專利名稱：基于鉆孔地質(zhì)雷達(dá)技術(shù)的三維精細(xì)化成像系統(tǒng)和方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種三維精細(xì)化成像系統(tǒng)和方法，尤其涉及一種隧道施工中，基于鉆孔地質(zhì)雷達(dá)技術(shù)的三維精細(xì)化成像系統(tǒng)和方法。
背景技術(shù)：
進(jìn)入21世紀(jì)后，一大批鐵路公路交通工程、水利水電工程等重大基礎(chǔ)工程陸續(xù)提上建設(shè)日程，極大的促進(jìn)了隧道工程的建設(shè)。截止2010年底，我國(guó)交通、水電等領(lǐng)域每年建設(shè)隧道約450公里，已建成鐵路與公路隧道超過10000公里。預(yù)計(jì)2020年僅我國(guó)鐵路隧道建設(shè)將達(dá)到“兩個(gè)一萬(wàn)”(lOOOOkm/lOOOO座)。我國(guó)已是世界上隧道建設(shè)規(guī)模與難度最大的國(guó)家，由于隧道在施工前期難以全部查清沿線不良地質(zhì)情況，突發(fā)災(zāi)害成因極為復(fù)雜，導(dǎo)致施工過程中往往遭遇突水突泥、塌方等重大地質(zhì)災(zāi)害，嚴(yán)重影響了隧道工程建設(shè)安全。因此，在隧道施工期間對(duì)掌子面前方的地質(zhì)情況進(jìn)行超期地質(zhì)預(yù)報(bào)具有十分重要的意義?，F(xiàn)有的超前地質(zhì)預(yù)報(bào)方法主要包括地震反射法(如TSP法、TRT法等)、電磁類方法(如瞬變電磁法、地質(zhì)雷達(dá)法等)、電法類方法(如直流電阻率法等)。由于受到隧道觀測(cè)空間狹小、環(huán)境干擾強(qiáng)烈、自身分辨率與識(shí)別精度低等因素的影響，現(xiàn)有超前地質(zhì)預(yù)報(bào)方法對(duì)較大規(guī)模的不良地質(zhì)體有較好的探測(cè)效果，如大型斷層、大型溶洞、大型暗河等，但對(duì)較小的地質(zhì)體定位和識(shí)別效果很差，如裂隙、中小溶洞等，無法滿足工程需求。因此，亟待開展三維精細(xì)化超前預(yù)報(bào)方法的研究和發(fā)明。目前，超前地質(zhì)鉆探被視為一種精細(xì)化超前預(yù)報(bào)方法，在工程中應(yīng)用較多。但是超前地質(zhì)鉆孔受到施工進(jìn)度和經(jīng)濟(jì)性的影響，僅能在隧道掌子面布置少量鉆孔(1-3個(gè))，智能探明鉆孔局部區(qū)域的地質(zhì)情況。對(duì)于不在鉆孔區(qū)域的不良地質(zhì)體無法揭露，無法實(shí)現(xiàn)精細(xì)化探測(cè)，極易遺漏地質(zhì)災(zāi)害隱患，可見超前地質(zhì)鉆探具有“一孔之見”的明顯缺陷。針對(duì)該問題，本發(fā)明利用孔中地質(zhì)雷達(dá)擴(kuò)展地質(zhì)鉆孔探測(cè)范圍的解決思路。利用已有的地質(zhì)鉆孔和掌子面，布置地質(zhì)雷達(dá)孔中發(fā)射天線和孔外輻射狀接收測(cè)線，實(shí)現(xiàn)鉆孔周圍地質(zhì)情況的三維成像，解決了超前地質(zhì)鉆孔“一孔之見”的問題，有效提高了地質(zhì)鉆孔的利用率。但是，已有的單孔地質(zhì)雷達(dá)不能滿足隧道施工期超前地質(zhì)預(yù)報(bào)精細(xì)化探測(cè)的需求。已有的單孔地質(zhì)雷達(dá)發(fā)射天線和接收天線同在一個(gè)鉆孔中并固定間距沿鉆孔上下移動(dòng)，以固定間距觸發(fā)，僅能實(shí)現(xiàn)二維探測(cè)，可以得到反射體的與鉆孔之間的距離，反射體在鉆孔深度方向上的相對(duì)位置，但是無法確定反射體的方位，不能滿足工程需要。為解決以上問題，有人提出了不同的解決方案。例如專利《巖溶隧道施工用綜合性地質(zhì)預(yù)測(cè)預(yù)報(bào)方法》，申請(qǐng)?zhí)?01110143482. 2，該方法首先采用傳統(tǒng)的地質(zhì)雷達(dá)方法在隧道掌子面探測(cè)，然后通過打多個(gè)互相平行的水平鉆孔進(jìn)行復(fù)核；專利《一種煤田火區(qū)上部地層孔隙度分布的探測(cè)方法》，申請(qǐng)?zhí)?01110335168. 4，該方法首先在煤田火區(qū)上部的地表面布置多條測(cè)線，在各測(cè)線間隔設(shè)置多個(gè)測(cè)點(diǎn)，逐一對(duì)每條測(cè)線上的測(cè)點(diǎn)施工鉆孔，然后逐一在同一測(cè)線上相鄰的兩個(gè)鉆孔中分別設(shè)置發(fā)射天線和接收天線，并依次對(duì)每條測(cè)線上的所有鉆孔進(jìn)行鉆孔雷達(dá)多偏移距跨孔透射探測(cè)。以上兩種方法對(duì)異常體的探測(cè)都是通過打多個(gè)平行鉆孔，而在實(shí)際施工中，打鉆孔會(huì)大大增加施工成本，浪費(fèi)大量時(shí)間耽誤施工工期，因此要運(yùn)用到實(shí)際施工中并不實(shí)際。針對(duì)上述問題，本發(fā)明設(shè)計(jì)一種隧道單孔地質(zhì)雷達(dá)三維精細(xì)化成像超前預(yù)報(bào)系統(tǒng)與方法，提出了“單鉆孔發(fā)射天線加掌子面360°輻射狀測(cè)線”的立體三維觀測(cè)方法，實(shí)現(xiàn)了多次覆蓋的掃描性探測(cè)，再利用基于約束反演的速度成像方法和三維插值方法，實(shí)現(xiàn)鉆孔周圍介質(zhì)的三維探測(cè)。該發(fā)明需要解決的關(guān)鍵問題如下①單孔地質(zhì)雷達(dá)無法確定目標(biāo)體的方位,本發(fā)明需要設(shè)計(jì)一種360°立體三維觀測(cè)方法；②360°立體三維觀測(cè)方法要求孔中的發(fā)射天線和掌子面上的接收天線按一定的規(guī)則進(jìn)行移動(dòng)和掃描性探測(cè)，需要研制一種地質(zhì)雷達(dá)天線自動(dòng)遞送和傳動(dòng)裝置；③目前尚沒有用于上述觀測(cè)方式的三維地質(zhì)雷達(dá)數(shù)據(jù)的反演成像方法，需要提出一種高精度的三維成像及反演方法。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的就是為了解決上述問題，提供一種基于鉆孔地質(zhì)雷達(dá)技術(shù)的三維精細(xì)化成像系統(tǒng)和方法，它具有提高了深部分辨率，同時(shí)提高了地質(zhì)異常體三維定位的精度的優(yōu)點(diǎn)。為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用如下技術(shù)方案一種基于鉆孔地質(zhì)雷達(dá)技術(shù)的三維精細(xì)化成像系統(tǒng)，它包括雷達(dá)發(fā)射天線、雷達(dá)接收天線、雷達(dá)主機(jī)、雷達(dá)天線遞送裝置與雷達(dá)天線傳動(dòng)裝置、控制主機(jī)、蓄電池以及計(jì)算機(jī)；雷達(dá)發(fā)射天線通過雷達(dá)天線遞送裝置被遞送入鉆孔內(nèi)，雷達(dá)接收天線通過天線傳動(dòng)裝置在隧道掌子面沿測(cè)線移動(dòng)，雷達(dá)發(fā)射天線和雷達(dá)接收天線通過電纜與雷達(dá)主機(jī)連接，雷達(dá)主機(jī)通過電源線與蓄電池連接，雷達(dá)主機(jī)通過通信電纜與計(jì)算機(jī)連接，雷達(dá)天線遞送裝置和雷達(dá)天線傳動(dòng)裝置通過通信電纜與控制主機(jī)連接，在隧道掌子面上設(shè)有若干條測(cè)線，控制主機(jī)通過電源線與蓄電池連接，所述控制主機(jī)控制雷達(dá)天線遞送裝置和雷達(dá)天線傳動(dòng)裝置，從而控制雷達(dá)發(fā)射天線在鉆孔內(nèi)的遞送與雷達(dá)接收天線在隧道掌子面沿測(cè)線的移動(dòng)，以鉆孔為中心向外輻射的每一個(gè)方向均為一條測(cè)線。所述雷達(dá)發(fā)射天線安置在隧道掌子面中間位置的鉆孔內(nèi)，雷達(dá)發(fā)射天線為桿狀發(fā)射天線，以等間距的形式發(fā)射雷達(dá)波信號(hào)。所述在隧道掌子面上設(shè)有六條測(cè)線，相鄰兩條測(cè)線之間的夾角為60°。所述傳動(dòng)裝置包括傳動(dòng)軌道和傳動(dòng)車，傳動(dòng)車沿傳動(dòng)軌道運(yùn)動(dòng)，傳動(dòng)軌道用于傳動(dòng)車的導(dǎo)向作用，傳動(dòng)車用于固定雷達(dá)接收天線，便于接收天線沿軌道移動(dòng)，所述傳動(dòng)軌道測(cè)線方向布設(shè)在隧道掌子面上。所述雷達(dá)天線傳動(dòng)裝置包括傳動(dòng)軌道和傳動(dòng)車，傳動(dòng)車沿傳動(dòng)軌道運(yùn)動(dòng)，傳動(dòng)軌道用于傳動(dòng)車的導(dǎo)向作用，傳動(dòng)車用于固定雷達(dá)接收天線，便于雷達(dá)接收天線沿傳動(dòng)軌道移動(dòng)。所述傳動(dòng)軌道為齒輪狀軌道。首先在隧道掌子面中間位置打入一個(gè)鉆孔，利用單鉆孔，鉆孔里面放置雷達(dá)發(fā)射天線，在隧道掌子面上按照輻射狀布置地質(zhì)雷達(dá)接收測(cè)線，鉆孔中的雷達(dá)發(fā)射天線在鉆孔某一深度向隧道掌子面發(fā)射雷達(dá)波信號(hào)，隧道掌子面上的接收天線借助自動(dòng)傳動(dòng)裝置沿輻射狀測(cè)線移動(dòng)，依次掃描并采集雷達(dá)信號(hào)，完成一次發(fā)射采集循環(huán)。一次發(fā)射采集循環(huán)結(jié)束后，鉆孔中的雷達(dá)發(fā)射天線借助雷達(dá)天線遞送裝置按等間距的形式向鉆孔深部移動(dòng)，再執(zhí)行下一次發(fā)射采集循環(huán)。最后當(dāng)雷達(dá)數(shù)據(jù)全部采集完畢后，對(duì)探測(cè)數(shù)據(jù)實(shí)施約束反演并實(shí)施三維插值成像，實(shí)現(xiàn)對(duì)隧道掌子面前方地質(zhì)情況的三維精細(xì)化探測(cè)。本發(fā)明結(jié)合“鉆孔中單孔發(fā)射天線加隧道掌子面360°輻射狀接收測(cè)線”的立體三維觀測(cè)方法與基于多次覆蓋觀測(cè)的發(fā)射接收循環(huán)探測(cè)方式，對(duì)隧道掌子面前方的地質(zhì)條件進(jìn)行高精度全空間的三維探測(cè)。該方法還提出了一種全新的地質(zhì)雷達(dá)速度約束反演成像方法，其基本原理是利用粗糙度約束反演得到每個(gè)探測(cè)剖面的速度圖像，探測(cè)剖面之間利用插值法，最終形成三維成像，得到隧道掌子面前方的三維地質(zhì)圖像。所述地質(zhì)雷達(dá)速度剖面約束反演成像方法，是一種施加了粗糙度約束的速度層析反演成像方法，這種約束使得相鄰網(wǎng)格之間的雷達(dá)波慢度的差異極小，使得相鄰網(wǎng)格之間的慢度參數(shù)光滑過渡，有效的改善波速層析反演方程的病態(tài)程度，降低波速反演的多解性，改善反演效果。一種隧道施工中，基于鉆孔地質(zhì)雷達(dá)技術(shù)的高分辨率三維成像超前地質(zhì)預(yù)報(bào)方法，具體步驟為:步驟一:預(yù)打鉆孔；在隧道掌子面上中間位置垂直打入一個(gè)深度為S，孔徑為d的鉆孔，s>0, d>0 ；步驟二:制定探測(cè)方案；根據(jù)隧道施工的要求與現(xiàn)場(chǎng)的實(shí)際情況，初步制定雷達(dá)預(yù)測(cè)方案，確定雷達(dá)發(fā)射天線在鉆孔內(nèi)每次發(fā)射雷達(dá)波信號(hào)之間的距離，以及接收天線在隧道掌子面上自動(dòng)傳動(dòng)的速度；步驟三:鉆孔內(nèi)雷達(dá)發(fā)射天線的布設(shè)；步驟四:按照測(cè)線方向布設(shè)傳動(dòng)軌道；步驟五:將三維精細(xì)化成像系統(tǒng)中用到的各個(gè)設(shè)備連接起來；步驟六:利用各個(gè)設(shè)備之間的配合，依次對(duì)各個(gè)測(cè)試點(diǎn)進(jìn)行雷達(dá)數(shù)據(jù)采集；步驟七:對(duì)采集的數(shù)據(jù)預(yù)處理；步驟八:對(duì)雷達(dá)探測(cè)剖面雷達(dá)波速層析反演成像計(jì)算；步驟九:對(duì)三維雷達(dá)波速圖像處理；通過反演成像計(jì)算可得到測(cè)線剖面的雷達(dá)波速分布圖，而測(cè)線剖面之間介質(zhì)的雷達(dá)波速通過相鄰測(cè)線剖面之間的雷達(dá)波速的線性插值得到，從而獲得隧道掌子面前方雷達(dá)波速的三維分布圖像，通過對(duì)該圖像的分析和解釋，便可直觀、精確地確定隧道前方的地質(zhì)異常體。所述步驟三的具體步驟為:(3-1)首先把每節(jié)長(zhǎng)度為X的雷達(dá)發(fā)射天線遞送套管一節(jié)一節(jié)地，通過遞送套管兩端的卡槽拼接向鉆孔深部插入，直到插入鉆孔的最深處；(3-2)把雷達(dá)發(fā)射天線安裝到遞送車上，遞送車的輪子插入遞送套管的輪子卡槽中，方便遞送車在套管中較平穩(wěn)地向深部移動(dòng)；(3-3)根據(jù)步驟二確定的發(fā)射天線發(fā)射信號(hào)的間距，在遞送車尾部不斷拼接長(zhǎng)度為y的遞送桿，知從鉆孔外的遞送動(dòng)力裝置到鉆孔內(nèi)的第一個(gè)雷達(dá)發(fā)射點(diǎn)的遞送距離為m=n*y,其中η為遞送桿的個(gè)數(shù)，y>0。所述步驟四的具體步驟為:(4-1)把雷達(dá)接收天線通過傳動(dòng)車上的卡槽和彈簧板固定到傳動(dòng)車上；
(4-2)在隧道掌子面上，按照測(cè)線方向布設(shè)固定傳動(dòng)軌道；(4-3)把傳動(dòng)車安裝到傳動(dòng)軌道中，雷達(dá)接收天線利用傳動(dòng)車及傳動(dòng)軌道沿測(cè)線移動(dòng)。所述步驟六的具體步驟為:(6-1)打開雷達(dá)主機(jī)電源以及計(jì)算機(jī)；(6-2)打開控制主機(jī)，根據(jù)步驟二確定的雷達(dá)發(fā)射天線遞送間隔和雷達(dá)接收天線傳動(dòng)速度，由控制主機(jī)向發(fā)射天線遞送裝置發(fā)送指令，使其移動(dòng)到鉆孔某一深度，在該位置固定停止，并發(fā)射雷達(dá)波，同時(shí)由控制主機(jī)向雷達(dá)接收天線傳動(dòng)裝置發(fā)送指令，使得雷達(dá)接收天線沿著傳動(dòng)軌道以預(yù)設(shè)的速度移動(dòng)，在移動(dòng)過程中接收雷達(dá)波；(6-3)沿一條測(cè)線測(cè)試完畢，將雷達(dá)接收天線由人工轉(zhuǎn)動(dòng)到另一條測(cè)線進(jìn)行測(cè)量，將所有測(cè)線測(cè)量完畢后，即完成了一個(gè)探測(cè)循環(huán)；(6-4)重復(fù)步驟三到步驟六，循環(huán)采集數(shù)據(jù)，由控制主機(jī)控制雷達(dá)發(fā)射天線沿鉆孔內(nèi)的遞送套管以一定的間距移動(dòng)到下一個(gè)位置，執(zhí)行下一個(gè)探測(cè)循環(huán)，直至探測(cè)完畢。所述步驟七的具體步驟為:(7-1)對(duì)原始雷達(dá)數(shù)據(jù)依次進(jìn)行數(shù)據(jù)合并、廢道剔除、測(cè)線方向一致化、漂移處理；(7-2)對(duì)雷達(dá)接收天線接收的雷達(dá)數(shù)據(jù)依次進(jìn)行濾波處理、去除隨機(jī)噪聲的干擾。所述步驟八的具體步驟為:對(duì)預(yù)處理后的雷達(dá)數(shù)據(jù)進(jìn)行反演計(jì)算，把每個(gè)測(cè)線剖面的雷達(dá)圖像建立網(wǎng)格，對(duì)于第η條射線上的第j個(gè)網(wǎng)格，每次反演迭代的慢度修正量Cnj可由下式計(jì)算得到:
權(quán)利要求
1.一種基于鉆孔地質(zhì)雷達(dá)技術(shù)的三維精細(xì)化成像系統(tǒng)，其特征是，它包括雷達(dá)發(fā)射天線、雷達(dá)接收天線、雷達(dá)主機(jī)、天線遞送與傳動(dòng)裝置、控制主機(jī)、蓄電池以及計(jì)算機(jī)；雷達(dá)發(fā)射天線通過天線遞送裝置被遞送入鉆孔內(nèi)，雷達(dá)接收天線通過天線傳動(dòng)裝置在隧道掌子面沿測(cè)線移動(dòng)，雷達(dá)發(fā)射天線和雷達(dá)接收天線通過電纜與雷達(dá)主機(jī)連接，雷達(dá)主機(jī)通過電源線與蓄電池連接，雷達(dá)主機(jī)通過通信電纜與計(jì)算機(jī)連接，天線遞送裝置和天線傳動(dòng)裝置通過通信電纜與控制主機(jī)連接，控制主機(jī)通過電源線與蓄電池連接，并保證設(shè)備的連接過程中處于斷電狀態(tài)，在隧道掌子面上設(shè)有若干條測(cè)線，所述控制主機(jī)控制天線遞送和傳動(dòng)裝置，從而控制雷達(dá)發(fā)射天線在鉆孔內(nèi)的遞送與雷達(dá)接收天線在掌子面沿測(cè)線的移動(dòng)，以鉆孔為中心向外輻射的每一個(gè)方向均為一條測(cè)線。
2.如權(quán)利要求1所述的基于鉆孔地質(zhì)雷達(dá)技術(shù)的三維精細(xì)化成像系統(tǒng)，其特征是，所述雷達(dá)發(fā)射天線通過遞送裝置被送入隧道掌子面中間位置的鉆孔內(nèi)，雷達(dá)發(fā)射天線為桿狀發(fā)射天線，以等間距的形式發(fā)射雷達(dá)波信號(hào)；所述遞送裝置包括遞送套管、遞送車、遞送桿和遞送動(dòng)力裝置，遞送車的輪子插入遞送套管的輪子卡槽中，遞送套管與遞送車配套使用，用于遞送車的導(dǎo)向作用，遞送車用于固定發(fā)射天線，便于向鉆孔深部遞送雷達(dá)發(fā)射天線，遞送桿與遞送車配套使用，用于天線的遞送與取出，而遞送動(dòng)力裝置的作用則是提供動(dòng)力傳送遞送桿，實(shí)現(xiàn)雷達(dá)發(fā)射天線在鉆孔內(nèi)的自動(dòng)遞送。
3.如權(quán)利要求1所述的基于鉆孔地質(zhì)雷達(dá)技術(shù)的三維精細(xì)化成像系統(tǒng)，其特征是，所述傳動(dòng)裝置包括傳動(dòng)軌道和傳動(dòng)車，傳動(dòng)車沿傳動(dòng)軌道運(yùn)動(dòng)，傳動(dòng)軌道用于傳動(dòng)車的導(dǎo)向作用，傳動(dòng)車用于固定雷達(dá)接收天線，便于接收天線沿軌道移動(dòng)，所述傳動(dòng)軌道按照測(cè)線布設(shè)在隧道掌子面上，所述在掌子面上設(shè)有六條測(cè)線，相鄰兩條測(cè)線夾角為60度。
4.基于權(quán)利要求1所述的三維精細(xì)化成像系統(tǒng)的一種三維精細(xì)化成像方法，其特征是，首先在隧道掌子面中間位置打入一個(gè)鉆孔，利用單鉆孔，鉆孔里面放置雷達(dá)發(fā)射天線，在掌子面上按照輻射狀布置地質(zhì)雷達(dá)接收測(cè)線，鉆孔中的發(fā)射天線借助天線遞送裝置遞送到鉆孔某一深度并向掌子面發(fā)射雷達(dá)波信號(hào)，掌子面上的接收天線借助自動(dòng)傳動(dòng)裝置沿輻射狀測(cè)線移動(dòng)，依次掃描并采集雷達(dá)信號(hào)，完成一次發(fā)射采集循環(huán)，一次發(fā)射采集循環(huán)結(jié)束后，孔中的發(fā)射天線借助發(fā)射天線遞送裝置按等間距的形式向鉆孔深部移動(dòng)，再執(zhí)行下一次發(fā)射采集循環(huán)，最后當(dāng)雷 達(dá)數(shù)據(jù)全部采集完畢后，對(duì)探測(cè)數(shù)據(jù)實(shí)施約束反演并實(shí)施三維插值成像，實(shí)現(xiàn)對(duì)隧道掌子面前方地質(zhì)情況的三維精細(xì)化探測(cè)。
5.基于權(quán)利要求1所述的三維精細(xì)化成像系統(tǒng)的一種三維精細(xì)化成像方法，其特征是，具體步驟為: 步驟一:預(yù)打鉆孔；在隧道掌子面上中間位置垂直打入一個(gè)深度為S，孔徑為d的鉆孔，s>0, d>0 ； 步驟二:制定探測(cè)方案；根據(jù)隧道施工的要求與現(xiàn)場(chǎng)的實(shí)際情況，初步制定雷達(dá)預(yù)測(cè)方案，確定雷達(dá)發(fā)射天線在鉆孔內(nèi)每次發(fā)射雷達(dá)波信號(hào)之間的距離，以及接收天線在隧道掌子面上自動(dòng)傳動(dòng)的速度； 步驟三:鉆孔內(nèi)雷達(dá)發(fā)射天線的布設(shè)； 步驟四:在每一條測(cè)線方向上布設(shè)傳動(dòng)軌道； 步驟五:將三維精細(xì)化成像系統(tǒng)中用到的各個(gè)設(shè)備連接起來； 步驟六:利用各個(gè)設(shè)備之間的配合，依次對(duì)各個(gè)測(cè)試點(diǎn)進(jìn)行雷達(dá)數(shù)據(jù)采集；步驟七:對(duì)采集的數(shù)據(jù)預(yù)處理； 步驟八:對(duì)雷達(dá)探測(cè)剖面雷達(dá)波速層析反演成像計(jì)算； 步驟九:對(duì)三維雷達(dá)波速圖像處理；通過反演成像計(jì)算可得到測(cè)線剖面的雷達(dá)波速分布圖，而測(cè)線剖面之間介質(zhì)的雷達(dá)波速通過相鄰測(cè)線剖面之間的雷達(dá)波速的線性插值得至IJ，從而獲得隧道掌子面前方雷達(dá)波速的三維分布圖像，通過對(duì)該圖像的分析和解釋，便可直觀、精確地確定隧道前方的地質(zhì)異常體。
6.如權(quán)利要求1所述的一種三維精細(xì)化成像方法，其特征是，所述步驟三的具體步驟為: (3-1)首先把每節(jié)長(zhǎng)度為X的雷達(dá)發(fā)射天線遞送套管一節(jié)一節(jié)地，通過遞送套管兩端的卡槽拼接向鉆孔深部插入，直到插入鉆孔的最深處； (3-2)把雷達(dá)發(fā)射天線安裝到遞送車上，遞送車的輪子插入遞送套管的輪子卡槽中，方便遞送車在套管中較平穩(wěn)地向深部移動(dòng)； (3-3)根據(jù)步驟二確定的發(fā)射天線發(fā)射信號(hào)的間距，在遞送車尾部不斷拼接長(zhǎng)度為y的遞送桿，知從鉆孔外的遞送動(dòng)力裝置到鉆孔內(nèi)的第一個(gè)雷達(dá)發(fā)射點(diǎn)的遞送距離為m=n*y，其中η為遞送桿的個(gè)數(shù)，y>0o
7.如權(quán)利要求1所述的一種三維精細(xì)化成像方法，其特征是，所述步驟四的具體步驟為: (4-1)把雷達(dá)接收天線通過傳動(dòng)車上的卡槽和彈簧板固定到傳動(dòng)車上； (4-2)在隧道掌子面上，按照“全方位輻射狀接收測(cè)線”的布設(shè)規(guī)則固定傳動(dòng)軌道； (4-3)把傳動(dòng)車安裝到傳動(dòng)軌道中，利用傳動(dòng)車及傳動(dòng)軌道沿測(cè)線移動(dòng)。
8.如權(quán)利要求1所述的一種三維精細(xì)化成像方法，其特征是，所述步驟六的具體步驟為: (6-1)打開雷達(dá)主機(jī)電源以及計(jì)算機(jī)； (6-2)打開控制主機(jī)，根據(jù)步驟二確定的發(fā)射天線遞送間隔和接收天線傳動(dòng)速度，由控制主機(jī)向發(fā)射天線遞送裝置發(fā)送指令，使其移動(dòng)到鉆孔某一深度，在該位置固定停止，并發(fā)射雷達(dá)波，同時(shí)由控制主機(jī)向接收天線傳動(dòng)裝置發(fā)送指令，使得接收天線沿著傳動(dòng)軌道以預(yù)設(shè)的速度移動(dòng)，在移動(dòng)過程中接收雷達(dá)波，完成一條輻射狀測(cè)線； (6-3)將雷達(dá)接收天線導(dǎo)軌由人工轉(zhuǎn)動(dòng)到另一條輻射狀測(cè)線進(jìn)行測(cè)量，將輻射狀測(cè)線測(cè)量完畢后，即完成了一個(gè)探測(cè)循環(huán)； (6-4)重復(fù)步驟三到步驟六，循環(huán)采集數(shù)據(jù)，由控制主機(jī)控制發(fā)射天線沿鉆孔內(nèi)的遞送套管以一定的間距移動(dòng)到下一個(gè)位置，執(zhí)行下一個(gè)探測(cè)循環(huán)，直至探測(cè)完畢。
9.如權(quán)利要求1所述的一種三維精細(xì)化成像方法，其特征是，所述步驟七的具體步驟為: (7-1)對(duì)原始雷達(dá)數(shù)據(jù)依次進(jìn)行數(shù)據(jù)合并、廢道剔除、測(cè)線方向一致化、漂移處理； (7-2)對(duì)雷達(dá)接收天線接收的雷達(dá)數(shù)據(jù)進(jìn)行濾波處理，去除隨機(jī)噪聲的干擾。
10.如權(quán)利要求1所述的一種三維精細(xì)化成像方法，其特征是，所述步驟八的具體步驟為: 對(duì)預(yù)處理后的雷達(dá)數(shù)據(jù)進(jìn)行反演計(jì)算，把每個(gè)測(cè)線剖面的雷達(dá)圖像建立網(wǎng)格，對(duì)于第η條射線上的第j個(gè)網(wǎng)格，每次反演迭代的慢度修正量Cnj可由下式計(jì)算得到:
全文摘要
本發(fā)明公開了一種基于鉆孔地質(zhì)雷達(dá)技術(shù)的三維精細(xì)化成像系統(tǒng)，它包括雷達(dá)發(fā)射天線等裝置；雷達(dá)發(fā)射天線通過雷達(dá)天線遞送裝置被遞送入鉆孔內(nèi)，雷達(dá)接收天線通過雷達(dá)天線傳動(dòng)裝置在隧道掌子面沿測(cè)線移動(dòng)，雷達(dá)發(fā)射天線和雷達(dá)接收天線與雷達(dá)主機(jī)連接，雷達(dá)主機(jī)與蓄電池和計(jì)算機(jī)分別連接，雷達(dá)天線遞送裝置和雷達(dá)天線傳動(dòng)裝置與控制主機(jī)連接，控制主機(jī)通過電源線與蓄電池連接，所述控制主機(jī)控制天線遞送和傳動(dòng)裝置。本發(fā)明同時(shí)提出了立體三維觀測(cè)方法，配合一種基于多次覆蓋觀測(cè)的“發(fā)射接收循環(huán)探測(cè)”方式，再利用基于約束反演的速度成像方法和三維插值方法，實(shí)現(xiàn)鉆孔周圍介質(zhì)的三維探測(cè)，實(shí)現(xiàn)了隧道掌子面前方地質(zhì)情況的三維精細(xì)化探測(cè)。
文檔編號(hào)G01S13/89GK103076606SQ20131000827
公開日2013年5月1日 申請(qǐng)日期2013年1月10日 優(yōu)先權(quán)日2013年1月10日
發(fā)明者李術(shù)才, 劉斌, 徐磊, 孔凡年, 聶利超, 宋杰, 劉征宇, 孫懷鳳, 王傳武, 許新驥, 郝亭宇, 周浩, 張慶松, 李樹忱 申請(qǐng)人:山東大學(xué)