[发明专利]基于探地雷达时频尺度特征的供水管道漏损检测方法

权利要求书

1.基于探地雷达时频尺度特征的供水管道漏损检测方法，其特征是，包括以下步骤：

步骤一，获取供水管道纵向及横向采集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预处理；

步骤三，对处理后的数据读取十六进制的电磁波振幅数据，并转换为十进制数据；

步骤四，对步骤三得到的数据中A-Scan信号进行小波变换计算，获取信号时频特征分布；

步骤五，将计算得到的时频数据映射为二维的小波时频尺度图，利用时频域的分布规律，对管道漏损区域、规模进行识别。

2.根据权利要求1所述的基于探地雷达时频尺度特征的供水管道漏损检测方法，其特征是，步骤一中，在获取雷达原始图像之前，选用中心频率合适的雷达天线、布置合理的管道轴向测线及设置合适的采样参数。

3.根据权利要求2所述的基于探地雷达时频尺度特征的供水管道漏损检测方法，其特征是，根据埋深和管径选用中心频率合适的雷达天线、布置合理的管道轴向测线及设置合适的采样参数。

4.根据权利要求1所述的基于探地雷达时频尺度特征的供水管道漏损检测方法，其特征是，步骤二中，对获取的原始图像数据进行预处理包括：道编辑、去直流分量、零时校正、振幅增强和带通滤波。

5.根据权利要求1所述的基于探地雷达时频尺度特征的供水管道漏损检测方法，其特征是，步骤三包括：电磁波反射信号以十六进制格式保存于.rd3格式文件中，将预处理后的数据从十六进制数据转变为易读取的十进制数据，根据.rad后缀头文件数据及.rd3后缀数据文件，读取十六进制的电磁波振幅数据并转换为十进制数据。

6.根据权利要求1所述的基于探地雷达时频尺度特征的供水管道漏损检测方法，其特征是，步骤四具体包括：选取合适小波基函数，计算滤波器组，进行小波变换分析。

7.根据权利要求1所述的基于探地雷达时频尺度特征的供水管道漏损检测方法，其特征是，所述步骤五根据信号的时频分布特征，进行供水管道的漏损区域识别：

根据步骤四构建的小波时频尺度图，时频尺度图中包括了每一时刻各频率成分的分布情况，其中主频的高低及强弱反映了电磁波在地下介质传播过程中被介质吸收的程度，频谱能量的异常分布则表明电磁波在该时刻发生了反射。

8.根据权利要求1所述的基于探地雷达时频尺度特征的供水管道漏损检测方法，其特征是，步骤四中，小波变换用有限长会衰减的小波基来替，小波基的本质是母小波和父小波缩放和平移的集合；

母小波在时域是紧支撑或近似紧支撑的，小波基函数是具有正负交替的波动性，且均值为0的函数，如公式3所示，对小波进行缩放、平移后可得到小波函数族，如公式4所示：

式中，a为尺度因子，控制母小波的缩放，与小波的频率成反比，此处为2的级数；b为平移因子，控制小波沿着时间轴的平移，t表示时间；

由于Morlet小波与典型的雷达脉冲具有相似性，因此选择Morlet小波作为母小波进行分析；Morlet小波是幅度为高斯型的单频复简谐函数，可以表示为：

式中，ω₀为复简谐函数的频率，i为虚数，t为时间；

任意信号f(t)的连续小波变换定义为

式中，表示小波基函数，τ表示小波基的位移变换系数；

较大的尺度因子对应着频率较低的宽小波，可得到原始信号中的低频成分信息；较小的尺度因子对应着频率较高的窄小波，可得到原始信号的高频成分信息。

9.根据权利要求4所述的基于探地雷达时频尺度特征的供水管道漏损检测方法，其特征是，步骤二中，利用雷达处理软件reflexw中的Subtract-DC-Shift功能将信号的直流分量置零。

10.根据权利要求4所述的基于探地雷达时频尺度特征的供水管道漏损检测方法，其特征是，步骤二中，通过reflexw静校正模块中的Move start time功能完成零时校正。