摘要
探地雷达(Groundpenetratingradar,GPR)在城市管线的探测领域中扮演着非常重要的角色。由于具有成像直观、操作便捷、无损检测和对其他施工作业干扰小等优点，探地雷达被广泛应用在地下管网系统的修建和完善之中。但是在多种地下管线交错分布的场景下，传统的探地雷达回波图像的解释算法在处理目标间的干扰时会引起异常，例如回波信息的叠加产生的局部极大值问题，回波信息特征不完整问题和弱目标成像抑制问题等，这些异常问题造成目标的漏检和误检现象。因此，针对以上问题，本文从特征提取、目标参数反演和目标成像三个方面改进地下管线探测的方法，最终提高地下管线探测的准确度和效率。 在对原始回波图像进行特征提取时，针对常规算法将噪声引起的边缘信息识别为目标边缘信息的问题，本文提出了一种基于Ricker波主旁瓣峰值比的二值化算法，所提算法将Ricker波主旁瓣峰值比作为阈值的补偿因子来提高目标特征的识别准确率。结合gprMax3.0电磁仿真软件模拟的地下回波数据和实际探测的沙坑实验数据来验证算法的可行性与效果，结果表明在多管线相互交错的复杂场景下，改进算法能够极大的减弱杂波的干扰，有效的提高B-Scan图像的特征提取效果，为后续处理的准确性提供了基础保障。 在对管线进行目标识别和参数反演时，针对目标信息间干扰引起的特征聚类困难的问题，本文提出了一种基于双曲线趋势的反演算法。利用双曲线整体的结构信息来避免局部特征被破坏带来的干扰，同时也避免了额外的双曲线判断的步骤，节省聚类时间。针对拟合速度慢、拟合精度低的问题，利用地面耦合探测模式的特点对拟合过程进行约束，采用凸优化策略实现双曲线拟合。针对双曲线不连续导致的一个目标形成多个特征集合的问题，采用建立聚类中心的思想，避免多特征集合带来的干扰。结合gprMax3.0电磁仿真软件模拟的地下回波数据和实际探测的沙坑实验数据对算法进行验证，结果表明在多管线相互交错的复杂场景下，改进算法能够提高目标位置、和地下介质介电常数的反演精度。 在对管线和其他形状的目标进行成像时，针对常规后投影成像算法对地下环境参数的依赖问题和对伪影进行抑制时产生的弱目标漏检问题，本文提出了一种基于层级滤波的后投影算法。算法利用曲线反演获得地下环境参数，使用伪影和目标之间的能量差来过滤伪影。同时，基于从回波图像中的提取的目标特征，利用波形恢复的方法缩小不同目标回波能量之间的差距。结合gprMax3.0电磁仿真软件模拟的地下回波数据和实际探测的沙坑实验数据对算法进行验证，结果表明改进算法通过计算地下环境参数信息进行成像，实现了伪影的滤除和避免弱目标的抑制，有效提高了探地雷达测量结果的准确性。
NETL