一种多频电磁融合非开挖式地下设施材质识别方法和装置与流程

本发明属于地下管线探测，具体涉及一种多频电磁融合非开挖式地下设施材质识别方法和装置。

背景技术：

1、城市地下设施在保障国家经济发展和居民生活稳定方面发挥了巨大的作用，是城市建设的重要基础性设施，然而，由于在建设初期管理不善或考虑不周等因素，地下设施所处位置、结构材质与用途都难以辨认，供热管线、雨水管线和电力管线相互交错，施工破坏地下设施的事故时有发生。因此，有必要针对地下设施的位置以及相关材质识别开展研究，从而确定设施的实际用途，为后续城市规划和施工管理提供必要的数据支撑。其中地下设施材质的识别较为困难，也是地下设施探测领域的难点问题。

2、相关技术中，地磁场扰动法和探地雷达高频电磁波反射法是识别地下设施材质的主要方法：比如，利用铁磁性金属设施在地磁环境中可造成磁异常的现象，从而实现地下铁磁性设施的定位，然而其无法识别非磁性的铝、铜材质；再比如，探地雷达利用高频电磁波的反射特性，探测地下设施的位置以及大小，并根据反射波信号的幅值强弱从而判断地下设施材质，但是对土壤的含水量有一定要求，对探测人员的经验知识有较大的依赖性，材质的估计也因人而异，识别精度较低。且在识别的过程中对于磁性无法识别的地下设施，需要对不能识别的管线依次开挖，确定地下管线的类型，费时费力，效率低。

技术实现思路

1、为了解决现有技术中存在的问题，本发明提供一种多频电磁融合非开挖式地下设施材质识别方法和装置，效率高，满足对地下设施材质容易识别，不需要开挖确定材质类型的操作需求。

2、为了实现上述目的，本发明提供如下技术方案：

3、一种多频电磁融合非开挖式地下设施材质识别方法，包括以下步骤，

4、s1：在地下设施材质非识别区域上，将发射线圈放置于地面最低位p1，并将接收线圈与发射线圈同心设置，以水平方向为x轴方向，以竖直方向为y轴方向，以所述接收线圈和所述发射线圈的中心为圆心，建立二维坐标系，记录发射线圈产生的交流磁场y轴分量byp1，沿y轴正向移动接收线圈至不同位置，分别记录发射线圈在不同位置产生的交流磁场y轴的分量bypn，n为发射线圈在y轴正向移动时所处的不同位置，n为2，3，4…，分别建立地下设施埋深以及磁导率和电导率固定时，发射线圈发射频率和地下设施磁导率和电导率分别变化情况下，接收线圈在最低点和最高点间不同位置采集的交流磁场原始数据库a1和a2；

5、s2：在地下设施材质识别区域上，将发射线圈放置于地面最低位p1，并在识别区域内移动发射线圈，记录接收线圈获取的交流磁场y轴分量与非探测区域交流磁场y轴分量的差值，当差值的绝对值最大时，记录发射线圈所处的水平位置和接收线圈获取的交流磁场y轴分量by测p1；

6、s3：从低到高移动移动接收线圈，记录接收线圈从低到高的过程中y轴分量与非探测区域交流磁场y轴分量的差值，并做归一化处理，得到归一化处理后的数据，根据归一化处理后的数据建立交流磁场随频率变化的曲线；

7、s4：将采集的交流磁场数据与交流磁场原始数据库a1进行比对，选取曲线走向重合度最高的一条交流磁场随频率变化曲线，确定地下设施的相对磁导率和电导率，根据磁导率和电导率的大小确定地下设施材质的属性。

8、进一步地，若地下设施相对磁导率大于1.05，则为铁磁性材质，若地下设施相对磁导率介于0.95-1.05之间，则将采集的交流磁场数据与交流磁场原始数据库a2进行比对，选取曲线走向重合度一致的一条交流磁场随频率变化曲线，确定地下设施的电导率；若地下设施的电导率σ>105s/m，则为非铁磁性材质，若地下设施的电导率σ≤105s/m，则为非金属材质。

9、进一步地，接收线圈在最低点和最高点间移动时等间距移动。

10、进一步地，所述发射线圈的半径r1和所述接收线圈的半径r2之间的关系为：r1＞0.5m，r2＜0.2m。

11、进一步地，所述归一化处理为初始数据共同除以初始数据集中最大值的过程。

12、进一步地，在进行地下设施材质判断时，地下设施的埋深和计算深度相同。

13、进一步地，地下设施的埋深d满足如下关系：

14、

15、式中，d1为接收线圈沿y轴正向移动时，接收线圈与发射线圈之间的直线距离。

16、进一步地，接收线圈在地面最低点时，接收线圈同心设置于发射线圈的内部，接收线圈与发射线圈处于同一平面内。

17、进一步地，地下设施的材质种类确定后，根据相应材质类型的材质手册查询确定具体的材质类型。

18、一种多频电磁融合非开挖式地下设施材质识别系统，包括，

19、非识别区域数据采集模块：用于在地下设施材质非识别区域上，将发射线圈放置于地面最低位p1，并将接收线圈与发射线圈同心设置，以水平方向为x轴方向，以竖直方向为y轴方向，建立二维坐标系，记录发射线圈产生的交流磁场y轴分量byp1，沿y轴正向移动接收线圈至不同位置，分别记录发射线圈在不同位置产生的交流磁场y轴的分量bypn，n为发射线圈在y轴正向移动时所处的不同位置，n为2，3，4…，分别建立地下设施埋深以及磁导率和电导率固定时，发射线圈发射频率和地下设施磁导率和电导率分别变化情况下，接收线圈在最低点和最高点间不同位置采集的交流磁场原始数据库a1和a2；

20、识别区域数据采集模块：用于在地下设施材质识别区域上，将发射线圈放置于地面最低位p1，并在识别区域内移动发射线圈，记录接收线圈获取的交流磁场y轴分量与非探测区域交流磁场y轴分量的差值，当差值的绝对值最大时，记录发射线圈所处的水平位置和接收线圈获取的交流磁场y轴分量by测p1；

21、数据处理模块：用于从低到高移动移动接收线圈，记录接收线圈从低到高的过程中y轴分量与非探测区域交流磁场y轴分量的差值，并做归一化处理，得到归一化处理后的数据，根据归一化处理后的数据建立交流磁场随频率变化的曲线；

22、判断模块：用于将采集的交流磁场数据与交流磁场原始数据库a1进行比对，选取曲线走向重合度最高的一条交流磁场随频率变化曲线，确定地下设施的相对磁导率和电导率，根据磁导率和电导率的大小确定地下设施材质的属性。

23、相较于现有技术，本发明的优点在于：

24、本发明的一种多频电磁融合非开挖式地下设施材质识别方法，通过在地面的材质识别区域和材质非识别区域分别设置接收线圈和发射线圈，并调整接收线圈和发射线圈之间的直线距离，获得发射线圈在材质识别区域和材质非识别区域的交流磁场y轴的分量以及发射线圈发射多频电磁融合信号，将交流电磁信号响应幅值差值最大时的位置作为识别地下设施材质的位置；通过检测地下设施埋深以及磁场幅值信号在磁导率和电导率不同时随发射频率的响应差异，比对原始交流磁场标准数据库与测试交流磁场信号的差异，从而识别地下设施材质，解决了地下设施材质难以识别，效率低和需开挖检测的问题。

技术特征：

1.一种多频电磁融合非开挖式地下设施材质识别方法，其特征在于，包括以下步骤，

2.根据权利要求1所述的一种多频电磁融合非开挖式地下设施材质识别方法，其特征在于，若地下设施相对磁导率大于1.05，则为铁磁性材质，若地下设施相对磁导率介于0.95-1.05之间，则将采集的交流磁场数据与交流磁场原始数据库a2进行比对，选取曲线走向重合度一致的一条交流磁场随频率变化曲线，确定地下设施的电导率；若地下设施的电导率σ>105s/m，则为非铁磁性材质，若地下设施的电导率σ≤105s/m，则为非金属材质。

3.根据权利要求1所述的一种多频电磁融合非开挖式地下设施材质识别方法，其特征在于，接收线圈在最低点和最高点间移动时等间距移动。

4.根据权利要求1所述的一种多频电磁融合非开挖式地下设施材质识别方法，其特征在于，所述发射线圈的半径r1和所述接收线圈的半径r2之间的关系为：r1＞0.5m，r2＜0.2m。

5.根据权利要求1所述的一种多频电磁融合非开挖式地下设施材质识别方法，其特征在于，所述归一化处理为初始数据共同除以初始数据集中最大值的过程。

6.根据权利要求1所述的一种多频电磁融合非开挖式地下设施材质识别方法，其特征在于，在进行地下设施材质判断时，地下设施的埋深和计算深度相同。

7.根据权利要求1所述的一种多频电磁融合非开挖式地下设施材质识别方法，其特征在于，地下设施的埋深d满足如下关系：

8.根据权利要求1所述的一种多频电磁融合非开挖式地下设施材质识别方法，其特征在于，接收线圈在地面最低点时，接收线圈同心设置于发射线圈的内部，接收线圈与发射线圈处于同一平面内。

9.根据权利要求1所述的一种多频电磁融合非开挖式地下设施材质识别方法，其特征在于，地下设施的材质种类确定后，根据相应材质类型的材质手册查询确定具体的材质类型。

10.一种多频电磁融合非开挖式地下设施材质识别系统，其特征在于，包括，

技术总结
本发明属于地下管线探测技术领域，公开了一种多频电磁融合非开挖式地下设施材质识别方法和装置。包括S1：在地下设施材质非识别区域上，设置发射和接收线圈，调整接收线圈与发射线圈之间的距离，分别采集接收线圈在移动过程中产生的交流磁场y轴的分量By<subgt;Pn</subgt;以及接收线圈在最低点和最高点间不同位置采集的交流磁场原始数据库A1和A2；S2：在地下设施材质识别区域上，获取接收线圈的交流磁场y轴分量By<subgt;测P1</subgt;；S3：移动接收线圈，得到y轴分量与非探测区域交流磁场y轴分量的差值和交流磁场随频率变化的曲线；S4：将采集的交流磁场数据与交流磁场原始数据库A1进行比对，建立数据曲线，根据曲线及磁导率和电导率的大小判断地下设施的材质类型。

技术研发人员：张智鹏,王立,王海峰,郑伟,刘佳铭,杨康,黄松岭,张敬华
受保护的技术使用者：国网北京市电力公司
技术研发日：
技术公布日：2024/1/13