一种基于跨视图约束的探地雷达病害识别方法与流程

本发明涉及机场道面无损检测与智能识别，特别是一种基于跨视图约束的探地雷达病害识别方法。

背景技术：

1、机场跑道接缝及构造带是相邻道面板块、施工分段或者局部构造处理形成的线性连接区域，该区域长期承受相邻板块之间的荷载传递、温度伸缩协调和局部维修定位作用，服役过程中容易在接缝及构造带邻域形成沿线性区域延展的脱空、层间脱黏、局部欠密实和沉陷等地下异常。探地雷达能够连续获取道面下方的电磁反射信息，已成为机场道面隐蔽病害检测中的常用手段。

2、现有探地雷达识别方法通常以剖面图像、平面切片图像或者多视图组合结果为输入，对异常响应进行检测、分割或者融合判读。但是，在接缝及构造带邻域，结构界面突变、接缝本体、错台、传力杆以及埋设构件会共同产生强反射和拖尾响应，而沿接缝及构造带延展的病害响应又与上述响应在空间位置上相互邻接，在单幅剖面或者局部切片中容易发生遮蔽和混叠。由此，同一地下异常在相邻测线中容易被重复触发，或者在接缝本体响应、构造响应与病害响应之间发生切换，导致识别结果与实际病害实体之间难以形成稳定对应关系。

3、另外，接缝及构造带条带型病害通常贴附于层间界面或者在其邻域扩展，单纯依赖单视图外观特征或者仅进行松散的多视图结果叠加时，同一候选异常在不同视图中的相对接缝位置、沿缝延展范围和深度位置缺少统一校验依据，容易出现不同测线、不同批次之间的判别结果前后不一致，进而使病害空间边界和深度区间难以稳定确定，影响后续复核和维修定位。

4、因此，如何针对机场跑道接缝及构造带邻域中的候选异常建立跨视图对应约束，并据此区分构造响应与病害响应，以输出与实际病害实体稳定对应的类别、空间范围和深度区间，成为亟待解决的技术问题。

技术实现思路

1、本技术实施例提供了一种基于跨视图约束的探地雷达病害识别方法，解决机场跑道接缝及构造带邻域候选异常缺少跨视图对应约束，导致病害实体识别与处治边界不稳定的问题。

2、本发明实施例提供了一种基于跨视图约束的探地雷达病害识别方法，适用于机场跑道接缝及构造带条带型病害识别，包括如下步骤：

3、获取接缝及构造带区域的探地雷达检测数据和检测轨迹，建立统一空间坐标系；

4、按所述统一空间坐标系重建沿接缝方向的第一剖面序列、穿越接缝方向的第二剖面序列、按深度分层的平面切片序列和与采样点对应的波形片段序列；

5、根据第一剖面序列和第二剖面序列中的层间反射界面确定目标层位区间，并在由接缝中心线、构造带边界中的对应横向基准限定横向范围且由所述目标层位区间限定深度范围的带状检测区域内提取各视图异常片段并连通归并为候选异常体，以与所述目标层位区间对应的层间反射界面作为深度锚定基准；

6、针对每一候选异常体建立位置一致约束、连续约束、覆盖宽度约束、深度锚定约束和构造响应排异约束，并基于所述位置一致约束、连续约束、覆盖宽度约束、深度锚定约束和构造响应排异约束进行一致性判别；

7、将满足位置一致约束、连续约束和深度锚定约束且不满足构造响应排异约束的候选异常体确定为病害实体，将满足覆盖宽度约束、在连续第二剖面序列中相对接缝位置保持同侧且位置离散度不超过设定阈值并且波形片段序列表现为周期性重复拖尾的候选异常体确定为构造干扰体；

8、依据一致性判别结果消解构造响应与病害响应之间的冲突，输出条带型病害的类别、空间范围和深度区间。

9、在一些实施例中，沿接缝方向布设第一测线组，在所述第一测线组两侧布设穿越接缝方向的第二测线组；

10、依据各测线的轨迹坐标、里程位置和采样深度，将各回波样点映射到所述统一空间坐标系。

11、在一些实施例中，所述目标层位区间由第一剖面序列和第二剖面序列中的层间反射界面确定，所述层间反射界面作为参照界面；

12、所述平面切片序列由位于所述目标层位区间内的回波数据按深度展开生成。

13、在一些实施例中，将空间上对应的异常片段连通归并为候选异常体，包括：

14、以平面切片序列中的异常区域作为平面锚点；

15、在与所述平面锚点相交的第一剖面序列和第二剖面序列中提取交汇异常区段；

16、根据所述平面锚点与所述交汇异常区段的空间交叠关系生成初始边界；对相邻深度层中的初始边界进行连通归并，形成候选异常体。

17、在一些实施例中，所述跨视图约束至少包括候选异常体在第一剖面序列、第二剖面序列和平面切片序列中的空间投影相对于接缝中心线或构造带边界的位置一致约束、沿接缝方向在相邻检测位置上保持连续分布并允许局部中断范围不超过连续判别允许范围的连续约束、在穿越接缝方向上与条带型病害横向扩展特征相匹配的覆盖宽度约束，以及相对于参照界面的深度锚定约束，所述深度锚定约束用于限定候选异常体的中心深度、上下边界深度和主体能量分布与目标层位区间的稳定关系。

18、在一些实施例中，所述跨视图约束还包括基于波形片段序列相位特征和平面切片序列形态特征的构造响应排异约束，所述相位特征至少包括主峰极性、相位反转次数、拖尾长度和重复间隔，所述形态特征至少包括条带长轴方向、条带宽度、边界平滑程度和相对于参照界面的贴附形态，用于将接缝本体、错台、传力杆和埋设构件形成的构造响应与条带型病害响应区分开。

19、在一些实施例中，所述一致性判别包括：

20、提取候选异常体的沿缝长度、横向宽度、中心深度、与参照界面的距离、跨测线重叠率、波形主峰极性、拖尾长度和相位反转次数，生成一致性特征向量；依据所述一致性特征向量输出脱空、层间脱黏、欠密实、沉陷、接缝响应和构造干扰中的判别类别。

21、在一些实施例中，提取各视图异常片段和执行所述一致性判别分别由多分支特征提取网络和约束判别网络完成，所述多分支特征提取网络分别处理第一剖面序列、第二剖面序列、平面切片序列和波形片段序列，所述多分支特征提取网络和约束判别网络通过带标注样本训练得到。

22、在一些实施例中，所述设定阈值、设定宽度、所述深度锚定约束的允许偏差和所述连续约束的连续长度阈值根据接缝设计宽度、目标层位厚度、测线间距和天线中心频率标定；

23、所述设定阈值为连续第二剖面序列中相对接缝位置离散度对应的位置方差阈值。

24、在一些实施例中，对每一所述病害实体生成实体标识，并将其沿接缝方向起止坐标、穿越接缝方向边界、深度区间、判别类别和对应跨视图约束值写入病害记录。

25、本发明通过上述技术方案，至少可以实现如下有益效果：

26、本发明中，在统一空间坐标系下，将沿接缝方向的第一剖面序列、穿越接缝方向的第二剖面序列、平面切片序列和波形片段序列映射到同一空间表达中，并在由接缝中心线、构造带边界中的对应横向基准限定横向范围、由目标层位区间限定深度范围的带状检测区域内提取异常片段，再将空间上对应的异常片段连通归并为候选异常体，同时以目标层位区间对应的层间反射界面作为深度锚定基准。通过上述技术特征，不再对单幅剖面或局部切片中的孤立响应分别解释，而是围绕同一候选异常体执行跨视图对应和深度定位，使接缝本体响应、构造响应和沿缝展开的病害响应在统一横向基准和统一深度基准下进行区分，从而抑制同一异常在相邻测线被反复触发、在不同视图之间频繁切换解释的情况，并使输出的空间范围和深度区间与实际病害实体形成稳定对应。

27、进一步地，通过对候选异常体同时建立位置一致约束、连续约束、覆盖宽度约束、深度锚定约束和构造响应排异约束，并以此执行一致性判别，能够把沿接缝延展的真实病害与接缝邻域内固定构造引起的强反射、拖尾和规则重复响应分离开。位置一致约束把候选异常体固定到接缝邻域的对应横向位置，连续约束把候选异常体限定为沿缝连续展开的对象，覆盖宽度约束把横向扩展异常与局部孤立强反射区分开，深度锚定约束把候选异常体限定在目标层位区间及其邻域，构造响应排异约束则利用波形片段序列和平面切片序列之间的对应关系识别接缝本体、错台、传力杆和埋设构件形成的非病害响应。由此，处治对象不再对应于单次触发的局部异常，而对应于跨视图一致的病害实体。

28、进一步地，采用平面切片序列中的异常区域作为平面锚点，并结合第一剖面序列和第二剖面序列中的交汇异常区段生成初始边界，再对相邻深度层中的初始边界进行连通归并，能够把同一地下异常在不同深度层、不同测线中的分散响应合并到同一候选异常体中，减少边界碎片化输出。采用波形片段序列中的主峰极性、相位反转次数、拖尾长度和重复间隔，以及平面切片序列中的条带长轴方向、条带宽度、边界平滑程度和贴附形态执行构造响应排异，能够把规则重复的构造干扰体从病害实体中剥离。采用设定宽度、连续长度阈值和深度锚定允许偏差的标定口径，并将实体标识、空间边界、深度区间和对应跨视图约束值写入病害记录，能够使同一区域复测、跟踪和维修验收围绕同一病害实体展开，避免复核开槽范围反复调整。