CN117233755B - 道路路基病害和地下病害体的快速自动化探测*** - Google Patents
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Abstract
本发明涉及道路路基检测技术领域，且公开了道路路基病害和地下病害体的快速自动化探测***，包括采集单元、处理单元、显示单元、提取单元、识别单元、对比单元以及判断单元，所述采集单元采用探地雷达法采集地下害体的电磁波数据并发送给处理单元，所述处理单元将电磁波数据进行优化处理后分别发送给显示单元以及提取单元，所述显示单元用于将电磁波数据进行可视化显示；本发明通过设有采集单元、处理单元、提取单元以及识别单元，通过探地雷达法采集地下害体信息的电磁波数据，并进行处理后，提取电磁波数据中的异常点，根据异常点判断问题类型，并且可以根据电磁波的速度得知问题所在的深度，因此能够快速进行害体的探测，工作效率高。
Description
技术领域
本发明涉及道路路基检测技术领域，更具体地涉及道路路基病害和地下病害体的快速自动化探测***。
背景技术
处于运营期的公路工程由于受到设计理念或施工技术等方面的限制，在遭遇降雨温度的变化等自然环境的影响可能存在滑坡坍塌等风险，并且在城市的地面下会经常出现脱空、孔洞、疏松体等威胁城市安全的地质体，为了保证公路工程的正常运营以及城市的安全，需要对路基以及地下可能出现的病害进行方便快速的检测；
传统采用探地雷达进行道路检测时，需要作业人员推着雷达车进行来回走动，此时会给工作人员带来危险，而在固定的位置采用探地雷达进行位置检测时，无法保证检测结果的准确性，并且推着雷达车进行来回检测时，会增加检测的时间，进而降低工作效率；
进行检测时，由于道路路基病害和地下病害体一般位于地下几米甚至十几米处，传统的探地雷达虽能检测到地下病害所在的位置，但是无法对病害的类型进行判断，需要将其进行挖开后，方可进行病害维修，而为了应对不同的病害类型，需要采用不同的维修设备，从而浪费工作时间。
发明内容
为了克服现有技术的上述缺陷，本发明的实施条例提供道路路基病害和地下病害体的快速自动化探测***，以解决背景技术中所提出的技术问题。
为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：道路路基病害和地下病害体的快速自动化探测***，包括采集单元、处理单元、显示单元、提取单元、识别单元、对比单元以及判断单元，所述采集单元采用探地雷达法采集地下害体的电磁波数据并发送给处理单元，所述处理单元将电磁波数据进行优化处理后分别发送给显示单元以及提取单元，所述显示单元用于将电磁波数据进行可视化显示，所述提取单元提取电磁波数据内的异常点并发送给识别单元，所述识别单元判断电磁波数据的类型进行判断出道路路基病害和地下病害体的类型后发送给判断单元，所述对比单元采用高密度电阻率法进行道路路基病害和地下病害体类型的探测且将结果发送给判断单元，所述判断单元接收到识别单元与对比单元的道路路基病害和地下病害体类型一致时将识别单元的数据进行输出，当类型不一致时，重新进行探测；
所述采集单元采用探地雷达采集道路路基与城市地下的害体信息，天线设置在探测点的两端发射电磁波，采集单元接收天线所发送并在地下进行传输后的电磁波，并生成记录时窗，其记录时窗为，式中K为加权系数，其取值范围为1.2-1.5，dmax为最大的探测深度，v为地下介质的等效电磁波速度，所述采集单元采集记录时窗内的电磁波数据，且采集单元将采集到的信息数据发送给处理单元。
在一个优选的实施方式中，所述处理单元包括预处理模块、高级处理模块以及可视化模块，所述预处理模块用于将采集单元所采集的数据进行水平距离归一化处理，其水平距离归一化处理公式为，式中A为两个天线发送点之间的水平距离，B为两个天线发送点之间的垂直距离，n为时窗所采集的次数，S为处理后的电磁波数据，且预处理模块将处理后的数据发送给高级处理模块。
在一个优选的实施方式中，所述高级处理模块采用平滑去噪的方式去除数据内的噪声，平滑去噪的计算公式为，式中，F*（x，y）为滤波后的数据，δ为均值方差，v为噪声方差，F（x，y）为预处理模块处理后的电磁波数据，G（x，y）为电磁波数据的标准值，且高级处理模块将处理后的数据发送给可视化模块以及提取单元。
在一个优选的实施方式中，所述可视化模块将接收到的数据进行可视化处理，将数据制成图表后发送到现场的显示单元内，数据可视化处理过程为：
步骤A1、采用XML描述对图表模板进行定义，描述图表关联的数据源和样式设置；
步骤A2、Java语言搭建后台***，读取数据后用ChartData进行储存并转为ChartGlyph对象，调取接口输出为JSON数据；
步骤A3、显示单元接收JSON数据，采用D3.js插件将数据以图表的形式展示在显示单元内。
在一个优选的实施方式中，所述提取单元接收处理后的电磁波数据，将电磁波数据中的异常点进行提取，并将所提取的异常点发送给识别单元，所述识别单元将道路路基病害和地下病害体分为四类问题，四类问题分别为：脱空、孔洞、疏松体以及富水体四类，且识别单元将异常点与四类问题进行匹配，确定道路路基病害和地下病害体的类型。
在一个优选的实施方式中，所述提取单元异常点的提取规则为，电磁波数据内的电磁波波组的某一点值与前一点值的误差在100%及以上时，将此点标记为异常点，并将电磁波数据内存在异常点的电磁波波组发送给识别单元。
在一个优选的实施方式中，所述识别单元检测到电磁波波组为顶部形成连续的同向性反射波组，并表现为平板状时，此时道路路基病害和地下病害体的问题为脱空，所述识别单元检测到电磁波波组为近似球形空洞反射波组并表现为倒悬双曲线形态时问题为球形孔洞，当电磁波波组为近似方形孔洞且表现为正向连续平板状态时问题为方形孔洞，所述识别单元检测到电磁波波组为顶部形成连续的同向性反射波组，多次波的波形结构杂乱，此时道路路基病害和地下病害体的问题为疏松体，所述识别单元检测到电磁波波组为顶部形成连续的同向性反射波组，多次波不发育，绕射波不明显且底部反射波不明显时，此时道路路基病害和地下病害体的问题为富水体，所述识别单元将检测到的结果发送给判断单元。
在一个优选的实施方式中，所述对比单元包括探测模块与匹配模块，探测模块采用高密度电阻率法进行道路路基病害和地下病害体的探测，且电极地埋设数量为达标的最低值，且探测模块将检测到的数据发送给匹配模块，匹配模块将道路路基病害和地下病害体的问题分为孔洞、疏松体以及富水体三类，当为孔洞时，匹配模块所接收到的数据为电阻率坡面上表现为相对高电阻率异常，当为疏松体时，其电阻率特征表现为相对低电阻率异常，当为富水体时，电阻率表现特征表现为相对低电阻率异常，匹配模块将检测到的结果发送给判断单元。
在一个优选的实施方式中，所述判断单元接收识别单元所发送数据以及对比单元所发送的数据，当识别单元与对比单元所发送的数据一致时，完成对道路路基病害和地下病害体的判断，当当识别单元与对比单元所发送的数据不一致时，此时需在此进行探测，直至判断单元所接收到的结果保持一致。
本发明的技术效果和优点：
1、本发明通过设有采集单元、处理单元、提取单元以及识别单元，通过探地雷达法采集道路路基与城市地下的害体信息的电磁波数据，将电磁波数据进行处理后，提取电磁波数据中的异常点，根据异常点判断问题类型，并且可以根据电磁波的速度得知问题所在的深度，因此能够快速进行害体的探测，工作效率高；
2、本发明通过预处理模块，将采集单元对比所采集的数据进行水平距离归一化处理，进行归一化处理后的数据能够更加准确的反映出害体与地面之间的高度，避免单次信号波动时，会对最终的结果造成较大的误差，进而影响对害体判断的准确性；
3、本发明对比单元内的探测模块采用高密度电阻率法进行探测，且仅做对比使用，而不进行详细位置的确认，从而判断采集单元所采用的探地雷达是否检测正确，从而快速完成对道路路基与城市地下的害体的探测。
附图说明
图1为本发明的整体***组成流程意图。
图2为本发明的识别单元组成示意图。
具体实施方式
下面将结合本发明中的附图，对本发明中的技术方案进行清楚、完整地描述，另外，在以下的实施方式中记载的各结构的形态只不过是例示，本发明所涉及的道路路基病害和地下病害体的快速自动化探测***并不限定于在以下的实施方式中记载的各结构，在本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施方式都属于本发明保护的范围。
参照图一，本发明提供了道路路基病害和地下病害体的快速自动化探测***，包括采集单元、处理单元、显示单元、提取单元、识别单元、对比单元以及判断单元，所述采集单元采用探地雷达法采集地下害体的电磁波数据并发送给处理单元，所述处理单元将电磁波数据进行优化处理后分别发送给显示单元以及提取单元，所述显示单元用于将电磁波数据进行可视化显示，所述提取单元提取电磁波数据内的异常点并发送给识别单元，所述识别单元判断电磁波数据的类型进行判断出道路路基病害和地下病害体的类型后发送给判断单元，所述对比单元采用高密度电阻率法进行道路路基病害和地下病害体类型的探测且将结果发送给判断单元，所述判断单元接收到识别单元与对比单元的道路路基病害和地下病害体类型一致时将识别单元的数据进行输出，当类型不一致时，重新进行探测；
所述采集单元采用探地雷达采集道路路基与城市地下的害体信息，天线设置在探测点的两端发射电磁波，采集单元接收天线所发送并在地下进行传输后的电磁波，并生成记录时窗，其记录时窗为，式中K为加权系数，其取值范围为1.2-1.5，dmax为最大的探测深度，v为地下介质的等效电磁波速度，所述采集单元采集记录时窗内的电磁波数据，且采集单元将采集到的信息数据发送给处理单元。
本申请实施例中，采集单元在通过探地雷达进行检测时，将天线的发射点设置在需要进行探测点的两侧，此时将两侧的电磁波均进行采集，进行采集后在进行处理，与传统的推车式相比，检测速度较高，并且在两侧进行探测，保证探测的准确程度。
参照图1，所述处理单元包括预处理模块、高级处理模块以及可视化模块，所述预处理模块用于将采集单元所采集的数据进行水平距离归一化处理，其水平距离归一化处理公式为，式中A为两个天线发送点之间的水平距离，B为两个天线发送点之间的垂直距离，n为时窗所采集的次数，S为处理后的电磁波数据，且预处理模块将处理后的数据发送给高级处理模块，通过预处理模块，将采集单元所采集的数据进行水平距离归一化处理，进行归一化处理后的数据能够更加准确的反映出害体与地面之间的高度，避免单次信号波动时，会对最终的结果造成较大的误差，进而影响对害体判断的准确性。
进一步的，所述高级处理模块采用平滑去噪的方式去除数据内的噪声，平滑去噪的计算公式为，式中，F*（x，y）为滤波后的数据，δ为均值方差，v为噪声方差，F（x，y）为预处理模块处理后的电磁波数据，G（x，y）为电磁波数据的标准值，且高级处理模块将处理后的数据发送给可视化模块以及提取单元，将进行预处理后的数据进行去噪后，此时可以避免噪声对电磁波数据的影响，因此进行后续的害体类型研究时更加准确，防避免由于噪声对电磁波数据的影响而噪声害体深度检测失败的错误，且采用平滑去噪的方式，其去噪过程更加快速，提高道路路基病害和地下病害体的探测速度。
进一步的，所述可视化模块将接收到的数据进行可视化处理，将数据制成图表后发送到现场的显示单元内，数据可视化处理过程为：
步骤A1、采用XML描述对图表模板进行定义，描述图表关联的数据源和样式设置；
步骤A2、Java语言搭建后台***，读取数据后用ChartData进行储存并转为ChartGlyph对象，调取接口输出为JSON数据；
步骤A3、显示单元接收JSON数据，采用D3.js插件将数据以图表的形式展示在显示单元内将数据进行可视化处理，并且将其转化为图表的形式，因此在现场进行工作的探测人员可以清晰的了解到电磁波数据的变化，方便于现场不同的人员均对道路路基病害和地下病害体有一个清楚的认知。
参照图2，所述提取单元接收处理后的电磁波数据，将电磁波数据中的异常点进行提取，并将所提取的异常点发送给识别单元，所述识别单元将道路路基病害和地下病害体分为四类问题，四类问题分别为：脱空、孔洞、疏松体以及富水体四类，且识别单元将异常点与四类问题进行匹配，确定道路路基病害和地下病害体的类型，所述提取单元异常点的提取规则为，电磁波数据内的电磁波波组的某一点值与前一点值的误差在100%及以上时，将此点标记为异常点，并将电磁波数据内存在异常点的电磁波波组发送给识别单元，提取单元对电磁波数据内异常点进行提取，当道路路基病害和地下病害体存在时，此时电磁波在进行传输时，由原本的泥土介质改变为空气介质或者水介质，此时电磁波会发生急剧变化，因此将电磁波某一点值与前一点值的误差在100%及以上，标记为异常点，并且将该异常点所在的波组发送给识别单元，便于识别单元进行问题类型确认。
参照图2，所述识别单元检测到电磁波波组为顶部形成连续的同向性反射波组，并表现为平板状时，此时道路路基病害和地下病害体的问题为脱空，所述识别单元检测到电磁波波组为近似球形空洞反射波组并表现为倒悬双曲线形态时问题为球形孔洞，当电磁波波组为近似方形孔洞且表现为正向连续平板状态时问题为方形孔洞，所述识别单元检测到电磁波波组为顶部形成连续的同向性反射波组，多次波的波形结构杂乱，此时道路路基病害和地下病害体的问题为疏松体，所述识别单元检测到电磁波波组为顶部形成连续的同向性反射波组，多次波不发育，绕射波不明显且底部反射波不明显时，此时道路路基病害和地下病害体的问题为富水体，所述识别单元将检测到的结果发送给判断单元。
本申请实施例中，识别单元将道路路基病害和地下病害体分为脱空、孔洞、疏松体以及富水体四类问题，这四类问题便涵盖了现在道路路基病害和地下病害体所发生问题的全部种类，因此将电磁波数据与此四种类型进行匹配，从而可以快速地了解道路路基病害和地下病害体所出现的问题，将其所出现的问题发送给处理单元，使得处理单元能够及时且准确的进行处理，并且这四类问题的区分均通过电磁波的波组之间的差异进行，从而保证道路路基病害和地下病害体探测的准确性。
进一步的，所述对比单元包括探测模块与匹配模块，探测模块采用高密度电阻率法进行道路路基病害和地下病害体的探测，且电极地埋设数量为达标的最低值，且探测模块将检测到的数据发送给匹配模块，匹配模块将道路路基病害和地下病害体的问题分为孔洞、疏松体以及富水体三类，当为孔洞时，匹配模块所接收到的数据为电阻率坡面上表现为相对高电阻率异常，当为疏松体时，其电阻率特征表现为相对低电阻率异常，当为富水体时，电阻率表现特征表现为相对低电阻率异常，匹配模块将检测到的结果发送给判断单元，所述判断单元接收识别单元所发送数据以及对比单元所发送的数据，当识别单元与对比单元所发送的数据一致时，完成对道路路基病害和地下病害体的判断，当当识别单元与对比单元所发送的数据不一致时，此时需在此进行探测，直至判断单元所接收到的结果保持一致。
本申请实施例中，对比单元内的探测模块采用高密度电阻率法进行探测，且电极地埋设数量为达标的最低值，因此探测模块仅做对比使用，而不进行详细位置的确认，从而判断采集单元所采用的探地雷达是否检测正确，当探地雷达进行检测的结果与高密度电阻率法的检测结果一致时，表示此次探测正确，因此将探地雷达检测到的道路路基与城市地下的害体信息作为最终的检测结果，从而快速完成对道路路基与城市地下的害体的探测。
上述实施例，可以全部或部分地通过软件、硬件、固件或其他任意组合来实现。当使用软件实现时，上述实施例可以全部或部分地以计算机程序产品的形式实现。计算机程序产品包括一个或多个计算机指令或计算机程序。在计算机上加载或执行计算机指令或计算机程序时，全部或部分地产生按照本申请实施例的流程或功能。计算机可以为通用计算机、专用计算机、计算机网络或者其他可编程装置。计算机指令可以存储在计算机可读存储介质中，或者从一个计算机可读存储介质向另一个计算机可读存储介质传输，例如，计算机指令可以从一个网站站点、计算机、服务器或数据中心通过有线方式向另一个网站站点、计算机、服务器或数据中心进行传输。计算机可读存储介质可以是计算机能够存取的任何可用介质或者是包含一个或多个可用介质集合的服务器、数据中心等数据存储设备。可用介质可以是磁性介质、光介质或者半导体介质。半导体介质可以是固态硬盘。
本领域普通技术人员可以意识到，结合本文中所公开的实施例描述的各示例的单元及算法步骤，能够以电子硬件或者计算机软件和电子硬件的结合来实现。这些功能究竟以硬件还是软件方式来执行，取决于技术方案的特定应用和设计约束条件。专业技术人员可以对每个特定的应用来使用不同方法来实现所描述的功能，但是这种实现不应认为超出本申请的范围。
所属领域的技术人员可以清楚地了解到，为描述的方便和简洁，上述描述的***、装置和单元的具体工作过程，可以参考前述方法实施例中的对应过程，在此不再赘述。
在本申请所提供的几个实施例中，应该理解到，所揭露的***、装置和方法，可以通过其他的方式实现。例如，以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的，例如，所述单元的划分，仅仅为一种逻辑功能划分，实际实现时可以有另外的划分方式，例如多个单元或组件可以结合或者可以集成到另一个***，或一些特征可以忽略，或不执行。另一点，所显示或讨论的相互之间的耦合或直接耦合或通信连接可以是通过一些接口，装置或单元的间接耦合或通信连接，可以是电性，机械或其他的形式。
所述作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元，既可以位于一个地方，或者也可以分布到多个网络单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部单元来实现本实施例方案的目的。
另外，在本申请各个实施例中的各功能单元可以集成在一个处理单元中，也可以是各个单元单独物理存在，也可以两个或两个以上单元集成在一个单元中。
以上所述，仅为本申请的具体实施方式，但本申请的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本申请揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本申请的保护范围之内。因此，本申请的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。
最后：以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (8)
1.道路路基病害和地下病害体的快速自动化探测***，其特征在于：包括采集单元、处理单元、显示单元、提取单元、识别单元、对比单元以及判断单元，所述采集单元采用探地雷达法采集地下害体的电磁波数据并发送给处理单元，所述处理单元将电磁波数据进行优化处理后分别发送给显示单元以及提取单元，所述显示单元用于将电磁波数据进行可视化显示，所述提取单元提取电磁波数据内的异常点并发送给识别单元，所述识别单元判断电磁波数据的类型进行判断出道路路基病害和地下病害体的类型后发送给判断单元，所述对比单元采用高密度电阻率法进行道路路基病害和地下病害体类型的探测且将结果发送给判断单元，所述判断单元接收到识别单元与对比单元的道路路基病害和地下病害体类型一致时将识别单元的数据进行输出，当类型不一致时，重新进行探测；
所述采集单元采用探地雷达采集道路路基与城市地下的害体信息，天线设置在探测点的两端发射电磁波，采集单元接收天线所发送并在地下进行传输后的电磁波，并生成记录时窗，其记录时窗为式中K为加权系数，其取值范围为1.2-1.5，dmax为最大的探测深度，v为地下介质的等效电磁波速度，所述采集单元采集记录时窗内的电磁波数据，且采集单元将采集到的信息数据发送给处理单元；
所述识别单元检测到电磁波波组为顶部形成连续的同向性反射波组，并表现为平板状时，此时道路路基病害和地下病害体的问题为脱空，所述识别单元检测到电磁波波组为近似球形空洞反射波组并表现为倒悬双曲线形态时问题为球形孔洞，当电磁波波组为近似方形孔洞且表现为正向连续平板状态时问题为方形孔洞，所述识别单元检测到电磁波波组为顶部形成连续的同向性反射波组，多次波的波形结构杂乱，此时道路路基病害和地下病害体的问题为疏松体，所述识别单元检测到电磁波波组为顶部形成连续的同向性反射波组，多次波不发育，绕射波不明显且底部反射波不明显时，此时道路路基病害和地下病害体的问题为富水体，所述识别单元将检测到的结果发送给判断单元。
2.根据权利要求1所述的道路路基病害和地下病害体的快速自动化探测***，其特征在于：所述处理单元包括预处理模块、高级处理模块以及可视化模块，所述预处理模块用于将采集单元所采集的数据进行水平距离归一化处理，其水平距离归一化处理公式为式中A为两个天线发送点之间的水平距离，B为两个天线发送点之间的垂直距离，n为时窗所采集的次数，S为处理后的电磁波数据，且预处理模块将处理后的数据发送给高级处理模块。
3.根据权利要求2所述的道路路基病害和地下病害体的快速自动化探测***，其特征在于：所述高级处理模块采用平滑去噪的方式去除数据内的噪声，平滑去噪的计算公式为式中，F*(x，y)为滤波后的数据，δ为均值方差，v为噪声方差，F(x，y)为预处理模块处理后的电磁波数据，G(x，y)为电磁波数据的标准值，且高级处理模块将处理后的数据发送给可视化模块以及提取单元。
4.根据权利要求3所述的道路路基病害和地下病害体的快速自动化探测***，其特征在于：所述可视化模块将接收到的数据进行可视化处理，将数据制成图表后发送到现场的显示单元内，数据可视化处理过程为：
步骤A1、采用XML描述对图表模板进行定义，描述图表关联的数据源和样式设置；
步骤A2、Java语言搭建后台***，读取数据后用ChartData进行储存并转为ChartGlyph对象，调取接口输出为JSON数据；
步骤A3、显示单元接收JSON数据，采用D3.js插件将数据以图表的形式展示在显示单元内。
5.根据权利要求1所述的道路路基病害和地下病害体的快速自动化探测***，其特征在于：所述提取单元接收处理后的电磁波数据，将电磁波数据中的异常点进行提取，并将所提取的异常点发送给识别单元，所述识别单元将道路路基病害和地下病害体分为四类问题，四类问题分别为：脱空、孔洞、疏松体以及富水体四类，且识别单元将异常点与四类问题进行匹配，确定道路路基病害和地下病害体的类型。
6.根据权利要求5所述的道路路基病害和地下病害体的快速自动化探测***，其特征在于：所述提取单元异常点的提取规则为，电磁波数据内的电磁波波组的某一点值与前一点值的误差在100％及以上时，将此点标记为异常点，并将电磁波数据内存在异常点的电磁波波组发送给识别单元。
7.根据权利要求1所述的道路路基病害和地下病害体的快速自动化探测***，其特征在于：所述对比单元包括探测模块与匹配模块，探测模块采用高密度电阻率法进行道路路基病害和地下病害体的探测，且电极地埋设数量为达标的最低值，且探测模块将检测到的数据发送给匹配模块，匹配模块将道路路基病害和地下病害体的问题分为孔洞、疏松体以及富水体三类，当为孔洞时，匹配模块所接收到的数据为电阻率坡面上表现为相对高电阻率异常，当为疏松体时，其电阻率特征表现为相对低电阻率异常，当为富水体时，电阻率表现特征表现为相对低电阻率异常，匹配模块将检测到的结果发送给判断单元。
8.根据权利要求1所述的道路路基病害和地下病害体的快速自动化探测***，其特征在于：所述判断单元接收识别单元所发送数据以及对比单元所发送的数据，当识别单元与对比单元所发送的数据一致时，完成对道路路基病害和地下病害体的判断，当当识别单元与对比单元所发送的数据不一致时，此时需在此进行探测，直至判断单元所接收到的结果保持一致。
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