基于探地雷达的排水管淤堵探测方法、装置、电子设备和存储介质与流程

本发明涉及物理探测，尤其涉及一种基于探地雷达的排水管淤堵探测方法、装置、电子设备和存储介质。

背景技术：

1、排水管道在长期运行中容易发生内部淤堵，准确探测排水管的淤堵状况对保障管道的安全运行具有重要意义。

2、现有技术通常采用探地雷达（ground penetrating radar，gpr）发射电磁波并接收反射信号进行检测。然而，该方法容易受到外部密集钢筋和覆盖层的干扰，导致检测精度受限，且对管内水体和淤堵物的分辨能力较差，难以准确探测具体的淤堵程度；此外，该方法的检测结果严重依赖人工判读，缺乏自动化分析手段，大规模数据处理效率较低。

技术实现思路

1、本发明提供一种基于探地雷达的排水管淤堵探测方法、装置、电子设备和存储介质，用以解决现有技术中存在的缺陷。

2、本发明提供一种基于探地雷达的排水管淤堵探测方法，包括如下步骤：

3、构建不同淤堵工况的排水管物理模型，对所述排水管物理模型进行数值模拟，得到所述不同淤堵工况对应的模拟雷达图谱；

4、获取探地雷达在目标排水管处采集的原始雷达数据；

5、从所述原始雷达数据中去除直达波，并根据振幅方差阈值去除所述原始雷达数据中的散射噪声，得到去噪后的实际雷达数据，基于所述实际雷达数据生成实际雷达图谱；

6、将所述实际雷达图谱与所述模拟雷达图谱进行匹配对比，确定所述目标排水管的淤堵探测结果。

7、根据本发明提供的一种基于探地雷达的排水管淤堵探测方法，所述从所述原始雷达数据中去除直达波，并根据振幅方差阈值去除所述原始雷达数据中的散射噪声，得到去噪后的实际雷达数据，包括：

8、从多通道的原始雷达数据中，通过最小误差拟合的方式估计出直达波的空间与时间分布模式，并结合平滑窗序列将所述直达波从所述原始雷达数据中减去，得到初步去噪数据；

9、统计所述初步去噪数据在各通道信号中表现出的异常振幅强度，将大于组合判定阈值的通道信号作为由局部异常体产生的散射噪声，并对所述散射噪声进行剔除，得到所述实际雷达数据。

10、根据本发明提供的一种基于探地雷达的排水管淤堵探测方法，所述结合平滑窗序列将所述直达波从所述原始雷达数据中减去，得到初步去噪数据，包括：

11、从所述原始雷达数据所在的通道信号中提取出所述直达波的到达时间以及所述直达波的信号持续长度；

12、基于所述到达时间和所述信号持续长度，构建以余弦函数为包络特征的离散时间序列，作为所述平滑窗序列；

13、将所述原始雷达数据与所述平滑窗序列进行加权相减计算，以消除所述原始雷达数据中位于浅层的直达波能量，输出所述初步去噪数据。

14、根据本发明提供的一种基于探地雷达的排水管淤堵探测方法，所述统计所述初步去噪数据在各通道信号中表现出的异常振幅强度，将大于组合判定阈值的通道信号作为由局部异常体产生的散射噪声，包括：

15、计算所述初步去噪数据在所有通道中的振幅平均值，并计算所述初步去噪数据在所有通道中振幅分布的方差；

16、将所述振幅平均值与设定倍数下的所述方差进行求和得到基准值，将所述基准值作为所述组合判定阈值；

17、依次对比各通道内的所述异常振幅强度与所述组合判定阈值的大小关系，若任一通道内的异常振幅强度大于所述组合判定阈值，则将对应的通道信号提取为所述散射噪声。

18、根据本发明提供的一种基于探地雷达的排水管淤堵探测方法，所述将所述实际雷达图谱与所述模拟雷达图谱进行匹配对比，确定所述目标排水管的淤堵探测结果，包括：

19、若匹配结果为所述实际雷达图谱中存在双曲线形态完整，且振幅未发生衰减的反射特征，则确定所述淤堵探测结果为管内充满空气介质的无淤堵状态；

20、若匹配结果为所述实际雷达图谱中位于深部时间剖面处存在由于电磁波在水体中往复反射干涉所形成的强振幅谐振信号，则确定所述淤堵探测结果为充满水状态；

21、若匹配结果为所述实际雷达图谱中的反射波同相轴出现错断特征，且反射波能量相较于无淤堵状态存在衰减，则确定所述淤堵探测结果为存在泥沙或混凝土淤堵，并基于反射波能量的衰减程度评估淤堵比例。

22、根据本发明提供的一种基于探地雷达的排水管淤堵探测方法，所述基于反射波能量的衰减程度评估淤堵比例，包括：

23、提取所述实际雷达图谱中反射波能量的衰减程度，并提取所述实际雷达图谱中反射波同相轴的连续性特征以及水平分布区间长度；

24、将所述衰减程度、所述连续性特征以及所述水平分布区间长度与所述模拟雷达图谱中预先建立的特征映射关系进行比对，得到特征比对结果；

25、根据所述特征比对结果确定所述目标排水管的淤堵比例；

26、其中，当所述特征比对结果指示所述衰减程度增加、所述连续性特征变差且所述水平分布区间长度缩短时，确定对应的淤堵比例增大；当所述特征比对结果指示反射波能量衰减至管顶双曲线形态反射特征消失且仅残留杂波时，确定对应的淤堵比例为100%。

27、根据本发明提供的一种基于探地雷达的排水管淤堵探测方法，所述对所述排水管物理模型进行数值模拟，得到所述不同淤堵工况对应的模拟雷达图谱，包括：

28、获取目标探测环境的介质参数以及预设探地雷达天线的发射中心频率；

29、根据所述介质参数和所述发射中心频率，计算电磁波在探测介质中的波长；

30、若所述排水管物理模型中的设定管壁厚度小于所述波长的四分之一，则将管壁外侧界面与管壁内侧界面等效为不可独立分层的单一复合反射界面，以对所述排水管物理模型中的管壁结构进行等效简化；

31、依据所述单一复合反射界面两侧不同介质的相对介电常数差异推导界面反射系数，求解电磁波在简化后的所述排水管物理模型中的传播响应，生成对应的模拟雷达图谱。

32、本发明还提供一种基于探地雷达的排水管淤堵探测装置，包括如下模块：

33、构建模块，用于构建不同淤堵工况的排水管物理模型，对所述排水管物理模型进行数值模拟，得到所述不同淤堵工况对应的模拟雷达图谱；

34、获取模块，用于获取探地雷达在目标排水管处采集的原始雷达数据；

35、去噪模块，用于从所述原始雷达数据中去除直达波，并根据振幅方差阈值去除所述原始雷达数据中的散射噪声，得到去噪后的实际雷达数据，基于所述实际雷达数据生成实际雷达图谱；

36、探测模块，用于将所述实际雷达图谱与所述模拟雷达图谱进行匹配对比，确定所述目标排水管的淤堵探测结果。

37、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程序时实现如上述任一种所述基于探地雷达的排水管淤堵探测方法。

38、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基于探地雷达的排水管淤堵探测方法。

39、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基于探地雷达的排水管淤堵探测方法。

40、本发明提供的基于探地雷达的排水管淤堵探测方法、装置、电子设备和存储介质，通过构建包含多种典型工况的排水管物理模型并实施时域有限差分数值模拟，结合对实际采集雷达数据的直达波压制与方差阈值去噪，实现将高信噪比的实际雷达图谱与基准模拟图谱的交互验证与匹配对比。由于在前期充分结合介电参数差异对薄壁结构进行了合理等效，并在探测处理流程中有效压制了复杂工况带来的强点散射干扰，从而大幅提升了雷达图谱对细小排水管内部淤堵物的辨识度与判读稳定性，避免了常规侵入式手段破坏隧洞底部防渗结构的风险，且相较于同类无损检测技术，使得排水管淤堵检测的准确率提升了30%以上，淤堵识别的误差率降低了20%，为非开挖式管道运维提供了高度可靠的自动化解译依据。