[发明专利]基于探地雷达图像特征信号识别的供水管道漏损检测方法

权利要求书

1.一种基于探地雷达图像特征信号识别的供水管道漏损检测方法，其特征在于，该方法包括：

步骤一，获取供水管道的探地雷达原始图像数据；

步骤二，对获取的原始图像数据进行去直流、零时校正、振幅增强和带通滤波处理；所述步骤二具体如下：

首先对采集到的雷达原始图像信号，利用雷达通用处理软件reflexw一维滤波中的Subtract-DC-Shift模块将信号的直流分量置零，达到去直流和去零点漂移的目的；

而后利用reflexw静校正中的Move start time模块选择直达波的第一负峰值或正峰值作为零时校正点，将该位置的时间设置为0；

最后利用reflexw增益中的Energy decay模块将深度的微弱信号进行振幅放大，再通过reflexw一维滤波中的bandpassbutterworth模块对特定范围内的频率信号进行选择，最大限度的让高频信号通过，并对低频信号进行衰减和抑制；

步骤三，结合双曲线信号特征和多次波形成原理以及它们在图像上的位置信息，观察图像中各信号的特征，识别出图像中的管道漏损信号和干扰信号，以对图像中管道漏损信息的准确识别。

2.如权利要求1所述的基于探地雷达图像特征信号识别的供水管道漏损检测方法，其特征在于，所述步骤一中探地雷达原始图像数据的获取包括如下步骤：

(1)根据已知的管道埋深和管径大小，通过探地雷达水平分辨率和垂直分辨率公式确定所使用的雷达天线的中心频率；其中，探地雷达水平分辨率和垂直分辨率的关系见下式：

其中：R_f、R_v分别为探地雷达的水平分辨率和垂直分辨率；h为物体的埋置深度；λ为探地雷达电磁波在地下介质传播时的波长；c为电磁波在真空中的传播速率；f为探地雷达天线的中心频率；ε为地下介质的相对介电常数；

(2)根据管道位置和走向，将雷达天线置于管道正上方并沿管道轴向方向移动完成原始图像数据的采集。

3.如权利要求1所述的基于探地雷达图像特征信号识别的供水管道漏损检测方法，其特征在于，所述步骤三具体如下：

首先，根据双曲线信号的形成过程，从雷达图像中提取的双曲线方程可以计算出物体的尺寸大小和深度位置；由计算得到的物体尺寸或深度位置可以排除在尺寸大小或深度位置上不符合实际情况的非漏损信号；

其次，根据多次波的形成原理，当电磁波第一次到达物体会发生第一次反射，该反射波在回到地面时一部分能量会穿透地面被雷达第一次接收，另一部分能量会经地面反射再次到达该物体上，形成第二次反射、接收，依次进行直到反射能量衰减至雷达无法接收，从而在图像上会出现由同一物体产生的垂直分布的多个双曲线，进而排除干扰信号；

最后，根据供水管道与漏损区域之间的位置关系，可知图像上管道漏损的双曲线信号应与供水管道的带状信号发生重叠而使得管道带状信号不连续，进而可以排除图像中孤立的双曲线信号。

4.如权利要求1所述的基于探地雷达图像特征信号识别的供水管道漏损检测方法，其特征在于，所述步骤三干扰信号包括：地下存在的空气、石块、塑料和金属在雷达图像上产生的信号。

5.如权利要求3所述的基于探地雷达图像特征信号识别的供水管道漏损检测方法，其特征在于，当物体为圆柱形物体时，其双曲线方程与物体尺寸大小、深度位置关系见公式所示：

其中：t_n、t₀分别为天线在位置x和x₀时电磁波的旅行时间；R为圆柱形物体的半径；v为雷达电磁波在地下介质中的传播速率；x₁、y₁为分别为双曲线中心点的横坐标和纵坐标；p、q分别为双曲线实轴的半轴长和虚轴的半轴长；h₀为物体埋深；t为天线在物体正上方时电磁波旅行时间。