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申请/专利权人：重庆交通大学

摘要：本发明公开了一种非接触式和单个接触式隧道掌子面检波器及数据处理方法，包括高速摄影机，高速摄影机布设于正在掘进的隧道掌子面前方并正对隧道掌子面，采集高速摄影数据Vx,y,t用于隧道掌子面视频振动分析；计算过程分为三步：第一步：将Vx,y,t分成不同方向θ和尺度r对应的空间子带；第二步：计算每个像素、方向和比例的局部振动信号，通过一系列平均和对齐操作将振动信号结合起来成为掌子面的单一的全局振动信号；第三步：应用高斯滤波、带通滤波方法去除杂波干扰得到恢复的振动信号。本发明以低成本、安全、高效的无接触式和单个接触式的方式在掌子面布设检波器，并提出相应的数据处理方法，快速获取掌子面位置高信噪比的宽频地震信号。

主权项：1.一种非接触式隧道掌子面检波器观测系统的数据处理方法，非接触式隧道掌子面检波器观测系统包括高速摄影机，高速摄影机布设于正在掘进的隧道掌子面前方并正对隧道掌子面，高速摄影机到隧道掌子面的距离为dx，高速摄影机观测的高速摄影数据用于后期的数据分析；其特征在于：采集高速摄影数据用于隧道掌子面视频振动分析；高速摄影数据用Vx,y,t表示，其中x,y分别为像素点的横坐标与纵坐标，t为时间；目的是从Vx,y,t中恢复出信号st；计算过程分为三步：第一步：将Vx,y,t分解成不同方向θ和尺度r对应的空间子带；每个尺度r和方向θ都是一个复杂的图像，可以用振幅A和局部相位来表示； 采用在此方程1中计算的局部相位并从参考帧的局部相位中减去它们到t0，t0是视频的第一帧，以计算相位变化； 第二步：计算每个像素、方向和比例的局部振动信号，通过一系列平均和对齐操作将这些振动信号结合起来成为掌子面的单一的全局振动信号；对于视频信号可采用“金字塔”分解为每个方向θ和尺度r的图像，计算局部运动信号的空间加权平均值以产生单个运动信号φjr,θ,t，具体的计算公式为 在计算不同的尺度和方向上平均φjr,θ,t之前，需要暂时对齐各个尺度和方向的计算结果；要合并来自单一空间尺度的两个方向，即x和y；如果y＝-x，那么x和y方向的相位变化是负相关的，但总和是一个常数；对齐后的信号为φrj,θj,t-tj，具体的计算公式为 其中j是尺度-方向对r,θ的索引,φ0r0,θ0,t是选定某个参考的尺度和方向；最后的隧道掌子面的振动信号为 最后将振动信号归为到[-1,1]之间；第三步：应用高斯滤波、带通滤波方法去除杂波干扰得到恢复的振动信号；高速摄影数据中提取的振动信号需要进一步提取为在隧道掌子面自激自收的地震信号；假设记录的总时间为T，那么在隧道掌子面一点Cx,y的观测记录为Sx,y,T；若所设定的窗口长度为w，相关计算时的迭代次数为N＝Tw，其计算公式为： 其中，l＝1,2,.....,N，p＝w×l,w+1×l,.....,2w-1×l,2×w×l；ψcx,y,t为C点位置处观测记录Sx,y,p与Sx,y,p相乘后求和，N次迭代并归一化后的函数；依据公式6，依次计算出所有隧道掌子面位置的振动信号。

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