[发明专利]基于探地雷达多属性融合的岩溶洞穴三维成像方法

权利要求书

1.一种基于探地雷达多属性融合的岩溶洞穴三维成像方法，其特征在于，该方法包含以下步骤：

(1)对探地雷达数据进行预处理；

所述预处理包括道编辑、解震荡滤波、零时校正、背景去除、增益、带通滤波、偏移以及三维数据合成；

所述增益是选用球面扩散补偿增益函数；

(2)通过对步骤(1)处理得到的数据体计算其瞬时振幅、能量和最大振幅谱的探地雷达三维属性；

所述探地雷达三维属性是通过将二维属性数据插值合成三维属性体或是直接在插值后的三维雷达数据基础上计算三维属性体；

(3)利用极差标准化方法将步骤(2)三个探地雷达三维属性体归一化；

极差标准化具体规则公式如下：

其中：x_i是原始数据；是第i个变量的平均值；maxx_i和minx_i是第i个变量的最大值和最小值；

(4)利用主成分分析法融合极差标准化处理后的三个属性体，得到融合属性体；

所述主成分分析即线性降维方法中的融合方法，首先需要将三维属性体转换为单属性一维矩阵，每个一维矩阵包含空间坐标信息，进一步用二维矩阵A表示多个属性：

针对矩阵A，采用常规的主成分分析法处理流程获得融合后的综合属性一维矩阵后，需要将其按原来的坐标信息恢复成三维综合属性体；

所述常规主成分分析法处理流程包含：求零均值矩阵Z、求协方差矩阵C、求协方差矩阵C的特征值和特征向量、构建特征矩阵P以及数据投影；

(5)等间距提取步骤(4)中融合属性体时间切片中的异常反射区域数据,并利用各切片的空间坐标信息进行三维重构；

所述异常反射区域数据获取方法主要利用融合属性体能够突显异常反射信号区域的特点，使其与原始三维数据体进行对比，手动提取出融合属性体各时间切片数据中溶洞目标体反射信号区域的数据。该方法原理步骤为将融合后的属性按等时间(空间)间隔提取切片，然后通过拾取三维属性体中每个切片的等值线来绘制岩溶洞穴轮廓，最后将每个切片的轮廓与空间坐标关联；

(6)基于步骤(5)得到的重构数据和体可视化技术实现隧道溶洞目标体三维可视化；

所述体可视化技术主要是利用isosurface函数从三维体数据中提取出等值面。

2.根据权利要求1所述的基于探地雷达多属性融合的岩溶洞穴三维成像方法，其特征在于，所述对探地雷达数据进行预处理是采用三维网格探测获得多个数据剖面后，首先对每个二维数据剖面进行处理，每个剖面数据预处理流程和参数设置应当一致，其中带通滤波设置为0.5-2.0倍中心频率，对于衍射双曲线明显的位置，采用了F-K偏移，偏移的波速通过衍射双曲线拟合获得。

3.根据权利要求1所述的基于探地雷达多属性融合的岩溶洞穴三维成像方法，其特征在于，所述步骤(2)提出了两种方法计算步骤(1)处理得到的数据体的瞬时振幅、能量和最大振幅谱的探地雷达三维属性：第一种方法是采用三维网格探测获得多个数据剖面后，首先按上述步骤(1)对每个二维数据剖面进行预处理，每个剖面数据预处理流程和参数设置应当一致，如统一调节零点位置、增益函数、采样道数，单个剖面预处理完成后，先对每个二维数据计算二维属性，然后将二维数据插值合成三维数据体；第二种方法是将预处理后的二维数据插值形成三维雷达数据，并在此基础上直接计算三维属性体。

4.根据权利要求1所述的基于探地雷达多属性融合的岩溶洞穴三维成像方法，其特征在于，所述步骤(5)提出了两种方法来确定三维属性体的等值面：第一种方法是将融合后三维属性体视为一个整体，直接对三维属性体取阀值确定等值面；第二种方法是将融合后的三维属性体按等时间(空间)间隔提取切片，然后通过拾取三维属性体中每个切片的等值线来绘制岩溶洞穴轮廓，最后将每个切片的轮廓与空间坐标关联，进而对异常反射区域进行成像。为防止过度解释，每个切片异常区域轮廓应与探地雷达灰度图像中的强反射界面一致。