CN112630764A - 桩底岩溶探测方法、装置及系统、电子设备及存储介质 - Google Patents

桩底岩溶探测方法、装置及系统、电子设备及存储介质 Download PDF

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Abstract

本申请实施例公开了一种桩底岩溶探测方法、装置及系统、电子设备及存储介质。所述桩底岩溶探测方法可包括：获取相控阵列中第一方向的接收单元接收到的探测信号；获取所述相控阵列中第二方向的接收单元接收到的探测信号；所述第二方向与所述第一方向垂直；获取所述探测信号从发射单元到桩底并从所述桩底传输到对应的接收单元的传播时长；根据所述探测信号到达所述接收单元的幅值和所述传播时长，确定所述桩底岩溶的探测结果。如此，基于高覆盖的探测数据采集，实现对桩底岩溶情况的精准探测。

Description

桩底岩溶探测方法、装置及系统、电子设备及存储介质
技术领域
本发明涉及岩土工程勘察领域，尤其涉及一种桩底岩溶探测方法、装置及系统、电子设备及存储介质。
背景技术
桩底岩溶探测目标主要是隐伏在基岩中的岩溶，其大小、空间发育范围极其复杂，从平面分布上讲，对其空间范围难以以点代面来探明，很有可能造成实际施工过程中出现桩基半边嵌岩等不利情况。现有桩底岩溶探测方法主要有超前钻探法、管波探测法、跨孔弹性波法。单一的超前钻孔容易漏判岩溶，而增加钻孔又大大的影响工期。管波探测法可探测钻孔半径1m内岩体中的岩溶垂向分布范围，具有较高的垂向精度，但是探测结果没有指向性，无法指示孔周岩溶、破碎异常空间分布。跨孔弹性波法是通过观测地震波穿越地质体时走时、能量(幅值)和波形等的变化，通过层析成像重建地质体内部结构，具有较高的探测精度。但是对于岩溶地区，孔中井液泄漏时检波器无法有效耦合导致无法实施。施工阶段勘察方法主要有地质雷达法与声波反射法。地质雷达法通过在桩底布置环形或十字剖面，进行地质雷达数据采集，但是受场地探测面积和深度限制，仅适用于人工挖孔桩探测。声波反射法通过在桩底布置换能器，利用泥浆耦合激发和接收超声波用于探测桩底岩溶发育情况，该方法采集数据有限，且偏移距固定，无法采集到多角度多偏移距的高密度反射波数据。
发明内容
有鉴于此，本发明实施例提供一种桩底岩溶探测方法、装置及系统、电子设备及存储介质。
本发明的技术方案是这样实现的：
第一方面，本发明实施例提供一种桩底岩溶探测方法，包括：
获取相控阵列中第一方向的接收单元接收到的探测信号；
获取相控阵列中第二方向的接收单元接收到的探测信号；第二方向与第一方向垂直；
获取探测信号从发射单元到桩底并从桩底传输到对应的接收单元的传播时长；
根据探测信号到达接收单元的幅值和所述传播时长，确定桩底岩溶的探测结果。
进一步地，获取相控阵列中第一方向的接收单元接收到的探测信号之前，所述方法还包括：
向相控阵列发送第一发射指令；第一发射指令用于指示发射单元依次发射多个测试信号；多个测试信号的发射速度按预设阈值依次递增；
对每次发射测试信号后各接收单元接收的信号进行叠加；
根据叠加后的信号幅值中的最大值，确定对应的发射速度为传播速度；所述传播速度，用于获取传播时长。
进一步地，所述方法还包括：
向相控阵列发送第二发射指令；第二发射指令，用于指示多个发射单元依次发射供接收单元接收的探测信号，其中，第n个发射单元发射探测信号的预设时间间隔后，第n+1个发射单元发射探测信号。
进一步地，所述方法还包括：
将接收单元获取到的接收信号，与探测信号的信号序列进行相关，从接收信号中获取接收单元接收到的探测信号。
进一步地，获取探测信号从发射单元到桩底并从桩底传输到对应的接收单元的传播时长，包括：
获取探测信号从发射单元到桩底以及从桩底到对应的接收单元的传播距离；
根据传播速度和传播距离，获取探测信号从发射单元到桩底并从桩底传输到对应的接收单元的传播时长。
进一步地，所述方法还包括：
根据传播速度，确定发射单元对应的每个接收单元接收到直达信号的时间；直达信号为：探测信号中从发射单元未经过桩底直接发射到接收单元的信号；
根据接收到直达信号的传播时长或到达接收单元的到达时刻，在相关信号序列中滤除直达信号。
进一步地，根据探测信号到达接收单元的幅值和传播时长，确定桩底岩溶的探测结果，包括：
根据滤除直达信号后探测信号到达接收单元的幅值和传播时长，确定桩底岩溶的探测结果。
第二方面，本发明实施例提供一种桩底岩溶探测装置，包括：
获取模块，用于获取相控阵列中第一方向的接收单元接收到的探测信号；获取相控阵列中第二方向的接收单元接收到的探测信号；第二方向与第一方向垂直；获取探测信号从发射单元到桩底并从桩底传输到对应的接收单元的传播时长；
确定模块，用于根据探测信号到达接收单元的幅值和传播时长，确定桩底岩溶的探测结果。
进一步地，所述装置还包括：
发送模块，用于向相控阵列发送第一发射指令；第一发射指令用于指示发射单元依次发射多个测试信号；多个测试信号的发射速度按预设阈值依次递增；
叠加模块，用于对每次发射测试信号后各接收单元接收的信号进行叠加；
所述确定模块，还用于：
根据叠加后的信号幅值中的最大值，确定对应的发射速度为传播速度；传播速度，用于获取传播时长。
进一步地，所述发送模块，还用于：
向相控阵列发送第二发射指令；第二发射指令，用于指示多个发射单元依次发射供接收单元接收的探测信号，其中，第n个发射单元发射探测信号的预设时间间隔后，第n+1个发射单元发射探测信号。
进一步地，所述装置还包括：
相关模块，用于将接收单元获取到的接收信号，与探测信号的信号序列进行相关，从接收信号中获取接收单元接收到的探测信号。
进一步地，所述获取模块，具体用于：
获取探测信号从发射单元到桩底以及从桩底到对应的接收单元的传播距离；
根据传播速度和传播距离，获取探测信号从发射单元到桩底并从桩底传输到对应的接收单元的传播时长。
进一步地，所述确定模块，还用于：
根据传播速度，确定发射单元对应的每个接收单元接收到直达信号的时间；直达信号为：探测信号中从发射单元未经过桩底直接发射到接收单元的信号；
所述装置还包括：
滤除模块，用于根据接收到直达信号的传播时长或到达接收单元的到达时刻，在相关信号序列中滤除直达信号。
进一步地，所述确定模块，具体用于：
根据滤除直达信号后探测信号到达接收单元的幅值和传播时长，确定桩底岩溶的探测结果。
第三方面，本发明实施例提供一种桩底岩溶探测系统，包括：
相控阵列，包括：多个传感器；多个传感器分别在第一方向上和第二方向上排列分布；第二方向垂直于第一方向；
控制器，与相控阵列的每一个传感器均建立有无线连接，用于获取相控阵列中第一方向的接收单元接收到的探测信号；获取相控阵列中第二方向的接收单元接收到的探测信号；获取探测信号从发射单元到桩底并从桩底传输到对应的接收单元的传播时长；根据探测信号到达接收单元的幅值和传播时长，确定桩底岩溶的探测结果。
进一步地，所述相控阵列包括：
发射阵列，包括：多个发射传感器；
接收阵列，包括：多个接收传感器；其中，一个发射传感器和一个接收传感器集成设置。
进一步地，所述相控阵列包括：具有探测信号发射和接收功能的传感器。
进一步地，所述传感器包括：超声波传感器，用于发射和接收作为探测信号的超声波信号。
进一步地，所述相控阵列，至少包括：矩形阵列；或圆形阵列。
第四方面，本发明实施例提供一种电子设备，所述电子设备包括：处理器和用于存储能够在处理器上运行的计算机程序的存储器；
处理器运行所述计算机程序时，执行前述一个或多个技术方案所述方法的步骤。
第五方面，本发明实施例提供一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质存储有计算机可执行指令；计算机可执行指令被处理器执行后，能够实现前述一个或多个技术方案所述方法。
本发明提供的桩底岩溶探测方法，获取相控阵列中第一方向的接收单元接收到的探测信号；获取所述相控阵列中第二方向的接收单元接收到的探测信号；所述第二方向与所述第一方向垂直；获取所述探测信号从发射单元到桩底并从所述桩底传输到对应的接收单元的传播时长；根据所述探测信号到达所述接收单元的幅值和所述传播时长，确定所述桩底岩溶的探测结果。如此，基于两个方向的相控阵列接收单元获取的探测信号，可以提升对桩底岩溶的探测覆盖程度，大大拓展了桩底径向探测范围，使探测结果可以体现桩底更大范围的岩溶发育情况，提高桩基安全性。亦可提高反射信号的密度，在覆盖范围提升的基础上，得到更好的覆盖效果，对桩底岩溶环境的探测更加细致精确。根据探测信号的传播时长，可以在接收单元接收到的探测信号中，准确确定与每个发射单元对应的探测信号的幅值，进而针对桩底得到的探测结果，可以更精确地表征桩底岩溶情况。
附图说明
图1为本发明实施例提供的一种桩底岩溶探测方法的流程示意图；
图2为本发明实施例提供的一种桩底岩溶探测方法的流程示意图；
图3为本发明实施例提供的一种桩底岩溶探测方法的流程示意图；
图4为本发明实施例提供的一种桩底岩溶探测方法的流程示意图；
图5为本发明实施例提供的一种桩底岩溶探测方法的流程示意图；
图6为本发明实施例提供的一种桩底岩溶探测方法的流程示意图；
图7为本发明实施例提供的一种桩底岩溶探测方法的流程示意图；
图8为本发明实施例提供的一种桩底岩溶探测装置的结构示意图；
图9为本发明实施例提供的一种桩底岩溶探测系统的结构示意图；
图10为本发明实施例提供的一种桩底岩溶探测方法的流程示意图；
图11为本发明实施例提供的一种桩底岩溶探测方法的数据采集示意图；
图12为本发明实施例提供的一种桩底岩溶探测方法的信号相关波形示意图；
图13为本发明实施例提供的一种桩底岩溶探测方法的模拟波场示意图；
图14为本发明实施例提供的一种桩底岩溶探测方法的三维图像示意图。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明作进一步地详细描述，所描述的实施例不应视为对本发明的限制，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。
在以下的描述中，涉及到“一些实施例”，其描述了所有可能实施例的子集，但是可以理解，“一些实施例”可以是所有可能实施例的相同子集或不同子集，并且可以在不冲突的情况下相互结合。
在以下的描述中，所涉及的术语“第一\第二\第三”仅仅是是区别类似的对象，不代表针对对象的特定排序，可以理解地，“第一\第二\第三”在允许的情况下可以互换特定的顺序或先后次序，以使这里描述的本发明实施例能够以除了在这里图示或描述的以外的顺序实施。
除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本发明的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中所使用的术语只是为了描述本发明实施例的目的，不是旨在限制本发明。
如图1所示，本发明实施例提供一种桩底岩溶探测方法，所述方法包括：
S110：获取相控阵列中第一方向的接收单元接收到的探测信号；
S120：获取所述相控阵列中第二方向的接收单元接收到的探测信号；所述第二方向与所述第一方向垂直；
S130：获取所述探测信号从发射单元到桩底并从所述桩底传输到对应的接收单元的传播时长；
S140：根据所述探测信号到达所述接收单元的幅值和所述传播时长，确定所述桩底岩溶的探测结果。
这里，相控阵列包括多个超声波传感器，每个超声波传感器既可用于发射超声波信号，又可用于接收超声波信号。其中，超声波信号由传感器激发和接收，作为桩底岩溶探测的探测信号。可选地，多个超声波传感器可以为等间距排列，以一维线性的排列方式组成相控阵列，也可以以二维矩形、二维圆形等方式组成相控阵列。预设编码信号为预先设定的探测信号，信号的编码方式可以是伪随机编码信号，也可以是频率逐渐增大或减小的扫频信号等。
在本发明实施例中，将相控阵列布置在需要进行岩溶探测的桩底平面上，阵列排列方式可以根据桩底横截面形状选择，以覆盖桩底较大的探测范围。例如当桩底横截面为矩形，可选择一维线性或二维矩形的相控阵列。依次沿相控阵列所在平面的两个互相垂直的方向，获取所有用于接收声波信号的传感器，即接收单元接收到的探测信号。发射单元发射探测信号后，阵列中所有其他传感器都作为该发射单元对应的接收单元，接收由该发射单元发射后在经过桩底泥浆传播，以及桩底基岩反射后的探测信号。
在一个实施例中，桩底布置一个二维矩形的相控阵列，基于相控阵列中各单元的位置关系，建立三维坐标系。从二维矩形阵列的一个角出发，沿X轴方向按各单元坐标的顺序依次采集每个接收单元接收到的探测信号。采集完成后，再沿Y轴方向重复采集过程。在三维坐标系中，对于由一个发射单元与一个接收单元组成的收发对，获取探测信号在由发射单元发射之后经过桩底反射传播，由接收单元接收所经历的时长。进而由采集到的每个接收单元的探测信号的幅值，结合传播时长，可以确定探测信号反射传播后到达接收单元时的幅值，并可利用信号幅值确定得到桩底岩溶的探测结果。
在另一个实施例中，基于三维坐标系，在相控阵列下方的桩底区域，设置多个成像点，用于根据探测结果在每个成像点确定成像值，进而根据多个成像点的成像值，得到桩底岩溶的探测结果，并根据探测结果为多个成像点所处的区域建立三维图像模型。对于每一个成像点，都获取每一个收发对的探测信号传播时间，包括分别获取发射单元到成像点的传播时长Ts，以及成像点到接收单元的传播时长Tg。将每一收发对的接收单元接收到的探测信号，从发射单元发射探测信号的时刻计始，确定Ts+Tg时刻对应的信号幅值，并将幅值赋值给成像点的成像值。将所有收发对的探测信号在该成像点对应的成像值累加，得到该成像点的累计成像值。根据所有成像点的累计成像值，可以得到桩底岩溶的探测结果，进而基于三维图像模型生成算法，生成对应的桩底图像模型。
如此，沿相控阵列平面的X、Y轴两个方向进行信号采集，获取到面向桩底区域不同角度的信号反射数据，大大拓展了桩底探测范围。且对于二维阵列，不需要改变装置位置，沿两个方向重复采集即可获取高覆盖率的探测数据，检测速度更快，提高了数据采集效率。基于阵列排列的多个超声波传感器，可以通过高密度反射数据的覆盖，对桩底岩溶进行高精度三维成像。根据收发单元与桩底的相对位置关系，确定探测信号的传播时间，在每个接收单元会接收到多个发射单元的反射信号情况下，可以准确确定每个收发对对应的探测信号的幅值，得到可以更精确表征桩底岩溶情况的探测结果，进而可供在桩底准确生成三维图像模型。
在一些实施例中，如图2所示，所述S110之前，还包括：
S101：向所述相控阵列发送第一发射指令；所述第一发射指令用于指示发射单元依次发射多个测试信号；所述多个测试信号的发射速度按预设阈值依次递增；
S102：对每次发射测试信号后各接收单元接收的信号进行叠加；
S103：根据叠加后的信号幅值中的最大值，确定对应的发射速度为传播速度；所述传播速度，用于获取所述传播时长。
在本发明实施例中，发送第一发射指令，指示发射单元发射测试信号，其余所有接收单元接收测试信号，通过速度扫描的方式，确定信号在桩底的传播速度。优选地，第一发射指令指示相控阵列一端的一个超声波传感器发射测试信号。例如，对于一维线性相控阵列，指示位于一个端点的传感器进行发射；对于二维矩形相控阵列，可以指示位于矩形阵列四个角中任一个角的顶点的传感器进行发射。
在一个实施例中，预设初始速度V0，指示阵列一端的发射单元以速度V0发射测试信号，并获取发射单元到各接收单元的直线距离Li，i＝1,2,3…，计算接收单元的接收时间ti＝Li/V0。进而获取每个接收单元在对应的ti时刻接收到的信号幅值，并叠加得到V0速度下对应的幅值和A0。根据预设速度增量dv，指示同一发射单元再次以速度V1＝V0+dv发射第二个测试信号，按照上述同样的方法，得到V1速度下对应的幅值和A1。依此类推，Vn＝V0+n*dv，获取V0,V1…Vn速度下对应的A0，A1…An，直至Vn达到预设速度最大值。确定A0，A1…An中的最大值Am，则Am对应的发射速度Vm为信号在桩底的传播速度。
如此，由于桩底环境复杂且差异性较大，声波在不同密度的泥浆中传播以及经过不同材质的基岩反射，实际的传播速度各不相同。通过测试信号的速度扫描方式，利用岩溶探测的传感器阵列，基于接收信号的幅值即可确定信号在桩底传播的速度，而不必通过另外的速度检测装置来获取传播速度。既可节省资源，减少额外的设备使用，又可快速获取传播速度，提高探测效率。
在一些实施例中，如图3所示，所述方法还包括：
S104：向所述相控阵列发送第二发射指令；所述第二发射指令，用于指示多个发射单元依次发射供所述接收单元接收的探测信号，其中，第n个发射单元发射所述探测信号的预设时间间隔后，第n+1个发射单元发射所述探测信号。
在本发明实施例中，发送第二发射指令，指示阵列中的用于发射声波信号的传感器，即发射单元发射探测信号，经过桩底传播后供接收单元进行接收。可选地，第二发射指令可以指示一个传感器单元进行发射，也可以指示多个或者全部传感器单元进行发射。第n个发射单元与第n+1个发射单元发射所述探测信号的时间间隔为预设值，其中n为大于0的正整数，预设时间间隔由相控阵列中各发射单元的相位角度确定。多个发射单元按排列顺序依次发射信号，例如一维阵列中的发射单元，可以按从左到右的顺序依次发射。二维矩形阵列中的发射单元，可以先沿X轴方向，从左到右依次发射，在接收单元的接收信号采集完成后，再沿Y轴方向，从下到上依次发射。
可选地，第二发射指令可携带预设编码信号，作为发射单元发射的探测信号。例如，预设编码信号可以为伪随机编码信号，或者频率逐渐增大或逐渐减小的扫频信号。发射单元接收到第二发射指令后，发射预设编码信号进行探测。如此，对发射信号进行震源编码设计，使发射信号具有更适合进行桩底探测的特性，通过特定编码方式增加信号发射能量，提高数据采集的抗干扰能力，使得到的数据具有更高信噪比，进而可以有效拓展探测深度。
在一个实施例中，发送第二发射指令至二维矩形相控阵列，阵列中等间距排列的各单元间距为dx。设置阵列中的传感器单元沿X轴方向，从左到右的各单元相位角度依次为-Maxθ～Maxθ，按角度间隔dθ递增。由速度扫描确定的传播速度为V，则预设时间间隔为
Figure BDA0002807702950000101
第二发射指令指示X轴方向的发射单元按从左到右的顺序，根据预设时间间隔dt依次发射预设编码信号。采集所有接收单元接收到的探测信号，采集完成后，指示Y轴方向的发射单元按从下到上的顺序，再次进行发射和采集过程。
在另一个实施例中，发送第二发射指令至一维线性相控阵列，阵列中等间距排列的各单元间距为dx。从左到右各单元的相位角度依次为-Maxθ～Maxθ，按角度间隔dθ递增。由速度扫描确定的传播速度为V，则预设时间间隔为
Figure BDA0002807702950000102
第二发射指令指示发射单元从左到右按dt间隔依次发射信号，采集所有单元接收到的探测信号。采集完成后，将整个一维线性阵列在桩底平面上按顺时针或逆时针方向旋转角度φ，重复发射与采集过程。继续旋转角度φ，直至阵列旋转达到180°。
如此，通过对阵列中发射单元激发时延的控制，使得相控阵列可以通过多点激发的采集方式，得到信号强度更高、可靠性更强的合成声束，最终得到的探测数据具有更高的信噪比。且多发多收的采集模式，可以实现高密度的信号探测，使探测数据对桩底区域的覆盖更加全面细致。另外基于时间间隔控制发射声波的合成，可以自由调整各单元的激发时间间隔，进而可实现对合成声束主瓣指向的调整，即可按需对不同角度的桩底区域进行精准探测。
在一些实施例中，如图4所示，所述方法还包括：
S121：将所述接收单元获取到的接收信号，与所述探测信号的信号序列进行相关，从所述接收信号中获取所述接收单元接收到的所述探测信号。
在本发明实施例中，对每个接收单元接收到的信号序列，与发射的探测信号序列进行相关，可以获取到原始探测信号，进而得到更加贴近于发射信号的炮集记录。炮集记录用于记录每一个炮点(声波发射点)对应的多条地震道的检波数据，在本发明实施例中，即用于记录每个发射单元对应的多个接收单元接收到的信号。这里，既可以对接收单元获取到的信号与探测信号的信号序列做时域相关处理，也可以做频域相关处理。
如此，通过与原始探测信号的相关，可以降低在传播途径中混合的噪声信号对探测信号的影响，在接收单元获取的接收信号中得到探测信号序列，信号特性更加贴近于原始探测信号，从而实现探测结果精准度的提升。
在一些实施例中，如图5所示，所述S130，包括：
S131：获取所述探测信号从发射单元到桩底以及从所述桩底到对应的接收单元的传播距离；
S132：根据所述传播速度和所述传播距离，获取所述探测信号从所述发射单元到桩底并从所述桩底传输到对应的接收单元的传播时长。
在本发明实施例中，根据发射单元到桩底待测区域，和从桩底到对应的接收单元的传播距离，以及通过速度扫描方法确定的桩底信号传播速度，可确定探测信号从发射单元经过桩底到接收单元的传播时长。
在一个实施例中，在基于桩底相控阵列各传感器位置建立的三维坐标系中，在桩底区域设置多个成像点，则根据坐标系中每一个收发对的发射单元与接收单元的坐标，以及成像点的坐标，可计算得到发射单元到桩底成像点的传播距离，和桩底成像点到对应的接收单元的传播距离。进而根据传播距离与已确定的传播速度，即可确定探测信号从所述发射单元到桩底并从所述桩底传输到对应的接收单元的传播时间。
在另一个实施例中，获取成像点到每个发射单元Si的距离Ri，i＝1,2.3…，则发射单元到成像点的传播时间
Figure BDA0002807702950000121
其中dti为根据
Figure BDA0002807702950000122
得到的第i个发射单元的预设时间间隔。对一个成像点计算得到的
Figure BDA0002807702950000123
中，取最小值Ts。对于成像点到接收单元的传播时间Tg，计算成像点到接收单元的距离Rg，得到Tg＝Rg/V。
如此，基于坐标系确定成像点分别与发射单元和接收单元之间的传播距离，可减少人工在桩底进行距离测量的麻烦，提高探测效率。进而根据传播距离和传播速度，即可确定探测信号从发射单元经过桩底成像点到接收单元的传播时长，准确得到每个成像点与每个接收单元对应的信号接收时刻，以供获取该成像点对应的探测信号幅值。
在一些实施例中，如图6所示，所述方法还包括：
S133：根据所述传播速度，确定所述发射单元对应的每个所述接收单元接收到直达信号的时间；所述直达信号为：所述探测信号中从发射单元未经过所述桩底直接发射到所述接收单元的信号；
S134：根据所述接收到直达信号的传播时长或到达所述接收单元的到达时刻，在所述相关信号序列中滤除所述直达信号。
在本发明实施例中，由于信号由发射单元发出之后，会经过桩底泥浆传播至基岩形成反射，再由泥浆传播至接收单元，也会直接传播至接收单元。而用于探测桩底岩溶的是经过反射的信号，因此需要将未经反射直接由接收单元接收的直达波切除。通过已确定的信号传播速度，和发射单元与接收单元之间的直线距离，即可确定由发射单元发射的声波信号直达接收单元的传播时长，亦可确定直达信号到达接收单元的时刻。进而可以根据发射单元所发射的探测信号的相位和信号长度等信息，确定接收单元在对应的直达信号接收时刻所记录的信号，并将其滤除。
如此，通过直达信号的传播时长，或者接收单元对直达信号的接收时刻确定直达信号，可以准确定位接收单元的信号记录中对应的直达信号。对于接收单元接收到的探测信号，进行直达波信号的滤除，使用于生成探测结果的探测信号更加精确，降低无法表征桩底岩溶发育情况的无效信号的干扰，提高探测数据的精度。
在一些实施例中，如图7所示，所述S140，包括：
S141：根据滤除所述直达信号后所述探测信号到达所述接收单元的幅值和所述传播时长，确定所述桩底岩溶的探测结果。
在本发明实施例中，对于每一个成像点，分别获取发射单元到成像点的传播时长Ts，以及成像点到接收单元的传播时长Tg，得到探测信号经过该成像点的传播时长Ts+Tg。每一收发对的接收单元接收到的探测信号，进行与预设编码信号的相关以及滤除直达信号之后，将发射单元发射探测信号的时刻作为起始时刻，将最终得到的信号在Ts+Tg时刻的信号幅值，赋值给成像点的成像值。并将所有收发对的探测信号在该成像点对应的成像值累加，得到该成像点的累计成像值。根据所有成像点的累计成像值，可以得到桩底岩溶的探测结果。基于三维图像模型生成算法，可以生成对应的桩底三维图像模型。可选地，还可以利用固定在相控阵列上的电子罗盘确定阵列的初始方向α，将得到的三维图像模型旋转α角度，将最终三维图像模型校正到正北(或正东)方向。
如此，对接收单元接收到的信号，进行与发射信号的相关，得到更贴近于发射信号的相关信号序列，降低信号传播过程中夹杂在探测信号里的噪声信号的干扰。进而对接收单元的直达信号进行滤除，进一步减少无法表征桩底岩溶信息的无效探测信号，提高探测信号的性能。基于经过上述优化处理的信号和传播时长的确定，可以得到更加精准的探测结果，基于探测结果得到的桩底区域的三维图像模型，可以更加真实地还原桩底岩溶的发育情况，大大提高探测精度。
如图8所示，本发明实施例提供了一种桩底岩溶探测装置，所述装置包括：
获取模块110，用于获取相控阵列中第一方向的接收单元接收到的探测信号；获取所述相控阵列中第二方向的接收单元接收到的探测信号；所述第二方向与所述第一方向垂直；获取所述探测信号从发射单元到桩底并从所述桩底传输到对应的接收单元的传播时长；
确定模块120，用于根据所述探测信号到达所述接收单元的幅值和所述传播时长，确定所述桩底岩溶的探测结果。
在一些实施例中，所述装置还包括：
发送模块130，用于向所述相控阵列发送第一发射指令；所述第一发射指令用于指示发射单元依次发射多个测试信号；所述多个测试信号的发射速度按预设阈值依次递增；
叠加模块140，用于对每次发射测试信号后各接收单元接收的信号进行叠加；
所述确定模块120，还用于：
根据叠加后的信号幅值中的最大值，确定对应的发射速度为传播速度；所述传播速度，用于获取所述传播时长。
在一些实施例中，所述发送模块130，还用于：
向所述相控阵列发送第二发射指令；所述第二发射指令，用于指示多个发射单元依次发射供所述接收单元接收的探测信号，其中，第n个发射单元发射所述探测信号的预设时间间隔后，第n+1个发射单元发射所述探测信号。
在一些实施例中，所述装置还包括：
相关模块150，用于将所述接收单元获取到的接收信号，与所述探测信号的信号序列进行相关，从所述接收信号中获取所述接收单元接收到的所述探测信号。
在一些实施例中，所述获取模块110，具体用于：
获取所述探测信号从发射单元到桩底以及从所述桩底到对应的接收单元的传播距离；
根据所述传播速度和所述传播距离，获取所述探测信号从所述发射单元到桩底并从所述桩底传输到对应的接收单元的传播时长。
在一些实施例中，所述确定模块120，还用于：
根据所述传播速度，确定所述发射单元对应的每个所述接收单元接收到直达信号的时间；所述直达信号为：所述探测信号中从发射单元未经过所述桩底直接发射到所述接收单元的信号；
所述装置还包括：
滤除模块160，用于根据所述接收到直达信号的传播时长或到达所述接收单元的到达时刻，在所述相关信号序列中滤除所述直达信号。
在一些实施例中，所述确定模块120，具体用于：
根据滤除所述直达信号后所述探测信号到达所述接收单元的幅值和所述传播时长，确定所述桩底岩溶的探测结果。
如图9所示，本发明实施例提供了一种桩底岩溶探测系统，所述系统包括：
相控阵列210，包括：多个传感器；多个所述传感器分别在第一方向上和第二方向上排列分布；所述第二方向垂直于所述第一方向；
控制器220，与所述相控阵列的每一个所述传感器均建立有无线连接，用于获取相控阵列中第一方向的接收单元接收到的探测信号；获取所述相控阵列中第二方向的接收单元接收到的探测信号；获取所述探测信号从发射单元到桩底并从所述桩底传输到对应的接收单元的传播时长；根据所述探测信号到达所述接收单元的幅值和所述传播时长，确定所述桩底岩溶的探测结果。
在一些实施例中，所述相控阵列210包括：
发射阵列，包括：多个发射传感器；
接收阵列，包括：多个接收传感器；
其中，一个所述发射传感器和一个所述接收传感器集成设置。
在一些实施例中，所述相控阵列210包括：具有探测信号发射和接收功能的传感器。
在一些实施例中，所述传感器包括：
超声波传感器，用于发射和接收作为探测信号的超声波信号。
在一些实施例中，所述相控阵列210，至少包括：
矩形阵列；
或圆形阵列。
以下结合上述任一实施例提供一个具体示例：
如图9所示：
1)测点布置：在桩底布置呈一维线性、二维圆形或二维矩阵阵列等间距排列的多个声波发射与激发传感器。
2)速度测试：对阵列一端激发，其余点接收的记录，通过速度扫描的方式自动计算基岩中的声波速度V。
3)数据采集：如图10所示，传感器阵列单元按一定时间延迟激发声波，所有单元同时接收声波信号。将预先设计好的编码信号作为发射单元的激励信号，传感器阵列单元按一发多收或多发多收的方式进行数据采集。
4)数据预处理：计算每个排列各收发传感器坐标，建立观测系统，对采集到的数据去噪。如图11所示，对各单元采集到的信号使用发射信号进行相关，得到类似脉冲激励的炮集记录。
5)直达波切除：根据2)中计算得到的声波速度V，计算每道记录的直达波到时，给定窗口长度，切除泥浆中传播的直达声波信号。
6)波形成像：如图12和图13所示，对5)中保留下来的波形信号归位到桩底成像点上并叠加的方法进行三维成像。
7)方向校正：确定装置的方向，对步骤6)中得到的结果进行方向校正。
上述技术方案中，所述步骤1)中，检波器间隔为dx，检波器个数为m×n(m、n>2)，每个传感器具有激发和接收声波的功能。
上述技术方案中，所述步骤2)中，声波由激发点向各接收点传播过程中，声波传播路径为：传感器—泥浆—基岩—泥浆—传感器。由一端激发声波，其余各单元接收信号。给定速度V0，分别计算从激发点到各接收单元的距离L，以及传播时间t＝L/V0，将各单位记录中不同t时刻的记录叠加得到幅值A0。按速度增量dv，计算Vi＝V0+dv，得到对应的幅值Ai。计算得到Ai值最大时对应的Vi即为基岩中的传播速度V。
上述技术方案中，所述步骤3)中，信号的编码方式可以是扫频信号(即频率由小到大逐渐增大的信号)或伪随机编码信号。对一维或二维的装置方式，采用一点激发多点接收的方式或多点(全部)激发多点(全部)接收的方式(一维线性装置采集完数据之后将装置进行旋转)，采集到对桩底均匀覆盖的数据记录。控制相控阵的角度的时间延迟dt＝sinθ*dx/V,θ为相位角度。一维阵列相控阵采集方式为：按排列从左到右相位角为-Maxθ～Maxθ，按角度间隔dθ增加，按时延公式计算激发延迟时间，所有单元接收信号，一个排列数据采集完成后，将排列按一定方向旋转一定角度φ，重复上述采集过程，直到排列旋转达到180°。二维阵列相控阵采集方式为：数据采集沿X方向，按阵列从左到右相位角为-Maxθ～Maxθ，按角度间隔dθ增加，按时延公式计算激发延迟时间，所有单元接收信号，完成采集后，再沿Y反向重复上述采集过程。
上述技术方案中，所述步骤4)中，利用激发信号序列与采集到的数据进行相关，得到随时间变化的相关系数序列，可以在时间域实现也可在频率域实现。
上述技术方案中，所述步骤5)中，给定的切除窗口长度WL通常为固定值，有仪器激发传感器发射的信号长度，可由原始接收信号拾取直达波子波宽度得到。
上述技术方案中，所述步骤6)中，根据步骤3)中建立的观测系统，对每一个传感器收发阵列，计算发射传感器S到成像点M以及成像点M到接收传感器G的距离，按步骤4)中得到的速度V，计算相应的传播时间Ts、Tg。
更进一步地，步骤6)中计算传播时间Ts的方法为：对每个成像点M，计算M到每个发生传感器Si的距离Ri，则Tsi＝Ri/V+dti，其中dti为根据步骤3)中计算的第i个发生传感器的延迟时间。对成像点M计算到发射阵列S的时间Tsi中，取最小值即为改点Ts。Tg的计算则相对简单，只需计算成像点M到接收传感器G的距离Rg，得Tg＝Rg/V。
更进一步地，对各传感器接收到的信号序列Sig，将Ts+Tg时刻的信号幅值赋给成像点M。重复上述过程，将所有的发射/接收对的信号计算在成像点M处的成像值累计求和。计算所有成像点M的成像值即得到该观测系统下三维成像模型。
上述技术方案中，所述步骤7)中，利用固定在装置上的陀螺仪确定装置初始方向α，对步骤6)中得到的三维成像模型旋转α角度，将最终三维成果校正到正北(或正东)方向。
本发明实施例还提供一种电子设备，所述电子设备包括：处理器和用于存储能够在处理器上运行的计算机程序的存储器，处理器运行所述计算机程序时，执行前述一个或多个技术方案所述方法的步骤。
本发明实施例还提供一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质存储有计算机可执行指令，计算机可执行指令被处理器执行后，能够实现前述一个或多个技术方案所述方法。
本实施例提供的计算机存储介质可为非瞬间存储介质。
在本申请所提供的几个实施例中，应该理解到，所揭露的设备和方法，可以通过其它的方式实现。以上所描述的设备实施例仅仅是示意性的，例如，所述单元的划分，仅仅为一种逻辑功能划分，实际实现时可以有另外的划分方式，如：多个单元或组件可以结合，或可以集成到另一个系统，或一些特征可以忽略，或不执行。另外，所显示或讨论的各组成部分相互之间的耦合、或直接耦合、或通信连接可以是通过一些接口，设备或单元的间接耦合或通信连接，可以是电性的、机械的或其它行驶的。
上述作为分离部件说明的单元可以是、或也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是、或也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，也可以分布到多个网络单元上；可以根据实际的需要选择其中的部分或全部单元来实现本实施例方案的目的。
另外，在本发明各实施例中的各功能单元可以全部集成在一个处理模块中，也可以是各单元分别单独作为一个单元，也可以两个或两个以上单元集成在一个单元中；上述集成的单元既可以采用硬件的行驶实现，也可以采用硬件加软件功能单元的行驶实现。
在一些情况下，上述任一两个技术特征不冲突的情况下，可以组合成新的方法技术方案。
在一些情况下，上述任一两个技术特征不冲突的情况下，可以组合成新的设备技术方案。
本领域普通技术人员可以理解：实现上述方法实施例的全部或部分步骤可以通过程序指令相关的硬件来完成，前述的程序可以存储于一计算机可读取存储介质中，该程序在执行时，执行包括上述方法实施例的步骤；而前述的存储介质包括：移动存储设备、只读存储器(Read-Only Memory，ROM)、随机存取存储器(Random Access Memory，RAM)、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。
以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。

Claims (21)

1.一种桩底岩溶探测方法，其特征在于，所述方法包括：
获取相控阵列中第一方向的接收单元接收到的探测信号；
获取所述相控阵列中第二方向的接收单元接收到的探测信号；所述第二方向与所述第一方向垂直；
获取所述探测信号从发射单元到桩底并从所述桩底传输到对应的接收单元的传播时长；
根据所述探测信号到达所述接收单元的幅值和所述传播时长，确定所述桩底岩溶的探测结果。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述获取相控阵列中第一方向的接收单元接收到的探测信号之前，所述方法还包括：
向所述相控阵列发送第一发射指令；所述第一发射指令用于指示发射单元依次发射多个测试信号；所述多个测试信号的发射速度按预设阈值依次递增；
对每次发射测试信号后各接收单元接收的信号进行叠加；
根据叠加后的信号幅值中的最大值，确定对应的发射速度为传播速度；所述传播速度，用于获取所述传播时长。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述方法还包括：
向所述相控阵列发送第二发射指令；所述第二发射指令，用于指示多个发射单元依次发射供所述接收单元接收的探测信号，其中，第n个发射单元发射所述探测信号的预设时间间隔后，第n+1个发射单元发射所述探测信号。
4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述方法还包括：
将所述接收单元获取到的接收信号，与所述探测信号的信号序列进行相关，从所述接收信号中获取所述接收单元接收到的所述探测信号。
5.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述获取所述探测信号从发射单元到桩底并从所述桩底传输到对应的接收单元的传播时长，包括：
获取所述探测信号从发射单元到桩底以及从所述桩底到对应的接收单元的传播距离；
根据所述传播速度和所述传播距离，获取所述探测信号从所述发射单元到桩底并从所述桩底传输到对应的接收单元的传播时长。
6.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述方法还包括：
根据所述传播速度，确定所述发射单元对应的每个所述接收单元接收到直达信号的时间；所述直达信号为：所述探测信号中从发射单元未经过所述桩底直接发射到所述接收单元的信号；
根据所述接收到直达信号的传播时长或到达所述接收单元的到达时刻，在所述相关信号序列中滤除所述直达信号。
7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，所述根据所述探测信号到达所述接收单元的幅值和所述传播时长，确定所述桩底岩溶的探测结果，包括：
根据滤除所述直达信号后所述探测信号到达所述接收单元的幅值和所述传播时长，确定所述桩底岩溶的探测结果。
8.一种桩底岩溶探测装置，其特征在于，所述装置包括：
获取模块，用于获取相控阵列中第一方向的接收单元接收到的探测信号；获取所述相控阵列中第二方向的接收单元接收到的探测信号；所述第二方向与所述第一方向垂直；获取所述探测信号从发射单元到桩底并从所述桩底传输到对应的接收单元的传播时长；
确定模块，用于根据所述探测信号到达所述接收单元的幅值和所述传播时长，确定所述桩底岩溶的探测结果。
9.根据权利要求8所述的装置，其特征在于，所述装置还包括：
发送模块，用于向所述相控阵列发送第一发射指令；所述第一发射指令用于指示发射单元依次发射多个测试信号；所述多个测试信号的发射速度按预设阈值依次递增；
叠加模块，用于对每次发射测试信号后各接收单元接收的信号进行叠加；
所述确定模块，还用于：
根据叠加后的信号幅值中的最大值，确定对应的发射速度为传播速度；所述传播速度，用于获取所述传播时长。
10.根据权利要求8所述的装置，其特征在于，所述发送模块，还用于：
向所述相控阵列发送第二发射指令；所述第二发射指令，用于指示多个发射单元依次发射供所述接收单元接收的探测信号，其中，第n个发射单元发射所述探测信号的预设时间间隔后，第n+1个发射单元发射所述探测信号。
11.根据权利要求10所述的装置，其特征在于，所述装置还包括：
相关模块，用于将所述接收单元获取到的接收信号，与所述探测信号的信号序列进行相关，从所述接收信号中获取所述接收单元接收到的所述探测信号。
12.根据权利要求9所述的装置，其特征在于，所述获取模块，具体用于：
获取所述探测信号从发射单元到桩底以及从所述桩底到对应的接收单元的传播距离；
根据所述传播速度和所述传播距离，获取所述探测信号从所述发射单元到桩底并从所述桩底传输到对应的接收单元的传播时长。
13.根据权利要求10所述的装置，其特征在于，所述确定模块，还用于：
根据所述传播速度，确定所述发射单元对应的每个所述接收单元接收到直达信号的时间；所述直达信号为：所述探测信号中从发射单元未经过所述桩底直接发射到所述接收单元的信号；
所述装置还包括：
滤除模块，用于根据所述接收到直达信号的传播时长或到达所述接收单元的到达时刻，在所述相关信号序列中滤除所述直达信号。
14.根据权利要求13所述的装置，其特征在于，所述确定模块，具体用于：
根据滤除所述直达信号后所述探测信号到达所述接收单元的幅值和所述传播时长，确定所述桩底岩溶的探测结果。
15.一种桩底岩溶探测系统，其特征在于，所述系统包括：
相控阵列，包括：多个传感器；多个所述传感器分别在第一方向上和第二方向上排列分布；所述第二方向垂直于所述第一方向；
控制器，与所述相控阵列的每一个所述传感器均建立有无线连接，用于获取相控阵列中第一方向的接收单元接收到的探测信号；获取所述相控阵列中第二方向的接收单元接收到的探测信号；获取所述探测信号从发射单元到桩底并从所述桩底传输到对应的接收单元的传播时长；根据所述探测信号到达所述接收单元的幅值和所述传播时长，确定所述桩底岩溶的探测结果。
16.根据权利要求15所述的系统，其特征在于，所述相控阵列包括：
发射阵列，包括：多个发射传感器；
接收阵列，包括：多个接收传感器；
其中，一个所述发射传感器和一个所述接收传感器集成设置。
17.根据权利要求16所述的系统，其特征在于，
所述相控阵列包括：具有探测信号发射和接收功能的传感器。
18.根据权利要求17所述的系统，其特征在于，所述传感器包括：
超声波传感器，用于发射和接收作为探测信号的超声波信号。
19.根据权利要求15所述的系统，其特征在于，所述相控阵列，至少包括：
矩形阵列；
或圆形阵列。
20.一种电子设备，其特征在于，所述电子设备包括：处理器和用于存储能够在处理器上运行的计算机程序的存储器；其中，
所述处理器运行所述计算机程序时，执行权利要求1至7任一项所述桩底岩溶探测方法的步骤。
21.一种计算机可读存储介质，其特征在于，所述计算机可读存储介质存储有计算机可执行指令；所述计算机可执行指令被处理器执行后，能够实现如权利要求1至7任一项所述桩底岩溶探测方法。
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