本發(fā)明屬于隧道地震勘探，尤其涉及一種tbm隧道施工地震勘探搭載式檢波器定位方法及系統(tǒng)。

背景技術(shù)：

1、對(duì)于斷層破碎帶、軟弱圍巖等不良地質(zhì)，隧道地震波反射法是最為常用的超前探測(cè)方法，其具有探測(cè)距離遠(yuǎn)、對(duì)界面敏感等優(yōu)勢(shì)，已在眾多工程中獲得了廣泛應(yīng)用。隧道地震波探測(cè)方法是在隧道內(nèi)巖壁或護(hù)盾上安裝檢波器通過(guò)炸藥震源或錘擊等方式激發(fā)地震波，地震波向隧道工作面前傳播遇到巖性分界面等結(jié)構(gòu)時(shí)發(fā)生發(fā)射，反向傳播到隧道側(cè)壁被檢波器接收。全斷面硬巖隧道掘進(jìn)機(jī)(tunnel?boring?machine，tbm)隧道施工地震勘探方法近年來(lái)得到了快速的發(fā)展，地震觀測(cè)系統(tǒng)從普通檢波器發(fā)展到了tbm隧道施工地震勘探搭載式觀測(cè)系統(tǒng)。為了獲得準(zhǔn)確的反射面信息，需要對(duì)檢波器的空間布設(shè)形式有準(zhǔn)確的記錄，盡量減少檢波器端帶來(lái)的誤差。

2、發(fā)明人發(fā)現(xiàn)，當(dāng)前tbm隧道內(nèi)檢波器的布設(shè)一般通過(guò)人工測(cè)量的方式規(guī)劃?rùn)z波點(diǎn)，且人力到隧道內(nèi)進(jìn)行測(cè)量的方式，增加了成本投入；而且tbm內(nèi)部結(jié)構(gòu)復(fù)雜，各種儀器較多，難以通過(guò)經(jīng)緯儀、全站儀等儀器進(jìn)行定位，檢波器位置存在較大偏差，容易使得地震成像結(jié)果與實(shí)際情況不符。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、本發(fā)明為了解決上述問(wèn)題，提出了一種tbm隧道施工地震勘探搭載式檢波器定位方法及系統(tǒng)，本發(fā)明在全斷面硬巖隧道掘進(jìn)機(jī)上設(shè)置超聲波發(fā)射器和超聲波傳感器，通過(guò)獲取超聲波發(fā)射器和超聲波傳感器的超聲波信號(hào)，得到各檢波器與各超聲波發(fā)射器之間的直線距離；然后，利用三角測(cè)量原理，將同一檢波器與各超聲波發(fā)射器之間的直線距離結(jié)合，能夠得到檢波器的三維位置，不需要人力到隧道內(nèi)進(jìn)行測(cè)量，能夠準(zhǔn)確得到各檢波器在tbm隧道內(nèi)的空間位置，降低了地震成像結(jié)果與實(shí)際情況之間的誤差。

2、為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明是通過(guò)如下的技術(shù)方案來(lái)實(shí)現(xiàn)：

3、第一方面，本發(fā)明提供了一種tbm隧道施工地震勘探搭載式檢波器定位方法，包括：

4、獲取預(yù)設(shè)在全斷面硬巖隧道掘進(jìn)機(jī)上的，超聲波發(fā)射器發(fā)射和超聲波傳感器的超聲波信號(hào)；

5、根據(jù)獲取的超聲波信號(hào)，得到各檢波器與各超聲波發(fā)射器之間的直線距離；

6、利用三角測(cè)量原理，將同一檢波器與各超聲波發(fā)射器之間的直線距離結(jié)合，得到檢波器的三維位置。

7、進(jìn)一步的，通過(guò)帶通濾波濾除干擾頻帶的噪聲信號(hào)，通過(guò)面向結(jié)構(gòu)的中濾波方法，濾除干擾噪聲。

8、進(jìn)一步的，將時(shí)間-空間域的超聲波信號(hào)進(jìn)行傅里葉變換，變換到頻率-波數(shù)域，根據(jù)有效信號(hào)的同相軸的傾角角度進(jìn)行選擇，選定有效信號(hào)在頻率-波數(shù)域中對(duì)應(yīng)的能量團(tuán)，并將其他能量進(jìn)行濾除，然后變換回時(shí)間-空間域。

9、進(jìn)一步的，獲取三個(gè)超聲波發(fā)射器的坐標(biāo)為：

10、p1(x1，y1，z1)，p2(x2，y2，z2)，p3(x3，y3，z3)

11、設(shè)定目標(biāo)檢波器的三維坐標(biāo)為：

12、p(x，y，z)

13、根據(jù)歐幾里得距離公式，計(jì)算檢波器到三個(gè)超聲波發(fā)射器的距離d1、d2和d3分別為：

14、

15、進(jìn)一步的，根據(jù)到達(dá)時(shí)間差，距離差表示為：

16、d2-d1＝c·(t2-t1)

17、d3-d1＝c·(t3-t1)

18、d3-d2＝c·(t3-t2)

19、其中，t1、t2和d3分別為目標(biāo)聲波信號(hào)到達(dá)三個(gè)接收器的時(shí)間；c為聲波的傳播速度。

20、進(jìn)一步的，用距離差建立方程組：

21、

22、使用數(shù)值方法求解方程組，得到目標(biāo)檢波器的三維坐標(biāo)(x，y，z)。

23、第二方面，本發(fā)明還提供了一種tbm隧道施工地震勘探搭載式檢波器定位系統(tǒng)，包括：

24、數(shù)據(jù)采集模塊，被配置為：獲取預(yù)設(shè)在全斷面硬巖隧道掘進(jìn)機(jī)上的，超聲波發(fā)射器發(fā)射和超聲波傳感器的超聲波信號(hào)；

25、直線距離計(jì)算模塊，被配置為：根據(jù)獲取的超聲波信號(hào)，得到各檢波器與各超聲波發(fā)射器之間的直線距離；

26、位置確定模塊，被配置為：利用三角測(cè)量原理，將同一檢波器與各超聲波發(fā)射器之間的直線距離結(jié)合，得到檢波器的三維位置。

27、第三方面，本發(fā)明還提供了一種計(jì)算機(jī)可讀存儲(chǔ)介質(zhì)，其上存儲(chǔ)有計(jì)算機(jī)程序，該程序被處理器執(zhí)行時(shí)實(shí)現(xiàn)了第一方面所述的tbm隧道施工地震勘探搭載式檢波器定位方法的步驟。

28、第四方面，本發(fā)明還提供了一種電子設(shè)備，包括存儲(chǔ)器、處理器及存儲(chǔ)在存儲(chǔ)器上并能夠在處理器上運(yùn)行的計(jì)算機(jī)程序，所述處理器執(zhí)行所述程序時(shí)實(shí)現(xiàn)了第一方面所述的tbm隧道施工地震勘探搭載式檢波器定位方法的步驟。

29、第五方面，本發(fā)明還提供了一種計(jì)算機(jī)程序產(chǎn)品，所述計(jì)算機(jī)程序產(chǎn)品包括計(jì)算機(jī)程序，所述計(jì)算機(jī)程序被處理器執(zhí)行時(shí)，實(shí)現(xiàn)了第一方面所述的tbm隧道施工地震勘探搭載式檢波器定位方法的步驟。

30、與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果為：

31、本發(fā)明中，在全斷面硬巖隧道掘進(jìn)機(jī)上設(shè)置超聲波發(fā)射器和超聲波傳感器，通過(guò)獲取超聲波發(fā)射器和超聲波傳感器的超聲波信號(hào)，得到各檢波器與各超聲波發(fā)射器之間的直線距離；然后，利用三角測(cè)量原理，將同一檢波器與各超聲波發(fā)射器之間的直線距離結(jié)合，能夠得到檢波器的三維位置，不需要人力到隧道內(nèi)進(jìn)行測(cè)量，能夠準(zhǔn)確得到各檢波器在tbm隧道內(nèi)的空間位置，降低了地震成像結(jié)果與實(shí)際情況之間的誤差。

技術(shù)特征：

1.tbm隧道施工地震勘探搭載式檢波器定位方法，其特征在于，包括：

2.如權(quán)利要求1所述的tbm隧道施工地震勘探搭載式檢波器定位方法，其特征在于，通過(guò)帶通濾波濾除干擾頻帶的噪聲信號(hào)，通過(guò)面向結(jié)構(gòu)的中濾波方法，濾除干擾噪聲。

3.如權(quán)利要求2所述的tbm隧道施工地震勘探搭載式檢波器定位方法，其特征在于，將時(shí)間-空間域的超聲波信號(hào)進(jìn)行傅里葉變換，變換到頻率-波數(shù)域，根據(jù)有效信號(hào)的同相軸的傾角角度進(jìn)行選擇，選定有效信號(hào)在頻率-波數(shù)域中對(duì)應(yīng)的能量團(tuán)，并將其他能量進(jìn)行濾除，然后變換回時(shí)間-空間域。

4.如權(quán)利要求1所述的tbm隧道施工地震勘探搭載式檢波器定位方法，其特征在于，獲取三個(gè)超聲波發(fā)射器的坐標(biāo)為：

5.如權(quán)利要求4所述的tbm隧道施工地震勘探搭載式檢波器定位方法，其特征在于，根據(jù)到達(dá)時(shí)間差，距離差表示為：

6.如權(quán)利要求5所述的tbm隧道施工地震勘探搭載式檢波器定位方法，其特征在于，用距離差建立方程組：

7.tbm隧道施工地震勘探搭載式檢波器定位系統(tǒng)，其特征在于，包括：

8.一種計(jì)算機(jī)可讀存儲(chǔ)介質(zhì)，其上存儲(chǔ)有計(jì)算機(jī)程序，其特征在于，該程序被處理器執(zhí)行時(shí)實(shí)現(xiàn)了如權(quán)利要求1-6任一項(xiàng)所述的tbm隧道施工地震勘探搭載式檢波器定位方法的步驟。

9.一種電子設(shè)備，包括存儲(chǔ)器、處理器及存儲(chǔ)在存儲(chǔ)器上并能夠在處理器上運(yùn)行的計(jì)算機(jī)程序，其特征在于，所述處理器執(zhí)行所述程序時(shí)實(shí)現(xiàn)了如權(quán)利要求1-6任一項(xiàng)所述的tbm隧道施工地震勘探搭載式檢波器定位方法的步驟。

10.一種計(jì)算機(jī)程序產(chǎn)品，其特征在于，所述計(jì)算機(jī)程序產(chǎn)品包括計(jì)算機(jī)程序，所述計(jì)算機(jī)程序被處理器執(zhí)行時(shí)，實(shí)現(xiàn)了如權(quán)利要求1-6任一項(xiàng)所述的tbm隧道施工地震勘探搭載式檢波器定位方法的步驟。

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明屬于隧道地震勘探技術(shù)領(lǐng)域，提供了一種TBM隧道施工地震勘探搭載式檢波器定位方法及系統(tǒng)，包括：獲取預(yù)設(shè)在全斷面硬巖隧道掘進(jìn)機(jī)上的，超聲波發(fā)射器和超聲波傳感器的超聲波信號(hào)；根據(jù)獲取的超聲波信號(hào)，得到各檢波器與各超聲波發(fā)射器之間的直線距離；利用三角測(cè)量原理，將同一檢波器與各超聲波發(fā)射器之間的直線距離結(jié)合，得到檢波器的三維位置。在全斷面硬巖隧道掘進(jìn)機(jī)上設(shè)置超聲波發(fā)射器和超聲波傳感器，利用三角測(cè)量原理，將同一檢波器與各超聲波發(fā)射器之間的直線距離結(jié)合，能夠得到檢波器的三維位置，不需要人力到隧道內(nèi)進(jìn)行測(cè)量，能夠準(zhǔn)確得到各檢波器在TBM隧道內(nèi)的空間位置。

技術(shù)研發(fā)人員：劉忠磊,賈衛(wèi)東,李忠治,王曉勇,劉同江,陳磊,王建偉,王旭華,佟瑤,于世孟,趙振東,許衛(wèi)武,劉振國(guó),海廣華,張書(shū)義,夏萬(wàn)云,于本泉,楊成璽,劉曉林,董斌,王飛
受保護(hù)的技術(shù)使用者：中鐵十四局集團(tuán)有限公司
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2025/1/6