地质雷达实时检测报警系统及方法与流程

本发明涉及地质勘探技术领域，具体地，涉及一种地质雷达检测报警系统以及一种地质雷达检测报警方法。

背景技术：

现有技术中在隧道施工之前，均需要进行隧道超前地质预报，预先探测隧道、隧洞等地下工程的岩土体开挖面前方的地质情况，力图在施工前掌握前方的岩土体结构、性质、状态，以及地下水、瓦斯等的赋存情况、地应力情况等地质信息，为进一步的施工提供指导，以避免施工过程中发生涌水、瓦斯突出、岩爆、大变形等等地质灾害，保证施工的安全和顺利进行。然而，隧道超前地质预报仅仅是在隧道开挖前对地质情况进行了解，仅仅能够判断发生涌水、瓦斯突出、岩爆等等地质灾害的可能性，在隧道实时开挖过程中，如果出现突发异常情况，仍然可能导致灾害性事故。

技术实现要素：

本发明的目的是提供一种地质雷达实时检测报警系统及一种地质雷达实时检测报警方法，以解决上述现有技术中的问题。

为了实现上述目的，本发明提供一种地质雷达实时检测报警装置，该装置包括：发射单元，用于通过发射天线向预定距离的待检测的地质带发射电磁波；接收单元，用于通过接收天线接收回波信号，所述回波信号为所述电磁波经所述地质带反射后的反射信号；信号分析单元，用于对所述回波信号进行处理和分析，判断所述地质带的风险等级；报警单元，用于根据所述地质带的风险等级进行对应的风险提示。

具体地，所述对所述回波信号进行处理和分析，判断所述地质带的风险等级，包括：根据所述回波信号判断所述地质带的地质类别；若所述地质带的地质类别为含水带或瓦斯带，则判断所述地质带为高风险等级；否则，判断所述地质带为低风险等级。

优选地，所述系统还包括：风险模拟单元，用于对高风险等级的地质带进行地质活动动态模拟；显示单元，用于对所述动态模拟的内容进行可视化呈现。

优选地，所述报警单元包括报警灯和蜂鸣器，用于根据所述地质带的风险等级进行不同频率的声光提示。

优选地，所述信号分析单元还用于调整所述电磁波的发射频率。

另一方面，本发明还提供一种地质雷达实时检测报警方法，用于隧道现场施工，该方法包括：向待检测的地质带发射电磁波并接收回波信号，所述回波信号为所述电磁波经所述地质带反射后的反射信号；对所述回波信号进行处理和分析，判断所述地质带的风险等级；根据所述地质带的风险等级进行对应的风险提示。

优选地，所述对所述回波信号进行处理和分析，判断所述地质带的风险等级，包括：根据所述回波信号判断所述地质带的地质类别；若所述地质带的地质类别为含水带或瓦斯带，则判断所述地质带为高风险等级；否则，判断所述地质带为低风险等级。

优选地，所述方法还包括：对高风险等级的地质带进行地质活动动态模拟；以及对所述动态模拟的内容进行可视化呈现。

优选地，所述根据所述地质带的风险等级进行对应的风险提示，包括：

根据所述地质带的风险等级进行不同频率的声光提示。

优选地，所述方法还包括：对所述电磁波的发射频率进行调节。

本发明的地质雷达实时检测报警方法，在隧道挖掘施工过程中，通过向待检测的地质带发射电磁波以及接收回波信号来判断所述地质带的风险等级，进而根据风险等级进行对应的风险提示，能够在施工过程中快速判断前方地质带的岩体性质，例如是否属于容易发生涌水的高风险含水带或发生爆炸的高风险瓦斯带，进而对应提示现场操作人员是否立即停止操作或持续开挖，避免实时开挖过程中出现突发异常情况而导致灾害性事故，保证实时施工的安全性。

本发明的其他特征和优点将在随后的具体实施方式部分予以详细说明。

附图说明

附图是用来提供对本发明的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与下面的具体实施方式一起用于解释本发明，但并不构成对本发明的限制。在附图中：

图1为本发明实施方式提供的一种地质雷达实时检测报警方法的流程图。

具体实施方式

以下结合附图对本发明的具体实施方式进行详细说明。应当理解的是，此处所描述的具体实施方式仅用于说明和解释本发明，并不用于限制本发明。

需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。

在本发明中，在未作相反说明的情况下，使用的方位词如“上、下、顶、底”通常是针对附图所示的方向而言的或者是针对竖直、垂直或重力方向上而言的各部件相互位置关系描述用词。

下面将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。

如图1所示，根据本发明的技术方案，地质雷达实时检测报警系统主要包含以下单元：

发射单元，用于通过发射天线向待检测的地质带发射电磁波；接收单元，用于通过接收天线接收回波信号，所述回波信号为所述电磁波经所述地质带反射后的反射信号。

所述发射单元包括地质雷达发射器，用于发射高频电磁波，所述接收单元包括地质雷达接收器，接收来自地质带的回波信号；地质雷达的地质带检测原理是通过发射天线发射高频率的宽频带短脉冲电磁波，利用广谱电磁波确定不同介质分布。为了接收一定的电磁波频率，所述接收单元包括低通滤波器。

信号分析单元，用于对所述回波信号进行处理和分析，判断所述地质带的风险等级；报警单元，用于根据所述地质带的风险等级进行对应的风险提示。

具体地，电磁波在地质带中传播时，利用电磁波传播规律，根据接收到的双程走时、幅度和波形等资料，探测地质带结构、构造和埋设物；反射信号的强度与被穿透地质带界面的波反射系数有关，由于不同地质带的波反射系数不同，因此能够判断出不同的地质带类别；地质雷达的岩性检测原理为本领域技术人员所公知，在此不再赘述。

所述信号分析单元，用于对所述回波信号进行处理(例如滤波、去噪)，并在现有发射频率下根据回波信号对预定距离范围内的岩性特征进行分析，判断所述地质带的地质类别，例如根据回波信号判断预定距离范围内的岩土体结构、地下水、瓦斯等的赋存情况等等。由于在现场施工中，如果前方地质带为含水带或瓦斯带，容易导致现场出现涌水坍塌或者瓦斯爆炸等重大安全事故，威胁现场施工人员的安全，所以根据本发明的技术方案，所述信号分析单元将不同岩性地质带与安全等级相对应，优选地，将含水带或瓦斯带对应为高风险等级，将其他岩性地质带(例如流沙带、层岩带)对应为低风险等级，或者将能够安全施工的岩土特性对应为零风险等级，在判断所述地质带的地质类别后对地质带的风险等级进行划分判断，并进行对应的风险提示，例如对于高风险等级，采用不同的预警效果和方式进行提示，能够在现场施工中避免突发重大安全事故，且检测迅速，报警及时，保证了现场施工的安全性。

为了获得更准确的检测精度，优选地，所述信号分析单元还用于调整所述电磁波的发射频率。例如电磁波的发射频率小于80mhz时，可以准确探测15米以上深度的地质带，电磁波的发射频率在120mhz时可以准确探测10米深度的地质带，调整电磁波的发射频率，能够提高地质带测量精度。

举例来说，所述信号分析单元可以在开始某一施工段的施工前，将电磁波发射频率设定为能够适应预定检测范围内的回波检测，在判断预定检测范围内不存在高风险等级的岩性带的情况下，可以继续推进施工，并调整电磁波的发射频率，以提高在所述预定检测范围内的检测精度，避免在推进施工中可能因为检测不准确而突发的风险，对发射频率的自调节可以由信号分析单元根据预先设定的程序自动完成，也可以根据实际情况进行调整。

所述报警单元用于根据所述地质带的风险等级进行对应的风险提示，面对不同的风险等级做出不同的声光报警，提醒操作人员前方地质带的风险等级。

根据本发明的一种实施方式，所述报警单元包括报警灯和蜂鸣器，用于根据所述地质带的风险等级进行不同频率的声光提示；当检测到低风险等级地质带时，报警灯恒发绿光，蜂鸣器不发出声音；当检测到高风险等级地质带时，报警灯发出红光并开始闪烁，蜂鸣器开始发声，当检测到离高风险等级地质带越近时，报警灯闪烁越频繁，蜂鸣器发声越大越急促；以此提醒操作人员正在进行高风险操作，避免重大事故的发生。

根据本发明的一种实施方式，地质雷达实时检测报警系统还包含风险模拟单元，用于对不同风险等级的地质带进行地质活动动态模拟，以及对所述动态模拟的内容进行可视化呈现。

为了保证在挖掘隧道的过程中，当操作人员遇到高风险等级地质带时，更好的判断高风险等级地质带的结构并根据经验是否继续挖掘，可以通过风险模拟单元对不同风险等级的地质带进行地质活动动态模拟并对所述动态模拟的内容进行可视化呈现。所述风险模拟单元预设有不同岩性地质活动动态模型，将信号分析单元对地质带的地质类别的判断结果输入至该动态模型，相应地输出该地质类别对应的地质活动动态模拟，例如对应于含水带以及其范围内的含水量及深度，输出涌水量及范围动态模拟，对应于瓦斯带及其范围内的瓦斯含量，输出爆炸深度及强度的动态模拟，并可以将其可视化地展示在显示单元上，以便操作人员直观获知。操作人员可以通过动态模拟内容看到继续挖掘可能会产生的后果，不同于超前预报可能出现不及时的问题，实时动态模拟能够更准确、更快速的让操作人员做出判断，极大的提高了操作的安全性。

另一方面，本发明还提供一种地质雷达实时检测报警方法，用于隧道现场施工，该方法包括：向待检测的地质带发射电磁波并接收回波信号，所述回波信号为所述电磁波经所述地质带反射后的反射信号；对所述回波信号进行处理和分析，判断所述地质带的风险等级；根据所述地质带的风险等级进行对应的风险提示。

优选地，所述对所述回波信号进行处理和分析，判断所述地质带的风险等级，包括：根据所述回波信号判断所述地质带的地质类别；若所述地质带的地质类别为含水带或瓦斯带，则判断所述地质带为高风险等级；否则，判断所述地质带为低风险等级。

优选地，所述方法还包括：对高风险等级的地质带进行地质活动动态模拟；以及对所述动态模拟的内容进行可视化呈现。

优选地，所述根据所述地质带的风险等级进行对应的风险提示，包括：根据所述地质带的风险等级进行不同频率的声光提示。

优选地，所述方法还包括：对所述电磁波的发射频率进行调节。

本发明的地质雷达实时检测报警方法，在隧道挖掘施工过程中，通过向待检测的地质带发射电磁波以及接收回波信号来判断所述地质带的风险等级，进而根据风险等级进行对应的风险提示，能够在施工过程中快速判断前方地质带的岩体性质，例如是否属于容易发生涌水的高风险含水带或发生爆炸的高风险瓦斯带，进而对应提示现场操作人员是否立即停止操作或持续开挖，避免实时开挖过程中出现突发异常情况而导致灾害性事故，保证实时施工的安全性。

另一方面，本发明还提供一种地质雷达实时检测报警方法，用于隧道现场施工，该方法包括：向待检测的地质带发射电磁波并接收回波信号，所述回波信号为所述电磁波经所述地质带反射后的反射信号；对所述回波信号进行处理和分析，判断所述地质带的风险等级；根据所述地质带的风险等级进行对应的风险提示。

优选地，所述对所述回波信号进行处理和分析，判断所述地质带的风险等级，包括：根据所述回波信号判断所述地质带的地质类别；若所述地质带的地质类别为含水带或瓦斯带，则判断所述地质带为高风险等级；否则，判断所述地质带为低风险等级。

优选地，所述方法还包括：对高风险等级的地质带进行地质活动动态模拟；以及对所述动态模拟的内容进行可视化呈现。

优选地，所述根据所述地质带的风险等级进行对应的风险提示，包括：根据所述地质带的风险等级进行不同频率的声光提示。

优选地，所述方法还包括：对所述电磁波的发射频率进行调节。

本发明的地质雷达实时检测报警方法，在隧道挖掘施工过程中，通过向待检测的地质带发射电磁波以及接收回波信号来判断所述地质带的风险等级，进而根据风险等级进行对应的风险提示，能够在施工过程中快速判断前方地质带的岩体性质，例如是否属于容易发生涌水的高风险含水带或发生爆炸的高风险瓦斯带，进而对应提示现场操作人员是否立即停止操作或持续开挖，避免实时开挖过程中出现突发异常情况而导致灾害性事故，保证实时施工的安全性。

现有技术中隧道超前地质预报仅仅是在隧道开挖前对地质情况进行了解，仅仅能够判断发生涌水、瓦斯突出、岩爆等等地质灾害的可能性，在隧道实时开挖过程中，如果出现突发异常情况，操作人员在施工中来不及判断前方地质带的突发风险等级，可能出现重大安全事故。本发明的地质雷达实时检测报警系统及方法，用于隧道现场施工，所述地质雷达实时检测报警系统及方法对回波信号进行处理分析，实时传输检测地质带的风险等级，能够在复杂施工条件下检测地质带实时情况并实时报警，操作人员能够更准确、快速的判断是否可以继续施工，不耽误施工的进度，同时保证了现场施工过程中操作人员的安全。

以上结合附图详细描述了本发明实施例的可选实施方式，但是，本发明实施例并不限于上述实施方式中的具体细节，在本发明实施例的技术构思范围内，可以对本发明实施例的技术方案进行多种简单变型，这些简单变型均属于本发明实施例的保护范围。

另外需要说明的是，在上述具体实施方式中所描述的各个具体技术特征，在不矛盾的情况下，可以通过任何合适的方式进行组合。为了避免不必要的重复，本发明实施例对各种可能的组合方式不再另行说明。

此外，本发明实施例的各种不同的实施方式之间也可以进行任意组合，只要其不违背本发明实施例的思想，其同样应当视为本发明实施例所公开的内容。