[发明专利]形成3D图像数据的方法及相关装置

说明书

一种用于形成表示位于运动交通工具附近的基础设施的地下的3D图像数据的方法。该方法包括：围绕天线旋转轴旋转安装到运动交通工具上的定向天线；使用定向天线同时定向天线围绕天线旋转轴旋转，执行定向天线发射RF能量并接收反射的RF能量的多个采集循环；在定向天线执行的多个采集循环中的每一个期间采集：(i)表示在采集循环期间由定向天线接收的反射的RF能量的雷达数据；(ii)表示在采集循环期间定向天线围绕天线旋转轴的角位置的角位置数据；和(iii)关于采集循环期间定向天线的平移位置的平移位置数据；处理在多个采集循环中的每一个期间采集的雷达数据、角位置数据和平移位置数据，以形成表示位于运动交通工具附近的基础设施的地下的3D图像数据。

技术领域

本发明涉及一种形成表示位于运动交通工具附近的基础设施的地下的3D图像数据的方法，以及相关装置。

背景技术

已证明雷达是一种对地下特征进行勘测并评估交通基础设施的情况的有效工具。

图1示出了用于检查根据传统技术以及现成的组件制造的轨道道砟6和路基7的示例性雷达装置。图1的雷达装置包括三个空气耦合天线1的阵列，其由安装支架2固定到轨道交通工具3的前方。每个天线1的视轴与垂直轴对齐，因此空气—地面界面处的电磁波相对于垂直轴的入射角为零。每个天线以由天线指标确定的中心频率发射一个RF波形，该波形由多组短周期超宽带(“UWB”)脉冲(通常为Ricker小波)组成。天线选择取决于勘测要求，例如：300-500MHz通常用于检测大尺度特征，如0-3米深处的空隙、管道和涵洞；1GHz可有效检测距离地面小于1米的小物体；及2GHz用于确定道砟污染的严重程度(ballast foulingseverity)。在小距离上发生的地下介电常数的大的变化引起由交通工具中的控制单元处理和记录的强反映。由一组中的每个发射的UWB脉冲产生的反向散射的RF能量信号被非相干地相加在一起以增加信噪比(该技术被称为堆叠)。获得的数据集显示反射的RF能量信号幅度作为双向行进时间的函数，其被称为轨迹或A扫描。当轨道交通工具沿轨道移动时，采集并组装轨迹以产生表示地下纵向横断面(或B扫描)的2D图像数据。为了使该横断面精确地表示地下特征，必须精确地确定轨道交通工具3从参考点行进的距离。转速计或激光多普勒编码器4可以向控制单元提供线性位置数据以为各个轨迹提供地理参考。另外，可以采用GPS系统5将相关的地理参考特征映射到全球坐标系，例如，在WGS84全球坐标系中使用纬度/经度。

本发明人已经观察到当前的地下和基础设施勘测雷达设备，例如图1中所示的设备，具有固有的局限性。例如，因为天线阵列不能横向延伸超出交通工具，并且天线垂直固定，所以勘测区域被限制在直接位于交通工具下方的道砟6和路基7。因此，在轨道中心线的较大偏移处发生的问题将仍然不能被检测到。这种情况的一个例子是肩部道砟8已经被污染。对于典型的铁路，道砟6通常由碎石组成，碎石互锁以保持轨道固定以抵抗所施加的载荷，将这些载荷分布在路基上并便于排水。路基7通常由压缩土制成，以为道砟6提供稳定的支撑。其体积的大约百分之三十由空气空隙组成，每个空隙的平均直径在11-29mm之间。由破裂或小颗粒或水渗入空隙引起的任何污染都会损害其抵抗负荷的能力。肩部道砟8特别容易受到环境碎屑的污染，并且这可能妨碍整个道砟的侧向排水。另一个例子是损坏的管9，其产生与肩部道砟相邻的空隙10，其可能潜在地体积增加，直到其损害轨道完整性才被检测到。