[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

说明书

本发明公开了基于探地雷达时频尺度特征的供水管道漏损检测方法，本发明中，对A‑Scan信号进行小波变换计算，获取信号时频特征分布；利用时频域的分布规律，对管道漏损区域、规模进行识别。采用小波分析具有多尺度分析的优势，能够将时域特征和频率特征联合到一张图像中，并兼具时域和频率的分辨率，相比传统分析雷达剖面同相性、相似性来判断管道漏损的方式，通过小波时频尺度图中的时频特征，可以更容易发现管道的漏损。

技术领域

本发明具体涉及基于探地雷达时频尺度特征的供水管道漏损检测方法。

背景技术

探地雷达是利用天线发射和接收高频电磁波来探测介质内部物质特性和分布规律的一种地球物理方法，由于其高效方便、成像分辨率高的优点，目前被广泛用于地质勘探、考古挖掘、工程质量检测等领域，但在市政供水管道的异常检测方面仍处于起步阶段，探地雷达正逐渐被开发并应用于供水管道定位和漏损区域探测中。

探地雷达是以电磁波传播理论为基础，以介质电性(电导率、介电常数)差异为前提，利用高频脉冲电磁波的反射探测目标物体。表1为常见物质材料的相对介电常数，由表可见，水的介电常数为80，一般砂土的介电常数为3～5，相差巨大，理论上当电磁波到达干燥砂土和湿润土壤界面时，雷达天线能够接收到其反射回来的电磁波，因此在雷达图像上会出现因供水管道发生漏损而产生的信号。此外，大地本身是一个低通滤波器，地下任何介质都对电磁波有吸收衰减作用，不同介质的衰减系数差异很大，对电磁波的吸收影响也有所差别。其中，干砂的衰减系数仅为0.01，饱和砂视含水率不同，衰减系数介于0.03～0.3，粘土更是可以高达300之多。根据电磁波一维波动方程推导，电磁波在地下介质传播过程中的速度衰减系数α与能量衰减系数β均与电磁波频率和介质的电性常数相关，见式1、式2。公式表明，高含水的介质电导率高，对电磁波的吸收衰减作用更为强烈，尤其是对高频电磁波影响更大。

由此可知，理论上，探地雷达能够有效地将高含水的介质与其他地下介质区分开，例如：饱和砂和非饱和砂的界面；供水管道与湿土的界面等，在供水管道漏损检测方面具有应用潜力。但是实际工程应用中，由于地下介质的复杂性和探地雷达剖面解译工作的困难性，不具备多年物探经验的业余检测人员难以准备识别雷达图像上的漏损信号，常常将其与其他干扰介质混淆而导致误判，使得探地雷达在管道漏损检测方面的应用效果较差。例如，在探地雷达剖面图中石块和漏损区域均呈现为双曲线信号特征，难以准确区分。

现有图像中漏损信号的识别主要问题是：

(1)剖面图的成像特征单一，即图像中存在许多大量相似信号；

(2)图像数据利用不充分，即仅关注时域特征，频率波谱特征容易被检测人员所忽视；

因此，如何有效利用采集探地雷达图像数据的特征，准确识别出图中的漏损信号并实现计算器自动化识别，已成为应用探地雷达进行管道漏损检测的关键问题。解决以上问题，不仅能更加高效、准确地检测出管道是否发生漏损及漏损情况，更有利于探地雷达在管道漏损检测方面的推广。

表1常见物质的电性参数

发明内容

针对上述情况，为克服现有技术的缺陷，本发明提供基于探地雷达时频尺度特征的供水管道漏损检测方法。

为了实现上述目的，本发明提供以下技术方案：

一种基于探地雷达时频尺度特征的供水管道漏损检测方法，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；