基于探地雷达的地下管线病害正演模拟及回波解译研究

来源 :西安科技大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:cczxokli
下载到本地 , 更方便阅读
声明 : 本文档内容版权归属内容提供方 , 如果您对本文有版权争议 , 可与客服联系进行内容授权或下架
论文部分内容阅读
如何以最快速度定位管线病害点,获取地下管线渗漏病害发育程度、病害位置信息,是当今市政管线应急处置的重点,也是市政规划建设热点研究问题,探地雷达(Ground-penetrating radar,GPR)技术相比于传统探测手段具有探测高效、空间分辨率高、探测目标种类广、无损检测、抗干扰能力强且应用环境广泛等特点,在隐蔽地下条件探测中有优势。但是,随着如今地下空间不断开发利用,地下管线所处环境也日趋复杂,管线种类和管径大小也逐渐多样化,传统探测手段局限性日益凸显的同时,也给解译技术带来了新的问题和挑战,目前探地雷达技术仍然存在着雷达回波图像解译依赖人工、管线病害程度识别困难、管线病害识别准确度不高、地下杂波干扰强、复杂环境下病害特征识别困难等问题。针对上述问题,本文通过正演模拟以及校园地下管线病害实地探测,来研究常见材质地下管线不同病害程度以及不同病害位置雷达回波特征,分析在复杂条件下管线病害回波传播过程中的反射和散射现象,总结其病害回波特征,结合不同检测算法,对管线病害回波特征进行检测选取,最后,通过选取的管线病害特征应用支持向量机(Support Vector Machine,SVM)模型进行管线病害雷达回波识别,并利用管线病害识别正确率评价SVM模型识别的精度。全文主要研究结果如下:(1)考虑地下管线雷达探测深度以及回波图像分辨率,通过试验选取500MHz天线中心频率最佳,其分辨率和反射能量均衡。实验显示:健康PVC管回波呈现完整双曲线形态,连续回波包络清晰;健康混凝土管回波包络双叶短小形态不完整,连续回波包络间断;健康金属钢管回波双曲线清晰完整,回波包络醒目且精细,无连续回波包络。(2)对于管线不同病害程度,在病害初期,非金属管回波双曲线形态不完整包络双叶短小模糊,金属管回波双曲线形态完整,包络精细完整;病害发育期,非金属管回波开口变大,包络完整,金属钢管回波包络双叶变粗;病害形成期,回波包络形态较为完整,连续回波包络清晰,混凝土管回波包络显著变长,金属管双曲线开口变大,包络清晰完整。(3)对于管线不同病害位置,在底部位置病害,非金属管回波形态包络完整开口大,连续回波顶部重叠模糊,金属管回波包络双叶精细完整,单次绕射波包络形态不完整;顶部位置病害,非金属管回波包络开口较小,连续回波呈现较为清晰X形,金属管X形回波特征清晰重叠;侧面位置病害,非金属管双曲线回波开口较大包络清晰,连续回波形态不完整,金属管回波包络双叶精细,绕射回波包络右半支重叠模糊,左半支较为连续。(4)通过对常见材质小管径管线、大管径管线以及具有真实地下随机分布特点的粗糙层状介质下管线病害正演模拟,研究复杂条件下管线病害探地雷达回波成像特征差异,建立对应病害特征数据集。(5)实验表明,利用灰度梯度边缘检测算法雷达回波图像特征边缘提取效果较好,管线病害回波特征分辨清晰,噪声有所减少;电磁波波谱时频域S变换法管线病害雷达回波特征分辨质量高,噪声过滤显著;通过基于支持向量机(SVM)模型进行管线病害检测识别,结果显示,因实际地下环境的复杂性,感兴趣目标区域被噪声信号掩盖,特征区域识别有一定程度的缺失和扩大,常规管线和大管径管线病害检测识别率高,小管径管线和层状介质下管线病害检测识别率低,总体上管线病害回波特征识别结果与实际情况符合度高,整体管线病害检测识别率达81%,具有高效识别率和准确度。
其他文献
地下采煤引起工作面上方地表发生沉陷,造成生态环境、设施破坏、自然灾害等问题。传统的矿区沉陷监测手段效率低,且只能获取线状沉陷数据。机载LiDAR技术在获取开采沉陷面状信息方面具有显著优势,但在实际应用中却存在点云滤波和沉陷建模误差显著等问题。为此,本文以榆神矿区的两个综采工作面地表为实验区,利用机载LiDAR系统采集多期点云数据,通过改进点云滤波算法及深度学习方法来获取地面特征点云,构建高精度沉陷
榆神矿区大规模、高强度开采给当地脆弱生态带来严重影响,因此分析不同开采方式覆岩破断特征及导水裂隙带发育规律,对于矿区保水开采尤为重要。论文基于榆树湾煤矿20105工作面地质条件,采用理论分析、物理模拟、数值模拟及现场实测等研究方法,系统分析了20105工作面不同开采方式下覆岩破断特征及导水裂隙带发育规律,主要研究成果如下:(1)物理模拟表明,上分层开采时,工作面推进至18m时直接顶初次垮落,工作面
惯性导航系统(INS)仅依靠惯性元器件的测量信息便可实现运载体的导航与定位,具有较强的自主性和抗干扰能力。光纤陀螺仪(FOG)凭借重量轻、可靠性高、采样频率快等特点成为INS的主要惯性元器件,光纤陀螺的输出信号包含各类随机噪声,需对其进行滤波处理,削弱及抑制信号中的噪声,从而提高数据的精度。INS存在自身漂移和数字误差,使得积分运算得到的姿态角和速度会随时间产生漂移,尤其是二次积分得到的位置发散严
本文主要研究了垂荡激励下具有气囊隔振的船用旋转机械系统的非线性振动机理及其动力学特性。首先,基于非线性动力学理论,考虑船体垂荡运动、转子质量不平衡、气囊非线性弹性的影响建立了垂荡激励下船用旋转机械-气囊隔振系统的动力学模型。采用多尺度方法以及数值方法分析了垂荡激励下系统的非线性动力学特性及其振动机理。其次,基于正交多项式逼近法研究了垂荡激励下船用旋转机械-气囊隔振系统的随机振动特性,并讨论了它的零
地下采煤引起的地表裂缝是开采沉陷破坏的直观表现,对建筑物和土地造成严重损害,精准获取采动地表裂缝发育特征对于开采沉陷研究和矿区地面保护具有实际意义。常规的采动地表裂缝监测方法,在成本效率和时空分辨率方面存在明显局限性。低空无人机测绘技术作为采集大范围、高分辨率地表空间信息的重要手段,通过设定合理的航拍参数,可以快速地获取沉陷区高分辨影像,但目前普适的遥感影像地物信息获取方法难以适应矿区采动地表裂缝
随着全国第一次自然灾害风险普查的开展,对自然灾害的研究走上新的潮流。干早灾害是世界上危害最为严重的灾害之一,持续的时间、造成的经济损失、影响的范围,均居于各种自然灾害之首。在全球气候变暖的情况下,导致干旱灾害发生的频率越来越高,破坏力越来越大。甘肃省地处我国西北地区,地势地貌较为复杂,大多数区域处于沙漠和戈壁滩地带,降雨量较少,因此甘肃省旱灾发生的频率依旧很高。本文从自然灾害风险评估的理论基础出发
建筑业是国民经济的支柱产业,然而由于固有风险高、施工环境复杂、从业者整体安全素养偏低等特点,建筑行业安全生产事故的发生率一直居高不下。大量的建筑业实例及理论研究证明,80%以上的建筑安全事故是由建筑工人的不安全行为所引起的。根据认知心理学研究,人的行为失误实质是人的信息处理失误,建筑施工不安全行为通常是建筑工人安全信息认知错误或偏差的结果。为科学预防并控制由于建筑工人安全信息认知失效引起的建筑安全
近年来由于地震频发,钢筋混凝土框剪结构主要竖向承重构件框架柱极易遭受破损毁坏,引致结构局部乃至整体坍塌,针对该问题科研学者提出了柱顶滑移框架柱设想,即结合一定措施减小甚至完全免去地震下部分框架柱的弯矩和剪力,同时保证此部分柱子在地震时基本保持完好且能够独自承担绝大部分结构自重,以此更好地实现结构抗震倒塌。基于此,本文结合学者提出的这一特殊设想,将其应用到某实际工程算例钢筋混凝土框剪结构中,并逐一开
近年来,气候变化、极端气候事件频发、温室气体过量排放使全球气候系统变暖,这类环境问题已成为世界关注的焦点。根据联合国环境规划署统计,建筑行业消耗了全球大约30~40%的能源,并排放了几乎占全球30%的温室气体,给全球气候和环境带来了巨大挑战。习近平主席在“领导人气候峰会”的讲话中强调中国正在制定碳达峰行动计划。我国如何在2030年前实现碳达峰,占全国总碳排放量40%以上的建筑行业责任重大。控制建筑
随着我国煤层浅部煤炭资源的大量开采,开采深度正在逐年增加,导致开采煤层的地温高、地应力大。由于采空区处于高温、高湿的环境,采空区浮煤自然发火危险性增强。本文以某矿1303综放面采空区煤自燃防治为研究对象,采用实验室测定,现场观测,数值模拟相结合的方法,开展了煤自燃危险区域判定及防控方法研究。通过程序升温模拟不同湿度环境条件对煤自燃的特性以及不同初始温度下煤样自燃过程,结果表明:在相同温度不同湿度对