基于探地雷达系统的地下管线自动识别技术.pdf

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1、硕士学位论文基于探地雷达系统的地下管线自动识别技术AUTOMATICIDENTIFICATIONOFUNDERGROUNDPIPELINEBASEDONGROUNDPENETRATINGRADAR涂碧君哈尔滨工业大学2018年6月国内图书分类号：TN929.5学校代码：10213国际图书分类号：621.3密级：公开工程硕士学位论文基于探地雷达系统的地下管线自动识别技术硕士研究生：涂碧君导师：白旭副教授申请学位：工程硕士学科：电子与通信工程所在单位：电子与信息工程学院答辩日期：2018年6月授予学位单位：哈尔滨工业大学ClassifiedIndex:TN929.5U.D.C:62

2、1.3DissertationfortheMaster’sDegreeinEngineeringAUTOMATICIDENTIFICATIONOFUNDERGROUNDPIPELINEBASEDONGROUNDPENETRATINGRADARCandidate：TUBijunSupervisor：AssociateProf.BAIXuAcademicDegreeAppliedfor：MasterofEngineeringSpeciality：ElectronicsandCommunicationEngineeringAffiliation：SchoolofElectronics

3、andInformationEngineeringDateofDefence：June,2018Degree-Conferring-Institution：HarbinInstituteofTechnology哈尔滨工业大学工程硕士学位论文摘要在城市生活中，地下管道管线复杂多样，承担着能源输送、信息传递等重要使命，如果不能掌握地下管线的位置、深度等信息，会对城市生活和施工建设造成比较大的影响，所以进行地下管线的探测、建立一个地下管线信息系统非常重要。对于早期埋设于地下的管线大部分都缺少信息资料，已有的管线资料也存在信息不完善、不准确的问题，对于这种情况，需要具有高效率、高分辨率

4、的探测技术来对城市地下管线进行探测。探地雷达（GroundPenetratingRadar，GPR）是一种实时高效的无损探测技术，具有探测速度快、分辨率高、操作简便、探测范围广等优点，所以是进行城市地下管线探测的首选方法。本文在研究大量资料后，着手开发了一款可用于时间域探地雷达系统中的高速信息采集板，该采集板以FPGA作为主控芯片，利用数字频率合成器产生天线触发信号，通过模数转换器进行采集，最终完成了对雷达回波信号的采集，存储和处理。采集板通过以太网口与上位机通信，实现了信息的高速率传输。该信息采集板在对雷达回波信号进行采集时采用等效采样技术，实现了用较低采样速率对超宽带脉冲信

5、号进行采样的过程。本文在采集板开发完成后，对地下管道管线的自动识别技术进行了研究。首先分析了地下管线回波信号的特点，定量分析出管线回波信号具有的双曲线特性，然后对采集到的回波图像进行预处理和边缘提取。预处理包括对回波信号中直达波的剔除和对随机噪声的抑制，经过研究，利用均值法去除直达波，利用小波变换阈值法去除随机噪声都能取得良好的效果。对于回波图像的边缘提取，使用了微分子算子中的Canny算子，在无噪声情况下，对目标回波的边缘的提取效果非常理想。在有噪声情况下，Canny算子提取出的边缘比较杂乱且不连续，文中提出了利用图像膨胀对提取的边缘进行处理，也取得了良好的效果。最后，分析提

6、取到的双曲线边缘上的点与管线顶点的位置和管径的几何关系，选取双曲线边缘上的三个点，通过“三点定圆”的方法确定了圆形管线的位置和半径，达到了本文对管线进行自动识别的目的。关键词：探地雷达；管线识别；FPGA开发；小波变换；边缘提取-I-哈尔滨工业大学工程硕士学位论文AbstractUndergroundpipelinesincitiesarecomplexanddiverse,andbearimportantmissionssuchasenergyandinformationtransmission.Ifinformationonthelocationanddepthofunde

7、rgroundpipelinescannotbegrasped,itwillhaveagreatimpactonurbanlifeandconstruction.Thedetectionofpipelinesandtheestablishmentofanundergroundpipelineinformationsystemareveryimportant.Fortheearlyburiedundergroundpipelines,mostofthemlackedinformation,an