一种隧道衬砌检测地质雷达快速成像方法及介质技术

技术编号：40610338 阅读：3 留言：0更新日期：2024-03-12 22:18

本发明专利技术公开了一种隧道衬砌检测地质雷达快速成像方法及介质，通过对地质雷达振幅数据特殊的归一化处理，结合多零时控制点自动拾取方法与经过GPU加速的中、长图的“瓦片”图像更新机制，形成了一套完整的地质雷达隧道衬砌检测快速成像方法。通过本发明专利技术提供的快速成像方法提高了地质雷达检测隧道衬砌的数据成像效率与处理速度、提升了地质雷达数据信号的成像质量并提高了厚度识别的提取效率与精度。

全部详细技术资料下载

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及地质雷达成像，具体涉及一种隧道衬砌检测地质雷达快速成像方法及介质。

技术介绍

1、地质雷达是一种无损地球物理勘探技术，它通过发射电磁波束并接收反射信号来获取地下结构信息。随着科技的发展，地质雷达成像技术得到了不断改进和提升，现代地质雷达设备具有更高的分辨率、更广的频率范围和更强的信号处理能力，能够提供更准确、详细的地下结构信息。在隧道工程检测领域，地质雷达主要广泛应用于隧道衬砌结构检测、超前地质预报以及地下岩溶勘探等方面。

2、地质雷达成像技术产生的数据量大且复杂，通常将电磁波数据全部映射为灰度图像或者彩色图像后进行专业的数据处理和解译。在地质雷达法检测隧道衬砌结构的领域，中长隧道的地质雷达数据成像过程往往表现为成像速度慢、计算资源占用高、处理解译时间长等特点，此外，结构厚度作为检测的重要参数之一，在传统地质雷达法图像处理中通常采用手工提取时间零点的方式进行零时校正计算得到目标结构的厚度，严重影响了工程技术人员的处理效率与计算精度。因此，现有技术亟需一种能够将地质雷达数据快速成图与自动零时校正的成像方法。

技术实现思路

1、针对
技术介绍
所提出的问题，本专利技术目的在于提供一种隧道衬砌检测地质雷达快速成像方法及介质，解决了现有地质雷达成像方法存在的成像速度慢、计算资源占用高、处理解译时间长、零时校正误差较高的问题。

2、本专利技术通过下述技术方案实现：

3、本专利技术第一方面提供了一种隧道衬砌检测地质雷达快速成像方法，包括如下步骤：</p>

4、对地质雷达数据进行读取与进制转换，得到雷达设备原始振幅数据、头文件信息和打标信息；

5、对所述原始振幅数据进行数据翻转，翻转后的振幅数据的每一列自上而下包括延迟信号、直达波信号和数据体；

6、将翻转后的振幅数据归一化至[-1,1]区间，得到归一化后的振幅数据；

7、获取所述直达波信号的零时控制点，计算零时控制点的像素点坐标集合，并对像素点坐标集合进行坐标转换，得到时间坐标集合；从非起始点的零时控制点任意选取一个零时控制点，对选取的零时控制点归一化后的振幅数据进行零点校正，得到零点校正后的振幅数据；

8、截取零点校正后的振幅数据，生成初始“瓦片”图像，定义颜色表，将颜色表映射至初始“瓦片”图像中，生成彩色“瓦片”图像；

9、设计用于图像数据动态更新的定时器，当滑动块移动时，清空已有彩色“瓦片”图像及缓存，并重复生成彩色“瓦片”图像的步骤，同时利用gpu进行加速，完成地质雷达的快速成像。

10、在上述技术方案中，通过对原始雷达振幅数据进行处理后再进行归一化处理，其可以根据雷达数据特点将雷达振幅数据归一化至[-1,1]区间，该方法可以最大程度保留了振幅的正负相位特征的同时，使得颜色映射的图像内容过渡时更加地平滑，成像效果也更接近工程结构的实际情况，从而提升了地质雷达数据信号的成像质量。

11、通过对直达波信号的零时控制点进行计算实现了自动零时校正，相比于传统的手工拾取零点位置的方式，本专利技术提供的多零时控制点的设计能够有效避免因技术人员在手工提取时产生的视觉误差，同时优化了后处理时的技术步骤。

12、通过流水线式更新“瓦片”图像的设计加上gpu加速处理的方式，不仅能够实现快速成像的效果，同时能够大大缩短技术人员用于后处理的测试与计算时间，进而显著提高地质雷达工程检测的工作效率。

13、在一种可选的实施例中，将翻转后的振幅数据归一化之前还包括：

14、建立带有滑动块的视图并向所述视图插入空白绘图场景，其中，将所述空白绘图场景的大小设置为与所述翻转振幅数据的大小一致；

15、在所述空白绘图场景中绘制x、y轴方向的坐标轴并添加打标线，将所述打标线置于所述空白绘图场景的图层顶层。

16、在一种可选的实施例中，归一化的计算公式如下：

17、

18、上式中，datanorm表示归一化后的振幅数组，|max(datatrans)|表示翻转后的振幅数据datatrans最大值的绝对值。

19、在一种可选的实施例中，获取所述直达波信号的零时控制点，计算零时控制点的像素点坐标集合包括如下步骤：

20、分别抽取归一化后的振幅数组第0列、第10列、第20列和第40列的单道波形数据，对四列单道波形数据进行计算并拟合，得到一条平滑的曲线r；

21、将曲线r转换为等尺寸的图像r′，并对图像r′进行黑白二值化处理；

22、逐像素遍历黑白二值化处理后的图像r′，从中筛选出直达波信号的起始点、波峰、波谷以及波峰与波谷之间的中值点四个零时控制点像素，对四个零时控制点像素进行计算，得到像素点坐标集合。

23、在一种可选的实施例中，对像素点坐标集合进行坐标转换，得到时间坐标集合包括如下步骤：

24、从头文件信息中提取出单道波形数据的采样记录总时长，通过坐标转换公式将像素点坐标集合转换成时间坐标集合。

25、在一种可选的实施例中，坐标转换公式表示如下：

26、

27、上式中，t表示时间坐标集合，timerecord表示采样记录总时长，samples表示雷达设备采样点数。

28、在一种可选的实施例中，从非起始点的零时控制点任意选取一个零时控制点，对选取的零时控制点归一化后的振幅数据进行零点校正，得到零点校正后的振幅数据包括：

29、从波峰、波峰和波峰与波谷之间的中值点中任意选取一个零时控制点的纵坐标值yi和时间值yti作为时间零点的校正位置；

30、将选取的零时控制点归一化后的振幅数据的第一行至yti行的数据进行切除，在选取的零时控制点归一化后的振幅数据的尾部添加yti行数据并将其填充为0，得到校正后的振幅数据。

31、在一种可选的实施例中，得到零点校正后的振幅数据之后还包括：

32、对头文件信息中的采样记录总时长和选取的零时控制点的时间值进行计算，得到零点校正后的总时长；

33、利用零点校正后的总时长进行时深转换，得到最大的真实物理深度。

34、在一种可选的实施例中，时深转换的计算公式如下：

35、

36、上式中，hmax表示最大的真实物理深度，time′record表示零点校正后的总时长，单位为ns，c表示光速，值为0.3m/ns，表示相对介电常数。

37、本专利技术第二方面提供了一种计算机存储介质，包括：

38、一个存储器、一个处理器和一张gpu独立显卡；

39、其中，所述存储器用于存储一个或多个程序，所述处理器用于执行程序运行指令，所述gpu独立显卡用于加速图像处理。

40、本专利技术与现有技术相比，具有如下的优点和有益效果：

41、(1)提高了地质雷达检测隧道衬砌的数据成像效率与处理速度：相比于传统的地质雷达法数据成像技术的计算资源占用较高、成像速本文档来自技高网...

【技术保护点】

1.一种隧道衬砌检测地质雷达快速成像方法，其特征在于，包括如下步骤：

2.根据权利要求1所述的一种隧道衬砌检测地质雷达快速成像方法，其特征在于，将翻转后的振幅数据归一化之前还包括：

3.根据权利要求1所述的一种隧道衬砌检测地质雷达快速成像方法，其特征在于，归一化的计算公式如下：

4.根据权利要求1所述的一种隧道衬砌检测地质雷达快速成像方法，其特征在于，获取所述直达波信号的零时控制点，计算零时控制点的像素点坐标集合包括如下步骤：

5.根据权利要求4所述的一种隧道衬砌检测地质雷达快速成像方法，其特征在于，对像素点坐标集合进行坐标转换，得到时间坐标集合包括如下步骤：

6.根据权利要求5所述的一种隧道衬砌检测地质雷达快速成像方法，其特征在于，坐标转换公式表示如下：

7.根据权利要求1所述的一种隧道衬砌检测地质雷达快速成像方法，其特征在于，从非起始点的零时控制点任意选取一个零时控制点，对选取的零时控制点归一化后的振幅数据进行零点校正，得到零点校正后的振幅数据包括：

8.根据权利要求7所述的一种隧道衬砌检测地

9.根据权利要求8所述的一种隧道衬砌检测地质雷达快速成像方法，其特征在于，时深转换的计算公式如下：

10.一种计算机存储介质，其特征在于，包括：

...

【技术特征摘要】

1.一种隧道衬砌检测地质雷达快速成像方法，其特征在于，包括如下步骤：

2.根据权利要求1所述的一种隧道衬砌检测地质雷达快速成像方法，其特征在于，将翻转后的振幅数据归一化之前还包括：

3.根据权利要求1所述的一种隧道衬砌检测地质雷达快速成像方法，其特征在于，归一化的计算公式如下：

5.根据权利要求4所述的一种隧道衬砌检测地质雷达快速成像方法，其特征在于，对像素点坐标集合进行坐标转换，得到时间坐标集合包括如下步骤：<...

【专利技术属性】
技术研发人员：林元铖，周斌，温晓凯，袁浩，任育珍，赵峰，奉建军，王新宇，杨昱衡，赵胜杰，李强，华谦，
申请(专利权)人：中铁西南科学研究院有限公司，
类型：发明
国别省市：

全部详细技术资料下载我是这个专利的主人