基于瞬变电磁法的道路塌陷探测线圈参数寻优研究

摘要

随着我国城市的发展，城市地下管线急剧增多，地铁建设步伐加快，道路塌陷的事故越来越多的发生在我们的生活中，逐渐成为城市生活中的隐患，随时对人民的生活产生着巨大威胁。因此，地面塌陷事件已经成了城市里的潜在陷阱，引起社会各界广泛关注。随之，人们对城市道路塌陷的预防和探测工作也做了更多的研究，希望能够在道路塌陷事故还没有发生时，就已经防患于未然，对有可能出现的塌陷的路段提前进行塌陷探测工作。目前塌陷探测的方法有多种方式，包括浅层地震法，地质雷达法，瞬变电磁法等。浅层地震法和地质雷达法在测量时需要封闭所测量的路段，在进行道路塌陷探测时有一定的不便性。
　　瞬变电磁法探测相对来说具有探测深度大、抗干扰能力强等优点而被学者广泛研究，但这种方式对于探测工作来说带来一些不便，有以下问题：不能在现场进行实时数据分析，使得探测数据处理具有滞后性；线圈边长、电流大小、匝数等参数选择不当对于仪器的便携性和探测效果影响较大；探测线圈参数怎样寻优，以哪种算法作为优化算法，优化算法有哪些不足以及优化以哪种方式作为衡量标准。
　　针对以上问题，本文首先对探测线圈参数进行分析，以线圈发射电流、线圈边长、匝数等参数作为优化对象。其次对优化算法做对比分析，选取遗传算法并对其改进，再对改进后的遗传算法进行性能测试。然后利用Ansoft Maxwell电磁仿真软件建模和Matlab数值模拟，应用改进的遗传算法对线圈参数进行优化。最后对采集的数据进行数据处理，实现图形化呈现。
　　瞬变电磁法探测线圈参数的选择，影响因素较多，如线圈自感、地下物质电阻率等。本文选取电流大小、匝数、线框大小、阵列间距为参数，以线圈的聚焦性作为衡量标准。实验验证表明，本文的线圈参数优化取得了较为满意的效果，对提高探测质量、降低线圈制造和试验成本起到了积极作用。

目录

声明

1绪论

1.1研究的背景与意义

1.2本文内容的国内外研究现状

1.3研究内容及章节安排

1.4本章小结

2塌陷探测线圈参数的特征与分析

2.1探测线圈参数的选择

2.2线圈相关参数计算

2.3本章小结

3探测线圈参数优化算法的选择及改进

3.1线圈参数优化算法的选择

3.2探测线圈参数寻优中遗传算法的应用

3.3探测线圈参数寻优中遗传算法的改进

3.4改进遗传算法的性能测试

3.5测试结果分析

3.6本章小结

4塌陷探测线圈参数的优化

4.1矩形线圈模型的建立

4.2线圈参数的优化

4.3本章小结

5瞬变电磁仪数据处理终端的实现

5.1功能模块的规定

5.2数据处理终端的实现

5.3本章小结

6.1工作总结

6.2工作展望

致谢

参考文献

附录