[發明專利]蟻群遺傳聯合獲取介電常數方法、雷達檢測方法和系統

在審

• 申請號: 202011470864.1
• 申請日: 2020-12-15
• 公開（公告）號: CN112731378A
• 公開（公告）日: 2021-04-30
• 發明（設計）人: 鐘燕輝;張蓓;王懿龍;李曉龍;趙鵬
• 申請（專利權）人: 鄭州大學;鄭州安源工程技術有限公司
• 主分類號: G01S13/88
• 分類號: G01S13/88;G01S13/00;G01S7/41;G01V3/12;G01V3/38
• 代理公司: 長沙楚為知識產權代理事務所(普通合伙) 43217
• 代理人: 李大為

本發明涉及蟻群遺傳聯合獲取介電常數方法、雷達檢測方法和系統。一種蟻群遺傳聯合獲取介電常數方法，包括步驟：通過正演算法獲取在介電常數初始值的狀態下雷達電磁波的傳播特性，形成模擬信號；獲取雷達電磁波在目標物中的傳播特性，形成實測信號；基于所述模擬信號和所述實測信號，使用蟻群遺傳聯合處理獲取目標物的內部結構的介電常數。利用電磁波傳播理論，開展整層介電特性的反演，將蟻群算法與遺傳算法相結合，以遺傳算法為基礎，在遺傳算法中加入蟻群算法，在保證了計算效率的條件下，提高了反演的計算精確度和收斂速度，進而快速獲得目標物整層的介電常數，方便快捷。

技術領域

本發明涉及無損檢測領域，尤其涉及蟻群遺傳聯合獲取介電常數方法、雷達檢測方法和系統。

背景技術

近年來我國的公路尤其是高速公路建設突飛猛進。在我國公路建設快速發展的同時，存在的不合理性也逐漸顯現。公路部門用于公路新建、擴建的投資比重過大而用于公路養護方面的投資較少。對于公路質量狀況的檢評重視不夠，尤其是在公路路面結構質量狀況檢測方面缺少有效的方法和手段。

介電常數為路面材料性能最重要的參數之一。探地雷達應用技術的研究發展歷程，實際上也就是基于探地雷達回波信號對路面介質介電常數的研究分析以及在其基礎上對其他路面材料性能指標進行研究的歷程，如何基于GPR信號獲取路面介質的介電常數一直是探地雷達應用技術研究的核心問題之一。

傳統的取芯檢測雖然準確，但是對路面有破壞，而且檢測結果不全面，沒有代表性。目前，探地雷達在道路工程中得到了廣泛的應用，特別是在結構層厚度檢測方面取得了豐碩的成果。事實上，探地雷達電磁回波信息非常豐富。探地雷達(Ground PenetratingRadar，簡稱GPR)作為一種用于確定地下介質分布的廣譜電磁技術，由于其具有高效、快速、連續、無損傷、低成本和高分辨率成像等特點，目前已成為道路無損檢測技術的重要組成部分，并代表了結構層厚度、壓實度、含水量或瀝青含量等重要工程質量控制指標檢測技術的發展方向，在快速、連續、無破損檢測道路性能指標方面顯示出廣闊的應用前景和巨大的社會和經濟效益。

理論上，探地雷達還可以檢測壓實度、孔隙率、含水量和瀝青含量等指標。基于介電常數研究壓實度、孔隙率、含水量和瀝青含量等指標的理論依據在于這些指標和結構層材料介電常數之間存在著內在本質的聯系。國內外圍繞介電常數與這些指標之間的關系開展了不少研究。現有的研究主要是通過大量的室內及室外試驗來建立介電常數與這些指標的相關關系，即在現場鉆取大量的芯樣，在實驗室中對這些芯樣的壓實度、孔隙率、瀝青含量等進行測定，然后將實驗室測定結果與探地雷達的介電常數檢測結果做回歸分析，從而找出它們之間的相關關系，并將這個相關關系應用于全線數據分析中。顯然，這種通過破壞性鉆芯試驗獲取介電常數與檢測指標的相關關系，并在此基礎上基于探地雷達檢測數據進而獲得壓實度、孔隙率、瀝青含量等指標的分析方法，屬于部分無損檢測。不同的道路材料類型及配比，其介電常數與這些指標之間的相關關系是不一樣的。因此，利用上述方法得到的相關關系并無通用性。且將有限芯樣獲取的相關關系應用于全線分析，即以點代線，不能很好地反映全線的實際情況，即代表性不足。以上局限性使得目前利用探地雷達無損、快速、連續檢測壓實度、孔隙率、瀝青含量等指標的研究仍處于嘗試和探索階段，取得的成果尚未在工程中廣泛應用，探地雷達的工程應用價值未被充分發揮出來。通常我們用宏觀(或有效)介電常數表征復合材料的介電常數。

傳統的人工養護方式路上作業危險性大且難以發現路面結構層內部的病害隱患以鉆孔取芯為代表的傳統檢測方法按照規范隨機選點、鉆孔取樣進行分析處理從而獲得道路質量狀況參數。這些常規方法由于隨機選擇測點因而檢測結果隨機性大、檢測深度有限而難以發現路面結構層內部病害隱患，通常只有等到道路病害影響到路面時才會被發現，這種檢測方式檢測效率低、安全性差、影響交通而且對公路具有一定的破壞作用。由于缺少有效的檢測手段，不能預先發現和查明公路內部病害隱患的分布狀況和嚴重程度，也就難于監控和評估路面質量狀況并有針對性地制定處理措施，只能“頭痛醫頭腳痛醫腳”，難以根治病害。這顯然已不能適應現代高速公路飛速發展的需要，為此急需發展快速、簡便、有效的公路檢測技術并在此基礎上形成的公路路面結構內部質量狀況綜合評價方法。