一種超寬帶探地雷達公路質(zhì)量探測方法及其探測裝置制造方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種超寬帶探地雷達公路質(zhì)量探測方法，包括以下步驟：步驟1、探測裝置參數(shù)配置；步驟2、裝置設備狀態(tài)自動檢測；步驟3、探測前的增益校準；步驟4、發(fā)射探測信號；步驟5、接收探測回波信號；步驟6、對探測數(shù)據(jù)緩存單元中的接收探測信號數(shù)據(jù)進行缺陷目標檢測；步驟7、當前存在缺陷的圖像進行缺陷目標識別；步驟8、對缺陷目標探測結(jié)果進行分類處理，并將探測結(jié)果在人機交互平臺中顯示出來。本發(fā)明還公開了一種實現(xiàn)超寬帶探地雷達公路質(zhì)量探測方法的探測裝置，包括：超寬帶探地雷達天線陣、超寬帶探地雷達主機、探測數(shù)據(jù)處理端、測速模塊和無線模塊。具有提高了探測數(shù)據(jù)的有效性和減少了數(shù)據(jù)處理時間等優(yōu)點。
【專利說明】一種超寬帶探地雷達公路質(zhì)量探測方法及其探測裝置
【技術領域】
[0001]本發(fā)明涉及一種超寬帶探地雷達技術，特別涉及一種超寬帶探地雷達公路質(zhì)量探測方法及其探測裝置，本發(fā)明基于缺陷目標識別，適用于公路探測領域。
【背景技術】
[0002]探地雷達(GPR,Ground Penetrating Radar)技術由于具有快速、無損、連續(xù)、高效的優(yōu)點，近年來在無損探測領域得到廣泛的應用與發(fā)展。探地雷達技術是利用無線電波來探測地下低損耗介質(zhì)材料的一種技術，其應用發(fā)展趨于多樣化，主要應用領域包括工程質(zhì)量探測、工程建筑結(jié)構探測、礦產(chǎn)資源勘探、環(huán)境工程與地球科學探測、考古探測、國防等【技術領域】。
[0003]隨著我國交通設施事業(yè)的快速發(fā)展，探地雷達技術在公路、鐵路、橋梁的建設和維護中具有廣泛的發(fā)展前景。傳統(tǒng)的公路質(zhì)量探測方法是采用鉆孔取芯法，這種方法不僅效率低、適用性和準確度差，而且還對檢測對象造成破壞，影響公路的使用壽命，因此探地雷達技術是目前公路質(zhì)量無損探測普遍采用的一種手段。
[0004]探地雷達所能分辨的距離大小與信號帶寬成反比例關系。取標準sine函數(shù)半功率點作為分辨的臨界點，可獲得探地雷達距離分辨率的理論表達式，常用的經(jīng)驗表達式如下(參考文獻 Eaves, J.L.and Reedy, E.K., Principles of ModernRadar[M], Chapman&Hall, 1987):
【權利要求】
1.一種超寬帶探地雷達公路質(zhì)量探測方法，其特征在于，包括以下步驟: 步驟1、探測裝置參數(shù)配置； 步驟2、裝置設備狀態(tài)自動檢測； 步驟3、探測前的增益校準； 步驟4、發(fā)射探測信號； 步驟5、接收探測回波信號； 步驟6、對探測數(shù)據(jù)緩存單元中的接收探測信號數(shù)據(jù)進行缺陷目標檢測； 步驟7、當前存在缺陷的圖像進行缺陷目標識別； 步驟8、對缺陷目標探測結(jié)果進行分類處理， 并將探測結(jié)果在人機交互平臺中顯示出來。
2.根據(jù)權利要求1所述的超寬帶探地雷達公路質(zhì)量探測方法，其特征在于，所述步驟6包括以下步驟: 步驟6.1、數(shù)據(jù)預處理； 步驟6.2、計算接收探測信號數(shù)據(jù)設定頻域內(nèi)的功率譜值； 步驟6.3、根據(jù)計算的功率譜值判斷該圖像中是否存在缺陷；若當前圖像存在缺陷，跳轉(zhuǎn)至步驟7進行下一步驟的缺陷目標識別；否則，直接跳轉(zhuǎn)至步驟8。
3.根據(jù)權利要求1所述的超寬帶探地雷達公路質(zhì)量探測方法，其特征在于，所述步驟7中，對所述當前存在缺陷的圖像進行以下數(shù)據(jù)處理: 步驟7.1、標記存在缺陷目標的A-Scan數(shù)據(jù)所在的水平位置； 步驟7.2、將存在缺陷目標的A-Scan數(shù)據(jù)在時間域上使用加窗序列函數(shù)分成多段可以重疊的子序列，分別計算每段子序列的功率譜統(tǒng)計值； 步驟7.3、選擇功率譜統(tǒng)計值與時間域?qū)墓β首V經(jīng)驗統(tǒng)計平均值相差絕對值最大的子序列，標記存在缺陷目標的A-Scan數(shù)據(jù)的缺陷目標所在深度范圍； 步驟7.4、提取功率譜特征，利用功率譜估計法判斷缺陷目標材質(zhì)以及目標類型。
4.根據(jù)權利要求1所述的超寬帶探地雷達公路質(zhì)量探測方法，其特征在于，所述步驟8中，把所述缺陷目標探測結(jié)果分為以下三類分別進行處理: 第一類:無缺陷圖像數(shù)據(jù)；此類圖像將不存儲于存儲單元中，直接丟棄探測數(shù)據(jù)緩存單元中的整幅探測圖像數(shù)據(jù)； 第二類:缺陷目標圖像數(shù)據(jù)；主控制器將探測數(shù)據(jù)緩存單元中的缺陷目標圖像數(shù)據(jù)探測結(jié)果、目標缺陷位置探測結(jié)果、深度探測結(jié)果、缺陷目標材質(zhì)探測結(jié)果以及目標類型探測結(jié)果存儲于存儲單元的探測圖像庫中； 第三類:可疑圖像數(shù)據(jù)；該類圖像數(shù)據(jù)先存儲于存儲單元中，等待探測數(shù)據(jù)處理端空閑或探測完成之后，由探測人員選擇是否進行重復探測以及是否進行進一步精確的數(shù)據(jù)處理。
5.根據(jù)權利要求1所述的超寬帶探地雷達公路質(zhì)量探測方法，其特征在于，在所述步驟I之前，對探測目標樣例進行離線樣本數(shù)據(jù)采集；探測數(shù)據(jù)存儲于存儲單元數(shù)據(jù)庫中，離線樣本數(shù)據(jù)采集過程的采集數(shù)據(jù)包括存在缺陷目標圖像數(shù)據(jù)和無缺陷圖像數(shù)據(jù)；其中對缺陷圖像數(shù)據(jù)進行特征提取，形成缺陷特征庫；對無缺陷圖像數(shù)據(jù)通過統(tǒng)計無缺陷圖像數(shù)據(jù)的樣本功率譜統(tǒng)計平均值互，為步驟6提供判斷探測圖像是否存在缺陷的依據(jù)，同時根據(jù)在時間域上不同窗函數(shù)情況下各子序列的樣本功率譜分段統(tǒng)計平均值€，其中，j=l, 2,...,Μ,為步驟7判斷缺陷圖像中缺陷目標所在深度范圍提供依據(jù)； 所述離線樣本數(shù)據(jù)采集用于實時探測之前對探測的公路典型樣本對象進行探測數(shù)據(jù)采集，為實時探測過程提供樣本探測圖像參考數(shù)據(jù)，其數(shù)據(jù)處理過程包括以下步驟: ①圖像數(shù)據(jù)分類:將離線樣本數(shù)據(jù)采集的圖像數(shù)據(jù)根據(jù)人工選擇方式分為無缺陷圖像與缺陷圖像，形成包括無缺陷圖像子庫與缺陷圖像子庫的圖像數(shù)據(jù)庫； ②計算樣本統(tǒng)計平均值:對無缺陷子庫中的圖像數(shù)據(jù)進行樣本功率譜平均值統(tǒng)計； ③特征提取:對缺陷圖像子庫中的圖像進行特征提取，形成缺陷特征庫。
6.根據(jù)權利要求5所述的超寬帶探地雷達公路質(zhì)量探測方法，其特征在于，所述離線樣本數(shù)據(jù)采集在實時處理過程開始之前完成。
7.根據(jù)權利要求1所述的超寬帶探地雷達公路質(zhì)量探測方法，其特征在于，所述步驟8包括以下步驟: (1)缺陷目標檢測；對超寬帶探地雷達探測回波信號作初步的缺陷目標檢測，得到初步檢測結(jié)果，將探測圖像劃分為無缺陷圖像與存在缺陷圖像的分類依據(jù)包括: 圖像中第i條A-Scan掃描時間域數(shù)據(jù)fi (t)接收頻率范圍內(nèi)的功率譜統(tǒng)計值，由下式計算得到:
8.根據(jù)權利要求7所述的超寬帶探地雷達公路質(zhì)量探測方法，其特征在于，所述步驟(5)中，所述實時處理過程中的探測結(jié)果分為以下三類: 第I類:無缺陷圖像數(shù)據(jù)； 第II類:缺陷目標圖像數(shù)據(jù)； 第III類:可疑圖像數(shù)據(jù)。
9.一種實現(xiàn)權利要求1所述的超寬帶探地雷達公路質(zhì)量探測方法的探測裝置，其特征在于，包括:超寬帶探地雷達天線陣、超寬帶探地雷達主機、探測數(shù)據(jù)處理端、測速模塊和無線模塊；所述超寬帶探地雷達天線陣與探地雷達主機相連接，超寬帶探地雷達主機、測速模塊和無線模塊均與探測數(shù)據(jù)處理端相連接；超寬帶探地雷達天線陣用于發(fā)射和接收超寬帶探地雷達信號；超寬帶探地雷達主機用于探測信號的形成與驅(qū)動、探測接收回波信號的增益與數(shù)字采樣處理；探測數(shù)據(jù)處理端用于整個裝置的探測參數(shù)設置與控制、探測參數(shù)的存儲與處理、數(shù)據(jù)通信以及人機交互；所述測速模塊用于檢測探測裝置行進速度；所述無線模塊用于探測裝置的無線定位以及數(shù)據(jù)的無線傳輸。
10.根據(jù)權利要求9所述的探測裝置，其特征在于，所述超寬帶探地雷達天線陣包括至少I個超寬帶發(fā)射天線和至少I個超寬帶接收天線；所述超寬帶探地雷達主機包括超寬帶發(fā)射機、超寬帶接收機和頻率時鐘；所述探測數(shù)據(jù)處理端包括主控制器、探測數(shù)據(jù)緩存單元、缺陷目標識別單元、存儲單元和人機交互平臺；所述無線模塊包括GPS定位單元和無線傳輸單兀。
【文檔編號】E01C23/01GK103485265SQ201310452042
【公開日】2014年1月1日 申請日期:2013年9月27日 優(yōu)先權日:2013年9月27日
【發(fā)明者】韋崗, 梁可尊, 曹燕, 馬碧云 申請人:華南理工大學