CN103809205B - 一种地质雷达波速层析探测的走时数据快速采集方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种地质雷达波速层析探测的走时数据快速采集方法，属于地球物理探测技术领域，该方法包括如下步骤：布设测线与测点；测定地质雷达机器延迟时间与系统误差；在时间触发模式下进行波速层析探测；雷达波信号处理；按照反演参数提取走时数据。本发明实现了对地质雷达波速层析探测的走时数据进行快速、连续的采集，大大缩短探测时间，可以根据不同的反演参数提取相应的走时数据，一次探测就满足多样化的反演标准，提高了地质雷达层析成像的探测效率，有助于提高反演结果的准确度。

Description

一种地质雷达波速层析探测的走时数据快速采集方法

技术领域

本发明属于地球物理探测技术领域，涉及一种地质雷达波速层析探测的走时数据快速采集方法。

背景技术

地质雷达技术是一种快速、无损、高效的地球物理探测技术，目前已经广泛应用于矿产勘探、路基探测及环境监测领域，主要包括反射波探测与波速层析探测两类。其中，波速层析的探测距离是反射波探测的2倍以上，探测精度也更高。

目前，波速层析探测方法中走时数据的采集是通过发射天线与接收天线的逐点移动实现，接收天线的移动次数为发射点个数与接收点个数的乘积，探测大型剖面时布点多，探测时间长。由于电磁波的传输受环境影响，探测过程持续多天时，仪器的探测环境不稳定会导致数据采集的准确率降低。另外，对采集数据进行处理时，逐点移动探测采集到的走时数据只能选用同布点数目一致的参数反演计算，无法保证反演效果最佳：布点过密导致采集数据浪费，探测效率低；布点过于稀疏时，反演结果的准确度与精度低，甚至需要重新探测。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是针对现有技术中地质雷达波速层析的走时数据采集过程中存在的准确率低、效率低的缺点而提供一种地质雷达波速层析探测的走时数据快速采集方法。

本发明解决其技术问题采用的技术方案是：一种地质雷达波速层析探测的走时数据快速采集方法，具体包括：

S1、布设测线与测点：在探测剖面的两侧各布设一条测线，且两条测线的长度与剖面长度相等，选定其中一条为发射测线，另一条为接收测线；测量测线的长度l和两条测线的垂直距离w；选定探测方向，沿探测方向将发射测线等距划分为n段，并将各段中点标记为发射点Tr_i，i＝1,2,…,n；

S2、测定地质雷达机器延迟时间与系统误差：将地质雷达的发射天线与接收天线正对摆放，两天线相隔距离L，且中间无遮挡物，在时间触发模式下采集5～10s，计算采集到的走时的平均值a₁；移动接收天线，使两个天线的相隔距离为2*L，重复以上过程，得到a₂；建立延迟时间计算方程组：

$\left\{\begin{array}{c}a+\frac{L}{v}=a_1\\ a+\frac{2L}{v}=a_2\end{array}\right.$

式中：a为机器延迟时间，v为空气中电磁波波速；解该方程组求出a与v，通过计算v与理想条件下电磁波在空气中的波速0.3m/ns的差值估计系统误差；

S3、在时间触发模式下进行波速层析探测：设定地质雷达主机为时间触发模式，将地质雷达的发射天线置于发射点Tr₁，接收天线放置在接收测线起点处；沿接收测线近似匀速滑动接收天线开始采集，至接收测线终点处结束采集，采集第一个发射点的走时数据文件；接收天线在接收测线起点处时主机做第一个标记，到达终点时主机做第二个标记；依次类推，将发射天线顺序置于各个发射点，均重复以上过程，共采集到n个数据文件；

S4、雷达波信号处理：使用地质雷达数据处理解释软件，对采集到的n个数据文件进行逐个处理，提取初至波时间；

S5、按照所需的反演参数提取走时数据。

进一步的，所述步骤S1中的探测剖面为矩形剖面。

进一步的，所述步骤S2中的系统误差的绝对值应小于0.03m/ns，否则应检查地质雷达仪器是否需要校正或损坏。

进一步的，所述步骤S4中对每一个数据文件提取初至波时间的具体过程为：

S41、读取文件中两个标记所在的道数b₁和b₂；

S42、进行道间压缩变换，压缩倍数为1，保留两个标记之间即(b₁,b₂)范围内的数据，读取剩余波形的总道数b；

S43、以波形的第一个拐点处为初至波到达时刻，提取每一道波形的初至波走时；

S44、将标间距设置为测线的长度l，道间距设置为d，则导出的走时道数k＝l/d,k应位于(0.2*b，2*b)之间；

S45、将文件按道导出。

本发明的有益效果是：本发明通过沿接收测线匀速滑动接收天线，减少了接收天线的移动次数，操作简单有效，大大缩短了探测时间。同时，通过设置标间距与道间距，可以导出多道走时数据，克服传统方法中接收点个数的限制，满足多种反演参数的需求。

附图说明

图1为本发明实施例的地质雷达波速层析的走时数据快速采集方法的流程图。

具体实施方式

下面将结合附图对本发明作进一步说明。

如图1所示为本发明实施例的地质雷达波速层析的走时数据快速采集方法的流程图，其具体包括如下步骤：

S1、布设测线与测点：在探测剖面的两侧布设测线，规定其中一条为发射测线，另一条为接收测线；测量测线的长度l为10m和两条测线的垂直距离w为8m；选定探测方向，将发射测线等距划分为20段，沿探测方向标记发射点Tr_i，i＝1,2,…,20，发射点位于每一段的中点；

S2、测定地质雷达机器延迟时间与测定误差：将地质雷达的发射天线与接收天线相隔距离0.6m正对着放置在空气中，在时间触发模式下采集5s，计算采集到的走时的平均值a₁为2.1094s；移动接收天线，使两个天线的相隔距离为1.2m，重复以上过程，得到a₂为4.2188s；建立延迟时间计算方程组：

$\left\{\begin{array}{c}a+\frac{L}{v}=a_1\\ a+\frac{2L}{v}=a_2\end{array}\right.$

式中：a为机器延迟时间，v为空气中电磁波波速；解该方程组求出a为3.0464×10^-4ns，v为0.2844m/ns，与理想条件下电磁波在空气中的波速0.3m/ns的差值的绝对值为0.0156m/ns，在可接受范围内；

S3、在时间触发模式下进行波速层析探测：将地质雷达的发射天线置于发射点Tr₁，接收天线放置在接收测线起点处；地质雷达主机设定为时间触发模式开始采集，沿接收测线近似匀速滑动接收天线，在测线起点处时主机做第一个标记，到达终点时主机做第二个标记，采集第一个发射点的走时数据文件；依次类推，将发射天线置于各个发射点，均重复以上过程，共采集到20个数据文件，每个数据文件中都包含两个标记；

S4、雷达波信号处理：使用地质雷达数据处理解释软件，对采集到的20个数据文件进行逐个处理，提取初至波时间；

所述对每一个数据文件提取初至波时间的具体过程为：

S41、读取文件中两个标记所在的道数b₁和b₂；

S42、进行道间压缩变换，压缩倍数为1，保留两个标记之间即(b₁,b₂)范围内的数据，读取剩余波形的总道数b；

S43、以波形的第一个拐点处为初至波到达时刻，提取每一道波形的初至波走时；

S44、将标间距设置为测线的长度10m，道间距设置为d，则导出的走时道数k＝l/d,k应位于(0.2*b，2*b)之间；

S45、将文件按道导出。

S5、按照所需的反演参数提取走时数据。

以上所述实施例仅供本发明之用，而非对本发明的限制，有关技术领域的技术人员，在不脱离本发明的精神和范围的情况下，还可以作出各种变换或变型，因此所有等同的技术方案也应该属于本发明的范畴，应由各权利要求所限定。

Claims (4)

1.一种地质雷达波速层析探测的走时数据快速采集方法，其特征在于，所述方法包含如下步骤：

S1、布设测线与测点：在探测剖面的两侧各布设一条测线，且两条测线的长度与剖面长度相等，选定其中一条为发射测线，另一条为接收测线；测量测线的长度l和两条测线的垂直距离w；选定探测方向，沿探测方向将发射测线等距划分为n段，并将各段中点标记为发射点Tr_i，i＝1,2,…,n；

S2、测定地质雷达机器延迟时间与系统误差：将地质雷达的发射天线与接收天线正对摆放，两天线相隔距离L，且中间无遮挡物，在时间触发模式下采集5～10s，计算采集到的走时的平均值a₁；移动接收天线，使两个天线的相隔距离为2*L，重复以上过程，得到a₂；建立延迟时间计算方程组：

$\left\{\begin{array}{c}a+\frac{L}{v}=a_1\\ a+\frac{2L}{v}=a_2\end{array}\right.$

式中：a为机器延迟时间，v为空气中电磁波波速；解该方程组求出a与v，通过计算v与理想条件下电磁波在空气中的波速0.3m/ns的差值估计系统误差；

S3、在时间触发模式下进行波速层析探测：设定地质雷达主机为时间触发模式，将地质雷达的发射天线置于发射点Tr₁，接收天线放置在接收测线起点处；沿接收测线近似匀速滑动接收天线开始采集，至接收测线终点处结束采集，采集第一个发射点的走时数据文件；接收天线在接收测线起点处时主机做第一个标记，到达终点时主机做第二个标记；依次类推，将发射天线顺序置于各个发射点，均重复以上过程，共采集到n个数据文件；

S4、雷达波信号处理：使用地质雷达数据处理解释软件，对采集到的n个数据文件进行逐个处理，提取初至波时间；

S5、按照所需的反演参数提取走时数据。

2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤S1中的探测剖面为矩形剖面。

3.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤S2中的系统误差的绝对值应小于0.03m/ns，否则应检查地质雷达仪器是否损坏。

4.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤S4中对每一个数据文件提取初至波时间的具体过程为：

S41、读取文件中两个标记所在的道数b₁和b₂；

S42、进行道间压缩变换，压缩倍数为1，保留两个标记之间即(b₁,b₂)范围内的数据，读取剩余波形的总道数b；

S43、以波形的第一个拐点处为初至波到达时刻，提取每一道波形的初至波走时；

S44、将标间距设置为测线的长度l，道间距设置为d，则导出的走时道数k＝l/d,k应位于(0.2*b，2*b)之间；

S45、将文件按道导出。