CN108415094B - 通过探地雷达结果拟合对比提取埋地管线属性的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种通过探地雷达结果拟合对比提取埋地管线属性的方法，包括以下步骤：将不同的管线属性进行组合，形成具有多种属性组合的属性组合表；针对各种不同的属性组合，通过GPRMax工具进行正演模拟，得出各种属性组合的正演模拟结果；将各种属性组合的正演模拟结果的时间和振幅组合曲线进行收集并建立正演模拟波普特征库，和属性组合表进行挂接，形成探地雷达管线探测波场特征库；通过曲线拟合算法，对实测的探地雷达数据的时间和振幅组合数据与波场特征库中的时间和振幅组合曲线进行曲线拟合；对拟合相似度最高的曲线的模拟结果进行展示。本发明将拟合后得到的属性以文字的方式给出，方便非专业人员对探地雷达专业数据的信息的获取。
Description
技术领域
本发明涉及地球物理探测领域和计算机应用技术领域，尤其涉及一种通过探地雷达结果拟合对比提取埋地管线属性的方法。
背景技术
目前，金属管道探测的探测技术已趋于成熟，但非金属管线与深埋管线的探测仍是一个技术难题，因为非金属管道不导电也不导磁，基本绝缘，常用的金属管道探测器无法对其探测，这对于确定地下非金属管道的位置和埋深，避免施工开挖造成破坏，以及管理和维护管网安全等带来了很大困难。如何快速、准确、方便地探查非金属管道，成为亟待解决的问题。深埋管线由于其埋深大于常用方法的探测范围，这对于精确的进行勘测与定位产生影响。当前管线探测主要以探地雷达、管线仪为主，其中管线仪可以配备探测非金属管道的探头，但对于某些非金属的燃气、给水和高压污水管道，不具备应用探头的条件，再者，管线仪的测深能力有限，不能针对所有的管线进行探测；示踪法能够对非金属管道的定位及走向有较为准确的判断，但是示踪法主要用于探查有出入口的非金属管道，使用示踪法探测时，现场必须具有放置示踪探头或是示踪线的出入口，对于封闭性良好的管道则无法进行示踪法的探测工作，而且应用主动源示踪线法时还需要具备良好的接地条件。探地雷达探测非金属管线具有快速、高效、非破坏性等特点，是目前PVC、PE、混凝土等非金属管线探测的首选工具。但是它也有局限性，它的探测效果与地质条件也密切相关，当管线周围介质对电磁波的耗散性弱并且管线的电磁特性与其环境相比反差大时，探测效果好而且数据处理相对简单，反之则表现不出较好的性能，甚至完全不适用，其次探地雷达在城镇内进行探测时，沥青、水泥路面、砖石覆盖以及地表不均匀性对雷达波的传播会产生很大的影响；在城镇内进行探地雷达探测时，容易受到侧面电磁波的影响。
以上技术手段多是基于地球物理探测领域研究而来，手段单一，技术方法大多都集成在探测仪器中，探地雷达软件通过对雷达回波信号的叠加显示，以雷达图的方式将结果呈现出来，这种结果大部分是需要专业人士才能目视解译出来，而大部分一线操作人员不具备专业专家知识，无法从探地雷达结果中获取第一手资料，目前单从物探角度进行探测技术的改进的进展比较缓慢或者多停留在理论研究上，所以在探地雷达探测非金属管线上需要引入新的技术和思路。
发明内容
本发明的目的在于提供一种通过探地雷达结果拟合对比提取埋地管线属性的方法，旨在用于解决现有的探地雷达软件以雷达图的方式将结果呈现出来，非专业人员无法目视解译出来的问题。
本发明是这样实现的：
本发明提供一种通过探地雷达结果拟合对比提取埋地管线属性的方法，包括以下步骤：
S1，将不同的管线属性进行组合，形成具有多种属性组合的属性组合表；
S2，针对各种不同的属性组合，通过GPRMax工具进行正演模拟，得出各种属性组合的正演模拟结果；
S3，对正演模拟结果进行特征提取，将各种属性组合的正演模拟结果的时间和振幅组合曲线进行收集并建立正演模拟波普特征库，和属性组合表进行挂接，形成探地雷达管线探测波场特征库；
S4，对实测的埋地管线的探地雷达数据进行二次解析，解析出其中的时间和振幅组合数据，通过曲线拟合算法，对实测的探地雷达数据的时间和振幅组合数据与波场特征库中的时间和振幅组合曲线进行曲线拟合；
S5，对拟合相似度最高的曲线的模拟结果进行展示，所述模拟结果包括该曲线对应的属性组合。
进一步地，所述步骤S1中的进行组合的管线属性包括材质、埋深、管径以及填充物。
进一步地，所述步骤S1中的属性组合表中还包括部分属性组合的用途特征说明。
进一步地，所述步骤S4中的采用的曲线拟合算法为解析表达式曲线拟合算法或者最小二乘法曲线拟合算法。
进一步地，所述步骤S5中，根据拟合相似程度由高到低的顺序对前几条曲线的模拟结果进行展示。
进一步地，所述步骤S3还包括将正演模拟结果的图像进行收集并放入波场特征库中。
进一步地，所述步骤S5中的模拟结果还包括该曲线对应的正演模拟结果的图像。
与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：
本发明提供的这种通过探地雷达结果拟合对比提取埋地管线属性的方法，通过对多种属性组合进行大量正演模拟，对不同场景的管道探测雷达模拟波场数据进行收集整理，形成探地雷达管线探测波场特征库，从实测的复杂的探地雷达数据解析出其中的时间和振幅组合数据，和特征库中的数据进行拟合与对比，找出最近似的曲线，将拟合后得到的属性以文字的方式给出，方便非专业人员对探地雷达专业数据的信息的获取。
附图说明
图1为本发明实施例提供的一种通过探地雷达结果拟合对比提取埋地管线属性的方法的流程图；
图2为本发明实施例提供的时间和振幅组合曲线的示意图；
图3为本发明实施例提供的实测的探地雷达数据与波场特征库中数据进行拟合的示意图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。
如图1所示，本发明实施例提供一种通过探地雷达结果拟合对比提取埋地管线属性的方法，包括以下步骤：
S1，将不同的管线属性进行组合，形成具有多种属性组合的属性组合表；
属性的组合根据国家管道建设相关标准进行添加，进行组合的管线属性包括材质、埋深、管径以及填充物，通过将不同材质、管径、埋深、填充物进行组合，将产生2*6*6*2＝144种不同的组合方式，形成属性组合表，如下表。优选地，还可以根据管道的用途，在属性组合表中给出部分种属性组合的用途特征说明，比如我国北方的土壤冰冻线较深，给水、排水、湿煤气等管道属于深埋一类，热力管道、电信管道、电力电缆等不受冰冻的影响，可埋设较浅，属于浅埋一类。
| ID | 材质 | 埋深(m) | 管径(m) | 填充物 | 用途特征 |
| 1 | 金属 | 0.5 | 0.1 | 填充水 | |
| 2 | 非金属 | 1.0 | 0.15 | 填充空气 | |
| 3 | … | 1.5 | 0.2 | … | |
| 4 | 2.0 | 0.25 | |||
| 5 | 2.5 | 0.3 | |||
| 6 | 3.0 | 0.35 | |||
| … | … | … |
S2，针对各种不同的属性组合，通过GPRMax工具进行正演模拟，得出各种属性组合的正演模拟结果；
GprMax是一种基于时域有限差分(FDTD)算法和理想匹配层(PML)边界吸收条件的探地雷达正演数值模拟软件，用于探地雷达成像研究。
S3，对正演模拟结果进行特征提取，通过解析GprMax分析过程文档，将各种属性组合的正演模拟结果的时间和振幅组合曲线进行收集并建立正演模拟波普特征库，和属性组合表进行挂接，具体为与属性组合表的ID挂接，形成探地雷达管线探测波场特征库。如图2所示为时间和振幅组合曲线的示意图。
在相同的条件下，填充水的管道由于水的存在对雷达波进行了多次的反射，它的正演结果将出现多条曲线，空气填充的管道只在管顶和管底发生反射，其正演结果只有单条曲线。此种特征反映在时域波普曲线上，必定会存在两处震动比较接近的异象振幅。因此，不同的管线属性对应着不同的时域波普曲线，通过从正演模拟结果中提取出相应的时间和振幅组合曲线，用于后续实测探地数据的拟合对比，可以拟合出实测管线的属性。
S4，对实测的埋地管线的探地雷达数据进行二次解析，解析出其中的时间和振幅组合数据，通过曲线拟合算法，对实测的探地雷达数据的时间和振幅组合数据与波场特征库中的时间和振幅组合曲线进行曲线拟合；如图3所示，为实测的探地雷达数据与波场特征库中数据进行拟合的示意图。
S5，对拟合相似度最高的曲线的模拟结果进行展示，所述模拟结果包括该曲线对应的属性组合；
由于波场特征库中已经将正演模拟波普特征库和属性组合表进行挂接，因此可以直接通过拟合相似度最高的曲线找到对应的属性组合，作为模拟结果进行展示，展示的模拟结果即为实测的埋地管线的模拟属性。探地雷达结果以前往往是复杂的图形模式，非专业人员一般很难看出问题，通过将拟合后得到的属性以文字的方式给出，方便非专业人员对探地雷达专业数据的信息的获取。
优选地，所述步骤S4中的采用的曲线拟合算法为解析表达式曲线拟合算法或者最小二乘法曲线拟合算法。
优选地，所述步骤S5中，根据拟合相似程度由高到低的顺序对前几条曲线的模拟结果进行展示，为用户提供更全面的参考。
优选地，所述步骤S3还包括将正演模拟结果的图像进行收集并放入波场特征库中，供最终用户对模拟结果进行辨识做参考。对应的，所述步骤S5中的模拟结果还包括该曲线对应的正演模拟结果的图像，即对拟合相似程度较高曲线对应的属性组合和正演模拟结果的图像都进行展示，以此为探地雷达结果解析提供更直观的参考。
本领域普通技术人员可以理解实施例的各种方法中的全部或部分步骤是可以通过程序来指令相关的硬件来完成，该程序可以存储于一计算机可读存储介质中，存储介质可以包括：只读存储器(ROM，Read Only Memory)、随机存取存储器(RAM，Random AccessMemory)、磁盘或光盘等。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (6)
1.一种通过探地雷达结果拟合对比提取埋地管线属性的方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1，将不同的管线属性进行组合，形成具有多种属性组合的属性组合表，进行组合的管线属性包括材质、埋深、管径以及填充物；
S2，针对各种不同的属性组合，通过GPRMax工具进行正演模拟，得出各种属性组合的正演模拟结果；
S3，对正演模拟结果进行特征提取，将各种属性组合的正演模拟结果的时间和振幅组合曲线进行收集并建立正演模拟波普特征库，和属性组合表进行挂接，形成探地雷达管线探测波场特征库；
S4，对实测的埋地管线的探地雷达数据进行二次解析，解析出其中的时间和振幅组合数据，通过曲线拟合算法，对实测的探地雷达数据的时间和振幅组合数据与波场特征库中的时间和振幅组合曲线进行曲线拟合；
S5，对拟合相似度最高的曲线的模拟结果进行展示，所述模拟结果包括该曲线对应的属性组合。
2.如权利要求1所述的通过探地雷达结果拟合对比提取埋地管线属性的方法，其特征在于：所述步骤S1中的属性组合表中还包括部分属性组合的用途特征说明。
3.如权利要求1所述的通过探地雷达结果拟合对比提取埋地管线属性的方法，其特征在于：所述步骤S4中的采用的曲线拟合算法为解析表达式曲线拟合算法或者最小二乘法曲线拟合算法。
4.如权利要求1所述的通过探地雷达结果拟合对比提取埋地管线属性的方法，其特征在于：所述步骤S5中，根据拟合相似程度由高到低的顺序对前几条曲线的模拟结果进行展示。
5.如权利要求1所述的通过探地雷达结果拟合对比提取埋地管线属性的方法，其特征在于：所述步骤S3还包括将正演模拟结果的图像进行收集并放入波场特征库中。
6.如权利要求5所述的通过探地雷达结果拟合对比提取埋地管线属性的方法，其特征在于：所述步骤S5中的模拟结果还包括该曲线对应的正演模拟结果的图像。
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