本發明屬于隧道工程領域，具體涉及一種針對隧道工程的信號處理方法和檢波器。

背景技術：

1、在隧道工程中，彈性波超前地質預報儀用于探測隧道開挖面前方的圍巖結構及地質條件。彈性波超前地質預報儀由振源、檢波器和分析儀組成。其中，振源在隧道邊墻或掌子面附近激發彈性波，當彈性波遇到波阻抗差異界面時，會發生復雜的反射、折射、透射和散射現象，導致彈性波發生能量衰減；反射波信號被布置在隧道內的多個檢波器接收，檢波器對采集到的信號進行處理，并將處理后的信號發送給分析儀；分析儀進一步對檢波器發送的信號進行處理，最終輸出三維地質結構圖。通過對三維地質結構圖進行圖像分析得出隧道開挖面前方的圍巖結構及地質條件。

2、然而，在實際獲得的三維地質結構圖中常出現邊界不連續、圖像模糊等缺陷，導致難以準確地分析出隧道開挖面前方的圍巖結構和地質條件。主要原因之一是：分析儀接收到的信號的幅度值顯著降低，這些低幅值信號都將影響分析儀的三維成像結果。進一步的，導致信號幅度值降低的原因在于：一方面，彈性波在復雜的圍巖結構傳播過程中發生衰減；另一方面，檢波器內各信號通道之間相互干擾。

技術實現思路

1、本發明所要解決的技術問題是：如何實現在分析儀接收到信號之前剔除掉影響三維成像結果的低幅值信號。

2、本發明通過下述技術方案實現：

3、第一方面，提出一種針對隧道工程的信號處理方法，在每一個檢波器中執行以下步驟：從數據存儲模塊中提取出多個歷史存儲的信號幅度值，建立第一數據集；對所述第一數據集中的信號幅度值聚類，得到多個簇；獲取每一個簇的數值區間，建立數值區間參考列表；根據數值區間的中位數，為每一個數值區間分配對應的優先級序號；分別對x通道、y通道和z通道執行以下步驟：s1：獲取當前信號到達傳感器時刻的初始信號幅度值，為所述當前信號添加到達時間標記；s2：利用本通道與另外兩通道之間的隔離度和所述初始信號幅度值，獲取所述當前信號經過所述本通道傳輸到輸出端口處的信號幅度值；s3：從其他每一個檢波器的對應通道的輸出端口處獲取目標信號的信號幅度值，建立第二數據集；所述目標信號與所述當前信號具有相同的到達時間標記；s4：獲取所述第二數據集中每一個信號幅度值所屬的數值區間對應的優先級序號，建立第三數據集；s5：獲取所述s2所述的信號幅度值所屬的數值區間對應的優先級序號；s6：判斷所述s5所述的優先級序號在所述第三數據集中是否為最大值；若是，則保持所述本通道暢通；否則，關閉所述本通道。

4、技術效果：本方法通過數值聚類、數值區間劃分、隔離度分析、優先級比較，實現了對隧道內多個檢波器的多個信號通道（包括x通道、y通道和z通道）進行動態選擇，只允許當前時刻的幅度值最高的信號被發送至分析儀，從而剔除掉低幅值信號，避免低幅值信號對分析儀的三維成像結果造成影響。具體而言，首先對采集的歷史信號的幅度值進行了聚類，通過聚類可得出歷史信號的幅度值的分布特征，即每一個簇對應一個幅度值分布區間，進而可依據各分布區間內的幅度值數值大小進行分級，優先級的高低可作為動態地選擇信號通道的依據。進一步的，本方法考慮了檢波器內部各通道之間的隔離度對信號傳輸的影響，并以信號到達通道輸出端口處的幅度值作為了動態選擇信號通道的標準；輸出端口處的幅度值即進入分析儀的信號的幅度值，該幅度值的高低將影響分析儀的三維成像結果。最后，將同一時刻到達輸出端口處的各信號的幅度值所對應的優先級進行比較，通過保持優先級最高的信號所在的通道暢通，關閉其余優先級較低的信號所在的通道，實現對低幅值信號進行剔除，從而保證高幅值信號進入分析儀，提高分析儀的三維成像結果。

5、進一步的，所述s4之前，還包括以下步驟：s3.1：判斷所述第二數據集中的每一個信號幅度值是否落在所述數值區間參考列表的其中一個數值區間內；若是，則執行所述s4；否則，執行s3.2至s3.5；s3.2：提取出所有未落在所述數值區間參考列表的任何一個數值區間內的信號幅度值；s3.3：利用提取出的所有信號幅度值建立一個或多個新的數值區間，得到多個新的數值區間；s3.4：將所有新的數值區間添加到所述數值區間參考列表中；s3.5：根據數值區間的中位數，為所述數值區間參考列表中的每一個數值區間重新分配對應的優先級序號。

6、其中，建立新的數值區間的方法為：按照優先級序號從小到大的順序對所述數值區間參考列表中的所有數值區間排序，得到數值區間序列；遍歷所述數值區間序列；所述遍歷包括：步驟a1：判斷當前訪問的數值區間是否為第一個數值區間；若是第一個數值區間，則執行步驟b1至步驟b3；若不是第一個數值區間，則判斷當前訪問的數值區間是否為最后一個數值區間；若不是最后一個數值區間，則執行步驟c1至步驟c3；若是最后一個數值區間，則執行步驟d1至步驟d3；步驟b1：將提取出的信號幅度值與當前數值區間的下限進行比較；若提取出的信號幅度值＜當前數值區間的下限，則執行步驟b2；若提取出的信號幅度值＞當前數值區間的下限，則執行步驟b3；步驟b2：建立一個新的數值區間；新的數值區間的上限為提取出的信號幅度值；步驟b3：將提取出的信號幅度值與當前數值區間的上限進行比較，并訪問下一數值區間，以及返回所述步驟a1；步驟c1：將提取出的信號幅度值與當前數值區間的下限進行比較；若前一數值區間的上限＜提取出的信號幅度值＜當前數值區間的下限，則執行步驟c2；若提取出的信號幅度值＞當前數值區間的下限，則執行步驟c3；步驟c2：建立兩個新的數值區間；其中一個新的數值區間的下限為當前數值區間的上限，上限為提取出的信號幅度值；另一個新的數值區間的下限為提取出的信號幅度值，上限為下一數值區間的下限；步驟c3：執行所述步驟b3所述的方法；步驟d1：將提取出的信號幅度值與當前數值區間的下限進行比較；若前一數值區間的上限＜提取出的信號幅度值＜當前數值區間的下限，則執行所述步驟c2所述的方法；若提取出的信號幅度值＞當前數值區間的下限，則執行步驟d2；步驟d2：將提取出的信號幅度值與當前數值區間的上限進行比較；若提取出的信號幅度值＞當前數值區間的上限，則執行步驟d3：步驟d3：建立一個新的數值區間；新的數值區間的下限為提取出的信號幅度值。

7、技術效果，本方法還考慮了各檢波器采集到的信號的幅度值差異，為保證從其他檢波器采集到的信號的幅度值在本檢波器中能夠找到對應的數值區間，利用插值的方式對數值區間參考列表進行了動態更新，從而提高通道篩選的準確度。

8、第二方面，提出一種針對隧道工程的檢波器，包括：數據提取模塊，用于從數據存儲模塊中提取出多個歷史存儲的信號幅度值，建立第一數據集；數據處理模塊，用于對所述第一數據集中的信號幅度值聚類，得到多個簇；列表構建模塊，用于獲取每一個簇的數值區間，建立數值區間參考列表；第一序號分配模塊，用于根據數值區間的中位數，為每一個數值區間分配對應的優先級序號；時間標記模塊，用于獲取當前信號到達傳感器時刻的初始信號幅度值，為所述當前信號添加到達時間標記；幅值計算模塊，用于利用本通道與另外兩通道之間的隔離度和所述初始信號幅度值，獲取所述當前信號經過所述本通道傳輸到輸出端口處的信號幅度值；第一幅值采集模塊，用于從其他每一個檢波器的對應通道的輸出端口處獲取目標信號的信號幅度值，建立第二數據集；所述目標信號與所述當前信號具有相同的到達時間標記；第一序號提取模塊，用于獲取所述第二數據集中每一個信號幅度值所屬的數值區間對應的優先級序號，建立第三數據集，第二序號提取模塊，用于獲取所述幅值計算模塊獲得的信號幅度值所屬的數值區間對應的優先級序號；第一分析控制模塊，用于判斷所述第二序號提取模塊中的優先級序號在所述第三數據集中是否為最大值；若是，則控制第一通道控制模塊工作；否則，控制第二通道控制模塊工作；第一通道控制模塊，用于保持所述本通道暢通；第二通道控制模塊，用于關閉所述本通道。