钻孔雷达层析成像技术的研究与应用

我们经常所说的探地雷达包括地面探地雷达和钻孔探地雷达.我国在地面探地雷达技术的使用和研究方面已经取得了很大的成绩,但对于钻孔雷达的使用和研究尚处于初步阶段.本文在阅读大量文献的基础上,概述了目前钻孔雷达的发展状况,对钻孔雷达层析成像技术方法原理作了详细分析,并给出了其数理实现过程.通过应用实例分析其实际应用效果,根据解释结果给出了相应的工程地质评价和施工建议.最后指出其存在的缺点和未来的发展前景.希望本文对我国钻孔雷达层析成像技术进一步的发展、研究和应用有所启示.     

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.     

探地雷达的发展历程及其前景探讨

在总结近年来众多探地雷达研究者成果基础上,概述了探地雷达在仪器设备研制、数据处理及解释、应用范围这三方面的发展历程.指出了当前雷达设备研制所存在的问题、数据处理及解释技术的不足之处.并针对探地雷达以后的发展方向作了预测.希望通过此文能使读者对探地雷达有一个更深刻的了解,也希望本文对探地雷达工作有一定的指导作用.     

探地雷达测定土壤含水量的研究进展

结合国内外关于探地雷达测定土壤含水量的最新研究成果,阐述了探地雷达测定土壤含水量的基本原理和计算方法,总结和评价了土壤含水量与土壤介电常数的不同计算模型,针对在实际应用中存在的不足,提出了相关改进措施,并展望发展方向.     

路用探地雷达的应用技术研究进展

有效、无损、快捷、简便是公路检测技术发展的方向，当前国内外先进的浅层勘探技术——路用探地雷达检测，以其无损、快捷以及浅层高分辨率的优势被迅速应用于公路检测。本文对近年来路用探地雷达技术的发展及应用情况进行了介绍，详细分析了探地雷达的工作原理、系统组成结构。就探地雷达在公路建设、维护过程中的应用情况进行了系统总结。     

基于GprMax正演模拟的探地雷达根系探测敏感因素分析

应用探地雷达对植物根系进行探测的有效性已得到证实.但由于根系结构复杂,根围环境异质性强,针对基于探地雷达得到的根系探测数据的解读尚处于经验积累阶段.本研究首先通过对比根系探地雷达实测信号图像和模拟信号图像,证实了利用GprMax模拟探地雷达探测植物根系的有效性.其次通过定义不同根系空间结构和电性参数场景,模拟了不同条件下根目标反射信号的差异,并对影响探地雷达探测植物根系有效性的敏感因素进行了初步分析.模拟结果有助于探地雷达野外根系探测图谱的解译,为探地雷达在植物根系探测中的应用积累经验.     

利用探地雷达检测土壤质量的研究进展

土壤质量的研究正逐步成为国际土壤学的研究热点.探地雷达作为一种快速、无损、经济的土壤质量检测方法,正在被国内外学者所接受,然而由于土壤的复杂性,使得这一技术在具体应用时还存在一些问题.本文从探地雷达检测土壤质量时的方法入手,着重探讨了其在土壤的物理性质、介电性质、有机质检测方面的研究进展,并对检测后得到的探地雷达图像的处理算法以及存在的问题进行了研究,有利于指导探地雷达在土壤质量检测方面的进一步应用.     

探地雷达属性技术进展

探地雷达属性技术经过近十年的发展,其重要性已得到众多学者的逐渐认可,应用领域也越来越广泛,为了使该技术能进一步的深入发展,对其进行较全面的总结、评价和分析十分必要.本文通过对国内外资料的收集和分析,总结探地雷达属性技术中的成果,回顾了其发展历史,列举了目前常用的属性,阐述了具体研究方法,介绍了该技术应用领域,并对今后的发展进行了展望,认为探地震达属性技术拥有良好的应用前景.     

GPR探测地埋管径研究综述

用无损探测技术来获取地下目标物的信息是当前研究的热点,探地雷达作为一种重要的工具及技术,已广泛应用在地埋管道直径的无损探测中,准确快速测定地埋管的直径,在理论研究与实际应用中都具有重要意义.本文在综合分析电磁波在介质中传播的基本特征和目标回波双曲线特征的基础上,讨论了用探地雷达无损探测技术来获取地埋管的直径特征参数的可行性;介绍了国内外目前主流的探地雷达设备,及相关学者在管径探测方面的研究进展;在国内外典型实例剖析的基础上,介绍分析了不同发展时期探地雷达测定地埋管管径的原理及测定方法;接着对地埋管径无损探测研究工作当前存在的问题进行总结.最后指出,地埋管探测的研究工作,应着眼于实现硬件轻便化、软件专业化、数据处理模型的智能化,才能更好的在实践中加以应用.     

利用shearlet变换对探月雷达数据进行月壤结构的重建

探月雷达作为嫦娥三号和嫦娥四号月球探测任务中最重要的科学载荷之一,其目标是探测月壤及地下结构信息.然而,嫦娥三号探月雷达的第二通道数据受到横向杂波的干扰,使得有用的反射信息被掩盖.这些杂波可以认为是影响数据质量的横向噪声,使得探月雷达数据信噪比低,影响数据解释.本文将利用shearlet变换对探月雷达数据进行信号分析与噪声去除,并对嫦娥三号着陆区的月壤结构进行重建.首先,在shearlet域中,观察横向噪声的分布,并分离出以噪声为主的shearlet分量,并得到重建后的雷达数据.随后,为充分利用嫦娥三号第二通道两套数据的整体优势,对两套经过shearlet变换去噪后的雷达数据进行融合,得到综合探月雷达图像,有效得去除了水平噪声并增强了来自浅月表的有效信号.最后,根据探月雷达处理结果对嫦娥三号着陆点的月壤结构进行重建,重建结构中的溅射物厚度与撞击坑溅射物经验公式结果得到了相互印证.     

探地雷达在多年冻土工程地质勘察中的应用效果研究

由于融土和冻土之间存在明显的电性差异,使探地雷达成为研究多年冻土的有效手段之一.本文结合工程实例,对探地雷达在青藏高原多年冻土工程地质勘察中的应用效果进行了现场试验研究.分析了探地雷达探测多年冻土的物理前提条件,总结了多年冻土主要地质要素的雷达图像特征和探地雷达在多年冻土工程地质勘察中的实际应用效果.研究表明融土与冻土的雷达图像特征存在明显差异:融土雷达反射波为低频强宽振幅的稀疏波,波形较杂乱;冻土反射波为高频低振幅细密波,波形较为规则;探地雷达可较为准确地划分地层、识别多年冻土上限、确定多年冻土分布范围,但尚不能有效确定多年冻土的含冰量;另外,探地雷达对细颗粒土的探测效果要明显好于粗颗粒土.文章还指出了现场探测和图像解译分析中需要注意的事项和下一步需要研究解决的问题,建议在开展现场探测工作之前先在有钻探资料或天然地质剖面处进行对比试验,搞清测区内主要地层的物性参数,掌握有效波和干扰波的分布规律,从而提高雷达探测结果的准确性和可靠性.     

利用地面激光与地质雷达综合探测活断层浅层三维结构——以川西理塘毛垭坝盆地北缘正断层为例

快速获取活断层的高精度微地貌形态和对应的浅层三维结构是揭示活断层浅地表形迹与活动特征的关键。文中综合利用地面三维激光扫描仪和地质雷达技术,以川西理塘地区毛垭坝盆地北缘主边界断裂禾尼段的正断层崖为研究对象,获取了该处正断层错动2期最新地貌面的精确地表垂直位移量和浅层二维地质雷达图像,并初步建立了基于地面三维激光与地质雷达的活断层微地貌精细化三维测量方法,构建了断层崖微地貌的精细三维模型和浅表三维图像,揭示了正断层崖处发育的伸展地堑结构,同时初步实现了断层微地貌地表地下三维数据的一体化融合显示及相互解译。应用结果表明,该方法可以同时快速、高效、无损地获取大范围内的活断层微地貌及浅层结构的多层次、多视觉的空间数据,极大地提高了对活动断层微地貌形态与浅层结构进行快速调查与研究的精度和认识水平,也为更全面地认识和理解活断层的空间分布与变形特征、活动习性和多期古地震遗迹等提供重要的数据和方法支持。因此,对该方法的继续探索和完善,将显著提升和扩展其在活断层定量化和精细化研究中的实用性及应用前景。     

高频电磁波在不同目标体上反射图像特征研究

针对高频电磁波技术在北京勘察设计行业应用的空白,本次研究利用探地雷达技术对北京地区典型工程目标体进行了研究.针对不同的地下目标体对高频电磁波所反映出的不同反射特性,总结出一些图像特征规律.通过建立对各类雷达探测图像进行地质解释的理论依据和基础,本次研究对层状介质、地下管道、CFG桩、碎石夯扩桩、水泥土桩和洞穴等目标体的雷达图像特征进行了较系统的研究和总结,为今后日常的检测工作奠定了很好的基础.     

基于对称结构特征的探地雷达图像模板匹配算法

稳定不变的地下特征使得探地雷达在自动驾驶定位领域展现了巨大的应用前景,基于探地雷达定位性能和探地雷达图像匹配效果呈正相关,而稳定的特征提取算法优势是影响探地雷达图像匹配的重要因素.然而,探地雷达图像的物理分辨率较低,容易受到杂波和噪声的干扰,设计一个稳健的特征提取算法应用于探地雷达图像处理仍然是一项具有挑战性的任务.现有的方法多是基于梯度和滤波器特征等低层次视觉特征为基础设计的方法.低层次特征的不稳定使得现有方法对于弱回波图像的特征难以检测.基于上述问题,该文将相位对称性引入探地雷达图像处理当中,并提出了一种基于图像对称结构的特征提取算法,同时定义了新的相似性度量.首先,基于探地雷达图像中含有丰富的地质分层特征和对称双曲线特征,相位对称性在探地雷达图像中具有稳健的特征维持能力.其次,通过计算相位对称性特征的方向信息构建矢量对称性特征,最后结合图像处理中的直方图统计思想设计出具备稳定形状描述能力的特征提取算法(Histogram of Oriented Vector Phase Symmetry, HOVPS).通过在实测数据上比较相关算法和近年所提出最新算法相比,所提算法在特征分辨率较...     

机载探地雷达的进展以及数值模拟

机载探地雷达可能解决危险环境或广域条件下的近地表探测问题,用于解决环境、生态或军事方面的问题.然而由于种种原因,该技术的发展却显得比较慢.为了推进该技术的发展,本文介绍了目前世界范围内机载探地雷达的进展,并利用时间域有限差分法对一些典型模型进行数值模拟,并用特定的偏移成像方法对模拟结果进行成像.目前存在的机载探地雷达主要有三种类型:第一种为将常规探地雷达天线悬挂在直升飞机上,第二种为针对机载探地雷达开发的雷达系统,第三种为具有探地能力的合成孔径雷达.数值模拟结果表明,不管是水平地面的情况下,还是起伏界面的情况下,机载探地雷达都能清楚探测一定深度范围内的地下目标.可见,机载探地雷达是存满希望的一种方法.     

探地雷达不同参数对数据采集和处理的影响

探地雷达探测技术的关键环节是数据采集,而决定数据质量的是参数选择,本文从理论与实例两方面来探讨不同地质雷达参数对数据质量的影响,总结了在实际应用中的几点经验,可作为以后工作的借鉴与参考.     

探地雷达:浅表地球物理科学技术中的重要工具

探地雷达(GPR)是浅表地球物理科学技术中的一项重要手段.其重要性体现在它的应用广泛性和有效性.在工程检测、环境保护、文物考古、灾害救援、反恐安检、资源勘探、水文水利等科学技术领域中探地雷达都在发挥着其他手段无法取代的重要作用.关于探地雷达发展历史、基本系统及原理、信号处理与成像等方面的综述性文章已经很多.本文将重点评述作为浅表地球物理观测技术重要手段的探地雷达在几个基础地学与工程技术领域中的应用.这些方面包括沙漠中高大沙丘的内部结构与形成机理,永久冻土的现状探测与演化预测,民用基础设施(公路、桥梁、大坝、堤防)内部或地基内空洞及软弱带的检测,以及地震灾害现场生命探测与救援.本文还将用一定篇幅评述探地雷达技术的变异形式(如钻孔雷达、探月雷达).评述将结合观测实例,尤其是在中国大陆的实例.最后将就探地雷达技术现存的问题及发展方向提出个人见解.需要强调的是,尽管本文以探地雷达的科研应用为主题,浅表地球物理科技成果在各个领域的成功应用绝对不可能倚赖任何单一手段或方法.所有成功的实例都证明一定要强调某一方法为主,其他手段为辅,多手段、多方法的有效配合,才有可能最大程度的减小探测结果的非唯一性,提高准确度和精确度.     

基于无损多源异构数据融合的水利工程隐蔽结构隐患探测技术

本文介绍了水利工程外露结构和隐蔽结构的不同检测方法和特点以及相关研究现状,总结了之前水利工程隐蔽结构隐患检测探索经验,结合横琴新区澳门大学中心沟东闸翼墙断裂探测等工程应用为例,通过三维激光扫描技术、探地雷达技术相结合的多源无损探测技术为例,对水利工程隐蔽结构的多源异构探测数据的融合应用做了相应探索研究。      

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.     

探地雷达及EH4对钼矿采空区的综合探测

采空区严重威胁着地面建筑物和矿山的安全,对采空区探测方法的研究有着重大的现实意义.本文探讨了探地雷达及EH-4电导率成像法对某露天钼矿采空区探测的方法技术及其应用效果.探地雷达对浅层地段不仅有很高的探测精度和高分辨率,能达到对浅部采空区的精确定位.EH-4电导率成像系统的探测深度大,通过电阻率断面图的局部异常体,可以直观的来判断采空区的位置从而查明深部采空区,结合二者对采空区进行综合探测.