(19)国家知识产权局 (12)发明 专利申请 (10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请 号 202211074550.9 (22)申请日 2022.09.03 (71)申请人 中国安能集团第三工程局有限公司 地址 610036 四川省成 都市金牛区茶店子 安蓉路4号 申请人 中国安全生产科 学研究院 (72)发明人 李贵平　张浩　郑涛　黄国华　 谭发金　 (74)专利代理 机构 北京盛凡佳华专利代理事务 所(普通合伙) 11947 专利代理师 汤镇宇 (51)Int.Cl. G01V 11/00(2006.01) G01D 21/02(2006.01) G01S 19/43(2010.01) (54)发明名称 一种车载堤防险情 隐患探测系统及预警方 法 (57)摘要 本发明涉及堤坝探测和预警技术领域， 公开 了一种车载堤防险情隐患探测系统， 包括车载平 台、 与车载平台相连接的探地雷达、 瞬变电磁仪， 以及安装在车载平台上顶部的边坡 雷达、 三维激 光扫描仪、 云台摄像机、 RTK定位系统、 多功能气 象站， 还公开了一种车载堤防险情隐患预警方 法， 包括堤防内部险情隐患预警方法和堤坡变形 预警方法。 本发 明的探测模式包括采用高效普查 探测模式、 精细详查探测模式以及 堤坡形变监测 模式， 预警方法包括堤防内部险情隐患预警方法 和堤坡变形预 警方法， 可对堤防内部不同地层深 度下的空洞、 蚁穴、 管涌通道、 局部不密实及 堤坡 变形等险情隐患进行探测和预警， 保障人民群众 的生命财产安全。 权利要求书4页 说明书9页 附图2页 CN 115508907 A 2022.12.23 CN 115508907 A 1.一种车载堤防险情隐患探测系统， 包括车载平台、 与 车载平台相连接的探地雷达、 瞬 变电磁仪， 以及安装在车载平台上顶部的边坡 雷达、 三维激光扫描仪、 云台摄像机、 RT K定位 系统、 多功能气象站， 其特征在于， 所述探地雷达由雷达主机及收发天线组成， 其中收发天 线为400MHz与200MHz的中、 低频屏蔽组合天线； 所述瞬变电磁仪由收发主机及收发线圈组 成， 其中收发线圈采用模块 化多匝线圈； 所述RTK定位系统分别布置在探地雷达的中、 低频屏蔽组合天线的末端位置以及与瞬 变电磁仪的收发线圈的中心 位置； 所述云台摄像机用于对堤坝监测区域进 行大范围扫描监 视， 实时获取视频和图像信息； 所述多功能气象站用于监测堤坝现场的风速、 风向、 大气温 度、 相对湿度、 大气 气压、 降雨 量的气象数据。 2.根据权利要求1所述的一种车载堤防险情隐患探测系统， 其特征在于， 该探测系统包 括三种工作模式， 分别为高效普查探测模式、 精细详查探测模式以及堤坡形变监测模式； 所述高效普查探测模式的工作方法如下： 将车载平台以不小于5公里/小时的行进速度沿堤坝顶部道路缓慢行驶； 通过发射天线 连续拖动的方式 向地下持续 发射窄脉冲宽带高频电磁波信号， 电磁波信号在堤坝内部传播 时遇到存在电性差异的地下介质交界面时， 发生反射、 透射和折射； 通过接收天线接收反射 电磁波信号的双程走时、 幅度与相位； 通过数据偏移处理、 回波能量增益、 数字滤波以及滑 动平均处理， 再经过RTK定位系统标定后， 实时计算出地下介质交界面的深度， 以获得堤防 内部浅层的雷达二维剖面图， 便可依据图像所表 示的空间位置对地下介质的位置和状况进 行判断， 可 快速、 全面、 精准 地探测堤防内部不浅 于5米隐患的空间位置、 结构及其分布； 所述精细详查探测模式的工作方法如下： 将车载平台以不小于3公里/小时的行进速度沿堤坝道路缓慢行驶； 通过发射线 圈供入 阶跃脉冲方波， 在断电的间隙期， 利用接收线圈观测二次感应电压， 通过强干扰信号剔除、 组合滤波、 弱信息增强处理， 获取二次场衰减曲线及视电阻率断面图； 依据不同的测点不同 时刻的二次场感应电动势衰减特征初步识别出横向异常， 再根据计算视电阻率图像进 行地 质异常体的探测， 可判读出堤防内部不浅 于15米隐患的时空分布； 所述堤坡形变监测模式的工作方法如下： 将车载平台以固定点方式实现对堤坝岸坡区域全天时、 全天候、 高精度 形变监测， 通过 回波信号预处理、 成像目标识别获取雷达二 维干涉图像， 并计算差 分干涉相位， 进而分析变 形量、 变形速度、 加速度变化趋势， 对脱坡、 崩塌等堤坡形变隐患进 行预警； 同时结合三 维激 光扫描仪获取 的堤坡三维模型， 通过雷达图像与地形数据映射配准算法， 直观对应隐患区 域位置。 3.根据权利要求1所述的一种车载堤防险情隐患探测系统， 其特征在于， 该探测系统可 用于土石坝堤坡和混凝 土坝堤坡的险情隐患探测； 其探测方法如下： 对于土石坝堤坡： 首先采用高效普查探测模式对堤防内部浅层险情隐患进行探测； 进 而在疑似堤防内部深层险情隐患的重点区域路线， 采用精细详查探测模式的中频屏蔽天线 进一步探明隐患情况； 最后采用堤坡形变监测模式， 对重点堤坡表面的微小形变进行高精 度监测并完成三维空间建模； 最终实现土石坝表层、 浅层、 深层堤防隐患情况 的直观展示， 为现场探测人员险情隐患排查处置提供支持； 在土石坝堤坡探测中， 高效普查探测模式采 用400MHz中频屏蔽 天线；权　利　要　求　书 1/4 页 2 CN 115508907 A 2对于混凝土坝堤坡： 首先采用高效普查探测模式对堤防内部浅层险情隐患进行探测； 进而在疑似堤防内部深层险情隐患的重点区域路线， 采用精细详查探测模式进一步探明隐 患情况， 在混凝 土坝堤坡探测中， 高效普查探测模式采用20 0MHz中频屏蔽 天线。 4.根据权利要求1所述的一种车载堤防险情隐患探测系统， 其特征在于， 所述高效普查 探测模式下， 地下介质交界面的深度h的计算公式如下： 上式(1)中， v为电磁波传播速度， t为单个脉冲的往返时间， x为探地雷达的水平位移； 当地下介质中的电磁波传播速度v确定时， 可以依据 精确测得的单个脉冲的往返时间t和探 地雷达的水平位移x， 求出地下反射界面的深度h 。 5.根据权利要求1所述的一种车载堤防险情隐患探测系统， 其特征在于， 所述精细详查 探测模式下， 二次感应电压计算方法如下： S21、 通过在发射线圈中通入电流I0， 并在目标体中产生感应电流I1(t)， 依据电磁感应 定律， 则在目标体中产生的感应电流 I1(t)的计算公式为： 上式(2)中， I0为发射线圈中通入的电流， M为发射线圈与目标体之间的互感， τ＝L/R， R 和L分别为目标体的阻抗以及感抗； S22、 再通过感应电流 I1(t)激发感应 磁场H2(t)， 感应 磁场H2(t)的计算公式如下: H2(t)＝Lv0sinθ /I1(t)               (3) 上(3)式中， v0为目标体切割磁场的速度， L为切割磁场的目标体长度， θ为目标体切割磁 场的角度； S23、 通过发射线圈产生发射电流I(t)， 并通过发射电流I(t)激发二次磁场H2(t)， 二次 磁场H2(t)的计算公式如下： Hi2(t)＝H2(t)/I(t)              (4) 上式(4)中， I(t)为梯形波发射电流； Hi2(t)为全空间冲击脉冲电流 二次磁场； S24、 通过二次磁场H2(t)产生在接 收线圈中二次感应电压Vt(t)， 根据法拉第电磁感应 定律， 二次感应电压Vt(t)的计算公式如下： 上式(5)中： Sr为接收线圈等效接收面积； u(t)为单位阶跃函数； t为单个脉冲的往返时 间； t0为关断开始时间； t1为完全关断时间； μ0为真空磁导率； toff为关断时间； Hs2(t)为正阶 跃电流二次磁场； S25、 根据 正阶跃电流二次磁场与负阶跃电流二次磁场 H–s2(t)关系， 可得接收线圈中二 次感应电压Vt(t)的计算公式如下： 权　利　要　求　书 2/4 页 3 CN 115508907 A 3