本發(fā)明涉及探地雷達(dá)，具體的說(shuō)，是涉及探地雷達(dá)數(shù)據(jù)中鋼筋干擾的去除方法、系統(tǒng)、介質(zhì)及設(shè)備。

背景技術(shù)：

1、本部分的陳述僅僅是提供了與本發(fā)明相關(guān)的背景技術(shù)信息，不必然構(gòu)成在先技術(shù)。

2、隧道襯砌結(jié)構(gòu)缺陷會(huì)嚴(yán)重影響隧道的安全性、耐久性和使用效益，增加維護(hù)成本和運(yùn)營(yíng)風(fēng)險(xiǎn)，及時(shí)發(fā)現(xiàn)和修復(fù)隧道襯砌缺陷對(duì)于確保隧道的安全運(yùn)營(yíng)至關(guān)重要。探地雷達(dá)是一種通過(guò)發(fā)射和接收電磁波信號(hào)來(lái)實(shí)現(xiàn)介質(zhì)內(nèi)部探測(cè)成像的地球物理方法，其具有無(wú)損、快速、分辨率高、操作靈活等特點(diǎn)，可有效應(yīng)用于隧道襯砌結(jié)構(gòu)健康檢測(cè)和缺陷探查。

3、鋼筋是混凝土建筑材料中的常見(jiàn)介質(zhì)，在隧道襯砌的淺層結(jié)構(gòu)中，往往分布著大量水平規(guī)律排列的鋼筋結(jié)構(gòu)，鋼筋是一種高介電常數(shù)的金屬材料，其電磁特性與周圍的混凝土有很大差異。當(dāng)探地雷達(dá)發(fā)射的電磁波遇到鋼筋時(shí)，由于鋼筋的高介電常數(shù)，電磁波在鋼筋表面發(fā)生強(qiáng)烈的反射，從而在雷達(dá)圖像中形成明顯的雜波。隧道襯砌中的鋼筋通常按照一定的幾何形狀和間距布置；這些鋼筋網(wǎng)格或鋼筋束會(huì)產(chǎn)生多次反射和衍射效應(yīng)，使得探地雷達(dá)接收到的信號(hào)復(fù)雜化；這種幾何結(jié)構(gòu)的排列會(huì)導(dǎo)致在雷達(dá)圖像中出現(xiàn)多重反射信號(hào)，進(jìn)一步增加了解釋的難度。同時(shí)，襯砌中的鋼筋反射在形態(tài)上與缺陷目標(biāo)的反射非常相似，對(duì)于缺乏經(jīng)驗(yàn)的工程師來(lái)說(shuō)，往往存在許多誤判的情況。同時(shí)，具有強(qiáng)能量的鋼筋反射波信號(hào)掩蓋了隧道襯砌下方缺陷的真實(shí)反射信息，因此，有效抑制鋼筋雜波的影響至關(guān)重要。

4、目前，針對(duì)鋼筋雜波的現(xiàn)象，尚且沒(méi)有成熟的自動(dòng)化技術(shù)可以進(jìn)行有效壓制和去除。現(xiàn)有的方法，基于機(jī)器學(xué)習(xí)與深度學(xué)習(xí)，不僅依賴大量的數(shù)值模擬數(shù)據(jù)和計(jì)算資源，而且受制于模型約束無(wú)法實(shí)現(xiàn)任意尺度的數(shù)據(jù)處理和任意模型情況的處理，難以滿足工程實(shí)際的需求。同時(shí)，現(xiàn)有方法多針對(duì)數(shù)值模擬數(shù)據(jù)進(jìn)行干擾去除，而真實(shí)的探地雷達(dá)數(shù)據(jù)與數(shù)值模擬的探地雷達(dá)數(shù)據(jù)存在顯著差異。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、本發(fā)明為了解決上述問(wèn)題，本發(fā)明提供探地雷達(dá)數(shù)據(jù)中鋼筋干擾的去除方法、系統(tǒng)、介質(zhì)及設(shè)備，提出了基于迭代機(jī)制的f-k偏移-反偏移算法，能夠?qū)Y(jié)構(gòu)體內(nèi)部的鋼筋繞射波干擾進(jìn)行有效聚焦和反向精確恢復(fù)，能夠?qū)φ鎸?shí)的探地雷達(dá)數(shù)據(jù)中混凝土結(jié)構(gòu)體內(nèi)部的鋼筋強(qiáng)干擾進(jìn)行有效去除。

2、為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用如下技術(shù)方案：

3、本發(fā)明的第一個(gè)方面提供探地雷達(dá)數(shù)據(jù)中鋼筋干擾的去除方法，其包括：

4、獲取探地雷達(dá)數(shù)據(jù)；

5、對(duì)于探地雷達(dá)數(shù)據(jù)，在介質(zhì)電磁波速度下進(jìn)行f-k積分偏移處理，得到偏移結(jié)果；

6、基于偏移結(jié)果，確定偏移后鋼筋聚焦反射波的分布范圍后，創(chuàng)建提取窗口，采用提取窗口對(duì)偏移結(jié)果進(jìn)行提取，分離出偏移后的鋼筋反射信號(hào)；

7、基于所述偏移后的鋼筋反射信號(hào)，計(jì)算鋼筋雜波觀測(cè)場(chǎng)數(shù)據(jù)，對(duì)鋼筋雜波觀測(cè)場(chǎng)數(shù)據(jù)，在介質(zhì)電磁波速度下進(jìn)行f-k反偏移處理后，在探地雷達(dá)數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)上減去反偏移后的鋼筋雜波觀測(cè)場(chǎng)數(shù)據(jù)，得到無(wú)鋼筋雜波的探地雷達(dá)數(shù)據(jù)。

8、進(jìn)一步地，所述提取窗口為多邊形提取窗口，且多邊形提取窗口的類型基于所述偏移后鋼筋聚焦反射波的分布范圍確定。

9、進(jìn)一步地，基于探地雷達(dá)數(shù)據(jù)，計(jì)算測(cè)點(diǎn)間距和時(shí)間步間距，基于所述測(cè)點(diǎn)間距和時(shí)間步間距，對(duì)探地雷達(dá)數(shù)據(jù)進(jìn)行傅里葉變換和插值處理后，進(jìn)行f-k積分偏移處理。

10、進(jìn)一步地，對(duì)探地雷達(dá)數(shù)據(jù)進(jìn)行預(yù)處理后，計(jì)算測(cè)點(diǎn)間距和時(shí)間步間距；

11、所述預(yù)處理包括：靜校正、坐標(biāo)校正、去除直達(dá)波、去除振鈴噪聲、帶通濾波處理、滑動(dòng)平均處理和增益處理。

12、進(jìn)一步地，所述偏移后的鋼筋反射信號(hào)依次進(jìn)行邊界補(bǔ)零、傅里葉變換和插值映射后，用于計(jì)算鋼筋雜波觀測(cè)場(chǎng)數(shù)據(jù)。

13、進(jìn)一步地，所述插值映射的過(guò)程中，采用平滑濾波將垂直波數(shù)的零點(diǎn)剔除。

14、進(jìn)一步地，還包括，對(duì)所述無(wú)鋼筋雜波的探地雷達(dá)數(shù)據(jù)進(jìn)行平滑處理和帶通濾波處理。

15、本發(fā)明的第二個(gè)方面提供探地雷達(dá)數(shù)據(jù)中鋼筋干擾的去除系統(tǒng)，其包括：

16、數(shù)據(jù)獲取模塊，其被配置為：獲取探地雷達(dá)數(shù)據(jù)；

17、偏移模塊，其被配置為：對(duì)于探地雷達(dá)數(shù)據(jù)，在介質(zhì)電磁波速度下進(jìn)行f-k積分偏移處理，得到偏移結(jié)果；

18、數(shù)據(jù)提取模塊，其被配置為：基于偏移結(jié)果，確定偏移后鋼筋聚焦反射波的分布范圍后，創(chuàng)建提取窗口，采用提取窗口對(duì)偏移結(jié)果進(jìn)行提取，分離出偏移后的鋼筋反射信號(hào)；

19、干擾去除模塊，其被配置為：基于所述偏移后的鋼筋反射信號(hào)，計(jì)算鋼筋雜波觀測(cè)場(chǎng)數(shù)據(jù)，對(duì)鋼筋雜波觀測(cè)場(chǎng)數(shù)據(jù)，在介質(zhì)電磁波速度下進(jìn)行f-k反偏移處理后，在探地雷達(dá)數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)上減去反偏移后的鋼筋雜波觀測(cè)場(chǎng)數(shù)據(jù)，得到無(wú)鋼筋雜波的探地雷達(dá)數(shù)據(jù)。

20、本發(fā)明的第三個(gè)方面提供一種計(jì)算機(jī)可讀存儲(chǔ)介質(zhì)，其上存儲(chǔ)有計(jì)算機(jī)程序，該程序被處理器執(zhí)行，該程序被處理器執(zhí)行時(shí)實(shí)現(xiàn)如上述所述的探地雷達(dá)數(shù)據(jù)中鋼筋干擾的去除方法中的步驟。

21、本發(fā)明的第四個(gè)方面提供一種計(jì)算機(jī)設(shè)備，包括存儲(chǔ)器、處理器及存儲(chǔ)在存儲(chǔ)器上并在處理器上運(yùn)行的計(jì)算機(jī)程序，所述處理器執(zhí)行所述程序時(shí)實(shí)現(xiàn)如上述所述的探地雷達(dá)數(shù)據(jù)中鋼筋干擾的去除方法中的步驟。

22、與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果為：

23、本發(fā)明提出了基于迭代機(jī)制的f-k偏移-反偏移算法，即采用f-k積分偏移方法將探地雷達(dá)數(shù)據(jù)進(jìn)行偏移處理，從而獲取聚焦和歸為后的探地雷達(dá)數(shù)據(jù)，再采用信號(hào)提取窗口，提取聚焦歸位后的鋼筋層數(shù)據(jù)，然后采用f-k反偏移法將偏移后的鋼筋層數(shù)據(jù)恢復(fù)到原始的強(qiáng)雙曲線反射，通過(guò)數(shù)據(jù)剔除將鋼筋反射與原始探地雷達(dá)數(shù)據(jù)分離；能夠?qū)Y(jié)構(gòu)體內(nèi)部的鋼筋繞射波干擾進(jìn)行有效聚焦和反向精確恢復(fù)，實(shí)現(xiàn)了真實(shí)的探地雷達(dá)數(shù)據(jù)中鋼筋雜波的快速去除。

24、本發(fā)明基于多邊形提取窗口的偏移能量團(tuán)提取方法，能夠在操作界面上自定義提取聚焦后的鋼筋反射。

25、本發(fā)明操作簡(jiǎn)單、實(shí)用性強(qiáng)，能夠?qū)μ降乩走_(dá)數(shù)據(jù)中混凝土結(jié)構(gòu)體內(nèi)部的鋼筋強(qiáng)干擾進(jìn)行有效去除。

技術(shù)特征：

1.探地雷達(dá)數(shù)據(jù)中鋼筋干擾的去除方法，其特征在于，包括：

2.如權(quán)利要求1所述的探地雷達(dá)數(shù)據(jù)中鋼筋干擾的去除方法，其特征在于，所述提取窗口為多邊形提取窗口，且多邊形提取窗口的類型基于所述偏移后鋼筋聚焦反射波的分布范圍確定。

3.如權(quán)利要求1所述的探地雷達(dá)數(shù)據(jù)中鋼筋干擾的去除方法，其特征在于，基于探地雷達(dá)數(shù)據(jù)，計(jì)算測(cè)點(diǎn)間距和時(shí)間步間距，基于所述測(cè)點(diǎn)間距和時(shí)間步間距，對(duì)探地雷達(dá)數(shù)據(jù)進(jìn)行傅里葉變換和插值處理后，進(jìn)行f-k積分偏移處理。

4.如權(quán)利要求3所述的探地雷達(dá)數(shù)據(jù)中鋼筋干擾的去除方法，其特征在于，對(duì)探地雷達(dá)數(shù)據(jù)進(jìn)行預(yù)處理后，計(jì)算測(cè)點(diǎn)間距和時(shí)間步間距；

5.如權(quán)利要求1所述的探地雷達(dá)數(shù)據(jù)中鋼筋干擾的去除方法，其特征在于，所述偏移后的鋼筋反射信號(hào)依次進(jìn)行邊界補(bǔ)零、傅里葉變換和插值映射后，用于計(jì)算鋼筋雜波觀測(cè)場(chǎng)數(shù)據(jù)。

6.如權(quán)利要求5所述的探地雷達(dá)數(shù)據(jù)中鋼筋干擾的去除方法，其特征在于，所述插值映射的過(guò)程中，采用平滑濾波將垂直波數(shù)的零點(diǎn)剔除。

7.如權(quán)利要求1所述的探地雷達(dá)數(shù)據(jù)中鋼筋干擾的去除方法，其特征在于，還包括，對(duì)所述無(wú)鋼筋雜波的探地雷達(dá)數(shù)據(jù)進(jìn)行平滑處理和帶通濾波處理。

8.探地雷達(dá)數(shù)據(jù)中鋼筋干擾的去除系統(tǒng)，其特征在于，包括：

9.一種計(jì)算機(jī)可讀存儲(chǔ)介質(zhì)，其上存儲(chǔ)有計(jì)算機(jī)程序，該程序被處理器執(zhí)行，其特征在于，該程序被處理器執(zhí)行時(shí)實(shí)現(xiàn)如權(quán)利要求1-7中任一項(xiàng)所述的探地雷達(dá)數(shù)據(jù)中鋼筋干擾的去除方法中的步驟。

10.一種計(jì)算機(jī)設(shè)備，包括存儲(chǔ)器、處理器及存儲(chǔ)在存儲(chǔ)器上并可在處理器上運(yùn)行的計(jì)算機(jī)程序，其特征在于，所述處理器執(zhí)行所述程序時(shí)實(shí)現(xiàn)如權(quán)利要求1-7中任一項(xiàng)所述的探地雷達(dá)數(shù)據(jù)中鋼筋干擾的去除方法中的步驟。

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明涉及探地雷達(dá)技術(shù)領(lǐng)域，本發(fā)明公開了探地雷達(dá)數(shù)據(jù)中鋼筋干擾的去除方法、系統(tǒng)、介質(zhì)及設(shè)備，包括：對(duì)于探地雷達(dá)數(shù)據(jù)，在介質(zhì)電磁波速度下進(jìn)行F?k積分偏移處理，得到偏移結(jié)果；基于偏移結(jié)果，確定偏移后鋼筋聚焦反射波的分布范圍后，采用提取窗口對(duì)偏移結(jié)果進(jìn)行提取，分離出偏移后的鋼筋反射信號(hào)；基于所述偏移后的鋼筋反射信號(hào)，計(jì)算鋼筋雜波觀測(cè)場(chǎng)數(shù)據(jù)，對(duì)鋼筋雜波觀測(cè)場(chǎng)數(shù)據(jù)，在介質(zhì)電磁波速度下進(jìn)行F?k反偏移處理后，在探地雷達(dá)數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)上減去反偏移后的鋼筋雜波觀測(cè)場(chǎng)數(shù)據(jù)，得到無(wú)鋼筋雜波的探地雷達(dá)數(shù)據(jù)。實(shí)現(xiàn)了真實(shí)的探地雷達(dá)數(shù)據(jù)中鋼筋雜波的快速去除。

技術(shù)研發(fā)人員：柳尚斌,葛峻愷,田波,孫懷鳳,劉銳,楊磊
受保護(hù)的技術(shù)使用者：山東大學(xué)
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2024/9/9