[發明專利]基于鉆孔地質雷達技術的三維精細化成像系統和方法

有效

• 申請號: 201310008274.0
• 申請日: 2013-01-10
• 公開（公告）號: CN103076606A
• 公開（公告）日: 2013-05-01
• 發明（設計）人: 李術才;劉斌;徐磊;孔凡年;聶利超;宋杰;劉征宇;孫懷鳳;王傳武;許新驥;郝亭宇;周浩;張慶松;李樹忱
• 申請（專利權）人: 山東大學
• 主分類號: G01S13/89
• 分類號: G01S13/89
• 代理公司: 濟南圣達知識產權代理有限公司 37221
• 代理人: 張勇

1.一種基于鉆孔地質雷達技術的三維精細化成像系統，其特征是，它包括雷達發射天線、雷達接收天線、雷達主機、天線遞送與傳動裝置、控制主機、蓄電池以及計算機；雷達發射天線通過天線遞送裝置被遞送入鉆孔內，雷達接收天線通過天線傳動裝置在隧道掌子面沿測線移動，雷達發射天線和雷達接收天線通過電纜與雷達主機連接，雷達主機通過電源線與蓄電池連接，雷達主機通過通信電纜與計算機連接，天線遞送裝置和天線傳動裝置通過通信電纜與控制主機連接，控制主機通過電源線與蓄電池連接，并保證設備的連接過程中處于斷電狀態，在隧道掌子面上設有若干條測線，所述控制主機控制天線遞送和傳動裝置，從而控制雷達發射天線在鉆孔內的遞送與雷達接收天線在掌子面沿測線的移動，以鉆孔為中心向外輻射的每一個方向均為一條測線。

2.如權利要求1所述的基于鉆孔地質雷達技術的三維精細化成像系統，其特征是，所述雷達發射天線通過遞送裝置被送入隧道掌子面中間位置的鉆孔內，雷達發射天線為桿狀發射天線，以等間距的形式發射雷達波信號；所述遞送裝置包括遞送套管、遞送車、遞送桿和遞送動力裝置，遞送車的輪子插入遞送套管的輪子卡槽中，遞送套管與遞送車配套使用，用于遞送車的導向作用，遞送車用于固定發射天線，便于向鉆孔深部遞送雷達發射天線，遞送桿與遞送車配套使用，用于天線的遞送與取出，而遞送動力裝置的作用則是提供動力傳送遞送桿，實現雷達發射天線在鉆孔內的自動遞送。

3.如權利要求1所述的基于鉆孔地質雷達技術的三維精細化成像系統，其特征是，所述傳動裝置包括傳動軌道和傳動車，傳動車沿傳動軌道運動，傳動軌道用于傳動車的導向作用，傳動車用于固定雷達接收天線，便于接收天線沿軌道移動，所述傳動軌道按照測線布設在隧道掌子面上，所述在掌子面上設有六條測線，相鄰兩條測線夾角為60度。

4.基于權利要求1所述的三維精細化成像系統的一種三維精細化成像方法，其特征是，首先在隧道掌子面中間位置打入一個鉆孔，利用單鉆孔，鉆孔里面放置雷達發射天線，在掌子面上按照輻射狀布置地質雷達接收測線，鉆孔中的發射天線借助天線遞送裝置遞送到鉆孔某一深度并向掌子面發射雷達波信號，掌子面上的接收天線借助自動傳動裝置沿輻射狀測線移動，依次掃描并采集雷達信號，完成一次發射采集循環，一次發射采集循環結束后，孔中的發射天線借助發射天線遞送裝置按等間距的形式向鉆孔深部移動，再執行下一次發射采集循環，最后當雷達數據全部采集完畢后，對探測數據實施約束反演并實施三維插值成像，實現對隧道掌子面前方地質情況的三維精細化探測。

5.基于權利要求1所述的三維精細化成像系統的一種三維精細化成像方法，其特征是，具體步驟為：

步驟一：預打鉆孔；在隧道掌子面上中間位置垂直打入一個深度為s，孔徑為d的鉆孔，s>0，d>0；

步驟二：制定探測方案；根據隧道施工的要求與現場的實際情況，初步制定雷達預測方案，確定雷達發射天線在鉆孔內每次發射雷達波信號之間的距離，以及接收天線在隧道掌子面上自動傳動的速度；

步驟三：鉆孔內雷達發射天線的布設；

步驟四：在每一條測線方向上布設傳動軌道；

步驟五：將三維精細化成像系統中用到的各個設備連接起來；

步驟六：利用各個設備之間的配合，依次對各個測試點進行雷達數據采集；

步驟七：對采集的數據預處理；

步驟八：對雷達探測剖面雷達波速層析反演成像計算；

步驟九：對三維雷達波速圖像處理；通過反演成像計算可得到測線剖面的雷達波速分布圖，而測線剖面之間介質的雷達波速通過相鄰測線剖面之間的雷達波速的線性插值得到，從而獲得隧道掌子面前方雷達波速的三維分布圖像，通過對該圖像的分析和解釋，便可直觀、精確地確定隧道前方的地質異常體。

6.如權利要求1所述的一種三維精細化成像方法，其特征是，所述步驟三的具體步驟為：

（3-1）首先把每節長度為x的雷達發射天線遞送套管一節一節地，通過遞送套管兩端的卡槽拼接向鉆孔深部插入，直到插入鉆孔的最深處；

（3-2）把雷達發射天線安裝到遞送車上，遞送車的輪子插入遞送套管的輪子卡槽中，方便遞送車在套管中較平穩地向深部移動；

（3-3）根據步驟二確定的發射天線發射信號的間距，在遞送車尾部不斷拼接長度為y的遞送桿，知從鉆孔外的遞送動力裝置到鉆孔內的第一個雷達發射點的遞送距離為m=n*y，其中n為遞送桿的個數，y>0。