地下掩体反演的数据探测与预处理方法技术

本发明专利技术公开了一种地下掩体反演的数据探测与预处理方法，包括任务参数计算、数据采集与预处理、反演成图与识别三个部分，用于地下掩体探测系统，探测过程中数据采集与预处理部分实时进行，任务参数计算部分、反演成图与识别部分非实时进行。本发明专利技术的有益效果在于：通过采用频谱细化的方法增加频率分辨率，从而得到丰富的频域特征，进而实现高精度的地下掩体反演成图；数据进行分组FFT计算，降低了内存空间的占用，使数据处理实时性能大大提高；频率分析可按照频率观察信号特征，特征信息在频域的表示更加简洁，在频率观察信号使得问题分析的更加深刻和便捷。的更加深刻和便捷。的更加深刻和便捷。

【技术实现步骤摘要】
地下掩体反演的数据探测与预处理方法


[0001]本专利技术涉及地下掩体反演数据探测与预处理技术，尤其涉及一种地下掩体反演的数据探测与预处理方法。

技术介绍

[0002]目前，地下掩体探测在实际地面施工中已成为必不可少的步骤，地下掩体是指为了防御高空爆炸或者地面爆炸造成的高热高温光辐射和冲击波杀伤，由厚实优质混凝土浇筑的浅层地下建筑，防空洞是其中一种形式。以防空洞为例，防空洞的大量建造是在20世纪30到70年代之间，用来防范敌军空袭及保障地面居民安全的地下掩体，在战争时期能够大大减少人员伤亡和财产损失，但是随着时间的推移和年久失修，大部分防空洞已经被遗弃使用。防空洞大致有以下几点特征：
①
洞径差距较大，在洞中心位置一般空间较大可达3
‑
5米，可以容纳较多人同时共处，洞体通道位置处洞径仅0.5米左右；
②
洞穴内穴道密布，防空洞通常密集分布在某一区域内，一般探测方法难以分辨通道的连续关系，网络状的分布更是增加了探测的难度；
③
防空洞实际上就是充满空气的水平不规则柱状体，空气与浅层介质之间有明显的物性参数差别，即使洞内存在坍塌现象，洞内的介质也是松散的土壤与浅层介质的物性参数也存在明显差异。
[0003]现在已经处于和平发展的时期，随着基础设施的不断完善与发展，旧城改造也在飞速发展，防空洞已经对地面施工造成了很大的影响，例如近几年出现的大连市某大楼因为防空洞的坍塌造成基础建筑悬空，清华大学第三教学楼受防空洞影响配电室局部沉降造成墙体开裂等。由此可见对防空洞的勘查与精确定位具有现实意义，但是防空洞埋于地下几米到几十米浅层的地下掩体，无法通过肉眼和一般的仪器进行识别定位，并且由于时间的推移相关资料图纸丢失以及年久的失修人们对于防空洞的位置及构造已经不能掌控。
[0004]目前要实现对地下目标体的研究，通常都是用到地球物理勘探方法，目前大部分的防空洞探测方法也是通过地球物理勘探实现的，现在对于防空洞的探测及数据处理一般采用高密度电法和探地雷达法，高密度电法属于电阻率法，其基本原理与传统的电阻率法完全相同，都是以介质的导电性差异作为判断依据来研究地层在人工施加稳定电场的作用下传导电流的分布规律，进而对浅层介质的视电阻率进行计算，通过观察视电阻率的变化来分析岩土层电性、构造等特征，高密度电阻率法的反演结果为二维视电阻率剖面，相对于在地球物理勘探方法应用的其他场景而言，防空洞属于浅层较小的异常，因此虽然高密度电阻率法已经布置了高密度的点距，也获取相当大的数据，但也仅仅是对防空洞位置及轮廓的反映，不能对网络状的防空洞构造精确的反演成图，同时前期准备工作量也比较大，消耗大量人力物力；探地雷达法是运用高频电磁波以宽频带短脉冲的形式，由地面发射天线送入地下，在地下遇到不同介质时高频电磁波将反射回地面，由另一个天线进行接收，其中电磁波在介质中进行传播时，其路径、电磁波强度与波形将随着所接触介质的电性和几何形态变化而变化，因此通过研究接收到的电磁波双程走时、波形和振幅变化规律可以判断地下介质的结构，防空洞内介质电性及几何形态与浅层其他介质有明显差异，通过地质雷
达波形的分析，可以判断是否存在防空洞，与高密度电阻率法相似，探地雷达法也不能精确对防空洞网络状构造反演成图，仅能对此地是否存在防空洞进行判断，并且由于探地雷达的局限性，当防空洞在地下二十米以下时，探地雷达法将失去作用，另外高密度电阻率法与探地雷达法的数据处理均要消耗较多的时间，实时性较差。
[0005]在实际的工程探测中，为了尽快了解到地下掩体的精确位置与地下构造，就必须要求数据处理后反演成图既要具有较高的图像分辨率，又要满足实时性的要求，数据处理需尽快得出结果；然而现在常规的地下掩体探测方法难以实现快速的高精度探测数据处理，能否专利技术一种快速高精度的地下掩体反演探测与预处理方法，目前国内外科技界一直没有解决，尚无相关研究成果报道。

技术实现思路

[0006]为了克服目前地下掩体弹探测数据预处理速度与精度的不足，本专利技术为了解决该问题提供了一种地下掩体反演的数据探测与预处理方法。
[0007]本专利技术采用的技术方案是：一种地下掩体反演的数据探测与预处理方法，包括任务参数计算、数据采集与预处理、反演成图与识别三个部分，用于由地下掩体探测仪器经探测电缆连接探针T1、探针T2、探针Tn的地下掩体探测系统。任务参数计算部分首先据探测要求规划探测任务，根据需要的探测深度范围h2~h1确定分析频率范围f1~f2，接着按要求图像分辨率Δh设计分析频谱窗口宽度Q和频谱分辨率Δf，取采样频率f
s
>2(f
2 ‑ꢀ
f1)，计算实际采样点数N并分解为P组Q点，最后由分析频率范围f1~f2和采样频率f
s
计算并缓存阶数为K滤波器系数h(k)；数据采集与预处理部分分六步进行，第一步置数据指针i=0、j=0并按采样频率f
s
采样P组Q点数据，第二步取Q点数据进行通带滤波，第三步对滤波后的Q点数据做Q点FFT并缓存，第四步重复执行第二步、第三步P次，第五步针对P次Q点FFT的结果求细化谱，第六步分析并保存细化谱特征数据并跳转到第一步执行直到探测工作结束后退出；反演成图与识别部分是根据整个探测工程的细化谱特征数据进行反演成图和地下掩体识别；探测过程中，数据采集与预处理部分是实时进行的，任务参数计算部分、反演成图与识别部分是非实时进行的。
[0008]在本专利技术中，所述的分析频率范围确定方法是按照电法探测原理由探测深度范围的最深深度h1确定分析频率下限f1、最浅深度h2确定分析频率上限f2。
[0009]在本专利技术中，所述的通带滤波方法分四步进行，第一步取1组Q点采样数据并在其前后各补K/2个零，第二步按序在Q+K点数据中每次取K个数据与滤波系数h(k)相乘后累加，第三步求第二步累加和的均值掌握1个滤波值，第四步重复执行第二步、第三步Q次后得到通带滤波数据。
[0010]在本专利技术中，所述的求细化谱方法是分四步进行，第一步计算细化谱观察窗起始谱线位置l=int(f1/Δf+0.5)，第二步计算起始谱线位置l在Q点FFT结果中的数据位置k=l
‑
Q*int(l/Q)，第三步对在P组Q点FFT结果中的k位置数据按DFT原理求得1个细化谱值，第四步数据位置k=k+1并重复执行第三步Q次后得到观察窗的细化谱。
[0011]在本专利技术中，所述的细化谱特征分析方法是对分析频率范围f1~f2中的Q条细化谱线进行能量集中判断、极点离散判据、干扰因素判断，根据判断结果确定是否存在地下掩体，按最大极点谱线进行反演成图，按极点周围谱线分布规律分析地下掩体构造情况。
[0012]本专利技术的有益效果是，通过采用频谱细化的方法增加频率分辨率，从而得到丰富的频域特征，进而实现高精度的地下掩体反演成图；将数据进行分组FFT计算，且每个采样周期最后仅需一个Q点FFT计算即可得到分析频率范围的细化谱线，提高了反演数据预处理的速度，降低了内存空本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种地下掩体反演的数据探测与预处理方法，包括任务参数计算、数据采集与预处理、反演成图与识别三个部分，用于由地下掩体探测仪器经探测电缆连接探针T1、探针T2、探针Tn的地下掩体探测系统；其特征是：任务参数计算部分首先据探测要求规划探测任务，根据需要的探测深度范围h2~h1确定分析频率范围f1~f2，接着按要求图像分辨率Δh设计分析频谱窗口宽度Q和频谱分辨率Δf，取采样频率f
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>2(f
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f1)，计算实际采样点数N并分解为P组Q点，最后由分析频率范围f1~f2和采样频率f
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计算并缓存阶数为K滤波器系数h(k)；数据采集与预处理部分分六步进行，第一步置数据指针i=0、j=0并按采样频率f
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采样P组Q点数据，第二步取Q点数据进行通带滤波，第三步对滤波后的Q点数据做Q点FFT并缓存，第四步重复执行第二步、第三步P次，第五步针对P次Q点FFT的结果求细化谱，第六步分析并保存细化谱特征数据并跳转到第一步执行直到探测工作结束后退出；反演成图与识别部分是根据整个探测工程的细化谱特征数据进行反演成图和地下掩体识别；探测过程中，数据采集与预处理部分是实时进行的，任务参数计算部分、反演成图与识别部分是非实时进行的。2.根据权利要求1所述的地下掩体反演的数据探...

【专利技术属性】
技术研发人员：黄采伦，黄华曦，刘树立，田勇军，张金凤，戴长城，张钰杰，张磊，
申请(专利权)人：湖南科技大学，
类型：发明
国别省市：