基于探地雷达数据的输电塔间地下病害定位方法及系统

本发明涉及地球物理探地雷达勘探，特别涉及一种基于探地雷达数据的输电塔间地下病害定位方法及系统。

背景技术：

1、本部分的陈述仅仅是提供了与本发明相关的背景技术，并不必然构成现有技术。

2、地下隐蔽病害通常包括地下水渗漏、管线破损、地基沉降、地下空洞等问题。这些地下隐蔽病害可能会对地下结构或设施的稳定性、安全性和使用性造成威胁，因此需要进行及时的检测和处理。探地雷达（gpr，ground penetrating radar），通过发射天线向地下发射高频电磁波，通过接收天线接收反射回地面的电磁波，电磁波在地下介质中传播时遇到存在电性差异的界面时发生反射，根据接收到电磁波的波形、振幅强度和时间的变化特征推断地下介质的空间位置、结构、形态和埋藏深度。探地雷达检测技术凭借其精确度高、效率高、连续无损、实时成像且结果直观等优越性能，在地下隐蔽病害探测环节运用极为广泛。目前，探地雷达在进行地下隐蔽病害探测时，往往需要进行现场坐标定位对其进行精准的定位。

3、常用的一种方法为实时动态测量技术（rtk，real-time kinematic），rtk定位由基准站接收机、数据链、流动站接收机三部分组成，基准站先观测和接收卫星数据，基准站通过旁边的无线电台（数据链），将观测数据实时发送给流动站，流动站收到基准站数据的同时，也观测和接收卫星数据，流动站在基准站数据和自身数据的基础上，进行实时差分运算，从而解算出流动站的三维坐标及其精度；若使用探地雷达的点测方法，传统的rtk定位需要对每一个测点进行测量，若使用探地雷达的连续探测方法，rtk定位则无法使用，所以对于地下隐蔽病害的精准探测与定位往往工程量巨大或无法进行。

4、另一种方法是采用放线的方法，此方法首先应该根据探测区域的平面形状来确定坐标控制网的平面形状，随后以边缘第一条测线为横向坐标轴，垂直此测线方向为纵向坐标轴，以此来确定探测区域各点的坐标；但在实际工程中，探测区域并不是完全水平，且形状也多种多样，所以放线方法的效果较差，而且放线方法所得到的资料与探地雷达的探测数据不是一种类型，进行资料整合较为繁琐，需要对照查看，甚至出现无法处理的情况。

技术实现思路

1、为了解决现有技术的不足，本发明提供了一种基于探地雷达数据的输电塔间地下病害定位方法及系统，通过高压输电塔、高压输电线干扰特征与地下隐蔽病害特征之间的电磁波往返程时间来确定他们之间的距离，通过高压输电塔和高压输电线的双重约束来确定地下隐蔽病害的实际位置，不仅方便数据整合，而且很大程度上提高了探测的准确程度。

2、为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

3、第一方面，本发明提供了一种基于探地雷达数据的输电塔间地下病害定位方法。

4、一种基于探地雷达数据的输电塔间地下病害定位方法，包括以下过程：

5、若探地雷达数据中存在两座高压输电塔的信号干扰，从地下隐蔽病害双曲线回波信号顶点位置向高压输电塔信号干扰作竖线，竖线与高压输电塔所对应的双曲线回波信号相交于一点，得到交点位置的双曲线回波信号的双程走时；

6、根据所述双程走时，计算地下隐蔽病害与第一高压输电塔的第一距离以及与第二高压输电塔的第二距离，以第一距离为半径以第一高压输电塔的中心为圆心画圆，以第二距离为半径以第二高压输电塔的中心为圆心画圆，两个圆交点为地下隐蔽病害的可能位置；

7、排除探测区域外的点，根据测线位置确定地下隐蔽病害的实际位置。

8、作为本发明第一方面进一步的限定，根据所述双程走时，计算地下隐蔽病害与第一高压输电塔的第一距离 r1以及与第二高压输电塔的第二距离 r2，包括：，，，其中，为电磁波在介质中的传播速度，c为电磁波在真空中的传播速度，为介质的相对介电常数。

9、作为本发明第一方面进一步的限定，利用f-k滤波去除高压输电塔和高压输电线的干扰。

10、作为本发明第一方面进一步的限定，根据电磁波在空气中的传播速度以及电磁波的双程走时确定探测距离初判值，以探测距离初判值和天线到目标体的距离的最大值为最终的探地雷达探测深度。

11、作为本发明第一方面进一步的限定，探地雷达的发射天线和接收天线相互平行，且都与测线垂直。

12、作为本发明第一方面进一步的限定，探地雷达的时窗为：，其中，hmax为最大探测深度， v为地层电磁波速度。

13、第二方面，本发明提供了一种基于探地雷达数据的输电塔间地下病害定位方法。

14、一种基于探地雷达数据的输电塔间地下病害定位方法，包括以下过程：

15、若探地雷达数据中仅存在一座高压输电塔的信号干扰，从地下隐蔽病害双曲线回波信号顶点位置做竖线，竖线与高压输电塔、高压输电线所对应的双曲线回波信号分别相交于一点，得到两个交点双曲线回波信号双程走时；

16、根据两个交点双曲线回波信号双程走时，得到地下隐蔽病害与高压输电塔之间的第三距离以及与高压输电线之间的第四距离，以第三距离为半径，以高压输电塔的中心为圆心确定一个圆，以高压输电线的中心线为轴线，以第四距离为半径确定一个圆柱体，以圆和圆柱体之间的交点为地下隐蔽病害的可能位置；

17、排除探测区域外的点，根据测线位置确定地下隐蔽病害的实际位置。

18、作为本发明第二方面进一步的限定，根据两个交点双曲线回波信号双程走时和得到地下隐蔽病害与高压输电塔之间的第三距离以及与高压输电线之间的第四距离，，，，其中，v为电磁波在介质中的传播速度，c为电磁波在真空中的传播速度，为介质的相对介电常数。

19、作为本发明第二方面进一步的限定，利用f-k滤波去除高压输电塔和高压输电线的干扰。

20、作为本发明第二方面进一步的限定，根据电磁波在空气中的传播速度以及电磁波的双程走时确定探测距离初判值，以探测距离初判值和天线到目标体的距离的最大值为最终的探地雷达探测深度。

21、作为本发明第二方面进一步的限定，探地雷达的发射天线和接收天线相互平行，且都与测线垂直。

22、作为本发明第二方面进一步的限定，探地雷达的时窗为：，其中，hmax为最大探测深度， v为地层电磁波速度。

23、第三方面，本发明提供了一种基于探地雷达数据的输电塔间地下病害定位系统。

24、一种基于探地雷达数据的输电塔间地下病害定位系统，包括：

25、双程走时生成模块，被配置为：若探地雷达数据中存在两座高压输电塔的信号干扰，从地下隐蔽病害双曲线回波信号顶点位置向高压输电塔信号干扰作竖线，竖线与高压输电塔所对应的双曲线回波信号相交于一点，得到交点位置的双曲线回波信号的双程走时；

26、可能位置生成模块，被配置为：根据所述双程走时，计算地下隐蔽病害与第一高压输电塔的第一距离以及与第二高压输电塔的第二距离，以第一距离为半径以第一高压输电塔的中心为圆心画圆，以第二距离为半径以第二高压输电塔的中心为圆心画圆，两个圆交点为地下隐蔽病害的可能位置；

27、实际位置生成模块，被配置为：排除探测区域外的点，根据测线位置确定地下隐蔽病害的实际位置。

28、第四方面，本发明提供了一种基于探地雷达数据的输电塔间地下病害定位系统。

29、一种基于探地雷达数据的输电塔间地下病害定位系统，包括：

30、双程走时生成模块，被配置为：若探地雷达数据中仅存在一座高压输电塔的信号干扰，从地下隐蔽病害双曲线回波信号顶点位置做竖线，竖线与高压输电塔、高压输电线所对应的双曲线回波信号分别相交于一点，得到两个交点双曲线回波信号双程走时；

31、可能位置生成模块，被配置为：根据两个交点双曲线回波信号双程走时，得到地下隐蔽病害与高压输电塔之间的第三距离以及与高压输电线之间的第四距离，以第三距离为半径，以高压输电塔的中心为圆心确定一个圆，以高压输电线的中心线为轴线，以第四距离为半径确定一个圆柱体，以圆和圆柱体之间的交点为地下隐蔽病害的可能位置；

32、实际位置生成模块，被配置为：排除探测区域外的点，根据测线位置确定地下隐蔽病害的实际位置。

33、第五方面，本发明提供了一种计算机可读存储介质，其上存储有程序，该程序被处理器执行时实现如本发明第一方面或者第二方面所述的基于探地雷达数据的输电塔间地下病害定位方法中的步骤。

34、第六方面，本发明提供了一种电子设备，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程序，所述处理器执行所述程序时实现如本发明第一方面或者第二方面所述的基于探地雷达数据的输电塔间地下病害定位方法中的步骤。

35、与现有技术相比，本发明的有益效果是：

36、1、本发明创新性的提出了一种基于探地雷达数据的输电塔间地下病害定位策略，通过高压输电塔、高压输电线干扰特征与地下隐蔽病害特征之间的电磁波往返程时间来确定他们之间的距离，通过高压输电塔和高压输电线的双重约束来确定地下隐蔽病害的实际位置，不仅方便数据整合，而且很大程度上提高了探测的准确程度。

37、2、本发明在使用探地雷达进行地下隐蔽病害探测时，避免使用rtk定位方法和放线定位方法，利用常见的高压输电塔干扰来进行地下隐蔽病害的快速探测及定位，定位完成后通过fk滤波来消除高压输电塔和高压输电线的干扰，确保了数据质量，在实际使用探地雷达进行地下隐蔽病害探测工作中减少工作量和费用支出。

38、本发明附加方面的优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。