[发明专利]一种建筑体裂缝的三维特征探测方法及系统

说明书

技术领域

本发明涉及雷达探测技术领域，具体涉及一种建筑体裂缝的三维特征探测方法及系统。

背景技术

裂缝是桥梁、公路引起安全性恶化的一种普遍隐患，若处理不当，会引起钢筋锈蚀甚至建筑坍塌。因此，公路、桥梁等在长期使用过程中需要定期检查。而裂缝等异常现象通常具有隐蔽性且不能以破坏建筑表面的方法进行检测，如何有效的非破坏性实施对裂缝的探测，对发现道路交通安全设施隐患并及时采取相应维护措施具有重大意义。

目前基于道路桥梁裂缝的无损探测方法，通常是以图像为依托进行二维裂缝成像，并且根据成像像素分析得到裂缝的宽度信息，完全缺失了裂缝的深度和长度特征。有研究成果能提取出裂缝的深度、长度及宽度信息，但此时的模型为表面裂缝，而不是地下裂缝，这种以反射为主导的模型没有考虑到地面的散射，但地下裂缝的信息提取正是因为复杂的地面散射而让许多学者止步。也有学者对三维裂缝进行分析并得到长度信息，但多数是基于地表可见裂缝的检测。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明提供一种建筑体裂缝的三维特征探测方法及系统。本发明基于极化差技术，建立三维地下充水裂缝模型，根据极化差在裂缝几何形状上的充分体现，能够测得地下任意方位的裂缝、特别是充水裂缝的三维几何特征（包括走向、长度、宽度及深度）。

一种建筑体裂缝的三维特征探测方法，所述方法包括：

采用探测雷达分别在θ极化方式下和极化方式下以不同的入射角扫描建筑体待探测目标区域，得到系列扫描数据；

选取Morlet小波基作为匹配模板，对得到的系列扫描数据进行模板匹配，从而得到与裂缝形状相关的早时响应回波；

计算θ极化方式下与极化方式下裂缝与背景的早时响应回波的相似系数差异，根据最大相似系数差异所对应的入射角方向确定相应的裂缝走向；

采用入射方向不垂直于裂缝走向的θ极化入射波对裂缝探测，在探测回波中利用峰值提取算法得到电磁波经由裂缝两端点的时间，从而获得裂缝长度信息；

采用入射方向垂直于裂缝走向的极化入射波对裂缝探测，在探测回波中利用小波变换模极大值方法提取裂缝宽度信息；

采用入射方向垂直于地面的极化入射波对裂缝探测，在探测回波中利用小波变换模极大值方法寻找裂缝离地面最近的顶点，从而得到裂缝深度信息。

所述方法还包括：将建筑体待探测目标区域充水，使建筑体存在的裂缝成为充水裂缝。

一种建筑体裂缝的三维特征探测系统，所述系统包括：

采用探测雷达分别在θ极化方式下和极化方式下以不同的入射角扫描建筑体待探测目标区域，得到系列扫描数据的装置；

选取Morlet小波基作为匹配模板，对得到的系列扫描数据进行模板匹配，从而得到与裂缝形状相关的早时响应回波的装置；

计算θ极化方式下与极化方式下裂缝与背景的早时响应回波的相似系数差异，根据最大相似系数差异所对应的入射角方向确定相应的裂缝走向的装置；

采用入射方向不垂直于裂缝走向的θ极化入射波对裂缝探测，在探测回波中利用峰值提取算法得到电磁波经由裂缝两端点的时间，从而获得裂缝长度信息的装置；

采用入射方向垂直于裂缝走向的极化入射波对裂缝探测，在探测回波中利用小波变换模极大值方法提取裂缝宽度信息的装置；

采用入射方向垂直于地面的极化入射波对裂缝探测，在探测回波中利用小波变换模极大值方法寻找裂缝离地面最近的顶点，从而得到裂缝深度信息的装置。

附图说明

图1描述了裂缝与入射波入射角度的几何关系。

图2为裂缝及参考坐标系几何图。

图3描述了裂缝回波的峰值参数。

图4描述了小波变换模极大值提取裂缝宽度。

图5描述了极化下入射角度θ_i=0°的散射回波。

图6描述了小波变换模极大值提取裂缝深度。

具体实施方式

当结合附图阅读时从下面的详细描述可最佳理解本发明。

图1描述了随机走向裂缝与入射波入射角度的几何关系，设裂缝以俯仰角θ_t及方位角位于直角坐标系中，被入射波以入射角θ_i及方位角在θ极化与极化下交替激励。标记为裂缝走向，与为相应的垂直和平行分量。为了得到不同极化下散射回波的最大差异性，入射电场的平行分量与垂直分量分别需平行于裂缝的走向与垂直于裂缝的走向，即及由图1所示的几何关系解方程组可得到：