CN113960677B - 一种快速判断目标体倾斜方向的方法 - Google Patents

Abstract

现有技术中，当异常体体积比较小的时候，不同倾斜角度情况下，平面响应随时间的变化非常小，难以精确探测，针对现有技术的不足，本发明提出了快速判断目标体倾斜方向的方法，该方法是将原来的用单台无人机搭载小发射线框改进为用多台无人机搭载较大发射线框，并通过改变两边无人机的飞行高度来控制发射线框的倾斜角度，并用不同的倾斜角度来探测同一个测区，通过不同倾斜角度的多测道曲线，能够较为快速正确地判断UXO的倾向和倾角。该方法能够很好地解决UXO的倾斜方向探测问题，提供了一种新的UXO探测思路。

Description

一种快速判断目标体倾斜方向的方法

技术领域

本发明属于地球物理瞬变电磁探测技术领域，具体涉及利用多台无人机改变发射线框的倾斜角度来迅速判断目标体倾斜方向的方法。

背景技术

目前，磁法、电磁法、探地雷达等针对未爆弹金属外壳探测的地球物理方法已发展为主流未爆弹探测方法，这些探测方法各有优势，但也存在一定的不足：磁法探测效率高、成本低，虚警率却高达90％到99％；探地雷达的探测效果受探测区域的地质条件、水分含量、地表植被等严重影响；电磁法抗干扰能力强，但是探测效果受探测区域内金属碎片的影响，需要采用合理的算法以降低系统虚警率。

相比较而言，瞬变电磁法探测效率高，对低阻的UXO识别能力强。目前，对于UXO的倾斜方向探测，处理方法比较单一，一种较为简单直接的方法是测量UXO附近的平面，然后观测平面响应图随时间的变化，这种方法直观，简单。但是，当异常体体积比较小的时候，不同倾斜角度情况下，平面响应随时间的变化非常小，移动的距离可能只有几cm，其一，这种移动微小，难以观测到，其二，这种微小的移动极易受到外界的噪声干扰。此外，这种办法只能获取UXO倾斜的大体方向，无法大概判定倾斜的角度，所以，这种处理方式只能作为一种初略勘探的效果。另外一种则是进行反演，这种方法耗时，且反演对于这种电性差异巨大的情况，效果往往又不足够好，其反演的结果也有待考证。

针对现有技术的不足，本发明在无人机的航空瞬变电磁法的基础上，提出了快速判断目标体倾斜方向的方法，该方法是将原来的用单台无人机搭载小发射线框改进为用多台无人机搭载较大发射线框，并通过改变两边无人机的飞行高度来控制发射线框的倾斜角度，并用不同的倾斜角度来探测同一个测区，通过不同倾斜角度的多测道曲线，能够较为快速正确地判断UXO的倾向和倾角。该方法能够很好地解决UXO的倾斜方向探测问题，提供了一种新的UXO探测思路。

发明内容

为解决现有技术存在的不足，本发明改进了无人机航空瞬变电磁法在UXO的探测方式，提供了一种快速判断目标体倾斜方向的方法，其特征在于，使用多台无人机搭载发射装置进行多倾角探测，通过控制无人机的高度改变发射装置的倾斜角度，利用不同倾斜角度的多测道图判断目标体的倾斜方向和倾斜角度。

进一步地，多倾角探测包含以下步骤：

步骤1，对工区进行扫面，利用无人机在保持发射装置和接收装置水平的情况下，对整个工区进行航空瞬变电磁法的勘探；

步骤2，根据扫面的平面响应图划分子区域，然后控制无人机高度对发射装置倾斜角度进行调整，对这些子区域进行不同倾斜角度的精细探测，接收装置始终保持水平；

步骤3，在工区内，子区域外取多个测点，将这些点的响应取加权平均得到背景场的响应；

步骤4，将子区域的响应除以背景场响应，得到结果，根据结果可以判断目标体的倾斜角度。

进一步地，步骤1中，扫面是对整个探测区域的探测，控制无人机的飞行速度为1m/s，根据扫面的平面响应随时间的变化，可以看到异常的中心点随时间的移动，根据其移动的方向大致得到目标体的倾向。

进一步地，步骤2中，使用4台无人机，每台无人机控制发射装置的角点，并通过改变无人机的飞行高度，实现发射线框的倾斜角度变化。

进一步地，步骤2中，根据扫面的平面响应图划分子区域，是指扫面探测后，得到各个时间段的平面响应图，根据平面响应图，可以得到异常体的大概位置和倾向，并在异常位置附近划分边长为2m的正方形区域作为子区域，在该子区域内，将无人机的飞行速度设置为0.2m/s，然后根据扫面得到的倾向，改变发射线框在该方向轴的倾斜角度进行勘探。

进一步地，步骤4中，判断目标体倾斜角度，是根据多测道的形态，当多测道关于两边对称时，则说明线框的倾斜角度与目标体的倾斜角度大致相等，当两边不对称时，可根据最高点处两边的斜率变化来调整发射线框的角度。

本发明的有益效果：

(1)探测精度高：以往根据平面响应往往只能得到一个倾向的方向，而倾斜角度难以得到，而该方法能根据结果判断倾斜角度，且倾斜角度的精度可以根据需求改变发射线框的发射角度可得；

(2)速度快：划分了扫面和精细勘探，扫面可以快速定位异常体的大致位置，然后划分子区域，最后在子区域种进行精细勘探，能够减少工作量，提高了勘探速度；

(3)处理方法简单，结果直观：该方法属于定性手段，却能达到一定的半定量的效果，其探测结果基本上不要加以处理，可直接根据响应平面和多测道来得到结果，结果明显。

附图说明

图1是本发明中多无人机搭载示意图；

图2是平面响应图；

图3是不同倾斜角度探测示意图

图4是多测道图；

具体实施方式：

下面结合附图对本发明进行详细说明：

本发明公开了一种基于瞬变电磁法的快速判断UXO倾斜方向的探测方法和技术，

步骤一：进行第一次探测。基于电磁感应原理，利用无人机快速对整个工区范围内进行快速的扫面探测，控制无人机的飞行速度为1m/s，得到第一探测数据。

步骤二：进行第一次数据处理。利用第一探测数据画出不同时间段的平面响应图，如图2所示，图中的小长方形是目标体的准确位置，右下角的数字是时间，此处有6个不同时间段的平面响应图。根据这些平面响应图可以进一步确定异常的大致位置并划分一个2m×2m的子区域，缩小探测范围。此外，根据不同时间段的平面响应图，观察异常中心(即最大值)(这里黑白图看不出极大值，圆圈的中心处为极大值)随时间的移动方向，以图2为例，随着时间的推移，异常中心向右移动，可以得到UXO的倾斜方向是左高右低。

步骤三：进行第二次探测。根据回线与导体存在最佳耦合的原理，根据步骤二中得到的UXO的倾斜方向布置测线方向，并通过控制发射线框两边的无人机高度来调整发射线框的倾斜角度在步骤二中划定的子区域进行探测，得到第二探测数据。

步骤四：进行背景场采样。在测区内远离子区域范围外取多个测点(发射线框的倾斜角度应与步骤三中保持一致)，将这些测点的响应取平均得到背景场响应；

步骤五：将第二探测数据除以背景场响应，并画出测线的多测道图(如图三所示)，根据多测道可以判断目标体的倾斜角度；以图3进行举例说明，图3中UXO的倾斜角度为0，是水平摆放的，当发射线框倾斜角度为60°时(沿着y轴顺时针旋转为正)，多测道的曲线变化呈现为左缓右陡，说明发射线框需要逆时针旋转进行调整；当倾斜角度为-60°时，多测道的曲线变化呈现为右缓左陡，说明发射线框需要顺时针旋转进行调整。

步骤六：当步骤五中所得到的多测道曲线不是关于最大值处两边对称，则重复步骤三到五，直至满足两边对称为止，如图3中，发射线框倾斜角度为0°时的多测道曲线是关于最大值处两边对称的，说明UXO的倾斜角度大约为0°，与UXO的倾斜角度相对应，此外，该多测道的曲线的最大值处即为UXO的中心点位置。而其余角度的多测道曲线都存在一边陡一边缓的现象，所以需要根据步骤五进行调整并重复步骤三到五。

Claims (5)

1.一种快速判断目标体倾斜方向的方法，其特征在于，使用多台无人机搭载发射装置进行多倾角探测，通过控制无人机的高度改变发射装置的倾斜角度，利用不同倾斜角度的多测道图判断目标体的倾斜方向和倾斜角度；

其中，所述多倾角探测包含以下步骤：

步骤1，对工区进行扫面，利用无人机在保持发射装置和接收装置水平的情况下，对整个工区进行航空瞬变电磁法的勘探；

步骤2，根据扫面的平面响应图划分子区域，然后控制无人机高度对发射装置倾斜角度进行调整，对这些子区域进行不同倾斜角度的精细探测，所述接收装置始终保持水平；

步骤3，在所述工区内，所述子区域外取多个测点，将这些点的响应取加权平均得到背景场的响应；

步骤4，将所述子区域的响应除以所述背景场响应，得到结果，根据结果可以判断目标体的倾斜角度。

2.根据权利要求1所述的快速判断目标体倾斜方向的方法，其特征在于，所述步骤1中，所述扫面是对整个探测区域的探测，控制无人机的飞行速度为1m/s，根据扫面的平面响应随时间的变化，可以看到异常的中心点随时间的移动，根据其移动的方向大致得到目标体的倾向。

3.根据权利要求1所述的快速判断目标体倾斜方向的方法，其特征在于，所述步骤2中，使用4台无人机，每台无人机控制发射装置的角点，并通过改变无人机的飞行高度，实现发射线框的倾斜角度变化。

4.根据权利要求1所述的快速判断目标体倾斜方向的方法，其特征在于，所述步骤2中，根据扫面的平面响应图划分子区域，是指扫面探测后，得到各个时间段的平面响应图，根据平面响应图，可以得到异常体的大概位置和倾向，并在异常位置附近划分边长为2m的正方形区域作为子区域，在该子区域内，将无人机的飞行速度设置为0.2m/s，然后根据扫面得到的倾向，改变发射线框在该方向轴的倾斜角度进行勘探。

5.根据权利要求1所述的快速判断目标体倾斜方向的方法，其特征在于，所述步骤4中，所述判断目标体倾斜角度，是根据多测道的形态，当多测道关于两边对称时，则说明线框的倾斜角度与目标体的倾斜角度大致相等，当两边不对称时，可根据最高点处两边的斜率变化来调整发射线框的角度。