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原文传递一种基于磁场测量的堤坝渗漏通道检测方法及其装置

专利名称：	一种基于磁场测量的堤坝渗漏通道检测方法及其装置
摘要：	本发明公开了一种基于磁场测量的堤坝渗漏通道检测方法及其装置，该方法包括：S1：获取信号发射机不供电时堤坝上每个磁观测点上的背景磁感应强度矢量以及供电时每个磁观测点上的总磁感应强度矢量；在堤坝的两侧布设发射电极A和B，所述发射电极A位于水库中并与水接触，所述发射电极A和B之间连接信号发射机，在所述提坝上按照预设线距和点距排布磁观测点；S2：分别计算每个磁观测点上的总磁感应强度矢量与背景磁感应强度矢量的差值得到每个磁观测点的磁异常矢量；S3：基于磁异常场中每个磁观测点的磁异常矢量推演出电流密度分布，其中，电流密度分布不为零处为渗漏通道。本发明一种全新的方法来实现渗漏通道检测，且首次使用磁检测。
专利类型：	发明专利
国家地区组织代码：	湖南;43
申请人：	中南大学
发明人：	汤井田;胡双贵;汤子键
专利状态：	有效
申请日期：	2019-02-19T00:00:00+0800
发布日期：	2019-06-28T00:00:00+0800
申请号：	CN201910121294.6
公开号：	CN109946370A
代理机构：	长沙市融智专利事务所(普通合伙)
代理人：	龚燕妮
分类号：	G01N27/82(2006.01);G;G01;G01N;G01N27
申请人地址：	410083 湖南省长沙市岳麓区麓山南路932号
主权项：	1.一种基于磁场测量的堤坝渗漏通道检测方法，其特征在于：包括如下步骤： S1：获取信号发射机不供电时堤坝上每个磁观测点上的背景磁感应强度矢量以及供电时每个磁观测点上的总磁感应强度矢量；其中，在堤坝的两侧布设发射电极A和B，所述发射电极A位于水库中并与水接触，所述发射电极A和B之间连接信号发射机，在所述提坝上按照预设线距和点距排布磁观测点； S2：分别计算每个磁观测点上的总磁感应强度矢量与背景磁感应强度矢量的差值得到每个磁观测点的磁异常矢量；其中，基于每个磁观测点的磁异常矢量构成提坝的磁异常场； S3：基于磁异常场中每个磁观测点的磁异常矢量推演出电流密度分布；其中，电流密度分布不为零处对应为提坝上渗漏通道的位置。 2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：步骤S3是基于磁异常场与电流密度场的关系推演出电流密度分布；其中，将提坝三维空间离散为M个单元，每个单元具有相同的体积以及每个单元中存在恒定电流密度，磁异常场与电流密度场的关系如下： Bs＝KJ 式中，Bs为磁异常场矩阵，矩阵大小为3N×1，分别为第1个、第N个磁观测点上的磁异常矢量，N为磁观测点的个数；K为位置矩阵，矩阵大小为3N×3M，分别为第1个磁观测点与第1个单元、第M个单元之间的距离矩阵，分别为第N个磁观测点与第1个单元、第M个单元之间的距离矩阵；J为电流密度场矩阵，矩阵大小为3M×1，J1、JM分别为第1个单元、第M个单元上的电流密度；其中，任意第i个磁观测点的磁异常矢量第i个磁观测点与第k个单元之间的距离矩阵第k个单元上的电流密度Jk如下所示：式中，分别为磁异常矢量在空间直角坐标系xyz中的x、y、z方向上的分量，μ为自由空间的磁导率，ν为单元体积，rik为第i个磁观测点与第k个单元之间的空间距离，分别为第i个磁观测点与第k个单元之间的空间距离在空间直角坐标系xyz中的x、y、z方向上的分量；分别为第k个单元上的电流密度Jk在空间直角坐标系xyz中的x、y、z方向上的分量。 3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于：步骤S3中基于磁异常场与电流密度场的关系采用磁异常曲线的特征点法、切线法、二维反演方法或线性三维反演方法推演出电流密度分布。 4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于：采用线性三维反演方法推演出电流密度分布的过程如下：首先，根据最小乘算法原理建立目标函数Φ(J)并得到目标函数的线性逆问题的解决方案；其中，目标函数如下： Φ(J)＝[Wd(dobs-KJ)]T[Wd(dobs-KJ)]+λ[Wm(J-J0)]T[Wm(J-J0)] 解决方案的公式如下：式中，λ为正则化因子，J0为电流密度的先验模型，dobs为观测数据，Wd、Wm均为权重矩阵，权重矩阵Wd为观测数据dobs的误差协方差矩阵的倒数组成的对角矩阵，权重矩阵Wm为光滑度矩阵；然后，将提坝上的磁异常场矩阵以及位置矩阵代入解决方案的公式中计算出电流密度场矩阵得到提坝上的电流密度分布；其中，磁异常场矩阵Bs为观测数据dobs。 5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：在观测点利用磁探头采集磁感应强度矢量。 6.一种基于权利要求1-5任一项所述方法的装置，其特征在于：包括：发射电极A和B、信号发射机、接收器以及分析处理器；其中，发射电极A和B分别设置在提坝的两侧，所述发射电极A位于水库中并与水接触，所述信号发射机连接于发射电极A和B之间；在所述提坝上按照预设线距和点距排布磁观测点，所述接收器设于磁观测点处采集磁感应强度矢量；所述分析处理器与所述接收器连接，用于获取接收器在信号发射机不供电时采集的每个磁观测点上的背景磁感应强度矢量以及在信号发射机供电时采集的每个磁观测点上的总磁感应强度矢量，并识别出提坝上渗漏通道位置。 7.根据权利要求6所述的装置，其特征在于：所述接收器为磁探头或磁力仪。 8.根据权利要求6所述的装置，其特征在于：所述发射电极B位于陆地。 9.根据权利要求6所述的装置，其特征在于：所述信号发射机的发射信号为直流信号或者频率为0.1～380Hz的交流信号。
所属类别：	发明专利