的最大值，对应的位置为异常区的底面子波主瓣位置，根据底面子波主瓣位置获得底面子波主瓣振幅值，其中，第三预设值为异常区下轮廓点位置；判断顶面子波主瓣振幅值与底面子波主瓣振幅值的乘积是否小于0，若是，则该异常区为空洞，若否，则该异常区不是空洞。4.根据权利要求1所述的基于探地雷达的地下异常体三维建模方法，其特征在于，获取每个所述雷达测线数据对应的异常点云前，还包括：获取所述雷达测线数据能量横向叠加值最大的峰值采样点；基于所述峰值采样点生成均值作差区间；通过均值作差法对所述均值作差区间内的采样点进行直达波滤除。5.根据权利要求4所述的基于探地雷达的地下异常体三维建模方法，其特征在于，所述雷达测线数据能量横向叠加值的计算公式如下：其中，X
i,j
为雷达测线数据的第j道回波数据的第i个采样点的雷达波振幅值，e
...
【专利技术属性】
技术研发人员：汪源，葛全胜，许端阳，陶泽兴，吴茂炜，王焕炯，
申请(专利权)人：中国科学院地理科学与资源研究所，
类型：发明
国别省市：
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