[發明專利]基于特征融合網絡的地下圓柱體目標半徑估算方法及系統

有效

• 申請號: 202010219817.3
• 申請日: 2020-03-25
• 公開（公告）號: CN111445515B
• 公開（公告）日: 2021-06-08
• 發明（設計）人: 雷文太;羅佳斌;徐龍;王睿卿;黎方正
• 申請（專利權）人: 中南大學
• 主分類號: G06T7/62
• 分類號: G06T7/62;G06T7/13;G06K9/62;G06T5/00;G06T5/30;G06N3/04;G06N3/08
• 代理公司: 北京風雅頌專利代理有限公司 11403
• 代理人: 曾志鵬

本發明提供了一種基于特征融合網絡的地下圓柱體目標半徑估算方法及系統，包括：獲取探地雷達對地下圓柱體探測得到的訓練回波數據并進行預處理，獲取預處理后數據中的雙曲線目標區域并且估算出地下圓柱體的埋深；建立特征融合網絡，以雙曲線目標區域作為特征融合網絡的輸入對特征融合網絡進行訓練得到以雙曲線目標區域為輸入、以地下圓柱體目標半徑為輸出的按照埋深范圍分類的若干訓練后的特征融合網絡；對于實時回波數據重復上述步驟并根據待測地下圓柱體的埋深選擇對應的按照埋深范圍分類的特征融合網絡從而得到地下圓柱體的半徑。本方法能夠快速檢測探地雷達目標區域并精確估計地下圓柱體目標的半徑。

技術領域

本發明屬于探地雷達無損探測領域，具體公開了一種基于特征融合網絡的地下圓柱體目標半徑估算方法及系統。

背景技術

隨著我國基礎設施建設的飛速發展，越來越多的鋼筋、管道、電纜等圓柱形物體被掩埋在地下，精確估計被埋物體的深度、尺寸和材料特性變得越來越重要。特別是在土木工程領域，需要對橋面、公路、混凝土建筑物的結構構件和地基狀態進行評估，包括測量混凝土的厚度，估計鋼筋在混凝土中的深度及其半徑，以及了解混凝土的腐蝕性環境和介電常數等等。探地雷達(Ground Penetrating Radar，GPR)已經成為地下目標無損檢測的一種重要技術手段，它通過發射天線向地下發射寬帶電磁波，然后在接收天線端接收地下區域的散射波。電磁波在地下介質中傳播時遇到電磁差異的界面發生散射，從而可以根據接收到的電磁波波形及特征，推斷地下介質和探測目標的介電特性、空間位置、和結構尺寸等參數。

國內外學者在這方面進行了大量的研究。GPR目標區域的檢測是半徑估計的首要步驟，目前有基于神經網絡的目標區域檢測方法，通過神經網絡分類器對波形信號進行分類來確定目標區域。還有基于模板匹配和卷積神經網絡CNN的雙曲線目標區域檢測方法，通過設計匹配的模板遍歷GPR B-scan數據，計算相似度較高的區域作為預檢測區域。再利用CNN消除非雙曲線區域，得到雙曲線目標區域。研究人員提出了采用Faster-Rcnn框架來檢測GPR數據中的雙曲線目標區域，取得了較好的檢測效果。這類方法計算量都比較大，而且樣本的訓練過程顯得相當重要，同時也容易受雜波和噪聲的影響。對于雙曲線目標區域特征的提取和處理，普遍的方法是通過定位目標區域雙曲線的坐標，建立數學模型來進行雙曲線擬合，通過估計半徑和雙曲線參數的關系來獲得半徑大小的估計值。現有研究提出利用雙曲線的頂點曲率大小提取半徑信息。還有基于列相關的聚類(C3)算法，結合機器學習方法能夠很好的定位雙曲線的坐標位置，并且能夠成功分離開交叉的雙曲線。之后通過最小二乘法來建立雙曲線的數學模型，通過雙曲線參數估計半徑。但這類方法只利用了GPRB-scan回波數據的目標雙曲輪廓線，并沒有完全利用到整個目標回波的信息，精度不高，且準確率很大程度上取決于雙曲線坐標定位的準確性。

發明內容

本發明目的在提供一種基于特征融合網絡的地下圓柱體目標半徑估算方法及系統，以解決現有技術中存在的技術缺陷。

為實現上述目的，本發明提供了一種基于特征融合網絡的地下圓柱體目標半徑估算方法及系統，參見圖1，包括以下步驟：

S1：獲取探地雷達對不同埋深、不同半徑的地下圓柱體探測得到的訓練回波數據。

探地雷達在地表對埋有地下圓柱體的區域進行探測，測線方向垂直于圓柱體的軸線，得到GPR B-scan數據，顯示為一幅圖像。

S2：對訓練回波數據進行預處理，獲取預處理后訓練回波數據中的雙曲線目標區域并且估算出地下圓柱體的埋深。

對于GPR B-scan數據的預處理包括去直達波處理和濾波降噪處理。

通過AN-TDRC算法來檢測預處理后的GPR B-scan數據中的雙曲線目標區域，具體包括以下步驟：

S201：適應歸一化,根據訓練回波數據的特征，設計自適應比例系數k，將訓練回波數據歸一化。