一種探地雷達(dá)數(shù)據(jù)比對算法
【專利摘要】本發(fā)明屬于地球物理數(shù)據(jù)解釋領(lǐng)域，針對探地雷達(dá)數(shù)據(jù)特點(diǎn)，對兩組探地雷達(dá)數(shù)據(jù)，先利用道間配準(zhǔn)算法去除丟道和道間距不均勻造成的探地雷達(dá)數(shù)據(jù)形變，再利用道內(nèi)配準(zhǔn)算法去除天氣、季節(jié)、時(shí)間窗等差異造成的探地雷達(dá)數(shù)據(jù)形變，最后利用加窗相關(guān)系數(shù)比對算法實(shí)現(xiàn)探地雷達(dá)數(shù)據(jù)比對，找出兩組探地雷達(dá)數(shù)據(jù)的差異范圍。
【專利說明】
一種探地雷達(dá)數(shù)據(jù)比對算法
技術(shù)領(lǐng)域
[0001] 本發(fā)明屬于地球物理數(shù)據(jù)解釋領(lǐng)域，針對探地雷達(dá)數(shù)據(jù)的特點(diǎn)，對兩組探地雷達(dá) 數(shù)據(jù)，利用道間配準(zhǔn)算法、道內(nèi)配準(zhǔn)算法和加窗相關(guān)系數(shù)比對算法完成比對，找出差異范 圍。
【背景技術(shù)】
[0002] 隨著城市規(guī)模的不斷擴(kuò)大，城市人口的不斷增加，地面空間已不能滿足人們的需 求，于是城市整體向地下發(fā)展，從各類管線到地下交通網(wǎng)絡(luò)，地下空間的利用也趨于層次化 和規(guī)?；偌由蠝\層地質(zhì)結(jié)構(gòu)的多樣性和復(fù)雜性，使得公路和鐵路的路基隨時(shí)都可能會 受到來自自然的和人為的影響；
[0003] 探地雷達(dá)是應(yīng)用地球物理學(xué)的一個(gè)重要分支，通過向地下發(fā)射寬頻短脈沖高頻電 磁波，利用地下不同介質(zhì)的電磁特性及其分界面對電磁波的反射原理，識別地下目標(biāo)體，探 地雷達(dá)數(shù)據(jù)精度高、采集時(shí)間短、人力消耗少、檢測費(fèi)用低，該方法無需破壞、開挖路面，且 路基檢測效果明顯，傳統(tǒng)道路檢測探地雷達(dá)數(shù)據(jù)解釋方法難度較大，需要人力依靠經(jīng)驗(yàn)解 釋，數(shù)據(jù)解釋周期較長，往往有一定的滯后性；
[0004] 本發(fā)明提出一種探地雷達(dá)數(shù)據(jù)比對算法，該算法對同一路段不同時(shí)間探測的探地 雷達(dá)數(shù)據(jù)進(jìn)行比對，找出差異出現(xiàn)的區(qū)域，進(jìn)而檢測出路基病害發(fā)生的位置，本發(fā)明將有效 減少探地雷達(dá)數(shù)據(jù)解釋過程中的人力投入，縮短解釋周期。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 本發(fā)明的目的在于提供一種探地雷達(dá)數(shù)據(jù)比對算法，通過道間配準(zhǔn)算法和道內(nèi)配 準(zhǔn)算法，以及加窗相關(guān)系數(shù)比對算法，實(shí)現(xiàn)兩組探地雷達(dá)數(shù)據(jù)的比對，本發(fā)明具有良好的實(shí) 用性和穩(wěn)定性；
[0006] 道間配準(zhǔn)算法具體步驟如下：
[0007] 步驟(Al):待配準(zhǔn)探地雷達(dá)數(shù)據(jù)的配準(zhǔn)起始道Yc(Cl)，C 1GZ+和探地雷達(dá)參照數(shù)據(jù) 的配準(zhǔn)起始道Yr(η)，n e Z+滿足 I Yc(C1)-Yr(n) I <K，K e Z+，且(^<2K，η<2K，在待配準(zhǔn)探 地雷達(dá)數(shù)據(jù)和探地雷達(dá)參照數(shù)據(jù)的YcXl)~YcX2K)，Y r(l)~Yr(2K)范圍內(nèi)搜索配準(zhǔn)起始道；
其中p，qe {1，2,...，MM，配準(zhǔn)起始道Yc(C1)，Yr(n)在Y c(Xp) ,Yr(Xq)范圍內(nèi)；
[0009] 步驟(A3):重復(fù)步驟(A2)，逐步縮小范圍，找到配準(zhǔn)起始道YcXc1)，Y r(n);
[0010] 步驟(A4):搜索道數(shù)為a，a e Z+，若某道待配準(zhǔn)探地雷達(dá)數(shù)據(jù)Y。(ca)，ca = 1，2，...， Y 與探地雷達(dá)參照數(shù)據(jù)Yr(rb+i)，Yr(rb+2)，. . .，Yr(rb+a)，rb+i，rb+2,. . .，rb+aez+的相關(guān)系數(shù)
M' }，找到最不相關(guān)待配準(zhǔn)探地雷達(dá)數(shù)據(jù)和探地雷達(dá)參照數(shù)據(jù)范圍是Yc(XtZ)，Yr(X q〇，閾值 是最不相關(guān)探地雷達(dá)數(shù)據(jù)相關(guān)系數(shù)的上確界、SUf\ ;狀((:Λ>：0-，)]?， Ce^Xp7 ,Tf^Xq7 ；
[0012] 道內(nèi)配準(zhǔn)算法具體步驟如下：
[0013] 步驟(BI):待配準(zhǔn)探地雷達(dá)數(shù)據(jù)零點(diǎn)為xo,探地雷達(dá)參照數(shù)據(jù)零點(diǎn)為X%，對待配準(zhǔn) 探地雷達(dá)數(shù)據(jù)Ic(i，y)，i = XQ，xo+l，· · ·，M和探地雷達(dá)參照數(shù)據(jù)Ii^i/，y)，i/ =X7 ο,χ' 〇+ 1，...，Ν進(jìn)行配準(zhǔn)，其中Μ，Ν分別為剩余待配準(zhǔn)探地雷達(dá)數(shù)據(jù)和剩余探地雷達(dá)參照數(shù)據(jù)的采 樣數(shù)；
(i，y)與探地雷達(dá)參照數(shù)據(jù)^^^^，^+!，...少的條件熵訊^^達(dá)到最大值時(shí) 配準(zhǔn)結(jié)束；
[0015]探地雷達(dá)數(shù)據(jù)比對算法具體步驟如下：
y，小于V的相關(guān)系數(shù)對應(yīng)的x，y范圍為差異范圍；
[0019] 本發(fā)明具有以下優(yōu)點(diǎn)：
[0020] 1、道間配準(zhǔn)和道內(nèi)配準(zhǔn)的配準(zhǔn)效果好，配準(zhǔn)精度高；
[0021] 2、算法適應(yīng)性和穩(wěn)定性強(qiáng)，適合各類探地雷達(dá)數(shù)據(jù)的處理；
[0022] 3、比對算法解決了傳統(tǒng)算法依靠人力和經(jīng)驗(yàn)的不足，初步實(shí)現(xiàn)自動解釋。
【附圖說明】
[0023]圖1是本發(fā)明全部算法流程圖；
[0024] 圖2是本發(fā)明道間配準(zhǔn)算法流程圖；
[0025] 圖3是本發(fā)明道內(nèi)配準(zhǔn)算法流程圖；
[0026] 圖4是本發(fā)明探地雷達(dá)數(shù)據(jù)比對算法流程圖。
【具體實(shí)施方式】
[0027] 本發(fā)明按照探地雷達(dá)數(shù)據(jù)比對的要求，根據(jù)概率論、信息論的原理，利用道間配 準(zhǔn)、道內(nèi)配準(zhǔn)和數(shù)據(jù)比對算法，提出了一種探地雷達(dá)數(shù)據(jù)比對算法，本發(fā)明充分利用探地雷 達(dá)數(shù)據(jù)的特點(diǎn)，通過道間配準(zhǔn)和道內(nèi)配準(zhǔn)算法，將兩組探地雷達(dá)數(shù)據(jù)映射到同一空間，通過 基于加窗相關(guān)系數(shù)探地雷達(dá)數(shù)據(jù)比對算法，得到兩組探地雷達(dá)數(shù)據(jù)的差異范圍；
[0028] 道間配準(zhǔn)算法工作流程如下：
[0029] (1)如圖2所示，設(shè)置配準(zhǔn)待配準(zhǔn)探地雷達(dá)數(shù)據(jù)和探地雷達(dá)參照數(shù)據(jù)的起始道搜索 范圍2K，在2K范圍內(nèi)通過相關(guān)系數(shù)搜索起始道所在范圍Xp，當(dāng)起始道所在范圍、為1時(shí)搜索 結(jié)束；
[0030] (2)從起始道開始，搜索探地雷達(dá)參照數(shù)據(jù)與待配準(zhǔn)探地雷達(dá)數(shù)據(jù)的最相關(guān)道n， 當(dāng)待配準(zhǔn)道(^與參照道η的相關(guān)系數(shù)大于ε，在cAch之間線性插值，當(dāng)待配準(zhǔn)道ca與參照 道^的相關(guān)系數(shù)小于ε，刪除第ca道待配準(zhǔn)數(shù)據(jù)，當(dāng)待配準(zhǔn)剩余Y-Ca = 0道，配準(zhǔn)結(jié)束，否則 計(jì)算待配準(zhǔn)數(shù)據(jù)的下一道ca+1;
[0031] 道內(nèi)配準(zhǔn)算法工作流程如下：
[0032] (1)如圖3所示，對待配準(zhǔn)探地雷達(dá)數(shù)據(jù)與探地雷達(dá)參照數(shù)據(jù)的零點(diǎn)XQ與Yo對齊， 將對齊后的待配準(zhǔn)數(shù)據(jù)I。進(jìn)行伸縮變換；
[0033] (2)當(dāng)I。伸縮變換的結(jié)果使條件熵Η(Ι。! Ir)取得最大值時(shí)，配準(zhǔn)結(jié)束；
[0034]數(shù)據(jù)比對算法工作流程如下：
[0035] (1)如圖4所示，導(dǎo)入待比對探地雷達(dá)數(shù)據(jù)I。和探地雷達(dá)參照數(shù)據(jù)Ir，計(jì)算加窗相關(guān) 系數(shù)c，當(dāng)加窗相關(guān)系數(shù)c小于閾值δ時(shí)，確定差異范圍為窗口寬度W和窗口高度H，否則窗口 滑動到下一個(gè)位置，計(jì)算加窗相關(guān)系數(shù)c;
[0036] (2)當(dāng)滑動窗口經(jīng)過全部數(shù)據(jù)時(shí)，比對算法結(jié)束，否則窗口繼續(xù)滑動，計(jì)算加窗相 關(guān)系數(shù)c 〇
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種探地雷達(dá)數(shù)據(jù)比對算法，該算法建立在概率論和信息論的理論基礎(chǔ)上，特征在 于，依次采用道間配準(zhǔn)算法和道內(nèi)配準(zhǔn)算法對兩組探地雷達(dá)數(shù)據(jù)進(jìn)行配準(zhǔn)，采用相關(guān)系數(shù) 作為道間配準(zhǔn)算法的評價(jià)參數(shù)，采用條件賭作為道內(nèi)配準(zhǔn)算法的評價(jià)參數(shù)，對配準(zhǔn)后的兩 組探地雷達(dá)數(shù)據(jù)，采用加窗相關(guān)系數(shù)比較兩組探地雷達(dá)數(shù)據(jù)的差異； 其中，所述的道間配準(zhǔn)算法包括W下步驟： 步驟(A1):待配準(zhǔn)探地雷達(dá)數(shù)據(jù)的配準(zhǔn)起始道Yc(ci)，ciez+和探地雷達(dá)參照數(shù)據(jù)的配 準(zhǔn)起始道Yr(ri)，ri e Z+滿足 I Yc(C1)-Yr(r 1) I <Κ，K e Z%且C1 <2K，ri<2K，在待配準(zhǔn)探地雷 達(dá)數(shù)據(jù)和探地雷達(dá)參照數(shù)據(jù)的Yc(l)~Yc(2K)，Yr(l)~Yr(2K)范圍內(nèi)捜索配準(zhǔn)起始道； 步驟(A2):將2K分為等份，求記作Yc(Xi)，Yc(枯），...，Yc(Xm')和]記 作Y r ( X 1 )，Y r ( X 2 )，. . .，Y r ( X Μ ')之間的最大相關(guān)系數(shù)，其中P，qe {1，2, . . .，Μ/ }，配準(zhǔn)起始道Yc (Cl)，Yr(ri)在 Yc(Xp)，Yr(Xq)范圍內(nèi)； 步驟(A3):重復(fù)步驟(A2)，逐步縮小范圍，找到配準(zhǔn)起始道Ye(ci)，Yr(ri); 步驟(A4):捜索道數(shù)為α，α e z%若某道待配準(zhǔn)探地雷達(dá)數(shù)據(jù)Yc(Ca)，Ca= 1，2，...，滬與 探地雷達(dá)參照數(shù)據(jù)Yr(：Tb+l)，Yr(：Tb+2)，. . .，Yr(：Tb+a)，η+1，η+2, . . .，η+αΕΖ+的相關(guān)系數(shù)最大 值滿足是闊值， 則第ri道是探地雷達(dá)參照數(shù)據(jù)的最相關(guān)道，在待配準(zhǔn)探地雷達(dá)數(shù)據(jù)的第Ca-1道和第Ca道之間 線性插值1-a道探地雷達(dá)數(shù)據(jù)，若將YcXCa)刪除； 步驟(A5):通過找到最 不相關(guān)待配準(zhǔn)探地雷達(dá)數(shù)據(jù)和探地雷達(dá)參照數(shù)據(jù)范圍是Yc(Xp' )，Yr(Xq')，闊值是最不相關(guān)探 地雷達(dá)數(shù)據(jù)相關(guān)系數(shù)的上確巧2. 如權(quán)利要求1所述的算法，其特征在于，道內(nèi)配準(zhǔn)算法對道間配準(zhǔn)算法的結(jié)果進(jìn)行配 準(zhǔn)，采用條件賭作為評價(jià)參數(shù)，道內(nèi)配準(zhǔn)算法包括W下步驟： 步驟(B1):待配準(zhǔn)探地雷達(dá)數(shù)據(jù)零點(diǎn)為X0,探地雷達(dá)參照數(shù)據(jù)零點(diǎn)為X%，對待配準(zhǔn)探地 雷達(dá)數(shù)據(jù)Ic(i，y)，i = xo，xo+l，...，M和探地雷達(dá)參照數(shù)據(jù)]；r(i',y),i'=x'o,x'o+l,...,N 進(jìn)行配準(zhǔn)，其中M，N分別為剩余待配準(zhǔn)探地雷達(dá)數(shù)據(jù)和剩余探地雷達(dá)參照數(shù)據(jù)的采樣數(shù)； 步驟（82):對待配準(zhǔn)探地雷達(dá)數(shù)據(jù)1。。，7)，1=^〇，^() + 1，...，1的變量重新計(jì) 數(shù)，再對1。（ i，y)，i = l，...，k，...，M-x〇+l進(jìn)行伸縮變換，伸縮后采樣數(shù)取值范圍為η，伸縮變換后的待配準(zhǔn)探地雷達(dá)數(shù)據(jù)，當(dāng)人ivV)與探地雷達(dá)參照 數(shù)據(jù)Ir(i'，y)，i/ =χ/〇，χ/〇+1，...，N的條件賭H(Ic|lr)達(dá)到最大值時(shí)配準(zhǔn)結(jié)束。3.如權(quán)利要求1所述的算法，其特征在于，對配準(zhǔn)完成的兩組探地雷達(dá)數(shù)據(jù)，通過加窗 相關(guān)系數(shù)對探地雷達(dá)數(shù)據(jù)進(jìn)行比對，探地雷達(dá)數(shù)據(jù)比對算法包括W下步驟： 步驟(C1):對待比對探地雷達(dá)數(shù)據(jù)Ic (x，y)，x = l，2，...，Mc，y=l，2，...，Nc和探地雷達(dá) 參照數(shù)據(jù)Ir(x'，y' )，x=l，2,...，Mr，y=l，2,...，Nr進(jìn)行比對，Mc，Nc其中是待比對探地雷達(dá) 數(shù)據(jù)的采樣數(shù)和道數(shù)，Mr, Nr是探地雷達(dá)參照數(shù)據(jù)的采樣數(shù)和道數(shù)； 步驟似滑動窗。為"'(.、'，.姊-芋<.Υ<·^,-與<.v<等，其中W，H分別為窗。寬度和窗 2 2 .2 2 口高度，窗口內(nèi)的待比對探地雷達(dá)數(shù)據(jù)為Dc = Ic(x，y) 〇w(x，y)，窗口內(nèi)的探地雷達(dá)參照數(shù) 據(jù)為Dr = Ir(x，y) 〇w(x，y)，相關(guān)系I，其中馬，毎分別為窗 口內(nèi)的待比對探地雷達(dá)數(shù)據(jù)和窗口內(nèi)的探地雷達(dá)參照數(shù)據(jù)的均值； 步驟(C3):闊值δ從所有相關(guān)系數(shù)中取值，c>S且c/<S，分別是大于和小于δ的相關(guān)系數(shù)的數(shù)量，計(jì)算使λ最大的闊值δ/，小于δ/ 的相關(guān)系數(shù)對應(yīng)的x，y范圍為差異范圍。
【文檔編號】G06T3/00GK105844585SQ201610190849
【公開日】2016年8月10日
【申請日】2016年3月30日
【發(fā)明人】楊峰, 喬旭, 李策, 杜學(xué)強(qiáng)
【申請人】中國礦業(yè)大學(xué)(北京)