專利名稱：一種探地雷達數(shù)據(jù)層位追蹤方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于探地雷達數(shù)據(jù)處理領(lǐng)域，尤其是一種探地雷達數(shù)據(jù)層位追蹤方法。
背景技術(shù)：
探地雷達是用寬帶電磁波以脈沖形式來探測地表之下或確定不可視的物體內(nèi)部或結(jié)構(gòu)的一種地球物理方法。探地雷達技術(shù)廣泛應用于考古、礦產(chǎn)資源勘探、災害地質(zhì)勘查、巖土工程調(diào)查和軍事探測等眾多領(lǐng)域。探地雷達數(shù)據(jù)處理的主要任務是利用探地雷達的基本原理和數(shù)字信號處理的方法在計算機上對探地雷達數(shù)據(jù)進行有效的處理，提供和顯示記錄中包含的與地下地質(zhì)體的位置、形態(tài)、結(jié)構(gòu)、物質(zhì)成分有關(guān)的信息。地下地質(zhì)體一般包括獨立目標(如管道、空洞等) 和層狀目標(如高速公路、隧道襯底等)。探地雷達系統(tǒng)面向應用的數(shù)據(jù)處理包括目標檢測、成像、識別和介質(zhì)分層。探地雷達資料的地質(zhì)解釋是探地雷達測量的一項重要目的，對雷達數(shù)據(jù)剖面進行準確的地質(zhì)解釋，需要比較準確地提取反射層，即“層位追蹤”。目前，常規(guī)的層位追蹤方法分為計算機自動追蹤和人工半自動追蹤，相比之下后者精度較高，應用更為廣泛，即先進行人工層位解釋得到目標層位的部分先驗信息，再利用特定算法進行追蹤，常用算法包括互相關(guān)計算、基于隱Markov模型的層位追蹤算法等?；ハ嚓P(guān)算法簡便但精度受限；基于隱Markov模型的層位追蹤算法精度高但計算量大，簡便性不高，算法效率受限；這兩種算法在追蹤斷層和新生成層時都容易出現(xiàn)錯誤結(jié)果。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于克服上述現(xiàn)有技術(shù)的缺點，提供一種探地雷達數(shù)據(jù)層位追蹤方法，該種方法能夠兼顧算法的準確性和簡便性，其不但能運算快、節(jié)省資源，又能準確追蹤出包括斷層和新生成層的多層目標。本發(fā)明的目的是通過以下技術(shù)方案來解決的本發(fā)明所述的探地雷達數(shù)據(jù)層位追蹤方法，包括以下步驟1)數(shù)據(jù)預處理首先將探地雷達數(shù)據(jù)進行橫向低通濾波處理，再進行時變增益；2)極大值標記對步驟1)處理后的探地雷達數(shù)據(jù)進行雙重差分法求極大值，然后對極大值進行排序，按照層位數(shù)目取極大值，對所取的極大值進行二值圖標記；3)層位表示對步驟幻中標記的二值圖先進行濾波，然后進行插值連線處理，得到含有層位信息的可視化圖。以上步驟1)中，所述橫向低通濾波為對探地雷達數(shù)據(jù)的每行數(shù)據(jù)進行低通濾波，去除跳變和噪聲；所述時變增益為對探地雷達數(shù)據(jù)中后期衰減大的數(shù)據(jù)進行增益。以上步驟2)中，雙重差分法為
對探地雷達數(shù)據(jù)中的每列數(shù)據(jù)按照式(1)進行一次差分；Δ χ = χ (n+1) -X (η)，(1)式中，ΔΧ為差分結(jié)果；ΔΧ為探地雷達數(shù)據(jù)中的每列數(shù)據(jù)；η為自然數(shù)，其取值由 1至探地雷達數(shù)據(jù)的行數(shù)；如果以上求得的Δ χ為正值，給其重新賦值為+1 ；如果ΔΧ為負值，則給其重新賦值為-1 ；再按照式(2)重新做差分Δ (Δχ) = Δχ(η+1)-Δχ(η) (2)找到滿足Δ (Δχ) = -2的點即極大值點。在以上步驟幻中，對雙重差分法求得的極大值按照降序排列，排序索引為index ；二值圖標記為標記極大值最大的幾個，二值圖生成函數(shù)為
/(y) =忘層數(shù)；式中f(i，j)是點(i，j)的灰度值，其中i，j為自然數(shù)。以上步驟幻中，對標記的二值圖的濾波方式采用層位濾波，所述層位濾波為以二值圖的0值點為中心，當該中心的鄰域內(nèi)0值點個數(shù)小于閾值時，將中心點置為1，濾波器函數(shù)如式⑶
「00261 a(i i) = { lf Σ =-ιΣ4=-ι/( +HU +H) < thr()
JKrJJ 10 else'式中g(shù)(i，j)為濾波后的二值圖中點(i，j)的灰度值；thr為設定閾值。以上步驟3)中，所述插值連線為以0值點為中心，在其鄰域內(nèi)，將不連續(xù)的其它0 值點與該中心點之間的點插值，使0值點連成一條線。本發(fā)明具有以下有益效果首先，在探地雷達數(shù)據(jù)的層位追蹤效果方面，相比于互相關(guān)等簡單快捷的方法， 本發(fā)明的方法提高了算法精度，特別是對于包括斷層和新生成層的多層位追蹤，本發(fā)明的方法可以很好的實現(xiàn)準確追蹤。其次，在探地雷達數(shù)據(jù)層位追蹤效率方面，相比于基于隱 Markov模型的層位追蹤等，本發(fā)明的方法減少了資源占用，用較少的資源得到了較好的層位追蹤效果，提高的計算效率。


圖1為探地雷達原始數(shù)據(jù)；圖2為探地雷達數(shù)據(jù)的一行及其橫向濾波后結(jié)果；圖3為標記極大值的一道數(shù)據(jù)；圖4為標記極大值點的二值圖；圖5為圖3濾波后的結(jié)果；圖6為追蹤出的層位圖示。
具體實施例方式本發(fā)明探地雷達數(shù)據(jù)層位追蹤方法的核心是通過對每道數(shù)據(jù)標記極值點、再根據(jù)層位數(shù)目保留最大的幾個極值點，實現(xiàn)了多層位追蹤，特別是斷層和新生成層的追蹤。極值點處是反射波的峰值，值最大的幾個極值點就是較為顯著的層位反射波峰值，可認為是層位位置。根據(jù)先驗知識可追蹤出多層層位，特別是斷層和新生成層。以圖1所示的探地雷達數(shù)據(jù)為例。本發(fā)明的探地雷達數(shù)據(jù)層位追蹤方法，具體包括以下步驟1)數(shù)據(jù)預處理首先將探地雷達數(shù)據(jù)進行橫向低通濾波處理，再進行時變增益。橫向低通濾波為對探地雷達數(shù)據(jù)的每行數(shù)據(jù)進行低通濾波，去除跳變和噪聲。如圖2所示，探地雷達數(shù)據(jù)的一行數(shù)據(jù)中有跳變和噪聲，可能影響層位追蹤結(jié)果， 橫向低通濾波后的數(shù)據(jù)消除了較大跳變和噪聲。時變增益為對探地雷達數(shù)據(jù)中后期衰減大的數(shù)據(jù)進行增益。橫向增益濾除橫向較大跳變點，使層位信息保持更好的橫向連續(xù)性；時變增益主要增大衰減導致的深層數(shù)據(jù)幅值。層位信息后期處理包括鄰域濾波和插值連線，鄰域濾波濾除孤立點，插值連線將不連續(xù)的層位點連接起來，形成完善的層位信息。2)極大值標記對步驟1)處理后的探地雷達數(shù)據(jù)進行雙重差分法求極大值，然后對極大值進行排序，按照層位數(shù)目取極大值，對所取的極大值進行二值圖標記。雙重差分法為對探地雷達數(shù)據(jù)中的每列數(shù)據(jù)按照式(1)進行一次差分；Δ χ = χ (η+1) -χ (η)，(1)式中，ΔΧ為差分結(jié)果；ΔΧ為探地雷達數(shù)據(jù)中的每列數(shù)據(jù)；η為自然數(shù)，其取值由 1至探地雷達數(shù)據(jù)的行數(shù)；如果以上求得的Δ χ為正值，給其重新賦值為+1 ；如果Δχ為負值，則給其重新賦值為-1 ；再按照式(2)重新做差分Δ (Δχ) = Δχ(η+1)-Δχ(η) (2)找到滿足Δ (Δχ) = -2的點即極大值點。如圖3所示，在探地雷達數(shù)據(jù)的一列數(shù)據(jù)中，標記了極大值。雙重差分法完成后，對以上雙重差分法求得的極大值按照降序排列， 排序索引為index; 二值圖標記為標記極大值最大的幾個，二值圖生成函數(shù)為
權(quán)利要求
1.一種探地雷達數(shù)據(jù)層位追蹤方法，其特征在于，包括以下步驟1)數(shù)據(jù)預處理首先將探地雷達數(shù)據(jù)進行橫向低通濾波處理，再進行時變增益；2)極大值標記對步驟1)處理后的探地雷達數(shù)據(jù)進行雙重差分法求極大值，然后對極大值進行排序， 按照層位數(shù)目取極大值，對所取的極大值進行二值圖標記；3)層位表示對步驟2)中標記的二值圖先進行濾波，然后進行插值連線處理，得到含有層位信息的可視化圖。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的探地雷達數(shù)據(jù)層位追蹤方法，其特征在于，步驟1)中，所述橫向低通濾波為對探地雷達數(shù)據(jù)的每行數(shù)據(jù)進行低通濾波，去除跳變和噪聲；所述時變增益為對探地雷達數(shù)據(jù)中后期衰減大的數(shù)據(jù)進行增益。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的探地雷達數(shù)據(jù)層位追蹤方法，其特征在于，步驟幻中，雙重差分法為對探地雷達數(shù)據(jù)中的每列數(shù)據(jù)按照式(1)進行一次差分；Δχ = χ(η+1)-χ(η)， (1)式中，ΔΧ為差分結(jié)果；ΔΧ為探地雷達數(shù)據(jù)中的每列數(shù)據(jù)；η為自然數(shù)，其取值由1至探地雷達數(shù)據(jù)的行數(shù)；如果以上求得的ΔΧ為正值，給其重新賦值為+1;如果ΔΧ為負值，則給其重新賦值為-1 ；再按照式(2)重新做差分Δ (Δχ) = Δχ(η+1)-Δχ(η) (2)找到滿足Δ (Δχ) = -2的點即極大值點。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的探地雷達數(shù)據(jù)層位追蹤方法，其特征在于，步驟幻中，對雙重差分法求得的極大值按照降序排列，排序索引為index ；二值圖標記為標記極大值最大的幾個，二值圖生成函數(shù)為
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的探地雷達數(shù)據(jù)層位追蹤方法，其特征在于，步驟幻中，對標記的二值圖的濾波方式采用層位濾波，所述層位濾波為
6.根據(jù)權(quán)利要求1或5所述的探地雷達數(shù)據(jù)層位追蹤方法，其特征在于，步驟幻中，所述插值連線為以0值點為中心，在其鄰域內(nèi)，將不連續(xù)的其它0值點與該中心點之間的點插值，使0值點連成一條線。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種探地雷達數(shù)據(jù)層位追蹤方法，該方法包括數(shù)據(jù)預處理、極大值標記、層位表示三部分，數(shù)據(jù)預處理部分采用橫向低通濾波、時變增益；極大值標記部分采用雙重差分法、極大值排序、二值圖標記；層位表示采用層位濾波后插值連線法。本發(fā)明提出的探地雷達數(shù)據(jù)層位追蹤算法不僅很好的實現(xiàn)了多層目標追蹤，包括斷層和新生成層，而且運算快、節(jié)省資源。
文檔編號G01S7/02GK102298160SQ20111012884
公開日2011年12月28日 申請日期2011年5月18日 優(yōu)先權(quán)日2011年5月18日
發(fā)明者張安學, 紐莉榮, 蔣延生, 鄭適 申請人:西安交通大學