基于小波多分辨探地雷达三维正演模拟及偏移处理

通过对Maxwell方程进行离散化,导出DB2-MRTD算法的探地雷达3D差分公式,并开发探地雷达MRTD法正演程序,利用该程序对三维雷达模型进行正演模拟,得到其相应的正演合成三维剖视图及切片图;通过对这些模拟结果进行分析,验证MRTD法在探地雷达三维正演中的有效性;利用爆炸反射原理和浮动坐标变换,推导出三维探地雷达波动方程差分格式,并把波场外推矩阵在小波域进行求解,进而得到探地雷达小波域三维偏移算法及偏移处理程序,把该程序应用于正演结果中。对比偏移处理前、后的雷达资料发现,该三维偏移算法能使3D正演剖面中的反射波归位、绕射波收敛,极大地提高了雷达剖面的分辨率。     

基于小波多分辨探地雷达逆时偏移处理

从Maxwell方程出发,利用导出的多分辨分解理论与中心差分格式,推导出小波多分辨探地雷达逆时偏移处理算法,并开发了相应的处理程序.与常规的Kirchhoff积分偏移法、15°有限差分偏移法处理后的雷达资料相比较,小波多分辨探地雷达逆时偏移处理算法具有对反射波归位准确、偏移结果精度高、成像效果好、无偏移倾角限制、对噪声具有很强适应能力的优点,可大幅度提高雷达剖面的分辨率,更好地指导探地雷达剖面的地质解释.     

探地雷达各向异性介质有限差分偏移线性变换

将地震偏移技术中的线性变换差分偏移应用于探地雷达的数据偏移,在讨论各向同性介质线性变换差分偏移算法的基础上,研究各向异性介质偏移归位情况来解决该算法对速度的高敏感性问题,编写探地雷达线性变换差分偏移算法的Matlat程序:通过对线性变换差分方程推导,得到一系列三对角线性方程组:在求解这些特殊方程组过程中,通过调用Matlat程序中定义的Pursue函数来循环求解这一系列大型的三对角线性方程组,并将计算结果进行储存供后续迭代使用,最后将满足终止条件的偏移成像矩阵输出并可视化,运用该算法分别对各向异性的正演雷达数据和实测雷达数据进行处理.研究结果表明:该算法在对各向异性介质中存在多次反射质点和主要反射层的地质问题进行偏移归位时具有明显优势.     

三维探地雷达在城市市政管线渗漏探测中的应用

以城市给排水管网基地测试管道为对象,针对一根埋深0.6 m,直径100 mm水管,通过现场实验探讨三维探地雷达(GPR)探测管线渗漏的可行性。实验中在渗漏点附近沿垂直于管线方向布设了31条平行测线,采集了C扫描雷达数据。对比渗漏前后的二维雷达剖面以及雷达数据三维偏移成像图可知,三维探地雷达可更加有效地探测和识别地下目标几何形态,判断由于地下水管渗漏形成的周围土壤浸润区的范围和大小,从而确定渗漏位置。     

室内干扰条件下探地雷达在埋地管线探测中的应用

探地雷达是近些年发展起来的广泛用于工程与环境物探领域的新型仪器。介绍了探地雷达在管线探测中的测量原理 ,探讨了室内干扰条件下探地雷达资料采集和图像解释的方法。实际应用结果表明 ,探地雷达能够探测到地下存在的异常体 ,该技术具有广泛的适应性及较强的抗干扰能力 ,其分辨率较高 ,因而具有很好的应用前景。     

基于三角形剖分的复杂GPR模型有限元法正演模拟

针对基于矩形网格剖分的时域有限差分法(FDTD)和有限单元法(FEM),对于物性参数分布复杂或几何特征不规则的模型适应性差的问题,从雷达波所满足的Maxwell方程出发,推导探地雷达(GPR)有限元波动方程,通过采用三角形网格剖分和线性插值基函数,在满足时间步长与空间网格差分稳定性前提下,应用Galerkin有限单元法求解GPR波波动方程;同时为消除FEM进行GPR正演模拟时来自截断边界处的超强反射,采用透射边界条件把GPR波在截断边界处的反射波透射出去,进而压制来自截断边界处的反射波。然后,编制GPR有限元正演模拟的Matlab程序。应用该程序分别对起伏分界面、"V"字形2个复杂地电模型进行FEM正演模拟,得到基于三角形网格剖分的FEM正演模拟GPR剖面图,并把该正演模拟剖面图与常规的基于矩形剖分的FEM正演模拟剖面图进行对比,结果表明:基于三角形剖分的FEM对于复杂GPR模型的物性参数分界面拟合更好,其模拟所得的正演剖面与实际模型更相符,具有更高的模拟精度,更有利于指导雷达剖面的数据解译。     

采用短时傅里叶变换的铁路车载探地雷达数据解译方法

为了更好地实现探地雷达( GPR)在铁路路基检测中的应用,寻求一种用于识别路基不同病害特征的有效方法,克服传统人工解泽方法的低效率和主观性,选取大同一准格尔铁路线中典型的雷达实测图像,采用短时傅里叶变换(STFT)方法,通过对信号进行时域和频域分析,确定合适的窗函数类型和长度,得到一组可用于对不同铁路路基病害进行分类的时频域图像,分析表明,图中不同深度处的能量分布特性与实际路基情况相符.然后,通过对图像形态特征的分析,得到一组典型的特征参数值,研究了不同目标信号在该特征参数空间的聚类特征,并将STFT方法与Welch功率谱估计法、时域局部能量法的计算结果进行了对比分析,结果证明STFT方法具有优越性,可以作为GPR数据分类的基础.     

基于YOLO算法的探地雷达道路图像异常自动检测

探地雷达(ground-penetrating radar, GPR)是一种可用于道路内部异常目标识别的无损检测方法。GPR工作时往往产生海量的扫描数据,而数据解释是技术要求高、任务繁重的工作,通常需要人工完成。此外,道路内部的复杂性和异常目标的多样性增加了图像异常检测的难度。近年来,人工智能(artificial intelligence, AI)技术的快速发展为基于AI的探地雷达B-scan图像自动解释提供了可行的技术思路,常用的深度学习算法有RCNN(region-convolutional neural network)和YOLO(you only look once)。虽然YOLOv3在目标检测方面已经有了一定的成效,但YOLOv4的改进算法可以进一步提高检测能力。结合YOLOv3算法,对比研究分析YOLOv4目标检测算法的改进对于目标检测任务的影响,以及YOLOv4算法对探地雷达图像异常目标检测效率的提升能力。结果表明,YOLOv4的改进算法更适用于探地雷达异常目标的自动检测,经过训练后的YOLOv4网络模型满足探地雷达道路内部异常目标智能化检测需求,具有较强的实用价值。     

基于偏移定位技术的水利探测方法及应用

为了抑制探地雷达原始图像中较为强烈的直达波,突显较弱的目标信号,实现对隐患位置的精确定位,提出了结合鲁棒主成分分析的Stolt偏移方法。首先使用探地雷达分析程序包matGPR 3.1生成合成数据,模拟坝体和坝体内空洞模型,通过扫描处理得到探地雷达原始图像,然后利用鲁棒主成分分析方法提取目标双曲线信号,最后采用Stolt偏移技术对目标信号进行聚焦处理,并通过最小熵速度估计选取合适的偏移速度得到最佳偏移效果。实验结果表明,提出的方法能够有效地抑制杂波,更清楚地判别目标空洞的位置。与之前方法相比,其得到的图像分辨率更高,性能更优,在水利工程隐患探测方面具有一定的应用价值。     

地下管线雷达探测图像处理及解释系统

针对非开挖施工的特点及需要,开发了地下管线雷达探测图像处理解释软件系统;通过对若干关键问题的研究,实现了不同类型雷达数据的共享数据处理、基于人工神经网络技术的探地雷达剖面的智能解释、解释成果的三维可视化等功能,并可根据解释获得地下管线分布数据,系统自动设计非开挖钻进轨迹;现场验证及试用结果表明,该软件系统对地下管线的判别具有较高的可信度,可为非开挖施工提供准确的资料及指导非开挖施工.     

探地雷达信号的反褶积研究

根据探地雷达信号基本子波的特点,设计了一种适宜于探地雷达信号的反褶积算法。该方法将基本子波转化为一个位于子波绝对最大值处的尖脉冲,反褶积后,子波被压缩在绝对值最大处,而不是在子波的开始。它可以有效地去除基本子波的拖尾,压缩基本子波的长度,提高信号的纵向分辨率和信噪比。通过对探地雷达实验数据和高速公路检测数据的计算,表明了该算法是一种非常有效的方法。     

综合超前地质预报技术在隧道浅埋段中的应用

赋存在地下的岩土体受到的应力、温度、构造、地震等作用,导致介质复杂多变,物探解译具有多解性,采用单一的探测手段对地下岩土体展开探测,有许多局限性.为提高探测的精度和准确度,以地质勘察资料为基础、地表地质调查和地质雷达相结合的综合超前地质预报对漆树坪隧道掌子面前方的不良地质体展开探测,实践证明该方法有效可行.     

探地雷达应用于植物粗根探测的研究进展

应用探地雷达开展植物粗根探测始于1999年,经过15年的验证与发展,其粗根探测的有效性和精度已在不同探测物种和不同实验条件下得以证实。作为一种非侵入性的地球物理探测手段,探地雷达探测粗根的方法不但克服了传统根系调查耗时费力且破坏性较大的限制,并使得野外大面积重复性粗根观测成为可能。近几年,探地雷达粗根探测在粗根雷达信号正演模拟方法的建立,影响粗根探测精度的敏感因素分析,粗根生物量反演方法的改进和根系三维结构的重建等方面取得了进展,完善了探地雷达探测粗根的方法和流程,拓展了非侵入性根系探测的研究范围。随着探地雷达系统、数据处理软件和雷达数据采集方式的进一步改进,探地雷达在根系探测领域必将展示出更大的潜力。     

隧道衬砌空洞的探地雷达图谱特征研究

探地雷达作为一种高效、先进的无损检测设备,能够对隧道衬砌实施连续扫描,获得形象直观的探测图像,在公路隧道衬砌空洞检测中获得了广泛的应用.然而,由于探地雷达在我国的应用时间还非常短暂以及雷达图谱的复杂性,因此探地雷达空洞图谱的辨识还存在一定的问题.据此,通过空洞模型实验和隧道衬砌空洞现场实验,研究了模型空洞和公路隧道衬砌实测空洞的探地雷达图谱特征.在对实验数据及图像进行全面分析和对比之后,得到空洞探地雷达图谱的特征,据此提高隧道衬砌空洞探地雷达图谱的判读精度.     

探地雷达信号奇性检测及去噪

探地雷达信号十分复杂，包含各种干扰，使得实时记录图像多变且不易分辨，利用小波变换空间域一频率域双重局部性的特点，对雷达信号进行奇性检测，不仅能确定信号奇性的空间位置，还能压制噪声．     

采空区充填物探地雷达识别技术研究及应用

设计了一个由混凝土、矿粉和尾砂等材料制成的带空洞的实验模型.在模型的预留空洞中,分别充填水、砂、泥和空气进行了模拟实验,研究不同充填介质在探地雷达探测图像中表现出的特征及差异,进而辨别不同充填介质.论述了采空区探地雷达探测原理与方法,并通过在甘肃厂坝铅锌矿进行现场试验,分析、识别了采空区内充填物类型及状态.实践表明,应用探地雷达技术,可以高效、准确地探测采空区及其充填情况.     

基于Keystone变换的锥扫定位算法

针对距离高分辨圆锥扫描测角体制中,锥扫周期内目标回波距离像跨距离分辨单元走动使得锥扫测角失败的问题,提出一种基于Keystone变换的锥扫定位算法.在径向速度未知或未精确获知的情况下,通过Keystone变换对圆锥扫描周期内获得的多个距离像进行校正,可以正确提取锥扫幅度调制信息,使锥扫测角算法得以应用.计算机仿真结果验证了该方法的有效性.     

复杂地质环境下255大巷附近地质异常地质雷达探测研究

玲珑金矿255主运巷处于复杂的地质环境条件下,构造活动带岩土体动力稳定性和岩体结构探测与地质超前预报是工程有效治理的前提.依据现场雷达探测分辨率要求,选定250 MHz屏蔽天线探测,找到空区隐患的准确位置和围岩特征,为255主运巷后期的加固与治理提供了依据.     

基于谱能分析法解决地质雷达大尺度探深问题

为了突破地质雷达低频天线探测深度与辨识率之间的矛盾,满足浅埋地下工程精细化物探的需求,基于谱能分析法对常规低频天线采集的雷达信号进行后处理,通过对探测目标介质体的频响强度分析,有效提高雷达回波的识别能力,实现了较常规雷达信号处理分析方法增大2~3倍探测深度的良好效果。结合某隧道中坍塌冒顶围岩扰动影响范围的探测实例,采用100MHz低频天线及谱能分析信号后处理技术达到了100m的大尺度探深,初步解决了地质雷达大尺度探测的工程问题。     

探地雷达在地下顶管脱空检测中的应用效果分析

为了对顶管周围的脱空和密实情况进行探测,结合工程实例,采用探地雷达对水泥顶管和钢制顶管开展实践探测工作和试验性探测研究;同时,从理论上建立了水泥顶管和钢管顶管的脱空模型,开展探地雷达二维有限单元法正演模拟。研究结果表明:探地雷达对水泥顶管周围的脱空情况进行探测时,能取得很好的效果;探地雷达对钢制顶管周围的脱空情况进行探测时,由于雷达天线与管壁之间的多次反射信号强烈,对脱空的探测效果很差。因此,探地雷达对于水泥制的顶管脱空检测是可行的,而对于钢制顶管的脱空检测需要研究新的无损检测方法、研制新的设备,以便取得好的应用效果。