[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

本發明公開了一種基于全散射模型的城市地下空洞快速探測方法，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，采用移動探測裝置在目標探測區域內每采集一次散射波信號，則移動一次，從而快速高效地完成多次散射波采集；然后將上述采集的信號數據建立城市地下全散射模型來進行散射波的多次覆蓋成像，將孔徑D_x范圍內多次采集過程的散射波信號疊加計算，采用不同排列采集時相應的偏移速度進行成像，提高了散射波的提取能力和探測精度；最后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、準確地探測。

技術領域

本發明涉及一種城市地下空洞探測方法，具體是一種基于全散射模型的城市地下空洞快速探測方法。

背景技術

隨著社會經濟的發展，城市化進程加快，城市地下空間開發利用是緩解城市資源匱乏、改善環境狀況及提升居民生活品質的重要途徑。尤其近些年來，全國許多城市開始建設地鐵。與此同時，地鐵施工過程中會造成路面塌陷和隧道突水、突泥等事故頻發，由此引起的城市公共安全和施工安全問題日益受到社會關注，據統計其中69％的事故是由地下空洞(土洞、溶洞)等不利地質條件引起的。因此，需要一種可適用于城市環境下的地下空洞探測方法來高效、準確地提前查明地下異常地質體，指導城市地下空間的安全開發，保障城市公共安全。

在城市中進行地球物理勘探面臨以下難題：(1)城市中受限的施工空間和時間；(2)城市地下介質復雜，環境噪聲影響大；(3)地下空洞的尺度小、不規則，因此對探測精度要求高。而目前常用的地球物理方法均存在不同的缺陷，如探地雷達的探測深度有限，且受地下水和城市環境電磁場影響大；直流電法存在體積效應，且無法在城市中施工；淺層反射地震法難以獲得有效的反射波，且施工效率低。因此如何能在克服上述難題的前提下，快速、準確的探測出城市地下空洞的位置是本行業的研究方向。

發明內容

針對上述現有技術存在的問題，本發明提供一種基于全散射模型的城市地下空洞快速探測方法，通過建立城市地下全散射模型來進行散射波的多次覆蓋成像，從而快速、準確的對地下空洞進行探測。

為了實現上述目的，本發明采用的技術方案是：一種基于全散射模型的城市地下空洞快速探測方法，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(采用黃油耦合可降低地震信號在傳播過程中的衰減)，兩個檢波器對稱設置在鋼輪兩側(這樣對稱設置可表示為兩者接收的是同一檢波點水平對稱兩個分量的信號)，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橡膠材質，所述鋼輪和固定桿的材質均為剛性材質；剛性材質作為高速導波介質，可降低地震信號在傳播過程中的衰減；彈性橡膠材質的連接桿可保證在地面不足夠平整時相鄰的鋼輪均能與地面接觸，同時該材質具有較好的吸收波作用，從而保證相鄰探測單元接收的波不會相互串通影響；

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；