基于GPRSIM的道路地下病害体探地雷达正演模拟研究

探地雷达因其便捷、高效、无损的优势目前被广泛应用于道路地下病害体探测任务中,但雷达图像识别又缺少统一的解释标准,所以亟需为病害体探测提供判别依据。因GPRSIM探地雷达正演软件可自定义模型形状、天线频率大小及正演速度快等优点,所以研究基于GPRSIM设计了不同填充类型、形状、规模、埋深、天线中心频率的道路路基空洞病害模型进行正演模拟研究,并分析总结病害雷达特征。其结果对雷达图像的解译具有重要的指导作用,同时,也为病害体识别提供了客观的理论依据。     

探地雷达的正演模拟及有限差分波动方程偏移处理

利用麦克斯韦方程和有限差分法, 推导出雷达波的二维有限差分正演方程组, 并运用该正演方程对＂V＂字形地电模型和同一斜面上的5个圆的地电模型进行正演合成, 得到其相应的正演合成剖面;把该正演合成的剖面与实际模型相比, 得出正演合成图与实际模型的示意图在形状上有一定的差别, 这是剖面中异常点处的绕射波所致;为了提高雷达资料的解释精度, 对正演合成的雷达剖面进行后处理, 运用雷达上行波反向外推有限差分偏移法, 对2个正演合成的雷达剖面进行偏移处理, 通过对比偏移处理前后的雷达正演剖面, 采用有限差分偏移法能使雷达正演剖面中的反射波归位, 绕射波收敛, 从而大大提高了雷达正演剖面的分辨率, 有利于探地雷达剖面的地质解释和验证偏移方法的有效性.     

箱梁预应力管道内空洞探地雷达有限元正演模拟

箱梁预应力管道注浆不密实导致梁体预压应力瞬间失效,从而造成梁体突然断裂坍塌的危害。为了更准确地检测箱梁预应力管道内注浆不密实缺陷,建立箱梁预应力管道内空洞物理模型,分析在探地雷达二维及三维探测下钢筋、管道部分注浆及管道充水条件下反射波信号的成像特点。基于改进Sarma吸收边界的有限元法计算公式,编制MATLAB程序对箱梁预应力管道内不同大小的空洞进行正演模拟。通过模型试验和数值模拟对比分析,结果表明:探地雷达三维探测能识别钢筋和空洞的分布,更全面地反映不同病害的形态特征;有限元模拟分析表明回波信号出现的时间、回波强度、双曲线的曲率及延长度均与空洞几何尺寸有关。空洞在模拟和试验探测的结果均为"弧形",验证了数值模拟方法的可行性,为实际工作提供指导依据。     

基于正演模拟的地下典型目标体探地雷达图像特征分析与评价

目前探底雷达应用领域越来越广,但探底雷达剖面图的信息解译缺乏系统性的标准。本文论述了水平层状目标体,圆形目标体,矩形目标体,地下管道,局部含水层,石油污染物六种地下典型目标体模型正演模拟的图像特征。运用二维时域有限差分法构建污染场地中六种地下典型目标体的正演模型,并获得地下典型目标体雷达剖面图,进一步汇总在正演模拟剖面图中的各个典型目标体的图像识别特点,并分析雷达探测过程中多次波、绕射波等杂波的形成机理,最后通过石油烃污染场地的钻探资料验证实测探地雷达图形特征分析的准确性。本研究为实际工作中探地雷达的反射信号解译和地下目标体的识别提供了一定的理论依据。     

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。     

频散介质中探地雷达有限元法正演模拟

为了更准确地认识探地雷达(GPR)波在频散介质中的传播规律,从Maxwell方程组出发,在频散介质相对介电常数与频率满足Debye关系的条件下,经傅里叶变换,导出时间域GPR波电场和磁场的波动方程。对GPR波的电场波动方程采用伽辽金有限元法,推导频散介质中探地雷达二维有限元方程,采用透射吸收边界有效减弱截断边界的超强反射波,使得截断边界处的反射波充分吸收。利用依上述方法原理编制的程序分别对均匀模型和两圆状模型进行正演计算,验证该算法的正确性和可行性。研究结果表明:均匀频散介质中GPR子波的衰减比在非频散介质中的衰减要快得多,且GPR子波的宽度随着接收器与发射源距离的增加而变大;频散介质中异常体的反射波宽度比非频散介质中的反射波宽度大。     

时域多分辨率法在探地雷达三维正演模拟中的应用

应用小波伽略金方法,对Maxwell的2个旋度方程进行离散化,导出DB2-MRTD算法的探地雷达3D差分公式、数值稳定性条件。在此基础上,开发探地雷达MRTD法正演模拟程序。所开发的对三维立方体小空洞体模型进行正演模拟。研究结果表明:采用该程序极大地提高了运算速度,改善了三维探地雷达正演方法;相应的正演合成三维剖视图及切片图指示了立方体小空洞体的雷达波空间的三维响应特征;模拟结果表明,采用时域多分辨率法可提高探地雷达探测的可靠性、准确度。     

基于GPRMAX的探地雷达图像正演模拟

利用基于时间域有限差分法模拟软件GprMax软件进行探地雷达地质图像的模拟过程,并模拟了二维和三维的探地雷达模型。     

浅析探地雷达技术的发展历程

探地雷达(GPR)具有高效、无损、简便、快捷等诸多优点,被广泛应用在城市管线检测、堤坝查漏探测、道路危害检测等工程地质探测领域。随着软硬件及计算机技术的快速发展,探地雷达技术效率和分辨率不断提高,呈现出更加广阔的应用前景。通过查阅大量的国内外相关文献,就关于探地雷达技术的发展、雷达数据处理的正反演技术以及结合人工智能技术的探地雷达这四方面的发展历程进行了详细地叙述并系统地总结和浅析未来的发展趋势,对今后探地雷达技术相关的工作发展有一定的指导作用和意义。     

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。     

多层介质中路面雷达电磁波传播数值模拟

针对高效、快速、连续、无损的路面雷达应用技术存在的问题,研究了路面雷达电磁波在多层介质中的传播规律,基于电磁波理论的基本原理,从Maxwell方程着手,建立了雷达电磁波在路面结构体系中的传播模型,该模型考虑了介质介电常数虚部的贡献,理论上更加严谨,并更接近于道路工程实际,应用该模型,模拟合成了多层路面结构体系中雷达电磁波的反射信号,将其与实测信号对比,验证了所建立模拟方法的正确性和适用性。     

南门峡水库渗漏路径地质雷达探测分析

南门峡水库存在严重的渗漏问题,历次的灌浆都不能很好地解决这一问题。为查明其渗漏问题,引进的英国Groundvue系列地质雷达系统,探测水库的渗流通道,寻找主要渗漏路径。通过系统的探测分析,得出坝基基岩存在明显的强渗漏带,历次的注浆帷幕与坝基的防渗墙有2~3 m的水平距离,右岸注浆平硐局部有明显的破碎发育带等结果,这为南门峡水库的除险加固设计与施工提供技术支撑。     

基于时空双变网格算法的碳酸盐岩裂缝型储层正演模拟

引入局部精细时间采样算法,对空间变网格算法进行改进。将裂缝视为局部非均质体,利用空间不同尺度的网格对裂缝介质进行表征。采用有限差分算法直接求解波动方程,实现对实际碳酸盐岩介质的微裂缝储层的地震波正演模拟技术,得到地震波在裂缝型储层传播中的一些直观的波动现象。结果表明:利用局部精细时间采样算法,对精细的空间网格在时间层内可以进行局部加密求解,从而解决全局采用精细时间采样带来的庞大计算量和计算耗时问题;裂缝缝间距、裂缝切伸参数对地震记录的反射振幅能量和极性影响较大,并在反射波后常会紧跟一个弱反射能量;裂缝受构造影响较大,平缓构造和起伏构造裂缝反射模式相差较大;在了解地下构造走向的情况下,可根据不同的裂缝反射特征寻找裂缝发育带。     

Application of two migration methods for ground penetrating radar data

This paper begins with the basic principles of finite-difference migration and diffraction scan migration,and then compares the processing results of the practical ground penetrating radar GPR data with these two migration methods.It is illustrated that migration can refocus the reflecting points in radar record to their true spatial location and provide the foundation for interpretation,thus improving precision of interpretation of (GPR) profiles.     

基于小波变换和K-SVD的探地雷达杂波抑制研究

针对探地雷达原始图像中存在着大量以地表直达波为主的杂波噪声干扰问题,为了有效提取目标信号,提出了一种基于小波变换和K-Means奇异值分解的自适应双边滤波方法.将原始雷达数据进行小波分解,并应用K-SVD算法变换稀疏编码和更新原子,用更新后的稀疏系数和字典重构小块,将小块进行小波逆变换重构图像,然后对重构图像进行自适应...     

探地雷达信号的KL变换处理分析

实测探地雷达记录中存在大量的噪声干扰,有时致使目标信号难以分辨,为提高雷达剖面的信噪比,主要探讨KL变换在消除干扰噪声方面的有效性.在说明KL变换原理的基础上,通过Matlab软件进行编程计算,对时域有限差分法获得的探地雷达模拟剖面和现场实测雷达数据进行处理;再对处理前后的雷达图像进行对比分析.经过处理分析可知,KL变换可压制模拟数据中边界反射信号和棱角点的绕射波、抑制和消除实测雷达剖面中的高频杂波噪声信号,从而突出有效信号,增强有效信号的相对强度,这提高了探地雷达剖面的分辨率和反演解释精度.     

探地雷达对隧道中裂隙与富水带的响应

通过对地质雷达工作原理的理论基础分析,重点对天线频率的选取、数据采集的质量提高,典型雷达图像的解释方法等进行了介绍。并结合具体的隧道工程实例,分析了隧道中裂隙带及富水带在雷达图像上的特征,验证了采用地质雷达的方法在隧道工程中进行超前预报的准确性和重要性。     

应用GPR获取多孔介质水力参数研究进展

获取多孔介质水力参数，精细刻画野外含水层水力特征，描述含水层空间变异性，一直是水文地质学、土壤学、园艺学等研究的热点，传统的诸多方法或耗时费力，或数据量少，难以在不同尺度上监测含水介质特征的时空变化，由于探地雷达(Ground Penetrating Radar，简称GPR)电磁波的传播速度主要决定于多孔介质的介电常数，而影响多孔介质介电常数的主要因素是其孔隙度和含水率，这为电磁波方法确定多孔介质含水率、孔隙度、渗透系数等创造了条件，GPR快速、便捷、无损、多尺度、数据量大，能够精细刻画含水介质水力参数的空间变异性，为此，简要介绍了GPR的工作原理、探测方式及其应用条件，探讨了GPR获取水力参数的物理机制，综述了GPR获取水文地质参数的研究进展。指出了尚未解决的问题，并对用GPR获取水文地质参数方法今后的发展进行了展望。