一種基于雙通道跨孔雷達的電阻率CT成像方法技術

本發明專利技術涉及電阻率CT成像技術領域，解決了孔間電阻率CT技術存在結果分辨率較低、可靠性差、測量效率低而不能滿足工程實際應用需求的技術問題，尤其涉及一種基于雙通道跨孔雷達的電阻率CT成像方法，包括以下步驟：S1、在被測區兩側分別鉆設孔1和孔2構成孔間剖面；S2、將孔間剖面網格化，以豎向M行、橫向N列將孔間剖面劃分為矩形的網格單元，網格單元中的單元數量為M

【技術實現步驟摘要】
一種基于雙通道跨孔雷達的電阻率CT成像方法


[0001]本專利技術涉及電阻率CT成像
，尤其涉及一種基于雙通道跨孔雷達的電阻率CT成像方法。

技術介紹

[0002]孔間電阻率CT圖像在堤壩滲漏、防滲墻質量、采空區與巖溶探測等工程領域以及金屬礦勘查領域有廣泛的需求。通常用專業的孔間電阻率CT設備來測量，需要多道發射和接收電極，目前所采用的現有技術如申請號為2019101126936的中國專利技術專利，其測量的結果是電阻率CT圖像。
[0003]跨孔雷達是一種數字化的電磁波CT技術，其分辨率相對較高，可靠性好，當前該技術的成果僅限于波速CT和衰減CT(等效于趨膚深度CT)成像，還沒有用于電阻率CT成像的方法。
[0004]而傳統的孔間電阻率CT技術采用直流電法觀測方式，數據處理基于靜電場原理，該技術所存在主要的問題是：
[0005]1、測量時布置的電極多，現場施工繁瑣，測量速度慢，效率低；
[0006]2、結果的分辨率低，誤差大，不能滿足實際要求；
[0007]總結起來其結果的分辨率較低，可靠性差，不能滿足工程的實際要求，很少在實際中應用。

技術實現思路

[0008]針對現有技術的不足，本專利技術提供了一種基于雙通道跨孔雷達的電阻率CT成像方法，解決了孔間電阻率CT技術存在結果分辨率較低、可靠性差、測量效率低而不能滿足工程實際應用需求的技術問題。
[0009]為解決上述技術問題，本專利技術提供了如下技術方案：一種基于雙通道跨孔雷達的電阻率CT成像方法，包括以下步驟：
[0010]S1、在被測區兩側分別鉆設孔1和孔2構成孔間剖面；
[0011]S2、將孔間剖面網格化，以豎向M行、橫向N列將孔間剖面劃分為矩形的網格單元，網格單元中的單元數量為M
×
N個，且M≥N；
[0012]S3、進行數據采集，根據網格單元分別在孔1和孔2內設置M個發射點和接收點，每個發射點重復發射M次，對應每次發射，接收點移動一個點位接收發射點所發射的電磁波信號并記錄該射線的雙通道數據，同時由M個發射點至M個接收點進行聯線得到M
×
M條射線；
[0013]S4、進行射線追蹤，計算任一射線在網格單元中所經過的不同單元的長度得到若干個單元路徑長度，若干個單元路徑長度之和應等于該射線的長度；
[0014]S5、構建走時方程組，將M
×
M條射線的走時方程依次組合在一起，構成孔間剖面總體的走時方程組；
[0015]S6、求解波速v
i
構建脫耦矩陣C，采用最小二乘法或聯合代數迭代法求解走時方程
組得到單元的波速v
i
，根據單元的波速v
i
構建脫耦矩陣C；
[0016]S7、構建電導率衰減方程組，根據測量電磁波的幅值衰減數據建立電導率衰減方程組；
[0017]S8、構建孔間剖面內的電阻率CT圖像與趨膚深度CT圖像，求解電導率衰減方程組得到孔間剖面內的電導率分布，并根據電導率分布計算孔間剖面內的電阻率分布和趨膚深度分布，最終根據電阻率分布和趨膚深度分布生成電阻率CT圖像與趨膚深度CT圖像。
[0018]進一步地，在步驟S3中，具體過程包括以下步驟：
[0019]S31、對網格單元中的單元i進行編號，每個單元i都對應有獨立的待求變量波速v
i
、趨膚深度δ
i
和電阻率ρ
i
，i表示在網格單元中的第i個單元，i＝1,2,3,
…
；
[0020]S32、分別在孔1和孔2中分別放置雷達的發射天線以及接收天線，發射天線和接收天線分別在孔1和孔2中所對應單元的位置作為發射點和接收點；
[0021]S33、以孔1中的孔底所對應的發射點為起點發射電磁波信號，同時孔2中的接收天線以豎向M行單元所對應的接收點由孔底逐步向上位移孔口，并記錄發射天線以及接收天線的接收時間和幅值，得到一條射線的雙通道數據；
[0022]S34、重復步驟S33遍布M個發射點，將發射天線對應每個發射點所在的位置，接收點每次都由孔底逐步上移至孔口得到M個發射點的雙通道數據；
[0023]S35、將一個發射點至M個接收點的電磁波傳播路徑聯線得到M條射線，M個發射點共得到M
×
M條射線。
[0024]進一步地，在步驟S5中，走時方程組的表達式為：
[0025][0026]上式中，N表示單元的數量，A
ij
為第j條射線在第i個單元的路徑長度，v
i
為第i個單元內的波速，T
j
為第j射線的發射信號與接收信號的走時差，為已知量。
[0027]進一步地，在步驟S6中，在步驟S6中，脫耦矩陣C的表達式為：
[0028][0029]由單元長度矩陣A與脫耦矩陣C的乘積形成等效單元長度矩陣B，則等效單元長度矩陣B的表達式為：
[0030][0031]上式中，k表示射線上單元的數量，v表示波速，A為如前述的單元長度矩陣，B為等效單元長度矩陣，j表示射線，v
J
表示第j條射線的波速。
[0032]進一步地，在步驟S7中，電導率衰減方程組的表達式為：
[0033][0034]上式中，B
ij
為第j條射線在第i個單元的等效路徑長度，v
i
為第i個單元內的波速，
σ
i
為第i個單元內的電導率，F
j
為第j射線的等效幅值衰減比。
[0035]進一步地，等效幅值衰減比F
j
的計算公式為：
[0036][0037]上式中，μ為磁導率，近似為常數，取值為4π
×
10
?7，E
i
為雷達發射信號的幅值，E
r
為雷達接收信號的幅值，R為射線的路徑長度，發射點到接收點的距離，θ1和θ2分別為射線與發射天線和接收天線最優方向之間的夾角。
[0038]進一步地，在步驟S8中，電阻率ρ
i
的計算公式為：
[0039][0040]上式中，σ
i
為第i個單元內的電導率。
[0041]進一步地，在步驟S8中，趨膚深度δ
i
的計算公式為：
[0042][0043]上式中，μ為磁導率，近似為常數，取值為4π
×
10
?7，ρ
i
為電阻率，v
i
、δ
i
分別為第i個單元內的波速與趨膚深度。
[0044]借由上述技術方案，本專利技術提供了一種基于雙通道跨孔雷達的電阻率CT成像方法，至少具備以下有益效果：
[0045]1、本專利技術所提出的電阻率CT成像方法，可以使孔間電阻率勘探的結果分辨率更高，可靠性更好，操作更便捷、效率更高。通過一次性跨孔雷達測量，可同時獲得波速CT、趨膚深度本文檔來自技高網...

【技術保護點】

【技術特征摘要】
1.一種基于雙通道跨孔雷達的電阻率CT成像方法，其特征在于，包括以下步驟：S1、在被測區兩側分別鉆設孔1和孔2構成孔間剖面；S2、將孔間剖面網格化，以豎向M行、橫向N列將孔間剖面劃分為矩形的網格單元，網格單元中的單元數量為M
×
N個，且M≥N；S3、進行數據采集，根據網格單元分別在孔1和孔2內設置M個發射點和接收點，每個發射點重復發射M次，對應每次發射，接收點移動一個點位接收發射點所發射的電磁波信號并記錄該射線的雙通道數據，同時由M個發射點至M個接收點進行聯線得到M
×
M條射線；S4、進行射線追蹤，計算任一射線在網格單元中所經過的不同單元的長度得到若干個單元路徑長度，若干個單元路徑長度之和應等于該射線的長度；S5、構建走時方程組，將M
×
M條射線的走時方程依次組合在一起，構成孔間剖面總體的走時方程組；S6、求解波速v
i
構建脫耦矩陣C，采用最小二乘法或聯合代數迭代法求解走時方程組得到單元的波速v
i
，根據單元的波速v
i
構建脫耦矩陣C；S7、構建電導率衰減方程組，根據測量電磁波的幅值衰減數據建立電導率衰減方程組；S8、構建孔間剖面內的電阻率CT圖像與趨膚深度CT圖像，求解電導率衰減方程組得到孔間剖面內的電導率分布，并根據電導率分布計算孔間剖面內的電阻率分布和趨膚深度分布，最終根據電阻率分布和趨膚深度分布生成電阻率CT圖像與趨膚深度CT圖像。2.根據權利要求1所述的電阻率CT成像方法，其特征在于，在步驟S3中，具體過程包括以下步驟：S31、對網格單元中的單元i進行編號，每個單元i都對應有獨立的待求變量波速v
i
、趨膚深度δ
i
和電阻率ρ
i
，i表示在網格單元中的第i個單元，i＝1,2,3,
…
；S32、分別在孔1和孔2中分別放置雷達的發射天線以及接收天線，發射天線和接收天線分別在孔1和孔2中所對應單元的位置作為發射點和接收點；S33、以孔1中的孔底所對應的發射點為起點發射電磁波信號，同時孔2中的接收天線以豎向M行單元所對應的接收點由孔底逐步向上位移孔口，并記錄發射天線以及接收天線的接收時間和幅值，得到一條射線的雙通道數據；S34、重復步驟S33遍布M個發射點，將發射天線對應每個發射點所在的位置，接收點每次都由孔底逐步上移至孔口得到M個發射點的雙通道數...

【專利技術屬性】
技術研發人員：蔣輝，趙曉鵬，趙永貴，
申請(專利權)人：北京同度工程物探技術有限公司，
類型：發明
國別省市：