深埋金属管道探测定位方法、装置及电子设备与流程

本发明涉及地下金属管线探测，尤其涉及一种深埋金属管道探测定位方法、装置及电子设备。

背景技术：

1、埋地金属管道作为城市基础设施的重要组成部分，其准确位置信息是城市规划、施工开挖及管道维护的基础。然而，由于历史原因，大量老旧管线的设计图纸缺失或与实际情况不符。此外，非开挖施工段、被地面建筑物覆盖的管段以及深埋管道，均给现有管线探测技术造成极大困难。

2、然而，管线探测仪法需预先知道管道走向才能沿管线追踪，走向不明时无法有效施测。探地雷达法和常规电阻率法虽不依赖走向预知，但探测深度有限或施工繁琐。管线探测仪法易受并行管道、杂散电流干扰；探地雷达法在高导率土壤中信号衰减快；常规电阻率法受地表高阻层和杂散电流影响大。对于埋深大于3米的管道，上述方法信噪比急剧下降，难以有效识别。管线探测仪法仅依赖信号强度峰值判断位置，未进行背景场建模和差分处理；探地雷达法依赖人工经验判读；常规电阻率法对深埋小直径管道响应微弱。

技术实现思路

1、本发明提供一种深埋金属管道探测定位方法、装置及电子设备，用以解决现有技术中地下管线探测技术需预知管道走向、抗干扰与抗地质条件制约能力差、探测深度有限且缺乏背景场建模与差分处理等有效数据手段，导致深埋管道信噪比低、难以有效识别，整体适用性受限的缺陷。

2、本发明提供一种深埋金属管道探测定位方法，包括如下步骤。

3、通过供电电极向地下的目标金属管道注入电流，以在地下激发目标磁场，在位于所述目标金属管道上方的地表测区内采集多个测点处的三分量磁场实测值；所述三分量磁场实测值包括所述目标磁场在各所述测点处的分量；

4、基于所述地表测区的地电参数进行背景场正演，获取理论背景磁场，并将所述三分量磁场实测值与所述理论背景磁场进行矢量差分，得到异常磁场；

5、在所述地表测区内确定不包括所述目标金属管道的背景区域，基于所述背景区域的统计特性确定自适应阈值，基于所述自适应阈值生成针对各所述测点的置信度权重，基于所述置信度权重对所述异常磁场进行处理，得到标准化异常场；

6、对所述标准化异常场进行脊线追踪，得到所述目标金属管道的平面位置。

7、根据本发明提供的一种深埋金属管道探测定位方法，所述基于所述背景区域的统计特性确定自适应阈值，包括：

8、以所述地表测区内的各所述测点为中心构建滑动窗口；

9、确定所述滑动窗口内的所述异常磁场的样本均值和样本标准差；

10、在所述背景区域选取背景参考集，并基于所述背景参考集确定背景幅值基准；

11、基于所述背景区域内各所述测点对应的所述样本均值、所述背景幅值基准以及所述样本标准差，确定背景信噪比分布；

12、将所述背景信噪比分布的预设分位点确定为所述自适应阈值。

13、根据本发明提供的一种深埋金属管道探测定位方法，所述基于所述自适应阈值生成针对各所述测点的置信度权重，包括：

14、基于各所述测点对应的所述样本均值、所述样本标准差以及所述背景幅值基准，确定各所述测点对应的局部信噪比指标；

15、获取所述背景区域内所述局部信噪比指标的四分位距，基于所述四分位距确定平滑系数；

16、基于所述局部信噪比指标、所述自适应阈值以及所述平滑系数，生成各所述测点对应的所述置信度权重。

17、根据本发明提供的一种深埋金属管道探测定位方法，所述基于所述置信度权重对所述异常磁场进行处理，得到标准化异常场，包括：

18、提取各所述测点处所述异常磁场的磁场模值；

19、对各所述磁场模值进行全局极值映射处理，得到初步归一化场；

20、基于所述初步归一化场，确定所述标准化异常场。

21、根据本发明提供的一种深埋金属管道探测定位方法，所述对所述标准化异常场进行脊线追踪，得到所述目标金属管道的平面位置，包括：

22、采用克里金插值法对所述标准化异常场进行空间插值加密，生成连续异常场网格；

23、确定所述连续异常场网格的二维水平梯度分布；

24、在所述连续异常场网格中确定局部高值种子点，并以所述局部高值种子点为起始点，沿所述二维水平梯度的正交方向进行面状脊线搜索，提取脊线骨架；

25、对所述脊线骨架进行曲线拟合，得到所述目标金属管道的平面位置。

26、根据本发明提供的一种深埋金属管道探测定位方法，所述基于所述地表测区的地电参数进行背景场正演，获取理论背景磁场，包括：

27、获取所述地表测区的土壤电阻率分布模型；

28、构建覆盖所述地表测区的三维正演网格，并基于所述土壤电阻率分布模型对所述三维正演网格进行赋值，得到不含所述目标金属管道高导特征的背景地层等效模型；

29、基于所述背景地层等效模型和所述供电电极的空间坐标，确定所述理论背景磁场。

30、根据本发明提供的一种深埋金属管道探测定位方法，所述通过供电电极向地下的目标金属管道注入电流的方式包括靶向供电方式和地表供电方式。

31、根据本发明提供的一种深埋金属管道探测定位方法，所述对所述标准化异常场进行脊线追踪，得到所述目标金属管道的平面位置，之后还包括：

32、在垂直于所述平面位置的方向上布设加密测线，并获取所述加密测线上的磁异常剖面曲线；

33、构建理论磁场剖面模型；

34、采用非线性最小二乘法拟合所述理论磁场剖面模型与所述磁异常剖面曲线，得到所述目标金属管道的埋藏深度。

35、本发明还提供一种深埋金属管道探测定位装置，包括如下单元：

36、采集单元，用于通过供电电极向地下的目标金属管道注入电流，以在地下激发目标磁场，在位于所述目标金属管道上方的地表测区内采集多个测点处的三分量磁场实测值；所述三分量磁场实测值包括所述目标磁场在各所述测点处的分量；

37、矢量差分计算单元，用于基于所述地表测区的地电参数进行背景场正演，获取理论背景磁场，并将所述三分量磁场实测值与所述理论背景磁场进行矢量差分，得到异常磁场；

38、处理单元，用于在所述地表测区内确定不包括所述目标金属管道的背景区域，基于所述背景区域的统计特性确定自适应阈值，基于所述自适应阈值生成针对各所述测点的置信度权重，基于所述置信度权重对所述异常磁场进行处理，得到标准化异常场；

39、脊线追踪单元，用于对所述标准化异常场进行脊线追踪，得到所述目标金属管道的平面位置。

40、本发明还提供一种电子设备，包括存储器、处理器及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述计算机程序时实现如上述任一种所述深埋金属管道探测定位方法。

41、本发明还提供一种非暂态计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，该计算机程序被处理器执行时实现如上述任一种所述深埋金属管道探测定位方法。

42、本发明还提供一种计算机程序产品，包括计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现如上述任一种所述深埋金属管道探测定位方法。

43、本发明提供的深埋金属管道探测定位方法、装置及电子设备，向管道注入电流采集三分量磁场实测值；基于地电参数正演理论背景磁场并与三分量磁场实测值矢量差分得异常磁场；基于背景区域统计特性确定自适应阈值与置信度权重，处理得标准化异常场；对标准化异常场脊线追踪得平面位置。由此可以有效剥离地表高阻层、杂散电流及并行管道干扰，进而通过脊线追踪自适应提取管线位置，提高大于3米深埋小管径弱磁响应的信噪比，避免现有探测仪需预知走向且仅依赖峰值判断，以及雷达和电阻率法受高导土壤衰减、探测深度有限且施工繁琐的问题，保障走向不明深埋管道的精准定位效果。