[發明專利]基于探地雷達的運營期地下管道管徑測定方法

有效

• 申請號: 201310684886.1
• 申請日: 2013-12-13
• 公開（公告）號: CN103675922A
• 公開（公告）日: 2014-03-26
• 發明（設計）人: 張鵬;馬彬;董韜;王旭東
• 申請（專利權）人: 南京工業大學
• 主分類號: G01V3/12
• 分類號: G01V3/12
• 代理公司: 南京瑞弘專利商標事務所(普通合伙) 32249
• 代理人: 楊曉玲

1.一種基于探地雷達的運營期地下管道管徑測定方法，其特征在于，具體步驟如下：

步驟1：對擬探測的區域平整場地，保證含有地下管道的場地地表水平平整；

步驟2：采用低頻率雷達對地下管道進行預探測，并得到擬探測地下管道的走向、埋深及其相對地表位置，從而確定對于地下管道管徑解譯的探地雷達精測的測線方向與雷達頻譜參數，應保證探地雷達測線必須垂直于管道的走向，最后建立雷達探測與解譯示意圖，其中XOY坐標系以測線方向為X軸與以管道埋深為Y軸；

步驟3：按照步驟2獲得的測線方向與雷達頻譜參數，開展針對地下管道管徑解譯的探地雷達精細探測，探測時雷達天線應沿著測線方向勻速推進，在地下管道相對地表位置點的正上方及其附近沿測線選擇三個探測點，要保證這三個點在一條直線上，并且豎向高度一致，探測的路線上這三個測點的平面坐標分別記為(x₁，y₁)，(x₂，y₂)，(x₃，y₃)；

步驟4：根據步驟3，探地雷達探測后得到含有電磁波對地下管道反射的雷達回波圖像，首先對雷達圖像進行去噪化頻譜處理，然后進行旨在使得圖像清晰化的圖像邊緣化處理；

步驟5：確定雷達電磁波的波速：采用矩陣模板法確定雷達電磁波波速，利用雷達試驗的電磁波波速生成曲線模板，然后用模板匹配目標的雷達圖像，匹配最好的對應波速就是雷達波速，雷達電磁波波速模板的矩陣模板為：

H[i,j]=r(X,t)=1vzl3u′(t-2lv)const]]>

式中，r(X，t)為由費涅耳和基爾霍夫的衍射理論及球面波在介質中的傳播特征得到雷達在不同位置接收到目標信號；t=dt·j，dt是采樣時間間隔；X=dx·i，dx是雷達水平采樣間隔；v是雷達試驗電磁波波速；z是目標深度；u′為散射信號與發射信號的延時的導數，const為任意常數，不影響生成的模板中的雙曲線形狀，每個雷達試驗波速對應一個模板；1是雷達天線到對應位置的距離；

假定雷達中的目標回波曲線的圖像為T[M，N]，均值和方差分別為μ_T和σ_T，雷達的目標回波圖像與生成的對應模板之間的匹配度定義為兩個圖像的相關系數：

γ(T,H)=Σi=1MΣj=1N(T[i,j]-μT)(H[i,j]-μH)MNσTσH]]>

式中，γ(T，H)為每個速度模板對應的匹配度；T[i，j]為雷達圖像上任意一個像素點；H[i，j]為矩陣模板上任意一個像素點；μ_T和σ_T為T[M，N]的均值和方差；μ_H和σ_H為H[M，N]的均值和方差；M，N為圖像的尺寸大小；這樣每個速度模板對應的匹配度γ(T，H)可以得到，最大匹配度γ(T，H)_max對應的波速就是雷達電磁波波速估計值；

步驟6：依據步驟3獲得的3個測點地表位置，選取3個測點對應的步驟4處理后的雷達回波圖上雙曲線上的精確位置，然后盡可能精確地提取出這三個點位置處對應的單道波形圖，在單道波形圖上記錄下電磁波由3個測點到地下管道上管壁面的傳播時間，并根據步驟5獲得的電磁波波速，將傳播時間乘以電磁波波速即得到3個測點到地下管道上管壁的最短直線距離的2倍；

步驟7：根據地下管道均是圓形的特殊形狀，圓線上三點坐標能夠唯一確定一個圓形尺寸的原理；以3個測點為圓心，各測點距離管壁外徑的距離為半徑作圓，圓與地下管道呈外切關系，從而可通過幾何關系運算可以確定出地下管線管徑的大小。

2.根據權利要求1所述的基于探地雷達的運營期地下管道管徑測定方法，其特征在于，所述的幾何關系如下，假設三個測點坐標分別為(x₁，y₁)、(x₂，y₂)、(x₃，y₃)，電磁波從3個測點傳播到地下管道上壁面的圓半徑分別為r₁、r₂、r₃，設所求地下管道的圓心點坐標為(x，y)，管徑的半徑為r，故根據其幾何關系可得到方程組：

(x-x₁)²+(y-y₁)²=(r+r₁)²

(x-x₂)²+(y-y₂)²=(r+r₂)²

(x-x₃)²+(y-y₃)²=(r+r₃)²

在上式中，x，y，r為三個未知數，3個測點坐標在步驟3中測定，步驟1中要求測線方向地表平整，故認為y₁=y₂=y₃；電磁波由3個測點傳播到地下管道上壁面的圓半徑分別為r₁、r₂、r₃，故由上式解得地下管道的半徑與圓心坐標信息。