CN116893447A - 一种基于瞬变时域地质雷达频散差分高效分析方法 - Google Patents
一种基于瞬变时域地质雷达频散差分高效分析方法 Download PDFInfo
- Publication number
- CN116893447A CN116893447A CN202311159420.XA CN202311159420A CN116893447A CN 116893447 A CN116893447 A CN 116893447A CN 202311159420 A CN202311159420 A CN 202311159420A CN 116893447 A CN116893447 A CN 116893447A
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- dispersion
- surface wave
- vertical direction
- time domain
- analysis method
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Pending
Links
- 239000006185 dispersion Substances 0.000 title claims abstract description 67
- 230000001052 transient effect Effects 0.000 title claims abstract description 17
- 238000004458 analytical method Methods 0.000 title claims abstract description 16
- 238000000034 method Methods 0.000 claims abstract description 26
- 238000010521 absorption reaction Methods 0.000 claims description 13
- 230000010363 phase shift Effects 0.000 claims description 8
- 238000001914 filtration Methods 0.000 claims description 5
- 238000002372 labelling Methods 0.000 claims description 5
- 239000002245 particle Substances 0.000 claims description 5
- 230000003595 spectral effect Effects 0.000 claims description 5
- 230000002087 whitening effect Effects 0.000 claims description 5
- 230000005284 excitation Effects 0.000 claims description 3
- 238000010276 construction Methods 0.000 description 15
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- 230000003872 anastomosis Effects 0.000 description 2
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 2
- 238000000605 extraction Methods 0.000 description 2
- 230000002238 attenuated effect Effects 0.000 description 1
- 230000009286 beneficial effect Effects 0.000 description 1
- 238000004364 calculation method Methods 0.000 description 1
- 238000012512 characterization method Methods 0.000 description 1
- 238000009430 construction management Methods 0.000 description 1
- 238000007796 conventional method Methods 0.000 description 1
- 238000011161 development Methods 0.000 description 1
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 1
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 1
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 1
- 238000012545 processing Methods 0.000 description 1
Classifications
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01V—GEOPHYSICS; GRAVITATIONAL MEASUREMENTS; DETECTING MASSES OR OBJECTS; TAGS
- G01V3/00—Electric or magnetic prospecting or detecting; Measuring magnetic field characteristics of the earth, e.g. declination, deviation
- G01V3/38—Processing data, e.g. for analysis, for interpretation, for correction
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01S—RADIO DIRECTION-FINDING; RADIO NAVIGATION; DETERMINING DISTANCE OR VELOCITY BY USE OF RADIO WAVES; LOCATING OR PRESENCE-DETECTING BY USE OF THE REFLECTION OR RERADIATION OF RADIO WAVES; ANALOGOUS ARRANGEMENTS USING OTHER WAVES
- G01S7/00—Details of systems according to groups G01S13/00, G01S15/00, G01S17/00
- G01S7/02—Details of systems according to groups G01S13/00, G01S15/00, G01S17/00 of systems according to group G01S13/00
- G01S7/41—Details of systems according to groups G01S13/00, G01S15/00, G01S17/00 of systems according to group G01S13/00 using analysis of echo signal for target characterisation; Target signature; Target cross-section
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01V—GEOPHYSICS; GRAVITATIONAL MEASUREMENTS; DETECTING MASSES OR OBJECTS; TAGS
- G01V3/00—Electric or magnetic prospecting or detecting; Measuring magnetic field characteristics of the earth, e.g. declination, deviation
- G01V3/12—Electric or magnetic prospecting or detecting; Measuring magnetic field characteristics of the earth, e.g. declination, deviation operating with electromagnetic waves
Abstract
本发明提供一种基于瞬变时域地质雷达频散差分高效分析方法，包括以下步骤：S1、计算偏导数：使用十二阶有限差分计算垂直方向上的空间偏导数可以较好地处理垂直方向上的自由地表边界条件；S2、设置空间步长：把水平方向上的空间步长设置为垂直方向上的空间步长的3倍；本发明通过使用十二阶有限差分计算垂直方向上的空间偏导数可以较好地处理垂直方向上的自由地表边界条件，接着把水平方向上的空间步长设置为垂直方向上的空间步长的3倍，将获取的提取频散特征与理论的面波频散特征做了对比，频散特征吻合结果，可用来准确地分析层状介质中瑞雷面波的频散特征，进而高效分析影响雷达图像因素的特征规律，及时避免灾害的发生。
Description
技术领域
本发明属于隧道工程领域，具体地说是一种基于瞬变时域地质雷达频散差分高效分析方法。
背景技术
隧道施工是指对地下工程进行设计施工的方法，包括隧道施工方法、隧道施工技术、隧道施工管理，隧道工程是属于地下结构物，地下结构是多种多样的，构筑地下结构的施工方法和技术也是多种多样的。施工方法和技术形成与发展和地下结构物的特点有关。其特点是纵向长度从几米到十几公里，断面相对比较小，一般高5—6m，宽5至十几米的纵长地下结构物；
在隧道工程施工期间，常遇到涌水、突泥等地质灾害，在隧道施工的过程中很多的因素会对雷达造成干扰，影响隧道施工的进度，同时对施工人员和施工设备造成安全隐患，隧道施工的过程中断层破碎带在夹泥、充气、富水会对的雷达图像特征规律造成影响，同时现有获取高精度的瑞雷面波正演记录的精度不准确，进而无法高效分析影响雷达图像因素的特征规律。
综上，因此本发明提供了一种基于瞬变时域地质雷达频散差分高效分析方法，以解决上述问题。
发明内容
为了解决上述技术问题，本发明提供一种基于瞬变时域地质雷达频散差分高效分析方法，以解决现有技术中在隧道工程施工期间，常遇到涌水、突泥等地质灾害，在隧道施工的过程中很多的因素会对雷达造成干扰，影响隧道施工的进度，同时对施工人员和施工设备造成安全隐患，隧道施工的过程中断层破碎带在夹泥、充气、富水会对的雷达图像特征规律造成影响，同时现有获取高精度的瑞雷面波正演记录的精度不准确，进而无法高效分析影响雷达图像因素的特征规律等问题。
一种基于瞬变时域地质雷达频散差分高效分析方法，包括以下步骤：
S1、计算偏导数：使用十二阶有限差分计算垂直方向上的空间偏导数可以较好地处理垂直方向上的自由地表边界条件；
S2、设置空间步长：把水平方向上的空间步长设置为垂直方向上的空间步长的3倍；
S3、提出假设：为了实现高阶有限差分，提出了自由地表以上所有质点振动速度分量为零的假设；
S4、吸收边界条件：使用SPML 吸收边界条件，完全匹配层吸收边界条件，对截断边界处不期望的面波反射和体波反射进行高效的衰减吸收；
S5、获取瑞雷面波记录：通过S1、S2、S3和S4结合使用，可以得到高精度的瑞雷面波记录；
S6、提取频散特征：在对高精度的面波记录进行谱白化处理和带通滤波基础上，使用相移法从面波记录中提取了频散特征；
S7、理论对比：将获取的提取频散特征与理论的面波频散特征做了对比；
S8、结果分析：获得频散特征吻合结果，可用来准确地分析层状介质中瑞雷面波的频散特征。
优选的，所述S1中边界条件是指在求解区域边界上所求解的变量或其导数随时间和地点的变化规律。
优选的，所述S2中将水平方向上的空间步长设置为3倍的垂直方向上的空间步长。
优选的，所述S3中提出假设是在传统的二阶精度自由地表边界条件基础上，符合实际物理情形的。
优选的，所述S4中采用旁轴近似法来吸收反射波。
优选的，所述采用谱白化处理和带通滤波，可提高频散特征提取的频率范围。
优选的，所述S6中相移法原理为：将激发光源设为频率f，则角频率ω=2πf，强度调制的正弦调制光源：R（t）=R0〔1+αcos（ωt）〕，其中α是幅度的调制。
优选的，所述S7中理论的面波频散特征规律表示为频率F和相速度Vc，利用座标图形标注处获取的数据点，观察标注数据点的趋势获取面波频散特征规律。
优选的，所述S7中理论的面波频散特征规律由频率和相速度换算出该频率的波长L=Vc/F，将频散数据表示在以半波长L/2和相速度Vc为座标轴的图形中，同样观察图像标注数据点的趋势获取面波频散特征规律。
与现有技术相比，本发明具有如下有益效果：
本发明通过使用十二阶有限差分计算垂直方向上的空间偏导数可以较好地处理垂直方向上的自由地表边界条件，接着把水平方向上的空间步长设置为垂直方向上的空间步长的3倍，然后将自由地表以上所有质点振动速度分量为零的假设，然后吸收边界条件，对截断边界处不期望的面波反射和体波反射进行高效的衰减吸收，获取得到高精度的瑞雷面波记录，接着使用相移法从面波记录中提取了频散特征，将获取的提取频散特征与理论的面波频散特征做了对比，频散特征吻合结果，可用来准确地分析层状介质中瑞雷面波的频散特征，进而高效分析影响雷达图像因素的特征规律，及时避免灾害的发生。
附图说明
图1是本发明流程示意图；
图2是本发明提取频散特征处理示意图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明的实施方式作进一步详细描述。以下实施例用于说明本发明，但不能用来限制本发明的范围。
如图1-2所示，本发明提供一种基于瞬变时域地质雷达频散差分高效分析方法，包括以下步骤：
S1、计算偏导数：使用十二阶有限差分计算垂直方向上的空间偏导数可以较好地处理垂直方向上的自由地表边界条件；
S2、设置空间步长：把水平方向上的空间步长设置为垂直方向上的空间步长的3倍；
S3、提出假设：为了实现高阶有限差分，提出了自由地表以上所有质点振动速度分量为零的假设；
S4、吸收边界条件：使用SPML 吸收边界条件，完全匹配层吸收边界条件，对截断边界处不期望的面波反射和体波反射进行高效的衰减吸收；
S5、获取瑞雷面波记录：通过S1、S2、S3和S4结合使用，可以得到高精度的瑞雷面波记录；
S6、提取频散特征：在对高精度的面波记录进行谱白化处理和带通滤波基础上，使用相移法从面波记录中提取了频散特征；
S7、理论对比：将获取的提取频散特征与理论的面波频散特征做了对比；
S8、结果分析：获得频散特征吻合结果，可用来准确地分析层状介质中瑞雷面波的频散特征。
请参考图1，所述S1中边界条件是指在求解区域边界上所求解的变量或其导数随时间和地点的变化规律，边界条件是控制方程有确定解的前提，对于任何问题，都需要给定边界条件，边界条件的处理，直接影响了计算结果的精度。
请参考图1，所述S2中将水平方向上的空间步长设置为3倍的垂直方向上的空间步长，一方面可以有效地模拟薄层，另一方面又可以更大范围内接收面波。
请参考图1，所述S3中提出假设是在传统的二阶精度自由地表边界条件基础上，符合实际物理情形的。
请参考图1，所述S4中采用旁轴近似法来吸收反射波，实现起来比较简单且需要的网格数较少，能完全吸收垂直入射时的反射波，同时能较好吸收入射角在一定范围内的反射波。
请参考图1，所述采用谱白化处理和带通滤波，可提高频散特征提取的频率范围。
请参考图1，所述S6中相移法原理为：将激发光源设为频率f，则角频率ω=2πf，强度调制的正弦调制光源：R（t）=R0〔1+αcos（ωt）〕，其中α是幅度的调制。
请参考图1，所述S7中理论的面波频散特征规律表示为频率F和相速度Vc，利用座标图形标注处获取的数据点，观察标注数据点的趋势获取面波频散特征规律。
请参考图1，所述S7中理论的面波频散特征规律由频率和相速度换算出该频率的波长L=Vc/F，将频散数据表示在以半波长L/2和相速度Vc为座标轴的图形中，同样观察图像标注数据点的趋势获取面波频散特征规律。
具体工作原理：如图1-2所示，在使用该基于瞬变时域地质雷达频散差分高效分析方法时，首先通过使用十二阶有限差分计算垂直方向上的空间偏导数可以较好地处理垂直方向上的自由地表边界条件，接着把水平方向上的空间步长设置为垂直方向上的空间步长的3倍，然后将自由地表以上所有质点振动速度分量为零的假设，然后吸收边界条件，对截断边界处不期望的面波反射和体波反射进行高效的衰减吸收，获取得到高精度的瑞雷面波记录，接着使用相移法从面波记录中提取了频散特征，将获取的提取频散特征与理论的面波频散特征做了对比，频散特征吻合结果，可用来准确地分析层状介质中瑞雷面波的频散特征，进而高效分析影响雷达图像因素的特征规律，及时避免灾害的发生，这就是该基于瞬变时域地质雷达频散差分高效分析方法的特点。
本发明的实施方式是为了示例和描述起见而给出的，尽管上面已经示出和描述了本发明的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本发明的限制，本领域的普通技术人员在本发明的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。
Claims (8)
1.一种基于瞬变时域地质雷达频散差分高效分析方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1、计算偏导数：使用十二阶有限差分计算垂直方向上的空间偏导数可以较好地处理垂直方向上的自由地表边界条件；
S2、设置空间步长：把水平方向上的空间步长设置为垂直方向上的空间步长的3倍；
S3、提出假设：为了实现高阶有限差分，提出了自由地表以上所有质点振动速度分量为零的假设；
S4、吸收边界条件：使用SPML 吸收边界条件，完全匹配层吸收边界条件，对截断边界处不期望的面波反射和体波反射进行高效的衰减吸收；
S5、获取瑞雷面波记录：通过S1、S2、S3和S4结合使用，可以得到高精度的瑞雷面波记录；
S6、提取频散特征：在对高精度的面波记录进行谱白化处理和带通滤波基础上，使用相移法从面波记录中提取了频散特征；
S7、理论对比：将获取的提取频散特征与理论的面波频散特征做了对比；
S8、结果分析：获得频散特征吻合结果，可用来准确地分析层状介质中瑞雷面波的频散特征。
2.如权利要求1所述基于瞬变时域地质雷达频散差分高效分析方法，其特征在于：所述S1中边界条件是指在求解区域边界上所求解的变量或其导数随时间和地点的变化规律。
3.如权利要求1所述基于瞬变时域地质雷达频散差分高效分析方法，其特征在于：所述S2中将水平方向上的空间步长设置为3倍的垂直方向上的空间步长。
4.如权利要求1所述基于瞬变时域地质雷达频散差分高效分析方法，其特征在于：所述S3中提出假设是在传统的二阶精度自由地表边界条件基础上，符合实际物理情形的。
5.如权利要求1所述基于瞬变时域地质雷达频散差分高效分析方法，其特征在于：所述S4中采用旁轴近似法来吸收反射波。
6.如权利要求1所述基于瞬变时域地质雷达频散差分高效分析方法，其特征在于：所述S6中相移法原理为：将激发光源设为频率f，则角频率ω=2πf，强度调制的正弦调制光源：R（t）=R0〔1+αcos（ωt）〕，其中α是幅度的调制。
7.如权利要求1所述基于瞬变时域地质雷达频散差分高效分析方法，其特征在于：所述S7中理论的面波频散特征规律表示为频率F和相速度Vc，利用座标图形标注处获取的数据点，观察标注数据点的趋势获取面波频散特征规律。
8.如权利要求1所述基于瞬变时域地质雷达频散差分高效分析方法，其特征在于：所述S7中理论的面波频散特征规律由频率和相速度换算出该频率的波长L=Vc/F，将频散数据表示在以半波长L/2和相速度Vc为座标轴的图形中，同样观察图像标注数据点的趋势获取面波频散特征规律。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202311159420.XA CN116893447A (zh) | 2023-09-11 | 2023-09-11 | 一种基于瞬变时域地质雷达频散差分高效分析方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202311159420.XA CN116893447A (zh) | 2023-09-11 | 2023-09-11 | 一种基于瞬变时域地质雷达频散差分高效分析方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN116893447A true CN116893447A (zh) | 2023-10-17 |
Family
ID=88313803
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN202311159420.XA Pending CN116893447A (zh) | 2023-09-11 | 2023-09-11 | 一种基于瞬变时域地质雷达频散差分高效分析方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN116893447A (zh) |
Citations (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN102749643A (zh) * | 2011-04-22 | 2012-10-24 | 中国石油天然气股份有限公司 | 一种波动方程正演的瑞利面波频散响应计算方法及其装置 |
| US20150362622A1 (en) * | 2014-06-17 | 2015-12-17 | Huseyin Denli | Fast Viscoacoustic and Viscoelastic Full Wavefield Inversion |
| WO2015196779A1 (zh) * | 2014-06-24 | 2015-12-30 | 夏正元 | 利用叠加速度求取高精度地震波速度的方法 |
| CN107589443A (zh) * | 2017-08-16 | 2018-01-16 | 东北石油大学 | 基于弹性波最小二乘逆时偏移成像的方法及系统 |
| US20200124757A1 (en) * | 2016-06-22 | 2020-04-23 | University Of Houston System | Nonlinear signal comparison and high-resolution measurement of seismic or acoustic wave dispersion |
| CN111142157A (zh) * | 2020-01-09 | 2020-05-12 | 清华大学 | 一种三维非均匀介质弹性波的处理方法、装置和设备 |
-
2023
- 2023-09-11 CN CN202311159420.XA patent/CN116893447A/zh active Pending
Patent Citations (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN102749643A (zh) * | 2011-04-22 | 2012-10-24 | 中国石油天然气股份有限公司 | 一种波动方程正演的瑞利面波频散响应计算方法及其装置 |
| US20150362622A1 (en) * | 2014-06-17 | 2015-12-17 | Huseyin Denli | Fast Viscoacoustic and Viscoelastic Full Wavefield Inversion |
| WO2015196779A1 (zh) * | 2014-06-24 | 2015-12-30 | 夏正元 | 利用叠加速度求取高精度地震波速度的方法 |
| US20200124757A1 (en) * | 2016-06-22 | 2020-04-23 | University Of Houston System | Nonlinear signal comparison and high-resolution measurement of seismic or acoustic wave dispersion |
| CN107589443A (zh) * | 2017-08-16 | 2018-01-16 | 东北石油大学 | 基于弹性波最小二乘逆时偏移成像的方法及系统 |
| CN111142157A (zh) * | 2020-01-09 | 2020-05-12 | 清华大学 | 一种三维非均匀介质弹性波的处理方法、装置和设备 |
Non-Patent Citations (1)
| Title |
|---|
| 秦臻 等: "高精度有限差分瑞雷面波模拟及频散特征提取", 《石油地球物理勘探, vol. 45, no. 1, pages 40 - 46 * |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| Morassi et al. | Dynamic methods for damage detection in structures | |
| Roberts | Estimation of nonlinear ship roll damping from free-decay data | |
| Noori et al. | A modified wavelet energy rate-based damage identification method for steel bridges | |
| Zhan et al. | Bridge surface roughness identification based on vehicle–bridge interaction | |
| CN109188519B (zh) | 一种极坐标下的弹性波纵横波速度反演系统及方法 | |
| CN105064420A (zh) | 一种基于结构残余模态力的高桩码头基桩损伤诊断方法 | |
| CN114428324B (zh) | 叠前高角度快速傅里叶变换地震成像方法、系统、设备 | |
| CN111123374A (zh) | 一种基于匹配滤波的探地雷达全波形反演方法 | |
| Mróz et al. | Parameter identification of materials and structures | |
| CN116893447A (zh) | 一种基于瞬变时域地质雷达频散差分高效分析方法 | |
| Febrianti et al. | Analysis of non-destructive testing ultrasonic signal for detection of defective materials based on the Simulink Matlab Mathematica computation method | |
| CN111708084A (zh) | 一种基于地震映像数据的高精度岩溶识别方法 | |
| Şahin et al. | Forced-vibration testing and experimental modal analysis of a steel footbridge for structural identification | |
| US6507798B1 (en) | Time-frequency dependent damping via Hilbert damping spectrum | |
| CN111551785B (zh) | 基于无迹卡尔曼滤波的频率与谐波检测方法 | |
| CN113009570B (zh) | 一种地质异常点探测方法及装置 | |
| CN114358088A (zh) | 建筑物或隧道衬砌修复效果的分析评价方法和系统 | |
| CN108050997A (zh) | 一种基于容积卡尔曼的光纤陀螺滤波方法 | |
| CN113050163A (zh) | 一种振幅、相位信息可调节的全波形反演方法及装置 | |
| Sotoudeh et al. | A study into the integration of AR-based data collection and multi-dimensional signal processing methods for GB-SAR target detection | |
| CN112149508A (zh) | 基于剪切波特性融合用于焊缝缺陷回波信号特征提取稀疏表示的方法 | |
| EP3023779B1 (en) | Method of determining the magnitude of a field variable of an energy wave | |
| Van der Auweraer et al. | APPLICATIONS OF STRUCTURAL MODEL IDENTIFICATION DURING NORMAL OPERATING CONDITIONS | |
| CN112649876A (zh) | 建立地震偏移速度模型的方法和装置 | |
| Zhou et al. | Fourier-based generation method of rough discrete fracture network |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination |