專利名稱：面向地下空間開發(fā)的地下管線層析成像系統(tǒng)的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及ー種地下管線層析成像系統(tǒng)，尤其是指ー種應用于不同深度的地下空間開發(fā)的地下管線層析成像系統(tǒng)，屬于地下管線精細探測領域。
背景技術：
隨著我國經濟發(fā)展，城市化進程的加快，大城市的土地資源變得緊缺，地下空間的開發(fā)則成為必然趨勢。但城市地下空間開發(fā)利用是ー項極為復雜的工作，城市地下空間結構繁雜，地下管線分布密如蜘網，需要多學科、多門類的技術服務。有效合理的利用城市地下空間資源的最基礎最重要的工作，就是探明城市地下空間的結構屬性及地下管線分布，然后才能準確有效的規(guī)劃地下空間的開發(fā)和利用。因此，精確探明城市復雜的地下管線的空間分布位置就顯得尤為重要。 現(xiàn)有工程中，通常采用電磁管線定位儀和探地雷達等儀器對地下管線的分布位置進行探測。從原理上來說，這些常規(guī)的測量方法存在以下缺陷第一，可探測的地下管線埋設的深度較淺，通常不超過5米；第二，探測精度易受電磁場和鐵磁物體的干擾，因為在城市中存在強電磁干擾源，包括高壓線、鋼筋混凝土路面、通訊基站等，故探測效果較差;第三，對于地下管線的探測往往只能定性，而難以做到準確定量的精確探測；第四，利用每ー種探測儀器進行探測的方法都只適用于某一類材質的管線測量，比如金屬管道，因此缺乏通用性。鑒于以上所描述的在現(xiàn)有技術中存在的缺點和限制，在對城市地下空間進行開發(fā)時，亟需ー種自主、抗干擾的地下管線三維探測技術，精確提供地下管線分布的三維圖像信息，并且該技術能夠適用于各種材質和埋設深度的地下管線的探測。因此，可以借鑒醫(yī)學上的CT掃描理論，使用地下層析成像技術來詳細探測調查地下空間的物性參數(shù)。目前，所述的地下層析成像技術在干擾環(huán)境小、探測目標大的石油勘探、煤田勘探、礦產勘探中已經得到廣泛的推廣和運用，并取得了良好的效果。但是，將該地下層析成像技術應用于對城市地下管線進行探測成像時，尚有兩個核心技術問題仍需解決第一，需要大幅度的降低城市環(huán)境干擾(例如電磁干擾、噪聲干擾等)對成像儀器的影響；第二，如何實現(xiàn)高分辨率的地下層析成像。

發(fā)明內容
本發(fā)明的目的是提供一種面向地下空間開發(fā)的地下管線層析成像系統(tǒng)，抗干擾能力強，探測深度廣，精確提供地下管線分布的高分辨率的三維圖像信息，并且適用于各種材質和埋設深度的地下管線的探測。為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供一種面向地下空間開發(fā)的地下管線層析成像系統(tǒng)，包含地面可控震源，其通過釋放能量形成向地下傳播的弾性波；彈性波檢波器陣列，包含若干分別設置在地面或埋設在地下的弾性波檢波器，采集經由地下管線反射后的弾性波反射信息；以及多道地震儀，其分別和每個彈性波檢波器通過電纜連接，接收由彈性波檢波器陣列所采集的弾性波反射信息，并經過數(shù)據處理后形成地下管線分布的三維圖像信息。所述地面可控震源為能提供不同頻率的多分量高頻可控震源。所述埋設在地下的若干弾性波檢波器，是埋設在地下約O. 5米深處的孔洞內。所述彈性波檢波器為多分量弾性波檢波器，包含多級相互連接的多分量檢波器單元；每個所述多分量檢波器単元包含設置在殼體內的檢波器組件和氣囊組件；所述氣囊組件包含氣囊和包裹在該氣囊外部的多層收縮套，且每個多分量檢波器単元的氣囊與相鄰多分量檢波器単元的氣囊之間通過氣管連接。所述每個弾性波檢波器與多道地震儀之間采用多通道信號采集線連接。所述多道地震儀包含依次連接的數(shù)據轉換模塊、數(shù)據濾波模塊、微控制器和數(shù)據 顯示模塊；所述數(shù)據轉換模塊為A/D轉換器，接收各個弾性波檢波器采集到的弾性波反射信號，進行模數(shù)轉換形成弾性波反射數(shù)字信號，并對彈性波反射數(shù)字信號進行數(shù)據疊加；所述數(shù)據濾波模塊濾除弾性波反射數(shù)字信號中的噪音干擾；所述微控制器對濾波后的弾性波反射數(shù)字信號進行數(shù)據分析和處理，計算得到地下管線分布位置的三維信息；所述數(shù)據顯示模塊為液晶顯示器，顯示由微控制器計算得到的地下管線分布位置的三維圖像信息。所述數(shù)據濾波模塊包含依次連接的高壓線陷波模塊，低切濾波模塊和高截濾波模塊。所述多道地震儀還包含數(shù)據存儲模塊，其與所述微控制器連接，存儲探測到的地下管線的三維信息數(shù)據。所述多道地震儀還包含長距離通訊模塊，其與所述微控制器連接，向遠程計算機傳輸探測到的地下管線的三維信息數(shù)據。所述地下管線層析成像系統(tǒng)還包含與所述多道地震儀連接的GPS設備，獲得地下管線的相對于地理坐標的絕對三維信息。本發(fā)明所提供的面向地下空間開發(fā)的地下管線層析成像系統(tǒng)，抗干擾能力強，在探測過程中能有效屏蔽城市中各種較強的電磁干擾和噪聲干擾；地下探測深度廣，能實現(xiàn)地下O. 5 40米范圍內的地下管線分布的精確探測，生成地下管線分布的高分辨率三維圖像信息，并且該地下管線層析成像系統(tǒng)適用于各種材質和埋設深度的地下管線的探測。


圖I為本發(fā)明中的面向地下空間開發(fā)的地下管線層析成像系統(tǒng)結構框 圖2為本發(fā)明中的多道地震儀的結構框圖。
具體實施例方式以下結合圖I 圖2，詳細說明本發(fā)明的ー個優(yōu)選實施例。如圖I所示，為本發(fā)明所提供的面向地下空間開發(fā)的地下管線層析成像系統(tǒng)的結構框圖。該地下管線層析成像系統(tǒng)包含地面可控震源I，其通過釋放能量形成向地下傳播的弾性波；彈性波檢波器陣列2，包含若干分別設置在地面或埋設在地下的弾性波檢波器21，采集經由地下管線反射后的弾性波反射信息；以及多道地震儀3，其分別和每個彈性波檢波器21通過電纜連接，接收由彈性波檢波器陣列2所采集的弾性波反射信息，并經過數(shù)據處理后形成地下管線分布的三維圖像信息。
其中，所述地面可控震源I采用輕便的多分量高頻可控震源，其是ー種用于工程探測和淺層地震勘探 成像的激震信號源；能夠根據實際施工現(xiàn)場的不同路面條件，提供各種不同頻率的可控震動源，以達到最佳的激發(fā)效果；并且能夠同時控制產生多個震源，即同時向地下發(fā)射并傳播多個彈性波。本實施例中，所述地面可控震源I采用的掃描信號為Chirp信號(線性調頻信號，具有尖銳的模糊度函數(shù)，既有一定的分辨率，又有較高的容限)，該Chirp信號經過功率放大后驅動激震器，隨后激振器通過和地面致密耦合的基板向地下同時發(fā)射四個彈性波。弾性波在地下傳播過程中如遇到地下管線則會反射回地面，使得其傳播信息被弾性波檢波器陣列2中最接近其的彈性波檢波器21所接收。所述彈性波檢波器陣列2中埋設在地下的若干弾性波檢波器21，是埋設在地下約
O.5米深處的孔洞內。每個所述的彈性波檢波器21均采用多分量彈性波檢波器，包含多級相互連接的多分量檢波器単元。每個多分量檢波器単元中包含設置在殼體內的檢波器組件和氣囊組件；所述每個多分量檢波器単元的殼體之間相互連接。所述氣囊組件包含氣囊和包裹在該氣囊外部的多層收縮套，且每個多分量檢波器単元的氣囊與相鄰多分量檢波器単元的氣囊之間通過氣管連接，當所述多分量弾性波檢波器21被埋設在地下孔洞內后，通過氣管向各個多分量檢波器単元的氣囊充氣使其鼓起，從而與孔洞內壁緊貼而實現(xiàn)固定。由于本發(fā)明所采用的多分量弾性波檢波器21包含若干単元的檢波器組件，因此其能夠接收采集數(shù)倍的共反射點的弾性波反射信息，這種疊加后接收的彈性波反射信息大大提高了分辨率和信噪比，從而能夠有效提高城市地下弾性波的采集效率和采集質量。同時，由于本發(fā)明中在地面和地下均大量設置多分量弾性波檢波器，從而實現(xiàn)多次覆蓋，多次收發(fā)，采集海量的地下弾性波傳播信息，并接收經由地下管線反射后的弾性波信息，及其有利于后續(xù)數(shù)據分析處理，并生成精確的地下管線三維圖像信息。所述每個弾性波檢波器21與多道地震儀3之間采用多通道信號采集線連接；所述多通道信號采集線連接采用屏蔽材料加工，具有良好的抗沖擊和防水性能，可有效屏蔽城市中的各種電磁干擾以及震動干擾等。如圖2所示，所述多道地震儀3包含依次連接的數(shù)據轉換模塊31、數(shù)據濾波模塊32、微控制器33和數(shù)據顯示模塊34。所述數(shù)據轉換模塊31采用高精度A/D (模數(shù))轉換器，接收各個彈性波檢波器采集到的弾性波反射信號，進行模數(shù)轉換形成弾性波反射數(shù)字信號，同時對彈性波反射數(shù)字信號進行數(shù)據疊加，可有效抑制隨機噪音干擾，提高信號信噪比。本實施例中，所采用的高精度A/D轉換器可進行32位(bit)的數(shù)據疊加。所述數(shù)據濾波模塊32用于濾除弾性波反射數(shù)字信號中的各類城市噪音干擾，包括移動汽車、高壓線以及振動的機器等，從而進一步提高信號質量和分辨率。所述數(shù)據濾波模塊32包含依次連接的高壓線陷波模塊321 :用于消除電網エ頻干擾信號和高壓線電磁干擾信號，即用于消除頻率在50/60HZ及其諧波的干擾信號；低切濾波模塊322 :用于有效壓制地滾波信號和遠處交通帶來的干擾信號；高截濾波模塊323 :用于有效降低風噪。所述微控制器33采用型號為NIOS II的高性能微控制器，其對濾波后的弾性波反射數(shù)字信號進行數(shù)據分析和處理，運用彈性波射線軌跡推算原理，通過反演運算，計算得到地下管線分布位置的三維信息。所述數(shù)據顯示模塊34采用高分辨率的液晶顯示器，顯示由微控制器33計算得到的地下管線分布位置的三維圖像信息。本實施例中，所述數(shù)據顯示模塊34采用與普通計算機兼容的、日光下可見的高分辨率640
480的液晶顯不器。所述多道地震儀3還包含數(shù)據存儲模塊35，其與所述微控制器33連接，用于存儲當前幾日內探測到的地下管線的三維信息數(shù)據。所述多道地震儀3還包含長距離通訊模塊36，其與所述微控制器33連接，可向遠程的計算機5傳輸探測到的地下管線的三維信息數(shù)據。本實施例中，所述長距離通訊模塊36采用RS485串行接ロ。所述地下管線層析成像系統(tǒng)還包含與所述多道地震儀3連接的GPS (全球定位系 統(tǒng))設備4，從而可獲得地下管線的相對于地理坐標的絕對三維信息。本發(fā)明所提供的面向地下空間開發(fā)的地下管線層析成像系統(tǒng)，抗干擾能力強，在探測過程中能有效屏蔽城市中各種較強的電磁干擾和噪聲干擾；地下探測深度廣，能實現(xiàn)地下O. 5 40米范圍內的地下管線分布的精確探測，生成地下管線分布的高分辨率三維圖像信息，并且該地下管線層析成像系統(tǒng)適用于各種材質和埋設深度的地下管線的探測。盡管本發(fā)明的內容已經通過上述優(yōu)選實施例作了詳細介紹，但應當認識到上述的描述不應被認為是對本發(fā)明的限制。在本領域技術人員閱讀了上述內容后，對于本發(fā)明的多種修改和替代都將是顯而易見的。因此，本發(fā)明的保護范圍應由所附的權利要求來限定。
權利要求
1.一種面向地下空間開發(fā)的地下管線層析成像系統(tǒng)，其特征在于，包含 地面可控震源(1)，其形成向地下傳播的彈性波； 彈性波檢波器陣列(2)，包含若干分別設置在地面或埋設在地下的彈性波檢波器(21)，采集經由地下管線反射后的彈性波反射信息； 多道地震儀(3)，其分別和每個彈性波檢波器(21)通過電纜連接，接收由彈性波檢波器陣列(2)所采集的彈性波反射信息，并經過數(shù)據處理后形成地下管線分布的三維圖像信肩、O
2.如權利要求I所述的面向地下空間開發(fā)的地下管線層析成像系統(tǒng)，其特征在于，所述地面可控震源(I)為能提供不同頻率的多分量高頻可控震源。
3.如權利要求I所述的面向地下空間開發(fā)的地下管線層析成像系統(tǒng)，其特征在于，所述埋設在地下的若干彈性波檢波器(21)，是埋設在地下0. 5米深處的孔洞內。
4.如權利要求3所述的面向地下空間開發(fā)的地下管線層析成像系統(tǒng)，其特征在于，所述彈性波檢波器(21)為多分量彈性波檢波器，包含多級相互連接的多分量檢波器單元； 每個所述多分量檢波器單元包含設置在殼體內的檢波器組件和氣囊組件； 所述氣囊組件包含氣囊和包裹在該氣囊外部的多層收縮套，且每個多分量檢波器單元的氣囊與相鄰多分量檢波器單元的氣囊之間通過氣管連接。
5.如權利要求4所述的面向地下空間開發(fā)的地下管線層析成像系統(tǒng)，其特征在于，所述每個彈性波檢波器(21)與多道地震儀(3)之間采用多通道信號采集線連接。
6.如權利要求I所述的面向地下空間開發(fā)的地下管線層析成像系統(tǒng)，其特征在于，所述多道地震儀(3)包含依次連接的數(shù)據轉換模塊(31)、數(shù)據濾波模塊(32)、微控制器(33)和數(shù)據顯示模塊(34); 所述數(shù)據轉換模塊(31)為A/D轉換器，接收各個彈性波檢波器采集到的彈性波反射信號，進行模數(shù)轉換形成彈性波反射數(shù)字信號，并對彈性波反射數(shù)字信號進行數(shù)據疊加； 所述數(shù)據濾波模塊(32)濾除彈性波反射數(shù)字信號中的噪音干擾； 所述微控制器(33 )對濾波后的彈性波反射數(shù)字信號進行數(shù)據分析和處理，計算得到地下管線分布位置的三維信息； 所述數(shù)據顯示模塊(34)為液晶顯示器，顯示由微控制器計算得到的地下管線分布位置的三維圖像信息。
7.如權利要求6所述的面向地下空間開發(fā)的地下管線層析成像系統(tǒng)，其特征在于，所述數(shù)據濾波模塊(32)包含依次連接的高壓線陷波模塊(321)，低切濾波模塊(322)和高截濾波模塊(323)。
8.如權利要求6所述的面向地下空間開發(fā)的地下管線層析成像系統(tǒng)，其特征在于，所述多道地震儀(3)還包含數(shù)據存儲模塊(35)，其與所述微控制器(33)連接，存儲探測到的地下管線的三維信息數(shù)據。
9.如權利要求6所述的面向地下空間開發(fā)的地下管線層析成像系統(tǒng)，其特征在于，所述多道地震儀(3)還包含長距離通訊模塊(36)，其與所述微控制器(33)連接，向遠程計算機(5)傳輸探測到的地下管線的三維信息數(shù)據。
10.如權利要求I所述的面向地下空間開發(fā)的地下管線層析成像系統(tǒng)，其特征在于，所述地下管線層析成像系統(tǒng)還包含與所述多道地震儀(3)連接的GPS設備(4)，獲得地下管線的相對于地理坐標的 絕對三維信息。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種面向地下空間開發(fā)的地下管線層析成像系統(tǒng)，包含地面可控震源，其通過釋放能量形成向地下傳播的彈性波；彈性波檢波器陣列，包含若干分別設置在地面或埋設在地下的彈性波檢波器，采集經由地下管線反射后的彈性波反射信息；以及多道地震儀，其分別和每個彈性波檢波器通過電纜連接，接收由彈性波檢波器陣列所采集的彈性波反射信息，并經過數(shù)據處理后形成地下管線分布的三維圖像信息。本發(fā)明抗干擾能力強，探測深度廣，精確提供地下管線分布的高分辨率的三維圖像信息，并且適用于各種材質和埋設深度的地下管線的探測。
文檔編號G01V1/00GK102662191SQ20121018229
公開日2012年9月12日 申請日期2012年6月5日 優(yōu)先權日2012年6月5日
發(fā)明者盧德軍, 李大海 申請人:上海通振建設工程有限公司