RAMAC／GPR探地雷达数据处理软件的自主开发与应用

分析研究了RAMAC／GPR探地雷达的数据结构,结合数据处理技术,利用Visual C＋＋编写了雷达数据处理软件,成图效果较好,为该类探地雷达数据的自主处理分析提供了高效率工具。     

探地雷达测量土壤含水量的应用研究

快速、准确地获得土壤含水量信息对农业、水文地质、工程地质和环境科学都具有十分重要的意义.作为中尺度的非侵入型的探测土壤含水量的方法,探地雷达方法受到越来越多的重视,具有广阔的应用前景.本文基于速度分析原理和混合介质介电模型,建立了一套计算土壤含水量的探地雷达数据处理和分析流程.利用提出的数据处理和分析流程对多层水平介质模型的正演模拟数据进行了处理和分析,获得的结果说明了应用此套流程对探地雷达共中心点(CMP)数据估计土壤含水量是适用可行的.然后应用此流程对蒙古国乌兰巴托市水源区域采集的CMP数据进行了处理和分析,并与观测井的信息进行对比,获得了该区域准确的地下水位和土壤含水量信息.正演模拟数据和实测数据处理分析结果验证了探地雷达方法测量土壤含水量的有效性和可靠性.     

路面基层探地雷达图像纹理特征提取方法研究

探地雷达数据中的形状和纹理特征是公路病害识别的重要依据,许多专家和学者提取和分析了公路病害在探地雷达图像上的形状特征,却很少提取其纹理特征,从而无法全面的反映公路病害特征.为提取和分析探地雷达路面数据的纹理特征,本文提出基于线性型、对数型和指数型三种转换类型的探地雷达数据灰度级转换方法,并采用灰度共生矩阵和小波变换提取转换后的探地雷达图像纹理特征.采用线性型、对数型和指数型转换关系将探地雷达数据转换为图像数据,通过对比分析,64级线性转换是将探地雷达数据转换为图像数据的最佳转换类型;以公路路面结构层层间不密实为例,讨论了灰度共生矩阵各参数的选择,并基于灰度共生矩阵算法提取纹理参数特征图;对探地雷达图像进行二层小波分解,得到高频部分和低频部分,并计算高频系数的平均能量.通过分析各个特征图可以得出,不密实病害的纹理特征明显,出现上下边界两条与其内部反差较大的特征曲线,这对其识别具有重要意义.从小波分解的结果可以得出,不密实纹理信息集中在低频部分.本文采用的提取探地雷达图像纹理特征的方法在公路病害识别方面具有一定的实用性,为公路养护提供重要的技术支撑.     

探地雷达三维属性技术在考古调查中的应用研究(英文)

近年来,探地雷达属性技术得到快速发展,并被应用于诸多领域,但在考古领域的应用有待进一步研究。尤其是如何从二维或三维雷达数据体中提取有效属性,对大型文化遗址中不同的考古目标进行解释。我们在云南腾冲南诏古城遗址的调查中,应用了探地雷达技术。为更好地对不同的考古目标体(古城墙、古窑址和古墓葬)进行刻画,我们把采集到的探地雷达资料进行了规范化整理,输入到地震数据处理和解释的工作站,结合考古钻探资料,进行了数据处理和多种探地雷达属性的提取、分析及优化组合,最后应用均方根振幅、平均波峰振幅、瞬时相位和最大波峰时间对三种目标体进行解释。通过对比分析,我们明确了在对不同的考古目标体进行解释时,应该使用不同的属性特征;层位追踪之后进行属性提取和分析的效果要好于普通的等时切片。     

地震台站勘选数据处理软件的设计与实现

针对地震台站在勘选过程中处理地脉动噪声数据繁琐的问题,文章在VS开发环境下基于C#语言开发出一套数据处理软件。软件能同时处理三分向的文本数据文件,按照指定格式保存到excel文件中,便于绘制功率谱密度图像,方便快捷,提高了工作效率,具有较强的实用性和推广性。     

一套用于台站测震分析工作的微机程序

本文介绍了一套在 APPLE-Ⅱ计算机上运行用于基本台站测震分析的 BASIC 程序。包括①地震震相理论到时计算,②地震观测数据处理、报告编制与存档,③报告打印④观测报告磁盘文件的修改等各种功能的程序。文章重点介绍了建立走时表数据文件的原理与思路,并对各个程序的功能作了简要的说明。     

黑龙江省数字化区域前兆台网AFTS系统的设计开发

针对数字化前兆数据文件多且数据量越来越大的特点,笔者研究了黑龙江省数字化区域前兆台网中心前兆数据流的传输模式,采用DOS脚本和汇编语言,设计开发了台网前兆数据每日自动下载和台站每日数据自动拨号传输的系统--Auto Fik Transmission Systern For Seismic Prectlsor Network Center By Ftp Service(简称AFTS Version 1.5).该系统减少了台网(站)值班人员每日数据处理的工作量,台网版部分整个运行过程不需人为干预,每日自动传输规定文件并生成传输文件,情况记录日志,提高了前兆数据文件网络传输效率.     

探地雷达应用概述

以ASTM标准规范为基础对探地雷达（Ground Penetrating Radar 以下简称GPR）的地下探测方法的应用做了比较系统的概述,主要内容包括：部分专业术语的解释;测试过程中雷达探测深度及其中心频率、垂直分辨率、水平分辨率等的关系,测试过程中常见的天线移动方式,以及雷达波速的预测几种方法,数据显示方式;雷达数据解释和数据处理的一般过程及方法.目前我国尚没有关于GPR的国家规范或行业标准,文章对GPR的使用及规范的编制具有一定的参考意义.     

基于经验模态分解的车载探地雷达探测信号强干扰处理

随着铁路货运量的不断增大和列车的提速,针对铁路路基出现的病害进行快捷的检测方面的需求逐渐加强.探地雷达是一种无损高效的检测手段,但其应用于铁路路基探测中,其探测记录易受轨枕等介质的强干扰反射所湮没.为了更准确地实现探地雷达在铁路路基检测中的应用,提出了一种针对轨枕等高频噪声的方便、快捷、自适应的压制算法,降低了人工解译方法的低效率和主观性.本文首先介绍了经验模态分解原理及实现方法并对铁路路基病害建模获得探地雷达仿真数据,提取探地雷达仿真信号同一采样点上不同扫描道的数据组成一维信号,将一维信号进行经验模态分解并对固有模态函数重构,分析高频信号消除效果.其次,对探地雷达仿真数据所有采样点依次行经验模态分解并对固有模态函数重构从而压制轨枕等的高频噪声.最后,将车载雷达实测数据进行经验模态分解压制噪声,得到了压制强噪声后的雷达图像.处理结果表明:车载雷达原始数据经过经验模态分解的压制噪声处理后,干扰信号被降低,提高路基病害的弱反射信号的信噪比.因此,经验模态分解能压制轨枕等强干扰信息,便于铁路路基病害的识别.     

广域电磁勘探数据可视化预处理软件开发

针对广域电磁法勘探数据预处理过程操作繁复、集成化与可视化程度低、处理效率低等问题,重新设计了原始数据采集的存储格式,开发数据可视化的预处理软件以解决上述问题.软件采用C++语言编写,以MVC模式设计和构建,广泛采用STL标准模板库技术,集成和实现了广域勘探数据预处理过程的所有功能.软件以广域电磁勘探采集的原始数据文件为输入,通过使用数据可视化技术,使得操作人员能够在数据坐标系中直观而便捷地对勘探数据进行交互式分析、粗大误差剔除等处理,最终可输出计算视电阻率的数据文件.软件以数据可视化和交互操作为基础,具有数据形态直观、分析指标丰富、操作处理简便、处理效率高等特点.目前本软件已应用于实际勘探生产中,对大量生产数据进行了预处理,极大地提高了数据预处理的工作效率,同时预处理后的数据质量也得到了较大的提高,取得良好的应用效果.     

自适应Chirplet变换及其在探地雷达目标探测中的应用(英文)

探地雷达不仅能够探测金属目标体,而且能够探测非金属目标体,而成为UX0和地雷探测的一种重要的浅部地球物理方法。但是在地雷和UX0探测中,目标体埋藏深度浅,在探地雷达数据信噪比较低情况下,地表和土壤层的反射严重干扰对目标体的拾取。本文采用自适用Chirplet变换来消除地表层和土壤层变化的干扰,并在Radon—Wigner分布的基础上,采用自适用Chirplet变换来拾取目标体的信号。通过对实际探测实验数据应用证明,本方法处理结果比传统的偏移方法具有较高的信噪比,并能清晰地提取目标体信号。     

地震震源机制源数据读取软件的设计与应用

为了减少小震震源机制研究过程中源数据读取、录入的工作量,结合研究项目对源数据的要求和所用软件的特点,利用Visual Basic语言编辑出地震震源机制源数据读取软件。该软件能够从分析软件形成的二进制震相文件中自动提取所需数据,并对数据进行相应筛选和格式处理,形成符合计算地震震源机制解要求的源数据文件,减少了数据录入环节,避免了因数据录入错误或格式错误对研究结果的影响。     

基于探地雷达粉煤灰充填复垦土壤含水率反演

为探究通过电磁波属性信息反演复垦土壤含水率的可行性,本文以安徽省淮南市平圩复垦农田土壤为研究对象,使用探地雷达(GPR)系统采集电磁波数据,运用FIR(Finite Impulse Response)滤波、Hilbert变换等信号处理方法,揭示雷达电磁波与含水率的响应机制.结果 表明:探地雷达电磁波振幅属性与含水率之间存在明显响应特征,相比较之,指数回归所构建的振幅包络平均值(Average Envelope Amplitude,AEA)模型对土灰混合体含水率的预测效果最好,决定系数R2达到0.83,均方根误差RMSE为1.48％;而对覆土土壤而言,采用多项式回归所构建的AEA模型对含水率的预测效果更好,R2达到0.9,RMSE为0.83％;AEA法在耕层厚度范围内电磁波振幅属性与含水率响应程度强烈,在此范围外随土层厚度的增加响应程度愈低.表明基于GPR的粉煤灰充填复垦土壤耕层含水率反演方法可行,研究成果可为探地雷达在土地复垦质量评价方面提供技术支撑.     

利用探地雷达频谱反演层状介质几何与电性参数

通过对地下层状介质探地雷达(GPR)回波广义反射系数的奇偶分解,建立了联系GPR反射系数序列频谱与介质几何参数、电性参数的代价函数,这些介质参数包括地下反射面的深度、层厚度以及各层的介电常数和电导率,从而提出了一种由GPR频谱同时估算地下介质多参数的全局优化反演方法.为了对多参数全局优化算法给出一个合理的参数初值,研究了不同参数对反射系数序列频谱属性的影响规律,提出了利用不同频谱属性分别估算不同参数的分步反演方法.以分步反演方法得到的结果作为多参数全局优化反演的初值,可以极大地提高反演计算的效率和反演结果的可靠性.用理论模型合成数据和GPR公路检测数据对本文方法进行了测试,结果表明本文方法效果良好,具有较高的分辨率,能较好的给出厚度小于调谐厚度的薄层的深度、厚度和介电常数等参数.     

基于全波形反演的探地雷达数据逆时偏移成像

逆时偏移成像(RTM)常用来处理复杂速度模型,包括陡倾角及横向速度变化剧烈的模型.与常规偏移成像方法(如Kirchhoff偏移)相比,逆时偏移成像能提供更好的偏移成像结果,近些年逆时偏移成像越来越广泛地应用到勘探地震中,它逐渐成为石油地震勘探中的一种行业标准.电磁波和弹性波在动力学和运动学上存在相似性,故本文开发了基于麦克斯韦方程组的电磁波逆时偏移成像算法,并将其应用到探地雷达数据处理中.时间域有限差分(FDTD)用于模拟电磁波正向和逆向传播过程,互相关成像条件用于获得最终偏移结果.逆时偏移成像算法中,偏移成像结果受初始模型影响较大,而其中决定电磁波传播速度的介电常数的影响尤为重要.本文基于时间域全波形反演(FWI)算法反演获得了更为精确的地下介电常数模型,并将其反演结果作为逆时偏移成像的初始介电常数模型.为了验证此算法的有效性,首先构建了一个复杂地质结构模型,合成了共偏移距及共炮点探地雷达数据,分别应用常规Kirchhoff偏移算法及逆时偏移成像算法进行偏移处理,成像结果显示由逆时偏移成像算法得到的偏移结果与实际模型具有较高的一致性;此外本文在室内沙槽中进行了相关的物理模拟实验,采集了共偏移距及共炮点探地雷达数据,分别应用Kirchhoff和叠前逆时偏移成像算法进行处理,结果表明叠前逆时偏移成像在实际应用中能获得更好的成像效果.     

一种新颖的探地雷达快速正演模拟及埋地目标探测机器学习方法

探地雷达正演模拟在真实雷达数据解译及全波形反演中扮演着重要的角色,针对传统探地雷达(Ground Penetrating Radar, GPR)正演模拟计算量巨大、耗时、不利于实时探测等问题,提出一种基于机器学习框架的近实时GPR正演模拟方法.以混凝土中的钢筋探测作为GPR应用场景,混凝土的含水量、钢筋半径及埋地深度作为模型参数,利用时域有限差分数值模拟散射回波信号;运用主成分分析对回波数据进行降维处理得到相应的主成分权值系数,并以此作为机器学习网络的输出;设计了一种基于随机森林的多层循环网络架构和学习策略,不仅充分挖掘学习模型参数和主成分权值系数之间的内在因果关系,也共享主成分间的相互联系,并具有对每个预测主成分完善和修正的功能,以此实现基于机器学习的探地雷达快速正演模拟,与传统机器学习相比,有效提高了正演模拟的精度.在此基础上将两个深度神经网络与随机森林相结合,以回波数据主成分系数为输入,建立了基于机器学习的场景参数预测模型,实现了近实时的埋地目标探测,预测的混凝土含水量最大误差为2%,钢筋埋地深度最大误差为6.7%.     

工程结构地下水病害电磁雷达检测技术研究

由于积水病害隐藏在一定厚度的钢筋混凝土层背后,加上积水空洞具体形态的不规则性以及洞内可能充填水分、空气、浆液、土等介质的因素,故其存在相当的复杂性。阐述了采用地质雷达对隧道衬砌质量进行无损检测的原理及方法,并对某隧道进行了健康诊断。通过对现场数据处理分析,可以精确探测衬砌厚度,确定钢筋及格栅钢架的分布位置及数量,查明衬砌背后特别是拱顶存在的空洞和回填不密实区域。同时,应用形态学处理方法对衬砌雷达图像进行特征提取,通过小波处理技术,直观且方便地得到了衬砌边界线和积水区域,发现了衬砌中的异常点。同时,对地质雷达探测结果采用钻孔法进行验证,两者相吻合。实践证明,使用地质雷达对隧道混凝土衬砌结构进行检测是切实可行的。     

基于VC++大地电磁数据处理软件开发

研究了GDP大地电磁系统AVG的数据格式,根据实际需要、结合先进的计算机技术和当今比较流行的Visual C++6.0开发工具开发了相应的软件—GDP大地电磁数据处理软件,其中主要功能有：(1)多类型参数数据的曲线显示、参数值的实时显示以及读取存储功能;(2)可视化数据编辑功能;(3)电阻率深度提取功能.笔者在软件系统的设计中,嵌入了模块化思想,为今后完善和移植GDP大地电磁系统数据处理软件奠定了基础.最后通过GDP大地电磁系统数据处理软件对青海某矿区的实测CSAMT资料进行校正处理,效果明显,说明GDP大地电磁系统数据处理软件有较强的实用性.     

探地雷达在地铁盾构施工滞后沉降监测中的应用研究

在成都地铁2号线盾构施工过程中,由于成都地层特有的砂卵石层地质结构,产生地表滞后沉降问题.论文首先对此问题,建立了以空隙率为表征的地下介质扰动随时间发展的四个阶段的数值模型,应用有限差分数值模拟方法论研究和分析了源于滞后沉降的地下扰动不同发展时期的探地雷达反射波特征.然后结合成都地铁2号线盾构施工滞后沉降监测的对应的四个阶段探地雷达数据,分析了实际的滞后沉降地下扰动不同发展时期的雷达特征和灌浆治理效果的评价.论文通过数值模拟与实际雷达资料的对比研究结果,可为类似的城市地铁地表滞后沉降的探测和检测方法提供理论和技术的支持.     

基于变分自动编码器的探地雷达噪声压制及双曲线识别

受仪器设备和环境的影响,使用探地雷达(GPR)进行数据采集的过程中会引入各种不同的噪声,从而干扰目标体反射信号,对数据处理及解释造成困难.由此,本文提出了一种能够同时实现GPR剖面数据噪声压制及双曲线异常识别的变分自动编码器(VAE)神经网络结构.首先,详细阐述了模型结构、数据集建立及网络参数选择;然后,通过合成数据实验验证该算法的有效性及模型的泛化能力,相比于深度卷积自动编码器(CDAE),本文算法在噪声压制能力和双曲线识别能力上均表现更优;最后,通过对隧道衬砌和管线的实测数据进行处理,验证了本文算法的实用性.