一種建筑體裂縫的三維特征探測方法及系統(tǒng)的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種建筑體裂縫的三維特征探測方法及系統(tǒng)。本發(fā)明基于極化差技術(shù)，建立三維地下充水裂縫模型，根據(jù)極化差在裂縫幾何形狀上的充分體現(xiàn)，能夠測得地下任意方位的裂縫、特別是充水裂縫的三維幾何特征（包括走向、長度、寬度及深度）。
【專利說明】一種建筑體裂縫的三維特征探測方法及系統(tǒng)
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及雷達(dá)探測【技術(shù)領(lǐng)域】，具體涉及一種建筑體裂縫的三維特征探測方法及系統(tǒng)。
【背景技術(shù)】
[0002]裂縫是橋梁、公路引起安全性惡化的一種普遍隱患，若處理不當(dāng)，會引起鋼筋銹蝕甚至建筑坍塌。因此，公路、橋梁等在長期使用過程中需要定期檢查。而裂縫等異?，F(xiàn)象通常具有隱蔽性且不能以破壞建筑表面的方法進(jìn)行檢測，如何有效的非破壞性實(shí)施對裂縫的探測，對發(fā)現(xiàn)道路交通安全設(shè)施隱患并及時(shí)采取相應(yīng)維護(hù)措施具有重大意義。
[0003]目前基于道路橋梁裂縫的無損探測方法，通常是以圖像為依托進(jìn)行二維裂縫成像，并且根據(jù)成像像素分析得到裂縫的寬度信息，完全缺失了裂縫的深度和長度特征。有研究成果能提取出裂縫的深度、長度及寬度信息，但此時(shí)的模型為表面裂縫，而不是地下裂縫，這種以反射為主導(dǎo)的模型沒有考慮到地面的散射，但地下裂縫的信息提取正是因?yàn)閺?fù)雜的地面散射而讓許多學(xué)者止步。也有學(xué)者對三維裂縫進(jìn)行分析并得到長度信息，但多數(shù)是基于地表可見裂縫的檢測。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]針對現(xiàn)有技術(shù)的不足，本發(fā)明提供一種建筑體裂縫的三維特征探測方法及系統(tǒng)。本發(fā)明基于極化差技術(shù)，建立三維地下充水裂縫模型，根據(jù)極化差在裂縫幾何形狀上的充分體現(xiàn)，能夠測得地下任意方位的裂縫、特別是充水裂縫的三維幾何特征(包括走向、長度、寬度及深度)。
[0005]一種建筑體裂縫的三維特征探測方法，所述方法包括:
[0006]采用探測雷達(dá)分別在Θ極化方式下和φ極化方式下以不同的入射角掃描建筑體待探測目標(biāo)區(qū)域，得到系列掃描數(shù)據(jù)；
[0007]選取Morlet小波基作為匹配模板，對得到的系列掃描數(shù)據(jù)進(jìn)行模板匹配，從而得到與裂縫形狀相關(guān)的早時(shí)響應(yīng)回波；
[0008]計(jì)算θ極化方式下與φ極化方式下裂縫與背景的早時(shí)響應(yīng)回波的相似系數(shù)差異，根據(jù)最大相似系數(shù)差異所對應(yīng)的入射角方向確定相應(yīng)的裂縫走向；
[0009]采用入射方向不垂直于裂縫走向的Θ極化入射波對裂縫探測，在探測回波中利用峰值提取算法得到電磁波經(jīng)由裂縫兩端點(diǎn)的時(shí)間，從而獲得裂縫長度信息；
[0010]采用入射方向垂直于裂縫走向的φ極化入射波對裂縫探測，在探測回波中利用小波變換模極大值方法提取裂縫寬度信息；
[0011]采用入射方向垂直于地面的Ψ極化入射波對裂縫探測，在探測回波中利用小波變換模極大值方法尋找裂縫離地面最近的頂點(diǎn)，從而得到裂縫深度信息。
[0012]所述方法還包括:將建筑體待探測目標(biāo)區(qū)域充水，使建筑體存在的裂縫成為充水裂縫。[0013]一種建筑體裂縫的三維特征探測系統(tǒng)，所述系統(tǒng)包括:
[0014]采用探測雷達(dá)分別在Θ極化方式下和φ極化方式下以不同的入射角掃描建筑體待探測目標(biāo)區(qū)域，得到系列掃描數(shù)據(jù)的裝置；
[0015]選取Morlet小波基作為匹配模板，對得到的系列掃描數(shù)據(jù)進(jìn)行模板匹配，從而得到與裂縫形狀相關(guān)的早時(shí)響應(yīng)回波的裝置；
[0016]計(jì)算Θ極化方式下與Φ極化方式下裂縫與背景的早時(shí)響應(yīng)回波的相似系數(shù)差異，根據(jù)最大相似系數(shù)差異所對應(yīng)的入射角方向確定相應(yīng)的裂縫走向的裝置；
[0017]采用入射方向不垂直于裂縫走向的Θ極化入射波對裂縫探測，在探測回波中利用峰值提取算法得到電磁波經(jīng)由裂縫兩端點(diǎn)的時(shí)間，從而獲得裂縫長度信息的裝置；
[0018]采用入射方向垂直于裂縫走向的φ極化入射波對裂縫探測，在探測回波中利用小波變換模極大值方法提取裂縫寬度信息的裝置；
[0019]采用入射方向垂直于地面的φ極化入射波對裂縫探測，在探測回波中利用小波變換模極大值方法尋找裂縫離地面最近的頂點(diǎn)，從而得到裂縫深度信息的裝置。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0020]圖1描述了裂縫與入射波入射角度的幾何關(guān)系。
[0021]圖2為裂縫及參考坐標(biāo)系幾何圖。
[0022]圖3描述了裂縫回波的峰值參數(shù)。
[0023]圖4描述了小波變換模 極大 值提取裂縫寬度。
[0024]圖5描述了 φ極化下入射角UW=() Θ i=0°的散射回波。
[0025]圖6描述了小波變換模極大值挺取裂縫深度。
【具體實(shí)施方式】
[0026]當(dāng)結(jié)合附圖閱讀時(shí)從下面的詳細(xì)描述可最佳理解本發(fā)明。
[0027]圖1描述了隨機(jī)走向裂縫與入射波入射角度的幾何關(guān)系，設(shè)裂縫以俯仰角QtR方位角奶位于直角坐標(biāo)系中，被入射波以入射角91及方位角科在Θ極化與φ極化下交替
激勵。標(biāo)記4為裂縫走向，與\為相應(yīng)的垂直和平行分量。為了得到不同極化下散射回波的最大差異性，入射電場的平行分量與垂直分量分別需平行于裂縫的走向與垂直于裂縫的走向，即a e? =±1及&.?1;=±1，由圖1所示的幾何關(guān)系解方程組可得到:
[0028]
【權(quán)利要求】
1.一種建筑體裂縫的三維特征探測方法，所述方法包括: 采用探測雷達(dá)分別在Θ極化方式下和Φ極化方式下以不同的入射角掃描建筑體待探測目標(biāo)區(qū)域，得到系列掃描數(shù)據(jù)； 選取Morlet小波基作為匹配模板，對得到的系列掃描數(shù)據(jù)進(jìn)行模板匹配，從而得到與裂縫形狀相關(guān)的早時(shí)響應(yīng)回波； 計(jì)算Θ極化方式下與Φ極化方式下裂縫與背景的早時(shí)響應(yīng)回波的相似系數(shù)差異，根據(jù)最大相似系數(shù)差異所對應(yīng)的入射角方向確定相應(yīng)的裂縫走向； 采用入射方向不垂直于裂縫走向的Θ極化入射波對裂縫探測，在探測回波中利用峰值提取算法得到電磁波經(jīng)由裂縫兩端點(diǎn)的時(shí)間，從而獲得裂縫長度信息； 采用入射方向垂直于裂縫走向的Φ極化入射波對裂縫探測，在探測回波中利用小波變換模極大值方法提取裂縫寬度信息； 采用入射方向垂直于地面的Φ極化入射波對裂縫探測，在探測回波中利用小波變換模極大值方法尋找裂縫離地面最近的頂點(diǎn)，從而得到裂縫深度信息。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，還包括:將建筑體待探測目標(biāo)區(qū)域充水。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的方法，其中所述的探測雷達(dá)是高斯脈沖平面波雷達(dá)。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的方法，其中所述根據(jù)最大相似系數(shù)差異所對應(yīng)的入射角方向確定相應(yīng)的裂縫走向的算法，遵循如下數(shù)學(xué)式:
5.一種建筑體裂縫的三維特征探測系統(tǒng)，所述系統(tǒng)包括: 采用探測雷達(dá)分別在Θ極化方式下和Φ極化方式下以不同的入射角掃描建筑體待探測目標(biāo)區(qū)域，得到系列掃描數(shù)據(jù)的裝置； 選取Morlet小波基作為匹配模板，對得到的系列掃描數(shù)據(jù)進(jìn)行模板匹配，從而得到與裂縫形狀相關(guān)的早時(shí)響應(yīng)回波的裝置； 計(jì)算Θ極化方式下與Φ極化方式下裂縫與背景的早時(shí)響應(yīng)回波的相似系數(shù)差異，根據(jù)最大相似系數(shù)差異所對應(yīng)的入射角方向確定相應(yīng)的裂縫走向的裝置； 采用入射方向不垂直于裂縫走向的Θ極化入射波對裂縫探測，在探測回波中利用峰值提取算法得到電磁波經(jīng)由裂縫兩端點(diǎn)的時(shí)間，從而獲得裂縫長度信息的裝置； 采用入射方向垂直于裂縫走向的Ψ極化入射波對裂縫探測，在探測回波中利用小波變換模極大值方法提取裂縫寬度信息的裝置； 采用入射方向垂直于地面的Φ極化入射波對裂縫探測，在探測回波中利用小波變換模極大值方法尋找裂縫離地面最近的頂點(diǎn)，從而得到裂縫深度信息的裝置。
【文檔編號】G01V3/12GK103744119SQ201310731558
【公開日】2014年4月23日 申請日期:2013年12月24日 優(yōu)先權(quán)日:2013年12月24日
【發(fā)明者】歐陽繕, 周麗軍, 謝躍雷, 晉良念, 陳紫強(qiáng), 劉慶華, 蔣俊正, 丁勇 申請人:桂林電子科技大學(xué)