[發明專利]一種基于全散射模型的城市地下空洞快速探測方法

有效

• 申請號: 202011397138.1
• 申請日: 2020-12-03
• 公開（公告）號: CN112684504B
• 公開（公告）日: 2021-09-03
• 發明（設計）人: 章俊;劉盛東;郝志超;靖洪文;李純陽;王勃;孫華超
• 申請（專利權）人: 中國礦業大學
• 主分類號: G01V1/30
• 分類號: G01V1/30;G01V1/143
• 代理公司: 北京淮海知識產權代理事務所(普通合伙) 32205
• 代理人: 張旭

1.一種基于全散射模型的城市地下空洞快速探測方法，其特征在于，具體步驟為：

步驟一：先組裝移動探測裝置，移動探測裝置由多個探測單元等間距組成，探測單元之間采用連接桿連接，所述探測單元包括鋼輪、滾動軸和兩個檢波器，滾動軸穿過鋼輪中心并通過黃油與其耦合，兩個檢波器對稱設置在鋼輪兩側，且分別通過兩個固定桿與滾動軸兩端固定連接，所述連接桿的材質為彈性材質，所述鋼輪和固定桿的材質均為剛性材質；

步驟二：先在地面確定目標探測區域，設移動探測裝置的探測單元數量為N，相鄰探測單元之間的距離為X_r，移動探測裝置放置在目標探測區域的一端，然后在分別距離移動探測裝置兩端X_off處均設置一個錘擊點，然后在兩個錘擊點各進行一次錘擊，移動探測裝置中的各個檢波器實時接收地下反饋的散射波信號，并傳遞給地震分析儀進行記錄；完成后將移動探測裝置沿目標探測區域的長度方向以X_s步距移動到下一位置，并重復上述錘擊及信號采集過程，如此重復多次采集，直至完成整個目標探測區域的探測過程；

步驟三：在探測區域建立全散射模型，其中探測區域走向長度為X、縱深長度為Z，則探測區域劃分為m×n個網格，將每個網格假定為散射點；

步驟四：將每個探測單元中的兩道檢波器信號直接相加輸出一道信號作為此探測單元所處位置的合成信號；

步驟五：根據已有地勘資料計算與標定每一網格的初始疊加速度V_mn，在(V_mn-Δv，V_mn+Δv)的區間內以不同速度計算此網格在同一次采集過程中不同檢波器旅行時t₁、t₂……t_n，將相應時刻的合成信號取平方能量均值E，其中E最大值對應的速度為此網格在該次采集過程中的偏移速度V_mig，具體為：

(1)根據步驟三建立的模型，設任一網格中心位置為(x_m，z_n)，計算任一次采集過程中各個檢波器與當前網格的散射波傳播旅行時：

式中t_s為散射波從震源到當前網格的旅行時，t_r為散射波從當前網格到檢波器的旅行時，x_s和x_r分別為震源和檢波器的水平方向坐標，V為初始疊加速度V_mn在Δv速度窗內選取的掃描速度；

(2)對該次采集過程內不同檢波器散射波到時t時刻延時時窗Δt內的信號計算其平方能量均值：

(3)在設定的速度窗(V_mn-Δv，V_mn+Δv)內依次計算此網格在該次采集過程中不同疊加速度下的能量均值E，當E最大時對應的速度為此網格在該次采集過程中的最優疊加速度，記為偏移速度V_mig；

步驟六：以探測區域最大目標深度選定孔徑D_x范圍，進而確定在該范圍內的采集次數，然后根據步驟五獲取該網格各次采集時的偏移速度，并依次獲取其他所有網格在該范圍內各次采集時的偏移速度；

步驟七：根據步驟六獲得的數據，將處于各個網格中心點各自正上方采集時的偏移速度作為其各自的剖面速度，從而形成全散射模型的速度剖面；

步驟八：計算單個網格在孔徑D_x范圍內各次采集過程中散射波信號的最大平方能量均值E的總和，作為此網格的散射波疊加信號；

步驟九：根據步驟八依次計算所有網格的散射波疊加信號，由此獲得探測區域內全散射成像剖面；

步驟十：根據全散射速度剖面和成像剖面采用已知方法綜合分析異常位置與大小，實現對城市地下空洞的快速探測。

2.根據權利要求1所述的一種基于全散射模型的城市地下空洞快速探測方法，其特征在于，所述步驟四具體為：

設同一探測單元的兩個檢波器分別為a和b，兩個檢波器與垂直方向的夾角均為α，兩個檢波器的接收方向信號向量分別為和對其進行沿走向長度X和沿縱深長度Z的分解，得到：

式中f為不同分量上的信號能量，由于兩個檢波器水平分量相反，垂直分量一致，進而將兩個檢波器信號直接相加，可得：

從而使合成信號增加了縱深方向上的縱波能量，削弱了走向上的橫波、面波的能量，有效提高信號的信噪比。