一种探地雷达数据比对算法
【专利摘要】本发明属于地球物理数据解释领域，针对探地雷达数据特点，对两组探地雷达数据，先利用道间配准算法去除丢道和道间距不均匀造成的探地雷达数据形变，再利用道内配准算法去除天气、季节、时间窗等差异造成的探地雷达数据形变，最后利用加窗相关系数比对算法实现探地雷达数据比对，找出两组探地雷达数据的差异范围。
【专利说明】
一种探地雷达数据比对算法
技术领域
[0001] 本发明属于地球物理数据解释领域，针对探地雷达数据的特点，对两组探地雷达 数据，利用道间配准算法、道内配准算法和加窗相关系数比对算法完成比对，找出差异范 围。
【背景技术】
[0002] 随着城市规模的不断扩大，城市人口的不断增加，地面空间已不能满足人们的需 求，于是城市整体向地下发展，从各类管线到地下交通网络，地下空间的利用也趋于层次化 和规模化，再加上浅层地质结构的多样性和复杂性，使得公路和铁路的路基随时都可能会 受到来自自然的和人为的影响；
[0003] 探地雷达是应用地球物理学的一个重要分支，通过向地下发射宽频短脉冲高频电 磁波，利用地下不同介质的电磁特性及其分界面对电磁波的反射原理，识别地下目标体，探 地雷达数据精度高、采集时间短、人力消耗少、检测费用低，该方法无需破坏、开挖路面，且 路基检测效果明显，传统道路检测探地雷达数据解释方法难度较大，需要人力依靠经验解 释，数据解释周期较长，往往有一定的滞后性；
[0004] 本发明提出一种探地雷达数据比对算法，该算法对同一路段不同时间探测的探地 雷达数据进行比对，找出差异出现的区域，进而检测出路基病害发生的位置，本发明将有效 减少探地雷达数据解释过程中的人力投入，缩短解释周期。
【发明内容】
[0005] 本发明的目的在于提供一种探地雷达数据比对算法，通过道间配准算法和道内配 准算法，以及加窗相关系数比对算法，实现两组探地雷达数据的比对，本发明具有良好的实 用性和稳定性；
[0006] 道间配准算法具体步骤如下：
[0007] 步骤(Al):待配准探地雷达数据的配准起始道Yc(Cl)，C 1GZ+和探地雷达参照数据 的配准起始道Yr(η)，n e Z+满足 I Yc(C1)-Yr(n) I <K，K e Z+，且(^<2K，η<2K，在待配准探 地雷达数据和探地雷达参照数据的YcXl)~YcX2K)，Y r(l)~Yr(2K)范围内搜索配准起始道；
其中p，qe {1，2,...，MM，配准起始道Yc(C1)，Yr(n)在Y c(Xp) ,Yr(Xq)范围内；
[0009] 步骤(A3):重复步骤(A2)，逐步缩小范围，找到配准起始道YcXc1)，Y r(n);
[0010] 步骤(A4):搜索道数为a，a e Z+，若某道待配准探地雷达数据Y。(ca)，ca = 1，2，...， Y 与探地雷达参照数据Yr(rb+i)，Yr(rb+2)，. . .，Yr(rb+a)，rb+i，rb+2,. . .，rb+aez+的相关系数
M' }，找到最不相关待配准探地雷达数据和探地雷达参照数据范围是Yc(XtZ)，Yr(X q〇，阈值 是最不相关探地雷达数据相关系数的上确界、SUf\ ;狀((:Λ>：0-，)]?， Ce^Xp7 ,Tf^Xq7 ；
[0012] 道内配准算法具体步骤如下：
[0013] 步骤(BI):待配准探地雷达数据零点为xo,探地雷达参照数据零点为X%，对待配准 探地雷达数据Ic(i，y)，i = XQ，xo+l，· · ·，M和探地雷达参照数据Ii^i/，y)，i/ =X7 ο,χ' 〇+ 1，...，Ν进行配准，其中Μ，Ν分别为剩余待配准探地雷达数据和剩余探地雷达参照数据的采 样数；
(i，y)与探地雷达参照数据^^^^，^+!，...少的条件熵讯^^达到最大值时 配准结束；
[0015]探地雷达数据比对算法具体步骤如下：
y，小于V的相关系数对应的x，y范围为差异范围；
[0019] 本发明具有以下优点：
[0020] 1、道间配准和道内配准的配准效果好，配准精度高；
[0021] 2、算法适应性和稳定性强，适合各类探地雷达数据的处理；
[0022] 3、比对算法解决了传统算法依靠人力和经验的不足，初步实现自动解释。
【附图说明】
[0023]图1是本发明全部算法流程图；
[0024] 图2是本发明道间配准算法流程图；
[0025] 图3是本发明道内配准算法流程图；
[0026] 图4是本发明探地雷达数据比对算法流程图。
【具体实施方式】
[0027] 本发明按照探地雷达数据比对的要求，根据概率论、信息论的原理，利用道间配 准、道内配准和数据比对算法，提出了一种探地雷达数据比对算法，本发明充分利用探地雷 达数据的特点，通过道间配准和道内配准算法，将两组探地雷达数据映射到同一空间，通过 基于加窗相关系数探地雷达数据比对算法，得到两组探地雷达数据的差异范围；
[0028] 道间配准算法工作流程如下：
[0029] (1)如图2所示，设置配准待配准探地雷达数据和探地雷达参照数据的起始道搜索 范围2K，在2K范围内通过相关系数搜索起始道所在范围Xp，当起始道所在范围、为1时搜索 结束；
[0030] (2)从起始道开始，搜索探地雷达参照数据与待配准探地雷达数据的最相关道n， 当待配准道(^与参照道η的相关系数大于ε，在cAch之间线性插值，当待配准道ca与参照 道^的相关系数小于ε，删除第ca道待配准数据，当待配准剩余Y-Ca = 0道，配准结束，否则 计算待配准数据的下一道ca+1;
[0031] 道内配准算法工作流程如下：
[0032] (1)如图3所示，对待配准探地雷达数据与探地雷达参照数据的零点XQ与Yo对齐， 将对齐后的待配准数据I。进行伸缩变换；
[0033] (2)当I。伸缩变换的结果使条件熵Η(Ι。! Ir)取得最大值时，配准结束；
[0034]数据比对算法工作流程如下：
[0035] (1)如图4所示，导入待比对探地雷达数据I。和探地雷达参照数据Ir，计算加窗相关 系数c，当加窗相关系数c小于阈值δ时，确定差异范围为窗口宽度W和窗口高度H，否则窗口 滑动到下一个位置，计算加窗相关系数c;
[0036] (2)当滑动窗口经过全部数据时，比对算法结束，否则窗口继续滑动，计算加窗相 关系数c 〇
【主权项】
1. 一种探地雷达数据比对算法，该算法建立在概率论和信息论的理论基础上，特征在 于，依次采用道间配准算法和道内配准算法对两组探地雷达数据进行配准，采用相关系数 作为道间配准算法的评价参数，采用条件赌作为道内配准算法的评价参数，对配准后的两 组探地雷达数据，采用加窗相关系数比较两组探地雷达数据的差异； 其中，所述的道间配准算法包括W下步骤： 步骤(A1):待配准探地雷达数据的配准起始道Yc(ci)，ciez+和探地雷达参照数据的配 准起始道Yr(ri)，ri e Z+满足 I Yc(C1)-Yr(r 1) I <Κ，K e Z%且C1 <2K，ri<2K，在待配准探地雷 达数据和探地雷达参照数据的Yc(l)~Yc(2K)，Yr(l)~Yr(2K)范围内捜索配准起始道； 步骤(A2):将2K分为等份，求记作Yc(Xi)，Yc(枯），...，Yc(Xm')和]记 作Y r ( X 1 )，Y r ( X 2 )，. . .，Y r ( X Μ ')之间的最大相关系数，其中P，qe {1，2, . . .，Μ/ }，配准起始道Yc (Cl)，Yr(ri)在 Yc(Xp)，Yr(Xq)范围内； 步骤(A3):重复步骤(A2)，逐步缩小范围，找到配准起始道Ye(ci)，Yr(ri); 步骤(A4):捜索道数为α，α e z%若某道待配准探地雷达数据Yc(Ca)，Ca= 1，2，...，沪与 探地雷达参照数据Yr(：Tb+l)，Yr(：Tb+2)，. . .，Yr(：Tb+a)，η+1，η+2, . . .，η+αΕΖ+的相关系数最大 值满足是阔值， 则第ri道是探地雷达参照数据的最相关道，在待配准探地雷达数据的第Ca-1道和第Ca道之间 线性插值1-a道探地雷达数据，若将YcXCa)删除； 步骤(A5):通过找到最 不相关待配准探地雷达数据和探地雷达参照数据范围是Yc(Xp' )，Yr(Xq')，阔值是最不相关探 地雷达数据相关系数的上确巧2. 如权利要求1所述的算法，其特征在于，道内配准算法对道间配准算法的结果进行配 准，采用条件赌作为评价参数，道内配准算法包括W下步骤： 步骤(B1):待配准探地雷达数据零点为X0,探地雷达参照数据零点为X%，对待配准探地 雷达数据Ic(i，y)，i = xo，xo+l，...，M和探地雷达参照数据]；r(i',y),i'=x'o,x'o+l,...,N 进行配准，其中M，N分别为剩余待配准探地雷达数据和剩余探地雷达参照数据的采样数； 步骤（82):对待配准探地雷达数据1。。，7)，1=^〇，^() + 1，...，1的变量重新计 数，再对1。（ i，y)，i = l，...，k，...，M-x〇+l进行伸缩变换，伸缩后采样数取值范围为η，伸缩变换后的待配准探地雷达数据，当人ivV)与探地雷达参照 数据Ir(i'，y)，i/ =χ/〇，χ/〇+1，...，N的条件赌H(Ic|lr)达到最大值时配准结束。3.如权利要求1所述的算法，其特征在于，对配准完成的两组探地雷达数据，通过加窗 相关系数对探地雷达数据进行比对，探地雷达数据比对算法包括W下步骤： 步骤(C1):对待比对探地雷达数据Ic (x，y)，x = l，2，...，Mc，y=l，2，...，Nc和探地雷达 参照数据Ir(x'，y' )，x=l，2,...，Mr，y=l，2,...，Nr进行比对，Mc，Nc其中是待比对探地雷达 数据的采样数和道数，Mr, Nr是探地雷达参照数据的采样数和道数； 步骤似滑动窗。为"'(.、'，.姊-芋<.Υ<·^,-与<.v<等，其中W，H分别为窗。宽度和窗 2 2 .2 2 口高度，窗口内的待比对探地雷达数据为Dc = Ic(x，y) 〇w(x，y)，窗口内的探地雷达参照数 据为Dr = Ir(x，y) 〇w(x，y)，相关系I，其中马，毎分别为窗 口内的待比对探地雷达数据和窗口内的探地雷达参照数据的均值； 步骤(C3):阔值δ从所有相关系数中取值，c>S且c/<S，分别是大于和小于δ的相关系数的数量，计算使λ最大的阔值δ/，小于δ/ 的相关系数对应的x，y范围为差异范围。
【文档编号】G06T3/00GK105844585SQ201610190849
【公开日】2016年8月10日
【申请日】2016年3月30日
【发明人】杨峰, 乔旭, 李策, 杜学强
【申请人】中国矿业大学(北京)