CN110488356B - 面向未爆弹的瞬变电磁和磁场梯度组合探测方法 - Google Patents

Abstract

本申请涉及一种面向未爆弹的瞬变电磁和磁场梯度组合探测方法。所述探测方法先对多个探测区域进行大范围粗测，若探测区域为异常区域，再对异常区域进行精测。对于电导率差异较大的区域，感应电动势信号更能精确反映区域状况。对应磁导率较大的区域，磁场梯度信号更能精确反映区域状况。所述探测方法将感应电动势信号和磁场梯度信号结合，形成优势互补，生成异常区域的空间特征分布图。空间特征分布图更能反映探测区域的真实状况，进而探测方法提高了探测的精度。

Description

面向未爆弹的瞬变电磁和磁场梯度组合探测方法

技术领域

本申请涉及探测技术领域，特别是涉及一种面向未爆弹的瞬变电磁和磁场梯度组合探测方法。

背景技术

二次世界大战末期，日本军队在我国国土遗弃了大量的未爆弹(简称“未爆弹”)。这些未爆弹中以未爆化学弹危害最大，据资料记载，深埋地下或投入江河的未爆化学弹，涉及我国至少19个省，数量约200万枚，已经造成了2000多名人员伤亡和数千公顷的国土污染。探测和发现这些未爆弹不但能减少人员伤亡，还能减少我国的国土污染。

未爆弹在挖掘之前，会进行探测工作，确定未爆弹的位置。未爆弹一般采用磁法探测，目前探测精度较低，无法有效区分未爆弹和一般铁磁性干扰物，造成未爆弹挖掘处理工程量大、成本高。未爆弹涉及范围广阔，提高探测精度是亟待解决的问题。

发明内容

基于此，有必要针对提高探测精度的问题，提供一种面向未爆弹的瞬变电磁和磁场梯度组合探测方法。

一种面向未爆弹的瞬变电磁和磁场梯度组合探测方法，所述探测方法包括：

获取与多个探测区域一一对应的第一探测信号，所述第一探测信号为感应电动势信号。

分别判断所述多个第一探测信号是否异常，若所述第一探测信号为异常信号，则所述异常信号对应的所述探测区域为异常区域。

在所述异常区域布设多个探测点，通过所述多个探测点得到多个与所述多个探测点一一对应的第二探测信号，所述第二探测信号为磁场梯度信号。

通过所述多个探测点得到多个与所述多个探测点一一对应的第三探测信号，所述第三探测信号为感应电动势信号

获取多个与所述多个探测点一一对应的第二位置信息。

根据所述多个第二位置信息、所述多个第二探测信号和所述多个第三探测信号，绘制所述异常区域的空间特征分布图，并根据所述空间特征分布图判断是否存在未爆弹。

在一个实施例中，根据所述多个第二位置信息、所述多个第二探测信号和所述多个第三探测信号，绘制所述异常区域的空间特征分布图并根据所述空间特征分布图判断是否存在未爆弹的步骤包括：

所述多个第二位置信息和所述多个第二探测信号进行物性反演，得到所述异常区域的磁导率空间分布图。

对所述多个第二位置信息和所述多个第三探测信号进行物性反演，得到所述异常区域的视电阻率空间分布图。

对所述视电阻率空间分布图和所述磁导率空间分布图进行融合，得到所述异常区域的空间特征分布图，并根据所述空间特征分布图判断所述异常体是否为未爆弹。

在一个实施例中，对所述视电阻率空间分布图和所述磁导率空间分布图进行融合，得到所述异常区域的空间特征分布图的步骤包括：

将所述视电阻率空间分布图进行归一化处理，得到第一灰度图；

将所述磁导率空间分布图归一化处理，得到第二灰度图；

将所述第一灰度图和所述第二灰度图根据像素灰度值加权平均的方法进行像素级融合，生成所述空间特征分布图。

在一个实施例中，在将所述视电阻率空间分布图进行归一化处理，得到第一灰度图之后，所述探测方法还包括对所述第一灰度图以8灰度级进行量化。

在将所述磁导率空间分布图归一化处理，得到第二灰度图之后，所述探测方法还包括对所述第二灰度图以8灰度级进行量化。

在一个实施例中，分别判断所述多个第一探测信号是否异常的步骤为分别将多个所述第一探测信号与基准信号进行比较，若所述第一探测信号大于基准信号，则判断所述第一探测信号异常。

在一个实施例中，在获取与多个探测区域一一对应的第一探测信号，所述第一探测信号为感应电动势信号的步骤之前，所述探测方法还包括：

确定目标区域，并将所述目标区域划分为多个所述探测区域。

在一个实施例中，将所述目标区域划分为多个所述探测区域的步骤包括所述目标区域进行矩形网格划分，并得到多个所述探测区域。

在一个实施例中，获取多个与所述多个探测区域一一对应的第一位置信息的步骤包括：

在所述目标区域选定基准点，并测定所述基准点的基准位置。

以所述基准位置为基准，根据矩形网格间距，计算多个所述探测区域的探测位置。

在一个实施例中，在所述异常区域布设多个探测点的步骤包括将所述异常区域进行网格划分，在网格线的交叉点处设置所述多个探测点。

在一个实施例中，通过第一瞬变电磁仪探测所述多个探测区域，并得到多个与所述多个探测区域一一对应的所述第一探测信号。所述第一探测信号为感应电动势信号。所述第一瞬变电磁仪包含第一接收线圈和第一发射线圈。所述第一接收线圈和所述第一发射线圈围绕所述探测区域的边界设置。

在一个实施例中，对所述多个探测点进行探测的步骤包括：

采用磁场梯度探测仪对所述多个探测点进行探测。

采用第二瞬变电磁仪对所述多个探测点进行探测，所述第二瞬变电磁仪包括第二接收线圈和第二发射线圈，所述第二发射线圈围绕所述异常区域的边界设置，所述第二接收线圈围绕所述探测点的周边设置。

本申请提供的所述面向未爆弹的瞬变电磁和磁场梯度组合探测方法，所述探测方法先对所述多个探测区域进行大范围粗测，若所述探测区域为异常区域，所述异常区域布设多个探测点，并对所述多个探测点进行精测。所述探测方法还包括获取多个与所述多个探测点一一对应的第二位置信息、所述多个第二探测信号和所述多个第三探测信号。根据所述多个第二位置信息、所述多个第二探测信号和所述多个第三探测信号，绘制所述异常区域的空间特征分布图，并根据所述空间特征分布图判断所述异常体是否为未爆弹。所述第二探测信号为磁场梯度信号。所述第三探测信号为感应电动势信号。对于电导率差异较大的区域，所述感应电动势信号更能精确反映区域状况。对应磁导率较大的区域，所述磁场梯度信号更能精确反映区域状况。所述探测方法将所述感应电动势信号和所述磁场梯度信号结合，形成优势互补，生成所述异常区域的空间特征分布图。所述空间特征分布图更能反映所述探测区域的真实状况，进而所述探测方法提高了探测的精度。

附图说明

图1为本申请一个实施例中提供的所述面向未爆弹的瞬变电磁和磁场梯度组合探测方法的流程图；

图2为本申请另一个实施例中提供的所述面向未爆弹的瞬变电磁和磁场梯度组合探测方法的流程图；

图3为本申请一个实施例中提供的所述异常区域的感应电动势图；

图4为本申请一个实施例中提供的所述多个探测点的磁场梯度图。

具体实施方式

为使本申请的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图对本申请的具体实施方式做详细的说明。在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本申请。但是本申请能够以很多不同于在此描述的其它方式来实施，本领域技术人员可以在不违背本申请内涵的情况下做类似改进，因此本申请不受下面公开的具体实施的限制。

本文中为部件所编序号本身，例如“第一”、“第二”等，仅用于区分所描述的对象，不具有任何顺序或技术含义。而本申请所说“连接”、“联接”，如无特别说明，均包括直接和间接连接(联接)。在本申请的描述中，需要理解的是，术语“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本申请和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本申请的限制。

在本申请中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征“上”或“下”可以是第一和第二特征直接接触，或第一和第二特征通过中间媒介间接接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”可是第一特征在第二特征正上方或斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”可以是第一特征在第二特征正下方或斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。

请一并参见图1，本申请实施例提供一种面向未爆弹的瞬变电磁和磁场梯度组合探测方法，用于探测被探测区域是否存在未爆弹，所述探测方法包括：

S100，获取与多个探测区域一一对应的第一探测信号，所述第一探测信号为感应电动势信号。

S200，分别判断所述多个第一探测信号是否异常，若所述第一探测信号为异常信号，则所述异常信号对应的所述探测区域为异常区域。

S300，在所述异常区域布设多个探测点，通过所述多个探测点得到多个与所述多个探测点一一对应的第二探测信号，所述第二探测信号为磁场梯度信号。通过所述多个探测点得到多个与所述多个探测点一一对应的第三探测信号，所述第三探测信号为感应电动势信号。

S400，获取多个与所述多个探测点一一对应的第二位置信息。

S500，根据所述多个第二位置信息、所述多个第二探测信号和所述多个第三探测信号，绘制所述异常区域的空间特征分布图，并根据所述空间特征分布图判断是否存在未爆弹。

本申请实施例提供的所述面向未爆弹的瞬变电磁和磁场梯度组合探测方法包括通过获取多个与所述多个探测点一一对应的第二位置信息、所述多个第二探测信号和所述多个第三探测信号。根据所述多个第二位置信息、所述多个第二探测信号和所述多个第三探测信号，绘制所述异常区域的空间特征分布图，并根据所述空间特征分布图判断所述异常体是否为未爆弹。所述第二探测信号为磁场梯度信号。所述第三探测信号为感应电动势信号。对于电导率差异较大的区域，所述感应电动势信号更能精确反映区域状况。对应磁导率较大的区域，所述磁场梯度信号更能精确反映区域状况。所述探测方法将所述感应电动势信号和所述磁场梯度信号结合，形成优势互补，生成所述异常区域的空间特征分布图。所述空间特征分布图更能反映所述探测区域的真实状况，进而所述探测方法提高了探测的精度。

所述探测方法还包括所述探测方法先对所述多个探测区域进行大范围粗测，若所述探测区域为异常区域，所述异常区域布设多个探测点，并对所述多个探测点进行精测。所述探测方法通过粗测和精测，提高了探测效率。

在一个实施例中，在所述S100中，通过第一瞬变电磁仪探测所述多个探测区域，并得到多个与所述多个探测区域一一对应的所述第一探测信号，所述第一探测信号为感应电动势信号，所述第一瞬变电磁仪包含第一接收线圈和第一发射线圈，所述第一接收线圈和所述第一发射线圈围绕所述探测区域的边界设置。

在一个实施例中，在所述S300，并对所述多个探测点进行探测的步骤包括采用磁场梯度探测仪对所述多个探测点进行探测。

采用第二瞬变电磁仪对所述多个探测点进行探测，所述第二瞬变电磁仪包括第二接收线圈和第二发射线圈，所述第二发射线圈围绕所述异常区域的边界设置，所述第二接收线圈围绕所述探测点的周边设置。

所述第二发射线圈可以为多个，也可以为一个。

在一个实施例中，在所述S300中，在所述异常区域布设多个探测点的步骤包括将所述异常区域进行网格划分，在网格线的交叉点处设置所述多个探测点。

请一并参见图2，在一个实施例中，在所述S500之后，所述探测方法还包括：

S600，若判断所述异常区域存在未爆弹，则进行挖掘，若判断所述异常区域不存在未爆弹，则停止所述异常区域探测。

在一个实施例中，所述S500，根据所述多个第二位置信息、所述多个第二探测信号和所述多个第三探测信号，绘制所述异常区域的空间特征分布图，并根据所述空间特征分布图判断是否存在未爆弹，包括：

S510，所述多个第二位置信息和所述多个第二探测信号进行物性反演，得到所述异常区域的磁导率空间分布图。

S520，对所述多个第二位置信息和所述多个第三探测信号进行物性反演，得到所述多个探测区域的视电阻率空间分布图。

S530，对所述视电阻率空间分布图和所述磁导率空间分布图进行融合，得到所述异常区域的空间特征分布图，并根据所述空间特征分布图判断所述异常体是否为未爆弹。

所述面向未爆弹的瞬变电磁和磁场梯度组合探测方法将所述瞬变电磁探测仪和所述磁场梯度探测仪组合起来进行未爆弹的探测，既提高了大面积区域的排查效率，又通过两种探测体制的特征级融合，提高了未爆弹探测的精度。所述面向未爆弹的瞬变电磁和磁场梯度组合探测方法有效降低探测的虚警率，减小不必要的挖掘工作，进而提升了未爆弹探测的工作效率。

在一个实施例中，所述S510包括：

S511，所述第二探测信号包括多个第二探测子信号，在同一所述探测点获取多个所述第二探测子信号，并记录多个与所述多个第二探测子信号相对应的第二探测时间。

S512，根据所述探测点的所述多个第二探测子信号和所述第二探测时间，得到所述探测点的地面以下的磁导率子空间分布图。

S513，重复S511和S512，分别对所述多个探测点进行探测，得到多个所述磁导率子空间分布图。

S514，根据所述多个磁导率子空间分布图，得到所述磁导率空间分布图。

在一个实施例中，所述S520包括：

S521，所述第三探测信号包括多个第三探测子信号，在同一所述探测点获取多个所述第三探测子信号，并记录多个与所述多个第三探测子信号相对应的第三探测时间。

S522，根据所述探测点的所述多个第三探测子信号和所述第三探测时间，得到所述探测点的地面以下的视电阻率子空间分布图。

S523，重复S521和S522，分别对所述多个探测点进行探测，得到多个所述视电阻率子空间分布图。

S514，根据所述多个视电阻率子空间分布图，得到所述视电阻率空间分布图。

在一个实施例中，所述S530包括：

S531，将所述视电阻率空间分布图进行归一化处理，得到第一灰度图。

S532，将所述磁导率空间分布图归一化处理，得到第二灰度图。

S533，将所述第一灰度图和所述第二灰度图根据像素灰度值加权平均的方法进行像素级融合，生成所述空间特征分布图。

在所述S533中，设所述第一灰度图坐标P1(x₁,y₁,z₁)处的灰度值为A(x₁,y₁,z₁),第二灰度图坐标P2(x₁,y₁,z₁)处的灰度值为B(x₁,y₁,z₁)，则融合后的所述空间特征分布图的坐标P(x₁,y₁,z₁)处的灰度值为：

P(x₁,y₁,z₁)＝k₁×A(x₁,y₁,z₁)+k₂×B(x₁,y₁,z₁)

其中k₁+k₂＝1。

在一个实施例中，在将所述视电阻率空间分布图进行归一化处理，得到第一灰度图之后，所述探测方法还包括对所述第一灰度图以8灰度级进行量化。

在一个实施例中，在将所述磁导率空间分布图归一化处理，得到第二灰度图之后，所述探测方法还包括对所述第二灰度图以8灰度级进行量化。

所述归一化方法可以为灰度变换归一化方法。

所述异常区域地面以下的异常体的种类不同。异常体的磁导率和电导率不同。所述第三探测信号为感应电动势信号。所述第二探测信号为磁场梯度信号。对于电导率差异较大的区域，所述感应电动势信号更能精确反映区域状况。对应磁导率较大的区域，所述磁场梯度信号更能精确反映区域状况。在所述S530中将所述感应电动势信号和所述磁场梯度信号结合，形成优势互补，生成所述异常区域的空间特征分布图。所述空间特征分布图更能反映所述异常区域的真实状况，进而所述探测方法提高了探测的精度。

在一个实施例中，在所述S200，分别判断所述多个第一探测信号是否异常的步骤为分别将多个所述第一探测信号与基准信号进行比较，若所述第一探测信号大于基准信号，则判断所述第一探测信号异常。

所述基准信号可以为认为设定的信号趋势信号线，也可以是几个所述探测区域获取的信号中变化平稳的信号。所述基准信号还可以为所述多个第一探测信号趋势变化异常的信号。

请一并参见图3，图3中的1曲线为异常信号，2曲线为正常信号。1曲线的感应电动势高于2曲线的感应电动势。

在一个实施例中，在所述S100获取与多个探测区域一一对应的第一探测信号，所述第一探测信号为感应电动势信号步骤之前，所述探测方法还包括：

S010，确定目标区域，并将所述目标区域划分为多个所述探测区域。

在一个实施例中，在所述S010中，将所述目标区域划分为多个所述探测区域的步骤包括所述目标区域进行矩形网格划分，并得到多个所述探测区域，减小计算测量的步骤，提高检测效率。

在一个实施例中，在所述S400，获取多个与所述多个探测区域一一对应的第一位置信息的步骤，包括：

S410，在所述目标区域选定基准点，并测定所述基准点的基准位置。

S420，以所述基准位置为基准，根据矩形网格间距，计算多个所述探测区域的探测位置。

请一并参见图4，A区域所对应的扫描点为异常点。

在一个实施例中，在所述S410中，采用实时动态定位仪测定所述基准点的基准位置。所述实时动态定位仪包括差分北斗定位仪。

在一个实施例中，所述瞬变电磁探测仪的探测线圈为矩形，大小为5米×2米或10米×1米，将探测目标区域划定为若干矩形网格，矩形网格与所述瞬变电磁探测仪的探测线圈大小一致。

在一个实施例中，利用所述面向未爆弹的瞬变电磁和磁场梯度组合探测方法对10米×10米的目标区域进行探测。埋藏有两个炮弹外壳模拟物。第一瞬变电磁仪采用10米×1米的探测线圈。探测区域划分为10个网格，瞬变电磁探测了10次，用时约2分钟。发现有两个网格存在异常。对异常的两个网格采用磁场梯度探测仪进行逐点探测。根据炮弹外壳模拟物的尺寸(直径10厘米，长40厘米的钢桶)，确定逐点扫描点间距为10厘米，采样频率1Hz，用时20分钟。由此可见，两种探测体制的有机结合，大幅度提升了探测效率。

以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。

以上所述实施例仅表达了本申请的几种实施方式，但并不能因此而理解为对本申请专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本申请构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本申请的保护范围。因此，本申请专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (10)

1.一种面向未爆弹的瞬变电磁和磁场梯度组合探测方法，其特征在于，所述探测方法包括：

获取与多个探测区域一一对应的第一探测信号，所述第一探测信号为感应电动势信号；

分别判断所述多个第一探测信号是否异常，若所述第一探测信号为异常信号，则所述异常信号对应的所述探测区域为异常区域；

在所述异常区域布设多个探测点，通过所述多个探测点得到多个与所述多个探测点一一对应的第二探测信号，所述第二探测信号为磁场梯度信号；

通过所述多个探测点得到多个与所述多个探测点一一对应的第三探测信号，所述第三探测信号为感应电动势信号；

获取多个与所述多个探测点一一对应的第二位置信息；

所述多个第二位置信息和所述多个第二探测信号进行物性反演，得到所述异常区域的磁导率空间分布图；

对所述多个第二位置信息和所述多个第三探测信号进行物性反演，得到所述异常区域的视电阻率空间分布图；

对所述视电阻率空间分布图和所述磁导率空间分布图进行融合，得到所述异常区域的空间特征分布图，并根据所述空间特征分布图判断所述异常体是否为未爆弹。

2.如权利要求1所述的面向未爆弹的瞬变电磁和磁场梯度组合探测方法，其特征在于，对所述电阻率空间分布图和所述磁导率空间分布图进行融合，得到所述异常区域的空间特征分布图的步骤包括：

将所述视电阻率空间分布图进行归一化处理，得到第一灰度图；

将所述磁导率空间分布图归一化处理，得到第二灰度图；

将所述第一灰度图和所述第二灰度图根据像素灰度值加权平均的方法进行像素级融合，生成所述空间特征分布图。

3.如权利要求2所述的面向未爆弹的瞬变电磁和磁场梯度组合探测方法，其特征在于，在将所述视电阻率空间分布图进行归一化处理，得到第一灰度图之后，所述探测方法还包括对所述第一灰度图以8灰度级进行量化；

在将所述磁导率空间分布图归一化处理，得到第二灰度图之后，所述探测方法还包括对所述第二灰度图以8灰度级进行量化。

4.如权利要求1所述的面向未爆弹的瞬变电磁和磁场梯度组合探测方法，其特征在于，分别判断所述多个第一探测信号是否异常的步骤为分别将多个所述第一探测信号与基准信号进行比较，若所述第一探测信号大于基准信号，则判断所述第一探测信号异常。

5.如权利要求1所述的面向未爆弹的瞬变电磁和磁场梯度组合探测方法，其特征在于，在获取与多个探测区域一一对应的第一探测信号，所述第一探测信号为感应电动势信号的步骤之前，所述探测方法还包括：

确定目标区域，并将所述目标区域划分为多个所述探测区域。

6.如权利要求5所述的面向未爆弹的瞬变电磁和磁场梯度组合探测方法，其特征在于，将所述目标区域划分为多个所述探测区域的步骤包括所述目标区域进行矩形网格划分，并得到多个所述探测区域。

7.如权利要求6所述的面向未爆弹的瞬变电磁和磁场梯度组合探测方法，其特征在于，获取多个与所述多个探测区域一一对应的第一位置信息的步骤包括：

在所述目标区域选定基准点，并测定所述基准点的基准位置；

以所述基准位置为基准，根据矩形网格间距，计算多个所述探测区域的探测位置。

8.如权利要求7所述的面向未爆弹的瞬变电磁和磁场梯度组合探测方法，其特征在于，在所述异常区域布设多个探测点的步骤包括将所述异常区域进行网格划分，在网格线的交叉点处设置所述多个探测点。

9.如权利要求1所述的面向未爆弹的瞬变电磁和磁场梯度组合探测方法，其特征在于，通过第一瞬变电磁仪探测所述多个探测区域，并得到多个与所述多个探测区域一一对应的所述第一探测信号，所述第一探测信号为感应电动势信号，所述第一瞬变电磁仪包括第一接收线圈和第一发射线圈，所述第一接收线圈和所述第一发射线圈围绕所述探测区域的边界设置。

10.如权利要求1所述的面向未爆弹的瞬变电磁和磁场梯度组合探测方法，其特征在于，对所述多个探测点进行探测的步骤包括：

采用磁场梯度探测仪对所述多个探测点进行探测；

采用第二瞬变电磁仪对所述多个探测点进行探测，所述第二瞬变电磁仪包括第二接收线圈和第二发射线圈，所述第二发射线圈围绕所述异常区域的边界设置，所述第二接收线圈围绕所述探测点的周边设置。

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