CN110850489A - 地下金属管道电磁波探测方法及装置 - Google Patents

地下金属管道电磁波探测方法及装置 Download PDF

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Abstract

本发明公开一种地下金属管道探测方法及装置，识别能力强，可全天候工作。方法包括如下步骤：(10)目标区域巡查：采集目标区域上方沿途毫米波数据，包括金属辐射数据及相关位置信息；(20)目标管道定位：根据金属辐射数据及位置信息，结合信息库中管道相关数据，确定目标金属管道位置；(30)目标管道二次检测：对确定位置的目标金属管道进行二次扫描，得到管道的辐射图像；(40)管道状况对比分析：对辐射图像进行处理，并与信息库中管道相关数据对比，确定金属管道的深度、分布范围、管道的完整性，若管道出现破损、裂纹，自动报警。装置包括信息采集端(1)和地面控制端(2)，所述信息采集端(1)与地面控制端(2)信号相连。

Description

地下金属管道电磁波探测方法及装置
技术领域
本发明属于地下埋藏金属物品毫米波辐射探测与成像技术领域，特别是一种基于小车的地下埋藏金属管道探测方法及装置。
背景技术
对地下埋藏金属管道进行探测、定位与成像，可以避免在工程施工或者城市改造过程中，由于地下金属管道位置深度不明确而造成的经济损失和对日常生活及工作的影响。
对地下埋藏金属管道的探测与成像主要有电磁法、磁梯度法和电磁波法。
电磁法是用于探测地下埋藏物品的应用最广、最主要的方法，该方法可以快速、方便地探测地下埋藏物品，用电磁法探测地下埋藏物品是行之有效的方法。但这种方法存在不能成像和定位不准等问题，在一些特殊的管线处会引起较大的定位偏差，存在局限性。
磁梯度法可以发现近地表面的金属物品，但不能探测深藏地下的金属管道，且该方法易磁性体干扰。
电磁波法不仅可以对地下埋藏金属管道进行快速、高效、准确的定位，而且可以将地下情况进行成像。
现有采用电磁波探测埋藏金属管道的方法通常包括如下步骤：1.选定探测装置类型和天线类型，并调整发射天线与接收天线的分辨率和采样率等基本参数。2.对目标区域进行扫描探测，采集相关数据。3.接收机接收到数据后，将数据导出至软件中，应用软件对接收到的数据进行处理，之后对处理结果进行相关解释，确定埋藏金属管道的位置与情况。
由于现有埋藏金属管道电磁波探测方法采用长波段，其分辨率较低，不能准确探测地下埋藏金属管道位置，且受环境和气候影响较大，在雷雨、雾霾等天气环境中无法准确完成探测任务，此外，现有方法装置体积大，应用限制多。
发明内容
本发明的目的在于提供一种地下金属管道电磁波探测方法，识别能力高，可全天候工作，装置体积小。
本发明的另一目的在于提供一种地下埋藏金属管道电磁波探测装置，可以全天候、高精度探测地下埋藏金属管道。
实现本发明目的的技术解决方案为：
一种地下金属管道探测方法，包括如下步骤：
(10)目标区域巡查：采集目标区域上方沿途毫米波数据，所述沿途毫米波数据中包括金属辐射数据及相关位置信息；
(20)目标管道定位：根据金属辐射数据及位置信息，结合信息库中管道相关数据，确定目标金属管道位置；
(30)目标管道二次检测：对确定位置的目标金属管道进行二次扫描，得到管道的辐射图像；
(40)管道状况对比分析：对辐射图像进行处理，并与信息库中管道相关数据进行对比，确定金属管道的深度、分布范围、管道的完整性，若管道出现破损、裂纹，自动报警。
实现本发明另一目的的技术方案为：
一种地下金属管道监测装置，包括：
信息采集端1，用于采集沿途毫米波辐射数据，并将沿途毫米波辐射数据中的金属辐射数据及位置信息传输至地面控制端2；对目标管道进行二次检测，得到目标管道的辐射图像，并将辐射图像传输至地面控制端2；
地面控制端2，用于根据金属管道辐射数据及位置信息，与信息库进行对比后，确定目标管道位置，控制小车对目标管道进行二次检测；对辐射图像进行处理，确定金属管道的深度、分布范围、管道的完整性，当管道出现破损、裂纹时，自动触发报警；
所述信息采集端1与地面控制端2信号相连。
本发明与现有技术相比，其显著优点为：
1、识别能力强：毫米波成像装置的分辨能力更好，探测不同目标的对比度较好，可以用来测试多个目标。毫米波发射率与物体材料具有一定关联,故而毫米波辐射计可获得物体的材料特征，就探测金属目标而言,毫米波成像还有一个显著的优点:金属目标的发射率很低,在一定时空范围内金属目标的毫米波特征很稳定,昼夜变化等环境变化对毫米波系统的成像品质影响都不大。
2、全天候工作：毫米波穿透性强，可轻松地穿透雨雾烟尘，具有全天候工作的能力。
3、装置小型化：毫米波波长短，同等天线口径的波束窄、口径小、分辨率低，装置较小。
下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步的详细描述。
附图说明
图1为本发明地下金属管道电磁波探测方法的流程图。
图2为本发明地下金属管道电磁波探测装置的结构框图。
图中，信息采集端1，地面控制端2，
车载信息处理平台11，GPS模块2，毫米波辐射计3，行驶障碍预警模块14，小车平台行驶装置15，存储模块16和小车端无线传输模块17，
控制平台21，数据处理模块22，成像显示模块23，信息库24，报警模块25和控制端无线传输模块26。
具体实施方式
如图1所示，本发明地下金属管道电磁波探测方法，其包括如下步骤：
(10)目标区域巡查：采集目标区域上方沿途毫米波数据，所述沿途毫米波数据中包括金属辐射数据及相关位置信息；
(20)目标管道定位：根据金属辐射数据及位置信息，结合信息库中管道相关数据，确定目标金属管道位置；
(30)目标管道二次检测：对确定位置的目标金属管道进行二次扫描，得到管道的辐射图像；
(40)管道状况对比分析：对辐射图像进行处理，并与信息库中管道相关数据进行对比，确定金属管道的深度、分布范围、管道的完整性，若管道出现破损、裂纹，自动报警。
优选地，所述(10)目标区域巡查步骤中，采用3mm波段辐射计采集目标区域上方沿途毫米波辐射数据。
所述(10)目标区域巡查步骤中，金属管道辐射数据为根据沿途毫米波辐射数据与先期建立的典型金属管道的毫米波辐射特性数据相比而得出的。
优选地，所述(40)管道状况对比分析步骤中，对辐射图像进行处理包括对辐射图像采用小波阈值法降噪、采用维纳滤波复原、采用图像插值重建。
如图2所示，本发明地下金属管道电磁波探测装置，包括信息采集端1和地面控制端2，其特征在于：
所述信息采集端1，用于采集沿途毫米波辐射数据，并将沿途辐射数据中的金属辐射数据及位置信息传输至地面控制端2；对目标管道进行二次检测，得到目标管道的辐射图像，并将辐射图像传输至地面控制端2；
所述地面控制端2，用于根据金属管道辐射数据及位置信息，与信息库进行对比后，确定目标管道位置，控制小车对目标管道进行二次检测；对辐射图像进行处理，确定金属管道的深度、分布范围、管道的完整性，当管道出现破损、裂纹时，自动触发报警；
所述信息采集端1与地面控制端2信号相连。
优选地，所述信息采集端1包括车载信息处理平台11、GPS模块12、毫米波辐射计13、行驶障碍预警模块14、小车平台行驶模块15、存储模块16、小车端无线传输模块17，所述车载信息处理平台11分别与GPS模块12、毫米波辐射计13、行驶障碍预警模块14、小车平台行驶模块15、存储模块16、小车端无线传输模块17；
所述车载信息处理平台11，用于将控制台指令发送到车载各模块及车载各模块信息的接受整理；
所述GPS模块12，用于获取金属管道的位置信息；
所述毫米波辐射计13，用于采集目标区域的毫米波辐射数据；采集目标管道的辐射图像；
所述行驶障碍预警模块14，用于判断小车行驶时周围有无障碍物或沟道，若有则发出预警信息以修改行驶路线，确保小车正常行驶；
所述小车平台行驶模块15，用于根据行驶指令，使小车平台沿设定路线行驶或沿目标管道行驶；
所述存储模块16，用于存储沿途毫米波辐射数据和辐射图像；
所述小车端无线传输模块17，用于与地面控制端2之间的远程通信，传输相关数据与行驶指令。
优选地，所述毫米波辐射计13为3mm波段辐射计。
地下掩埋金属管道成像与测试系统采用3mm波段辐射计系统，辐射计要求：其中3mm波段天线，波束宽度0.8°，天线口径300mm，圆极化，扫描范围180°×120°；采用W波段射频低噪放，频率范围90-100GHz，噪声系数8dB；低频放大器采用直流模式放大低频信号；定标装置采用高低温源把电压信号化为温度信号；利用锥扫方式进行扫描成像，其中每圈扫描成像时间小于1秒钟。
优选地，所述地面控制端2包括控制平台21、数据处理模块22、成像显示模块23、信息库24、报警模块25、控制端无线传输模块26，所述控制平台分别与数据处理模块22、成像显示模块23、信息库24、报警模块25、控制端无线传输模块26；
所述控制平台21，用于负责控制台各模块之间的数据传输；
所述数据处理模块22，用于根据金属管道辐射数据及位置信息并与数据库数据对比，判断目标管道位置；对辐射图像进行处理，并与信息库数据对比，确定确定金属管道的深度、分布范围、管道的完整性；
所述成像显示模块23，用于显示小车行驶轨迹、辐射图像处理结果；
所述信息库24，用于存储各类管道的出厂参数及历史数据；
所述报警模块25，用与发现管道存在破损、裂纹时发出报警信息；
所述控制端无线传输模块26，用于与信息采集端1远程通信，接受数据以及发出对小车的控制信息。
本发明装置的工作过程如下：
首先:在小车开始行驶前对辐射计进行高低温定标；
第二步:小车行进至工作区域，沿预定路线对工作区域进行初步探测，采集目标区域上方沿途毫米波数据；
第三步:随时将初步采集到的数据传输和GPS位置信息通过无线传输的方法传输到地面控制端；
第四步:地面控制端接收到初步采集到的埋藏管道GPS信息，结合信息库中管道的相关数据，确定目标金属管道的位置。
第五步：对确定位置的目标金属管道进行二次扫描，得到埋藏管道的辐射数据和辐射图像并传回地面控制端；
第六步：小车回到控制端，导出存储装置中的数据，结束工作；
最后:结合第二步和第五步中的数据及GPS位置信息，可以得出地下埋藏管道的深度、分布范围、完整性及成像结果，若管道出现破损、裂纹，自动报警，以达到精确探测及检查的目的。
本发明的效果是采用小车平台搭载毫米波辐射计的方法，可以随时随地对未知区域进的地下埋藏金属管道进行辐射，并且将辐射信息随时传送到控制端，控制端通过处理传输回的数据可以对埋藏金属管道进行精确的定位及成像，以防在工程建设过程中造成意外损失。为之后的地下埋藏金属物品提供科学依据和理论支撑。实现了对未知区域进行精准、全面、有效的探测，提高了探测精度，在工程建设过程中有极大的意义和经济价值。

Claims (8)

1.一种地下金属管道探测方法，其特征在于，包括如下步骤：
(10)目标区域巡查：采集目标区域上方沿途毫米波数据，所述沿途毫米波数据中包括金属辐射数据及相关位置信息；
(20)目标管道定位：根据金属辐射数据及位置信息，结合信息库中管道相关数据，确定目标金属管道位置；
(30)目标管道二次检测：对确定位置的目标金属管道进行二次扫描，得到管道的辐射图像；
(40)管道状况对比分析：对辐射图像进行处理，并与信息库中管道相关数据进行对比，确定金属管道的深度、分布范围、管道的完整性，若管道出现破损、裂纹，自动报警。
2.根据权利要求1所述的金属管道监测方法，其特征在于：
所述(10)目标区域巡查步骤中，采用3mm波段辐射计采集目标区域上方沿途毫米波辐射数据。
3.根据权利要求1所述的金属管道监测方法，其特征在于：
所述(10)目标区域巡查步骤中，金属辐射数据为根据沿途毫米波辐射数据与先期建立的典型金属管道毫米波辐射特性数据相比而得。
4.根据权利要求1所述的金属管道监测方法，其特征在于：
所述(40)管道状况对比分析步骤中，对辐射图像进行处理包括对辐射图像采用小波阈值法降噪、采用维纳滤波复原、采用图像插值重建。
5.一种地下金属管道监测装置，包括：
信息采集端(1)，用于采集沿途毫米波辐射数据，并将沿途毫米波辐射数据中的金属辐射数据及位置信息传输至地面控制端(2)；对目标管道进行二次检测，得到目标管道的辐射图像，并将辐射图像传输至地面控制端(2)；
地面控制端(2)，用于根据金属管道辐射数据及位置信息，与信息库进行对比后，确定目标管道位置，控制小车对目标管道进行二次检测；对辐射图像进行处理，确定金属管道的深度、分布范围、管道的完整性，当管道出现破损、裂纹时，自动触发报警；
所述信息采集端(1)与地面控制端(2)信号相连。
6.根据权利要求5所述的金属管道监测装置，其特征在于：
所述信息采集端(1)包括车载信息处理平台(11)、GPS模块(12)、毫米波辐射计(13)、行驶障碍预警模块(14)、小车平台行驶模块(15)、存储模块(16)、小车端无线传输模块(17)；
所述车载信息处理平台(11)分别与GPS模块(12)、毫米波辐射计(13)、行驶障碍预警模块(14)、小车平台行驶模块(15)、存储模块(16)、小车端无线传输模块(17)信号相连；
所述车载信息处理平台(11)，用于将控制台指令发送到车载各模块及车载各模块信息的接受整理；
所述GPS模块(12)，用于获取金属管道的位置信息；
所述毫米波辐射计(13)，用于采集目标区域的毫米波辐射数据；采集目标管道的辐射图像；
所述行驶障碍预警模块(14)，用于判断小车行驶时周围有无障碍物或沟道，若有则发出预警信息以修改行驶路线，确保小车正常行驶；
所述小车平台行驶模块(15)，用于根据行驶指令，使小车平台沿设定路线行驶或沿目标管道行驶；
所述存储模块(16)，用于存储沿途毫米波辐射数据和辐射图像；
所述小车端无线传输模块(17)，用于与地面控制端(2)之间的远程通信，传输相关数据与行驶指令。
7.根据权利要求6所述的金属管道检测装置，其特征在于：所述毫米波辐射计(13)为3mm波段辐射计。
8.根据权利要求6所述的金属管道检测装置，其特征在于：
所述地面控制端(2)包括控制平台(21)、数据处理模块(22)、成像显示模块(23)、信息库(24)、报警模块(25)、控制端无线传输模块(26)；
所述控制平台(21)分别与数据处理模块(22)、成像显示模块(23)、信息库(24)、报警模块(25)、控制端无线传输模块(26)信号相连；
所述控制平台(21)，用于控制各模块之间的数据传输；
所述数据处理模块(22)，用于根据金属管道辐射数据及位置信息并与数据库数据对比，判断目标管道位置；对辐射图像进行处理，并与信息库数据对比，确定金属管道的深度、分布范围、管道的完整性；
所述成像显示模块(23)，用于显示小车行驶轨迹、辐射图像处理结果；
所述信息库(24)，用于存储各类管道的出厂参数及历史数据；
所述报警模块(25)，用与发现管道存在破损、裂纹时发出报警信息；
所述控制端无线传输模块(26)，用于与信息采集端(1)远程通信，接受数据以及发出对小车的控制信息。
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