一种基于图像识别的地下空洞自动检测方法及系统与流程

本发明涉及地下空洞自动检测，尤其涉及一种基于图像识别的地下空洞自动检测方法及系统。

背景技术：

1、目前地下空洞检测通常采用地质雷达沿探测路径采集地下回波数据，并通过回波幅值、相位、双曲线特征或界面反射变化识别异常区域，部分方法结合多频探测图像、传播速度和回波到达时间，对地下异常体的位置及埋深进行估算。

2、然而，目前多以单一频段或局部回波特征作为判断依据，难以关联不同频段中同一地下介质界面的连续反射信息。当空洞反射较弱、介质界面起伏或存在杂波干扰时，容易产生漏检和误检，且难以利用传播时间提前变化反演空洞厚度并确定完整空间边界。

技术实现思路

1、本发明的一个目的在于提出一种基于图像识别的地下空洞自动检测方法及系统，本发明利用多频回波图像与传播时差反演，实现地下空洞精准定位、边界完整且抗干扰性强。

2、根据本发明实施例的一种基于图像识别的地下空洞自动检测方法，包括如下步骤：

3、沿待检测地下区域布设多条连续探测路径确定探测位置，采用多个探测频段采集数据，进行校正处理生成多频地下探测图像组；

4、识别多频地下探测图像组中的连续反射脊线，对不同探测频段下空间位置、深度排列和回波响应一致的连续反射脊线进行连接，生成跨频同源反射轨迹和轨迹表征数据；

5、基于轨迹表征数据，对各跨频同源反射轨迹的回波到达时间的整体变化趋势进行曲面拟合，生成各地下介质界面对应的传播时间基准面；

6、计算实际回波到达时间与传播时间基准面的差值生成传播时差序列，识别局部传播时间提前片段，并确定传播时间提前量；

7、基于跨频同源反射轨迹，连接不同探测频段下位置对应且传播时间提前量变化趋势一致的局部传播时间提前片段，生成跨频传播时差空位链和空位链空间表征数据；

8、基于空位链空间表征数据生成空位等效厚度，将空位等效厚度映射至地下空间，并对不同地下介质界面和相邻连续探测路径的映射结果进行叠加和边界闭合，生成传播时差空位闭合体；

9、基于顶部边界和底部边界对应的回波响应修正传播时差空位闭合体，生成地下空洞区域，并确定地下空洞的位置、埋深和空间范围。

10、可选的，所述多频地下探测图像组的生成包括：

11、沿待检测地下区域布设多条连续探测路径，并在各连续探测路径上确定探测位置；

12、在各探测位置采用多个探测频段采集地下回波数据，并获取正常介质传播速度、空洞介质传播速度和探测信号传播方向；

13、对地下回波数据进行位置对齐、时间零点校正和频段响应校正，生成校正地下回波数据，按照探测位置和探测频段排列校正地下回波数据，生成多频地下探测图像组。

14、可选的，所述跨频同源反射轨迹和轨迹表征数据的生成包括：

15、按照探测频段遍历多频地下探测图像组，连接相邻探测位置中深度变化连续且回波相位衔接的反射像素，生成连续反射脊线；

16、将连续反射脊线与探测位置、探测频段、回波到达时间和回波相位关联，生成反射表征数据；

17、基于反射表征数据，对不同探测频段对应的连续反射脊线进行空间位置对应，生成空间位置对应结果；

18、比较不同探测频段对应连续反射脊线的深度排列次序和回波相位变化，生成深度排列对应结果和回波响应对应结果；

19、连接空间位置、深度排列和回波响应均一致的连续反射脊线，生成跨频同源反射轨迹，并汇集对应的反射表征数据，生成轨迹表征数据。

20、可选的，所述传播时间基准面的生成包括：

21、从轨迹表征数据中获取探测位置、探测频段和回波到达时间，按照探测位置和探测频段排列，生成轨迹时间点集；

22、以探测位置、探测频段和回波到达时间分别作为位置坐标、频段坐标和时间坐标，对轨迹时间点集进行初始曲面拟合，生成初始传播时间曲面；

23、计算各轨迹时间点与初始传播时间曲面之间的曲面拟合残差，并沿探测位置和探测频段比较相邻曲面拟合残差，生成位置连续性数据和频段一致性数据；

24、结合位置连续性数据和频段一致性数据确定拟合权重，对轨迹时间点集进行加权曲面拟合，并更新曲面拟合残差和拟合权重，直至相邻两次加权传播时间曲面的时间值变化保持稳定，生成传播时间趋势曲面；

25、将传播时间趋势曲面与对应的跨频同源反射轨迹关联，生成地下介质界面对应的传播时间基准面。

26、可选的，所述传播时间提前量的确定包括：

27、按照探测位置和探测频段，将实际回波到达时间映射至传播时间基准面，确定对应的基准回波到达时间，并计算基准回波到达时间与实际回波到达时间的差值，生成传播时差值；

28、将传播时差值与探测位置和探测频段关联，按照探测频段分别沿探测位置排列，生成传播时差序列；

29、计算传播时差序列中相邻探测位置对应传播时差值之间的时差变化量，并沿探测位置排列，生成传播时差变化序列；

30、结合传播时差序列和传播时差变化序列，识别传播时差值连续为正且连续变化的区段，剔除单一探测位置出现的孤立正传播时差值，确定片段起点和片段终点，生成局部传播时间提前片段；

31、将局部传播时间提前片段中各探测位置对应的传播时差值确定为传播时间提前量，并与对应的局部传播时间提前片段关联。

32、可选的，所述空位链空间表征数据的生成包括：

33、以各跨频同源反射轨迹为处理对象，按照探测频段排列局部传播时间提前片段，并关联对应的探测位置和传播时间提前量，生成跨频提前片段集合；

34、将相邻探测频段对应的局部传播时间提前片段按照相同探测位置进行对应，确定片段之间的探测位置重合区间，生成横向位置对应数据；

35、按照探测位置排列探测位置重合区间内的传播时间提前量，比较相邻探测频段中传播时间提前量的增减方向和转折位置，生成传播时间提前量趋势对应数据；

36、结合横向位置对应数据和传播时间提前量趋势对应数据，依次连接横向位置对应且传播时间提前量变化趋势一致的局部传播时间提前片段，生成跨频传播时差空位链；

37、基于跨频传播时差空位链确定横向延伸范围和传播时间提前量分布，结合对应跨频同源反射轨迹中的回波到达时间和正常介质传播速度生成地下介质界面深度，并进行关联，生成空位链空间表征数据。

38、可选的，所述传播时差空位闭合体的生成包括：

39、按照传播时间提前量分布排列各探测位置对应的传播时间提前量，计算正常介质传播速度与空洞介质传播速度对应的单位传播距离时间差，并换算各探测位置对应的传播时间提前量，生成空位等效厚度；

40、基于地下介质界面深度确定各探测位置对应的反向映射起点，沿探测信号传播方向的反方向延伸空位等效厚度，确定反向映射终点；

41、在横向延伸范围内，分别连接相邻探测位置对应的反向映射起点和反向映射终点，生成反向映射起始边界和反向映射终止边界，并对两边界之间的地下空间进行连续化处理，生成传播时差空位候选投影体，将其与对应的地下介质界面和连续探测路径关联；

42、将对应不同地下介质界面且对应相邻连续探测路径的传播时差空位候选投影体置于同一地下空间，连接相互交叠的传播时差空位候选投影体，生成候选投影体叠加区域；

43、识别候选投影体叠加区域的外缘，生成外侧边界，连接不同地下介质界面之间和相邻连续探测路径之间连续分布的外侧边界，并闭合间断位置，生成传播时差空位闭合体。

44、可选的，所述地下空洞的位置、埋深和空间范围的生成包括：

45、按照传播时差空位闭合体的顶部边界和底部边界确定回波位置，获取对应的回波幅值和回波相位，并沿探测位置比较其变化，生成顶部界面响应和底部界面响应；

46、基于顶部界面响应和底部界面响应，分别识别回波幅值连续突变且回波相位发生转折的顶部界面位置和底部界面位置；

47、利用顶部界面位置和底部界面位置分别修正传播时差空位闭合体的顶部边界和底部边界，并保留侧向边界，生成地下空洞区域；

48、基于地下空洞区域的顶部边界、底部边界和侧向边界，确定对应的深度、探测位置范围和连续探测路径，生成地下空洞的位置、埋深和空间范围。

49、根据本发明实施例的一种基于图像识别的地下空洞自动检测系统，包括：

50、图像生成模块，用于采集并校正地下回波数据，生成多频地下探测图像组；

51、轨迹生成模块，用于识别并连接不同探测频段对应的连续反射脊线，生成跨频同源反射轨迹和轨迹表征数据；

52、基准面生成模块，用于对回波到达时间的变化趋势进行曲面拟合，生成传播时间基准面；

53、提前片段生成模块，用于生成局部传播时间提前片段和传播时间提前量；

54、空位链生成模块，用于连接局部传播时间提前片段，生成跨频传播时差空位链和空位链空间表征数据；

55、闭合体生成模块，用于生成空位等效厚度和传播时差空位候选投影体，并进行空间叠加和边界闭合，生成传播时差空位闭合体；

56、空洞检测模块，用于修正传播时差空位闭合体的顶部边界和底部边界，生成地下空洞区域以及地下空洞的位置、埋深和空间范围。

57、本发明的有益效果是：

58、本发明通过在多条连续探测路径上采用多个探测频段采集地下回波数据，并对地下回波数据进行位置对齐、时间零点校正和频段响应校正，能够减少不同探测位置、不同探测频段之间的数据偏移，使多频地下探测图像组具有统一的数据基础。通过识别连续反射脊线，并结合空间位置、深度排列和回波响应对不同探测频段下的连续反射脊线进行对应和连接，能够形成反映同一地下介质界面跨频变化过程的跨频同源反射轨迹，降低单一探测频段中的杂波、局部异常响应对地下空洞识别结果的干扰。

59、本发明基于跨频同源反射轨迹中的回波到达时间构建传播时间基准面，并将实际回波到达时间与传播时间基准面进行比较，能够从地下介质界面的整体变化趋势中分离局部传播时间提前现象。通过识别局部传播时间提前片段，并将不同探测频段下横向位置对应且传播时间提前量变化趋势一致的局部传播时间提前片段连接为跨频传播时差空位链，能够将分散于不同探测频段中的传播异常进行连续关联，从而减少单频孤立异常造成的误识别，提高地下空洞异常区域确定的可靠性。

60、本发明进一步结合正常介质传播速度和空洞介质传播速度，将传播时间提前量转换为空位等效厚度，并沿探测信号传播方向的反方向映射至地下空间，生成传播时差空位候选投影体。通过对不同地下介质界面和相邻探测路径对应的传播时差空位候选投影体进行空间叠加和边界闭合处理，能够利用多界面、多路径传播异常在地下空间中的交叠关系确定传播时差空位闭合体，实现由传播时间异常向地下空洞空间范围的转换，克服仅依赖空洞直接反射难以确定完整边界的问题。

61、本发明还利用传播时差空位闭合体顶部边界和底部边界对应的回波幅值及回波相位生成顶部界面响应和底部界面响应，并据此修正传播时差空位闭合体的顶部边界和底部边界，使传播时间反演结果与实际界面回波响应相互校验。由此能够进一步确定地下空洞的位置、埋深及空间范围，提高地下空洞边界确定的完整性和检测结果的准确性，为地下道路、建筑基础及地下设施区域的空洞风险排查提供可靠的数据支持。