CN103558643A - 一种地质雷达精细处理方法及系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种地质雷达数据精细处理方法及系统，其中所述方法包括调用预设的每道采样点数；读取或解密地质雷达数据；利用双线性插值算法转换地质雷达数据；生成色标并完成快速成像；采用迭加处理或单独处理模式，调用多种处理方法对地质雷达数据进行处理；对选定的异常区域进行双线性插值处理以实现显微镜功能，重复执行上一步骤实现对选定的异常区域的精细处理；最后存储经处理完成的地质雷达图像。本发明在基于Linux的QT-CUDA联合编译架构下开发完成了一种快速一体化地质雷达精细处理系统，可广泛应用于地质雷达数据处理领域，从而拓展地质雷达的应用能力及范围。

Description

一种地质雷达精细处理方法及系统

技术领域

本发明涉及地球探测与信息技术领域，特别是一种地质雷达数据精细处理方法及系统。

背景技术

地质雷达或探地雷达（Ground Penetrating Radar)探测技术是一种利用电磁波反射来确定地下介质分布情况的电磁探测方法，是20世纪90年代为适应快速、准确、无损探测地下障碍物及对工程质量评价的需要而迅速发展起来的一种高效地球物理探测新技术。地质雷达探测技术可以在地基处理、地下管线探测、路基质量检测、隧道超前地质预报及健康检测、探测断层面、岩溶及裂隙密集带等具体工作中发挥重要作用。目前地质雷达处理软件几乎全部是由各地质雷达仪器厂商提供，全部基于Windows 平台开发，处理方法手段单一，软件不开源、不提供源程序及数据接口。这些诸多限制对开展新方法、新技术的研究不利，给高精度的地质雷达探测数据的广泛应用带来了困难。

发明内容

有鉴于此，本发明目的在于针对现有技术存在的不足，利用最新的软硬件技术，提供一种快速一体化地质雷达精细处理系统的实现方法，进而开发出基于Linux的快速一体化地质雷达精细处理软件系统，对提高地质雷达对目录体的识别能力，拓展地质雷达的应用范围，为国民经济和社会发展服务，具有重要的现实意义。

本发明的技术方案为：

一种地质雷达数据精细处理方法，包括以下步骤：

1）调用预设的每道采样点数；

2）读取或解密地质雷达数据；

3）利用双线性插值算法转换地质雷达数据；

4）生成彩色色标并完成快速成像，其中，所述彩色色标用于在生成的地质雷达图像中突出异常区域；

5）采用迭加处理或单独处理模式，调用多种处理方法对地质雷达数据进行处理，其中多种处理方法包括干扰切除、道圆滑、数字滤波、属性提取、偏移等；

6）对选定的异常区域进行双线性插值处理放大，再重复执行步骤5）实现对目标区域的精细处理；

7）存储得到的地质雷达图像。

作为以上技术方案的进一步改进，所述方法基于Linux的QT-CUDA联合编译架构完成，其中快速成像以及所述多种处理方法利用GPU的并行处理特性实现快速处理与成像。

作为以上技术方案的进一步改进，所述方法还包括步骤：切除直达波和浅部强反射波后再次成像，以突出深部弱反射波。

作为以上技术方案的进一步改进，所述方法还包括步骤：修改雷达波速度及观测剖面长度以准确定位成像的位置与埋深。

作为以上技术方案的进一步改进，所述方法通过在右键处理菜单中提供的选项实现调用多种处理方法对地质雷达数据进行迭加处理或单独处理，并提供采用多种处理方法迭加处理或单独处理效果的实时对比。

本发明还提出一种地质雷达数据精细处理系统，包括以下模块：

数据解密模块，调用预设的每道采样点数，读取或解密地质雷达数据；

快速成像模块，实现地质雷达数据的快速成像和实时显示，并存储处理结果；

色标生成模块，在地质雷达数据图像上生成彩色色标对异常区域进行标示；

处理菜单生成模块，提供多个处理方法（如干扰切除、道圆滑、数字滤波、属性提取、偏移等）选项，调用选定的处理方法对地质雷达数据进行迭加或单独处理；

双线性插值模块，对地质雷达数据进行转换处理，并对选定的异常区域进行双线性插值处理以实现显微镜功能。

作为以上技术方案的进一步改进，所述系统基于Linux的QT-CUDA联合编译架构完成，其中快速成像以及各种处理方法利用GPU的并行处理特性实现快速处理与成像。

作为以上技术方案的进一步改进，所述系统还包括速度与长度校正模块，修改雷达波速度及观测剖面长度以准确定位成像的位置与埋深。

作为以上技术方案的进一步改进，所述系统还包括干扰切除模块，切除直达波和浅部强反射波，突出深部弱反射波。

作为以上技术方案的进一步改进，所述处理菜单生成模块通过在右键处理菜单中提供的选项实现调用多种处理方法对地质雷达数据进行迭加处理或单独处理，快速成像模块提供采用多种处理方法迭加处理或单独处理效果的实时对比。

本发明的有益效果是：本发明的实现方法通过多个模块的有机集成，对观测数据或任意选定异常数据实施多种处理方法的迭加处理或单独处理，通过对快速成像的对比，找出最满意的处理效果。处理方法灵活、多样，处理效果一目了然，从而提高了对地质雷达数据的处理能力。

本发明的另一个有益效果是：本发明的实现方法采用了基于Linux的QT-CUDA（Compute Unified Device Architecture）联合编译架构，其中，QT 是一个跨平台的C++图形用户界面应用程序框架，QT与CUDA联合充分利用GPU（Graphic Processing Unit）资源实施并行运算，实现快速成像与并行处理，极大地提高了处理效率。

附图说明

为了更好地理解本发明的技术方案，以下结合最能表明设计要点的附图对本发明的实施方式作进一步描述。

图1是本发明中一种快速一体化地质雷达精细处理系统流程图；

图2是本发明中数据解密模块流程图；

图3是本发明中快速成像模块流程图；

图4是本发明中任意阶色标生成模块流程图；

图5是本发明中鼠标任意圈定异常精细处理流程图；

图6是本发明中干扰切除模块流程图；

图7是本发明中基于Linux的QT-CUDA联合编译架构流程图。

具体实施方式

参照图1，本发明所提出的地质雷达数据精细处理系统，大体上由以下组件构成：

读取各种地质雷达数据的数据解密模块101，实时显示处理成果的快速成像模块102，生成任意阶彩色色标的色标生成模块103，集成多处理方法的鼠标右键处理菜单生成模块104，任意选定异常后实现显微镜功能的双线性插值模块105，任意修改雷达波速度及观测剖面长度后成像的速度与长度校正模块106，以及有效切除直达波和浅部强反射波，突出深部弱反射波的干扰切除模块107。

当然，本领域的技术人员能够理解，除以上所述组件外，本发明所提出的装置还可包括其它的组件，在此不一一详述。

以下将结合附图1-7对以上组件的实现步骤进行详细讲解。

参见图1所示的实施例，大体上讲，本发明的地质雷达数据精细处理方法通过以下流程实现：

01、选择地质雷达生产厂家，输入每道采样点数；

02、选择地质雷达数据文件；

03、针对地质雷达数据格式，启动数据解密模块101读取或解密数据；

04、启动双线性插值模块105转换地质雷达数据；

05、通过色标生成模块103预选色标并通过快速成像模块102完成快速成像；

06、其中，如需修改成像，直接选择色标生成模块103生成新的色标或移动滚动条选择图像透明度重新成像；

07、其中，如需展示深部弱反射波，调用干扰切除模块107，然后调用快速成像模块102成像；

08、启动处理菜单生成模块104，在一个实施例中，处理菜单生成模块104通过鼠标右键菜单显示选项，选择迭加处理或单独处模式，再调用多种处理方法完成对地质雷达数据的处理，其中所述多种处理方法包括干扰切除、道圆滑、数字滤波、属性提取、偏移等；

09、如需任意选定异常进行精细处理，直接使用鼠标圈定异常范围，后自动调用双线性插值模块105及快速成像模块102实现显微镜功能；

然后：

0a、重复执行步骤08，实现对任意选定异常的精细处理；

0b、调用速度与长度校正模块106准确定位成像区域的位置与埋深；

0c、对于满意的处理成果，启动处理菜单生成模块104，在鼠标右键菜单中选择抓图功能，保存处理成果，完成地质雷达数据处理工作。

进一步参照图2，数据解密模块101的实现包括以下步骤：

11、将雷达数据文件读写指针定位于1024字节处；

12、以short数据类型扫描所有数据，计算出记录道总数；

13、对所有道进行循环读取；

14、每次循环将顺序读取各道所有采样数据生成二维数组，然后调用双线性插值模块105处理数据。

进一步参照图3，快速成像模块102的实现包括以下步骤：

21、选择GPU并行计算设备用于并行处理成像；

22、在已选定的GPU设备上分配存放雷达和色标数据的内存空间；

23、将主机内存中雷达和色标数据拷贝至GPU设备内存空间；

24、构造与成图宽度、高度一致的并行线程网格；

25、调用GPU多线程并行核函数，实现每个线程负责生成一个像素点数据；

26、对所有并行处理线程进行同步处理；

27、将经多线程处理后的像素数据直接写入OpenGL绘图缓冲区成图。

进一步参照图4，提供任意色阶的色标生成模块103的实现包括以下步骤：

31、输入需要成图色标的阶数；

32、通过鼠标选定最大值、0值和最小值对应的色标颜色值；

33、进行色标阶数循环；

34、对于小于1/2总阶数的色标，以最小值和0值对应的颜色值通过插值方法计算出各阶色标颜色；

35、对于大于1/2总阶数的色标，以最大值和0值对应的颜色值通过插值方法计算出各阶色标颜色；

36、调用快速成像模块成像。

进一步参照图5，鼠标圈定任意异常进行精细处理的步骤如下：

41、激活鼠标Qdropevent事件，为支持鼠标任意圈定异常做准备；

42、读取鼠标圈定异常时左上角坐标及右下角坐标值；

43、进行x方向点循环；

44、进行y方向点循环；

45、根据各点（x，y)坐标值，利用双线性插值算法求出相应的地质雷达数据；

46、对圈定的异常数据按显示图形大小进行双线性插值后快速成像，实现显微镜功能；

47、利用右键处理菜单生成模块，调用各种处理解释方法进行精细处理。

进一步参照图6，干扰切除模块107的实现包括以下步骤：

51、输入切除的起始道号以及起始采样序号；

52、计算所有记录道最大采样序号对应地质雷达数据的平均值，作为填充切除道及采样点的值；

53、道切除循环；

54、采样切除循环；

55、填充切除道及采样点数据；

56、调用快速成像模块成像。

进一步参照图7，所述基于Linux的QT-CUDA联合编译架构的构建，包括以下步骤：

61、Linux系统上安装、配置完成QT、CUDA和CMAKE最新软件包；

62、建立实施联合编译的工程目录及其子目录CODE；

63、CODE子目录下建立QT、CUDA子目录分别存放QT及CUDA源代码程序；

64、在QT源程序中根据C++调用外部函数的语法，定义其调用外部CUDA程序的函数；

65、工程目录下建立cmake命令所需的主配置文件CMakeLists，定义QT、CUDA和CMAKE版本信息；

66、CODE目录下建立cmake命令所需的从配置文件CMakeLists，定义工程包含的QT、CUDA所有源程序名；

67、调用cmake命令自动生成自动编译文件Makefile，再执行make命令完成联合编译。

以上对本发明的实施进行了具体说明，但本发明创造并不限于所述实施例，熟悉本领域的技术人员在不违背本发明精神的前提下还可做出种种的等同变形或替换，这些等同的变型或替换均包含在本申请权利要求所限定的范围内。

Claims (10)

1.一种地质雷达数据精细处理方法，其特征在于，包括以下步骤：

1）调用预设的每道采样点数；

2）读取或解密地质雷达数据；

3）利用双线性插值算法转换地质雷达数据；

4）生成彩色色标并完成快速成像，其中，所述彩色色标用于在生成的图像中突出异常区域；

5）采用迭加处理或单独处理模式，调用多种处理方法对地质雷达数据进行处理；

6）对选定的异常区域进行双线性插值处理以实现显微镜功能，再重复执行步骤5）实现对选定的异常区域的精细处理；

7）存储得到的地质雷达图像。

2.根据权利要求1所述的地质雷达数据精细处理方法，其特征在于，基于Linux的QT-CUDA联合编译架构完成，其中快速成像以及所述多种处理方法基于GPU的并行处理实现。

3.根据权利要求1所述的地质雷达数据精细处理方法，其特征在于，还包括步骤：切除直达波和浅部强反射波后再次成像，以突出深部弱反射波。

4.根据权利要求1所述的地质雷达数据精细处理方法，其特征在于，还包括步骤：修改雷达波速度及观测剖面长度以准确定位成像区域的位置与埋深。

5.根据权利要求1所述的地质雷达数据精细处理方法，其特征在于，通过在右键处理菜单中提供的选项实现调用多种处理方法对地质雷达数据进行迭加处理或单独处理，并提供采用多种处理方法迭加处理或单独处理效果的实时对比。

6.一种地质雷达数据精细处理系统，其特征在于，包括：

数据解密模块（101），调用预设的每道采样点数，读取或解密地质雷达数据；

快速成像模块（102），实现地质雷达数据的快速成像以及实时显示，并且存储处理结果；

色标生成模块（103），在地质雷达数据图像上生成彩色色标对生成的地质雷达图像中的异常区域进行标示；

处理菜单生成模块（104），提供多个处理方法选项，调用选定的处理方法对地质雷达数据进行迭加或单独处理；

双线性插值模块（105），对地质雷达数据进行双线性插值转换处理，并对选定的异常区域进行双线性插值处理以实现显微镜功能。

7.根据权利要求6所述的地质雷达数据精细处理系统，其特征在于，基于Linux的QT-CUDA联合编译架构完成，其中快速成像以及所述多个处理方法基于GPU的并行处理实现。

8.根据权利要求6所述的地质雷达数据精细处理系统，其特征在于，还包括速度与长度校正模块（106），修改雷达波速度及观测剖面长度以准确定位成像区域的位置与埋深。

9.根据权利要求6所述的地质雷达数据精细处理系统，其特征在于，还包括干扰切除模块（107），切除直达波和浅部强反射波，突出深部弱反射波。

10.根据权利要求6所述的地质雷达数据精细处理系统，其特征在于：处理菜单生成模块（104）通过在右键处理菜单中提供的选项实现调用多种处理方法对地质雷达数据进行迭加处理或单独处理，以及快速成像模块（102）提供采用多种处理方法迭加处理或单独处理效果的实时对比。

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