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一种城市车载综合地球物理探测系统及工作方法技术方案

技术编号:19777120 阅读:42 留言:0更新日期:2018-12-15 10:54
本发明专利技术公开了一种城市车载综合地球物理探测系统及工作方法,本发明专利技术综合了地震波、电阻率和雷达探测,且能够避免不同探测系统之间的相互干扰,使各系统之间能够协同高效工作,最大程度地发挥各探测系统的特点和优势,实现对城市地下目标体的精细探查。本发明专利技术采用几种物探方法技术组合,互相映证、互相补充,这样既能够提高物探成果的分析质量和地质解释精度,又能满足城市勘察的要求。

【技术实现步骤摘要】
一种城市车载综合地球物理探测系统及工作方法
本专利技术属于应用地球物理领域,尤其涉及一种城市车载综合地球物理探测系统及工作方法。
技术介绍
城市开发为突破发展瓶颈、破解发展困境、增强经济增长动力,其开发思路转变为向地下要空间,构架立体化智慧新城。当前我国城市开发正在向地下空间发展,城市开发模式由地表为主的平开发转向地表地下并举的立体式开发。在城市地下空间的开发过程中,地下空间施工在遭遇富水软弱土层、地下松散层、风化破碎岩体以及地裂缝等不良地质时极易诱发地质灾害,威胁施工安全,甚至造成地表塌陷,地基失稳,进而波及城市地表人与设施安全。同时,在老城区改造的规划与施工之前,需要了解已有老旧地下管线和在建地下设施的实际埋藏位置与周边岩土体的性状,以便合理施工。同时,城市地表可通行区域以道路为主,城区地球物理探测探测应充分发挥汽车载具成本低廉、通行性好、安全可靠的优势。解决上述问题的关键是对城市地下不良地质的准确感知,采用地球物理方法对地下不良地质目标进行探测,并对不良地质进行处理。目前,电阻率法、浅层地震以及地质雷达在野外工程物探中应用广泛。这些地球物理勘探方法作为工程勘察的重要手段,凭借着高效、高密度、低成本的特点,在场地基础勘察中发挥着重要的作用。但单一的物探方法会受到地质及地球物理条件的限制,从而使物探精度受到影响。电阻率勘探具有观测精度高、数据采集量大、地质信息丰富、生产效率高等特点,但电阻率勘探方法的测线铺设受地形影响较大,要求接地条件较高;地震勘探被广泛的应用于底层划分、探测隐伏断层构造等,对于地层密度差异较大的地区效果明显,但是勘探深度受震源强度制约较大、对地形条件要求较高;地质雷达是地球物理勘探中的一项高科技方法,其探测深度较浅,具有较高的垂直和水平分辨能力,但传统地质雷达在探测时无法克服各种噪声和杂波的干扰,信噪比较低。这些方法的综合应用能够克服单一探测方式存在的问题,克服多解性问题,压制假异常。几种物探方法技术组合,互相映证、互相补充,这样既能够提高物探成果的分析质量和地质解释精度,又能满足城市勘察的要求。此外,在城市环境中,传统的观测模式与工作方法面临新的挑战,主要包括三个方面——“无损问题、非规则测网问题、强干扰问题”。具体如下:其一,地震勘探大都采用人工单点定位钻井,安装炸药并插入检波器进行探测,电阻率勘探也往往会对城市中的已有路面造成一定程度上的破坏,并且需要消耗大量人力物力,效率较低。其二,在电阻率探勘中测线的布置和地震勘探中测网的布置除地形限制特殊情况下往往必须是规则的,而城市环境较为复杂,建筑群往往比较密集,想要规则地布置测测线或网难度较大,无法做到因地制宜。其三,由于城市环境复杂,传统地质雷达在探测时无法克服各种噪声和杂波的干扰,比如:发射和接收天线之间的耦合、多次波干扰、电台、雷电放电、太阳活动等外部电磁干扰,在电阻率勘探过程中也会经常遇到大地电流、工业游散电流等外部干扰,这些干扰对最后的探测结果会造成许多不利影响。
技术实现思路
本专利技术为了解决上述问题,提出了一种城市车载综合地球物理探测系统及工作方法,本专利技术能够避免不同探测系统之间的相互干扰,使各系统之间能够协同高效工作,最大程度地发挥各探测系统的特点和优势,实现对城市地下目标体的精细探查。为了实现上述目的,本专利技术采用如下技术方案:本专利技术的第一目的是提供一种城市车载综合地球物理探测系统,包括第一车体和第二车体,以及搭载于第一车体上的发射子系统和搭载于第二车体上的观测子系统,其中:所述发射子系统包括可任一或组合投入的雷达阵列式发射系统、雷达阵列式观测系统、电阻率探测系统和车载震源系统,所述雷达阵列式发射系统对不同方向、不同区域的地下目标体发射频率、探测深度、相位或/和分辨能力可调的电磁波,所述雷达阵列式观测系统接收电磁波探测数据;所述电阻率探测系统通过电极阵列对不同方向、不同区域的地下目标体发射交变电流,记录当前电极的阵列形式、数目及其对应位置;所述车载震源系统对不同方向、不同区域的地下目标体发射地震波,并记录激发地震波频谱和波形曲线;所述观测子系统,记录地震波探测数据;所述第一车体或第二车体上设置有处理器,所述处理器接收电磁波、交变电流或地震波探测数据,根据数据的类型和情况进行反演,得到成像结果。进一步的,所述雷达阵列式发射系统,包括多个发射单元、选频控制模块、相位控制模块、记录存储模块和同步模块,所述选频控制模块通过控制发射单元的串并联组合实现不同主频电磁脉冲的输出,调整频率、改变探测深度与分辨能力,实现对地下目标体多尺度以及多深度探测;所述相位控制模块调整每个发射单元的相位,改变辐射方向,实现对不同方向、不同区域目标体的探测,记录存储模块记录发射单元的数据,并通过同步模块与观测子系统通讯。进一步的,所述雷达阵列式观测系统,包括观测采集单元、观测控制模块、存储模块和通讯模块,所述观测控制模块通过控制观测采集单元,以形成与发射单元的阵列对应的接收阵列,所述存储模块存储采集到的观测数据,所述通讯模块记录收发距,实现收发的同步控制,与上位机通讯收发命令与数据。进一步的,所述电阻率探测系统,包括:探测模块,包括偶极子发射天线、选频控制模块、多个电极和电极转换模块,所述偶极子天线向地下发射交变电流,所述电极转换模块控制每个电极的接收或者发射;选频控制模块控制交变电流的发射频率,并将发射频率数据和指令数据向通信模块输出;测量与定位模块,搭载倾斜摄影测量部件,对运载车辆定位,并记录第一车体的行进速度以及所经过的路线和沿途地形;通信模块,被配置为提供上位机与探测模块,以及探测模块内部各模块的通讯与数据交互;上位机,被配置为内置电子地图或网络地图,以实现城市地面测网的实时显示和探测系统实时位置的显示,存储并显示采集的视电阻率、当前探测电极的阵列形式、发射和接收电极的数目及其对应位置。更进一步的,所述电极为电容耦合式电极,其耦合电容值可调节,以保证偶极子发射天线和大地耦合。进一步的,所述探测模块还包括阻容调谐模块,根据所设置的交变电流频率配置协调所述电容耦合式电极的耦合电容。更进一步的,所述电极处于发射状态时,所述选频控制模块根据已设定好的交变电流频率向偶极子天线传输发射指令,同时将指令数据输入阻容调谐模块;阻容调谐模块根据得到的交变电流发射频率对电容耦合式电极进行调整,使其能够和偶极子天线以及地面进行耦合,进而向地面激起感应电流。更进一步的,所述电极处于接收状态时,所述选频控制模块依据已设定好的交变电流频率向阻容调谐模块传输数据,阻容调谐模块依据发射频率对电容耦合式电极进行配谐,确保和偶极子天线以及地面进行耦合,从而使得偶极子天线接收到来自发射电极的感应电流。进一步的,所述车载震源系统,包括震源、震源控制模块、激震记录模块、定位与同步控制模块,所述震源控制模块控制震源震击地面激发地震波,激震记录模块实时记录激发地震波频谱和波形曲线;定位模块检测所属车体的位置,同步控制模块根据采集的位置信息,进行第一车体与第二车体的协同行进。进一步的,所述观测子系统包括观测数据采集模块、观测控制模块、记录存储模块、定位与同步控制模块,所述观测控制模块控制观测数据采集模块采集震波信号,所述记录存储模块对采集数据进行存储;定位模块检测所属车体的位置,本文档来自技高网
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【技术保护点】
1.一种城市车载综合地球物理探测系统,其特征是:包括第一车体和第二车体,以及搭载于第一车体上的发射子系统和搭载于第二车体上的观测子系统,其中:所述发射子系统包括可任一或组合投入的雷达阵列式发射系统、雷达阵列式观测系统、电阻率探测系统和车载震源系统,所述雷达阵列式发射系统对不同方向、不同区域的地下目标体发射频率、探测深度、相位或/和分辨能力可调的电磁波,所述雷达阵列式观测系统接收电磁波探测数据;所述电阻率探测系统通过电极阵列对不同方向、不同区域的地下目标体发射交变电流,记录当前电极的阵列形式、数目及其对应位置;所述车载震源系统对不同方向、不同区域的地下目标体发射地震波,并记录激发地震波频谱和波形曲线;所述观测子系统,记录地震波探测数据;所述第一车体或第二车体上设置有处理器,所述处理器接收电磁波、交变电流或地震波探测数据,根据数据的类型和情况进行反演,得到成像结果。

【技术特征摘要】
1.一种城市车载综合地球物理探测系统,其特征是:包括第一车体和第二车体,以及搭载于第一车体上的发射子系统和搭载于第二车体上的观测子系统,其中:所述发射子系统包括可任一或组合投入的雷达阵列式发射系统、雷达阵列式观测系统、电阻率探测系统和车载震源系统,所述雷达阵列式发射系统对不同方向、不同区域的地下目标体发射频率、探测深度、相位或/和分辨能力可调的电磁波,所述雷达阵列式观测系统接收电磁波探测数据;所述电阻率探测系统通过电极阵列对不同方向、不同区域的地下目标体发射交变电流,记录当前电极的阵列形式、数目及其对应位置;所述车载震源系统对不同方向、不同区域的地下目标体发射地震波,并记录激发地震波频谱和波形曲线;所述观测子系统,记录地震波探测数据;所述第一车体或第二车体上设置有处理器,所述处理器接收电磁波、交变电流或地震波探测数据,根据数据的类型和情况进行反演,得到成像结果。2.如权利要求1所述的一种城市车载综合地球物理探测系统,其特征是:所述雷达阵列式发射系统,包括多个发射单元、选频控制模块、相位控制模块、记录存储模块和同步模块,所述选频控制模块通过控制发射单元的串并联组合实现不同主频电磁脉冲的输出,调整频率、改变探测深度与分辨能力,实现对地下目标体多尺度以及多深度探测;所述相位控制模块调整每个发射单元的相位,改变辐射方向,实现对不同方向、不同区域目标体的探测,记录存储模块记录发射单元的数据,并通过同步模块与观测子系统通讯。3.如权利要求1所述的一种城市车载综合地球物理探测系统,其特征是:所述雷达阵列式观测系统,包括观测采集单元、观测控制模块、存储模块和通讯模块,所述观测控制模块通过控制观测采集单元,以形成与发射单元的阵列对应的接收阵列,所述存储模块存储采集到的观测数据,所述通讯模块记录收发距,实现收发的同步控制,与上位机通讯收发命令与数据。4.如权利要求1所述的一种城市车载综合地球物理探测系统,其特征是:所述电阻率探测系统,包括:探测模块,包括偶极子发射天线、选频控制模块、多个电极和电极转换模块,所述偶极子天线向地下发射交变电流,所述电极转换模块控制每个电极的接收或者发射;选频控制模块控制交变电流的发射频率,并将发射频率数据和指令数据向通信模块输出;测量与定位模块,搭载倾斜摄影测量部件,对运载车辆定位,并记录第一车体的行进速度以及所经过的路线和沿途地形;通信模块,被配置为提供上位机与探测模块,以及探测模块内部各模块的通讯与数据交互;上位机,被配置为内置电子地图或网络地图,以实现城市地面测网的实时显示和探测系统实时位置的显示,存储并显示采集的视电阻率、当前探测电极的阵列形式、发射和接收电极的数目及其对应位置。5.如权利要求1所述的一种城市车载综合地球物理探测系统,其特征是:所述电极为电容耦合式电极,其耦合电容值可调节,以保证偶极子发射天线和大地耦合;所述探测模块还包括阻容调谐模块,根据所设置的交变电流频率配置协调所述电容耦合式电极的耦合电容。6.如权利要求5所述的一种城市车载综合地球物理探测系统,其特征是:所述电极处于发射状态时,所述选频控制模块根据已设定好的交变电流频率向偶极子天线传输发射指令,同时将指令数据输入阻容调谐模块;阻容调谐模块根据得到的交变电流发射频率对电容耦合式电极进行调整,使其能够和偶极子天线以及地面进行耦合,进而向地面激起感应电流。7.如权利要求5所述的一种城市车载综合地球物理探测系统,其特征是:所述电极处于接收状态时,所述选频控制模块依据已设定好的交变电流频率向阻容调谐模块传输数据,阻容调谐模块依据发射频率对电容耦合式电极进行配谐,确保和偶极子天线以及地面进行耦合,从而使得偶极子天线接收到来自发射电极的感应电流。8.如权利要求1所述的一种城市车载综合地球物理探测系统,其特征是:所述车载震源系统,包括震源、震源控制模块、激震记录模块、定位与同步控制模块,所述震源控制模块控制震源震击地面激发地震波,激震记录模块实时记录激发地震波频谱和波形曲线;定位模块检测所属车体的位置,同步控制模块根据采集的位置信息,进行第一车体与第二车体的协同行进。9.如权利要求1所述的一种城市车载综合地...

【专利技术属性】
技术研发人员:刘斌王宁范克睿刘征宇庞永昊聂利超刘沈华
申请(专利权)人:山东大学
类型:发明
国别省市:山东,37

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