新型--探地雷达数据采集以及解释 - 图文(3)

2019-04-22 15:22

3.1 绘制测线布置图和尺寸调整

3.1.1 绘制测线布置图

内业工作的第一步就是将现场的测线布置草图绘制成正式文档。由于现场雷达数据文件是以编号命名的,所以每条测线所对应的文件编号需要记录在文档中,以防混乱。如下图10,就是雷达探测桥洞的测线布置图,可见在图中标注了测线的方向以及测线所对应的文件编号,应该尽量多的将现场信息反映在布置图上,有助于在解释过程中识别干扰,必要时可以做文字说明。

图10 雷达测线布置图

3.1.2雷达数据剖面的尺寸调整

由于在数据采集过程中存在以下的情况:

① 采用时间连续采集模式的时候天线走速不均匀,导致标记(等距离标记)之间的道数不

一样,甚至差别非常大;

② 地表起伏比较大,容易在雷达剖上造成假象;

③ 由于直达波的存在,使得剖面的最顶部并不是地面的反映,使得深度产生误差。 针对以上的情况,需要进行尺寸调整,各功能模块如下:

距离正常化

水平尺寸调整

水平长度的缩放

文件拼接 面

零线调整 调

深度正常化 垂直尺寸调整 距离正常化 距离正常化,该项功能允许你在标记(必须是等距标记)之间建立等长尺寸,也就是要求在标记之间每单位距离上的尺寸等同,或道数一样。

在没有测量轮的情况下以连续模式采集数时,天线移动速度难以保持恒速,这样就需要利用距离正常化的功能。联合标记或者距离标记(注:关于Mark数据库的性质与使用见软件说明书的的第二章)设定后,该项功能就会通过增或删的方式来修正每个标记之间的道数,当然同时也修正了采集速度(天线运行速度)。

参数输入框

注意:

①在运行该功能之前,必须确保标记信息是正确的(无重复标记,无丢失标记,首尾标记都存在,所有的用户标记都已经转化为距离标记或联合标记)。

②Scans/unit,unit/mark都必须在头文件中设置好,以便运行该功能。 ③unit/mark是根据测量时的设定来设置的。

④Scans/unit需要用鼠标来清点每个标记之间的道数(注意:因为在雷达剖面中显示的是已经做了叠加处理的数据,若每个标志之间的道数为3,而叠加次数为16,则实际每个标志之间的道数为二者的乘积48,切记!!)

⑤该功能运行之后,原数据中在第一个标志之前的部分已经被cut off了。 水平尺寸缩放

可以通过水平尺寸缩放中的叠加,去除,添加功能来修改雷达数据。

参数设置对话框

注意每次只能这三项功能中的一个。

叠加(stacking):使用该功能可以对数据进行简单的滑动平均处理。该功能就是将所指定的几道平均叠加之后输出一道数据。

去除(skipping):选定此项,你可以将指定的道去除,比如,你输入参数1,就会每隔一道去除一道数据(因此,数据被压缩到原来的二分之一)

添加(stretching):选择此项,将拓展水平尺寸。该功能将计算出每相邻两道的平均值(或指定道数),然后将平均道添加到已有数据中。

拼接文件 有时因为场地条件所限,我们不得不分部采集数据,在后处理中为了将各部分数据连接在一起,就要使用该功能了。 ①选择File>Append File. ②选择所要连接的各个文件。

③点击Done,完成连接,重新命名加以保存。

表面位置调整(非常重要)

由于系统延时和直达波存在,使得整个剖面的最顶部并不是地面的位置。确定地面的位置,对于精确的深度定位来说非常关键,但是如何确定,目前还没有定论,下面列举三个常用的方法。

① 根据RADAN介绍,百分之九十的情况下把直达波的第一个正峰位置作为地面。 ② 根据华东院资料,将直达波的第二个波瓣作为地面,如下图

③ 根据经验,可以在探测时在起始部位放置一根电缆,在后处理时在剖面上识别出该电缆,

这样就可以确定地面位置了。

下面以一个探测剖面为例说明一下这三种方法的用法与区别(如图11):

图11 零线的确定

如图11,其第一个正峰位置是10.34ns,第二个峰值是14ns,而电缆位置是16.34ns,可见三者最大相差6ns,按照介电常数为8计算,深度偏差了30cm,对于超前预报来说该误差可以允许。而对于衬砌检测来说偏差较大,需要综合三种方法来分析。 表面正常化 在测线布置时会遇到地表起伏较大的情况,这就需要修正地表起伏对数据剖面的影响,进而可以使水平或接近水平状的反射体的反应更接近实际。通过输入标记的z值就可以实现该功能。

3.2 数据分析

傅立叶谱分析 数据处理是进行数据解释的基础,目前比较常用的处理方法有一维滤波,二维滤波,以及反滤波,这几种方法都是以傅立叶谱分析为基础的,傅立叶谱分析是将雷达数据由时间域转化为频率域,表现的是各种谐波频率的振幅分布,如图12。

图12 振幅频谱图

关于不同探测介质的振幅频谱特征,一下有几个结论(摘自杨峰资料):

(1)水对高频电磁波具有很强的吸收作用,这与水离子导电是密切相关的,离子导电增加了介质的电导,而电磁波传播与电导和频率之间呈指数衰减关系。

(2)花岗岩不但对高频成份具有一定吸收,而且形成的振幅谱比较单一。

(3)在干燥的不均匀介质中,形成的振幅谱不但主频特征不明显,而且在天线的高端会形成一定的杂波信号。这可能是由于高频电磁波在不均匀介质内形成多次干涉造成的。干涉现象势必加宽信号的频带特征。具体的谱图如图13。

空气背景雷达频谱特征

水背景雷达频谱特征

花岗岩背景雷达频谱特征

干燥碎石背景雷达频谱特征

图13 不同介质的频谱图

希尔伯特变换 由于大地介质的不均匀性,地质雷达发射的高频脉冲电磁波在地下传播过程中将发生强烈的衰减、反射、折射、绕射和散射,这些反射波、折射波、绕射波和散射波相互叠加在一起,为数据处理带来了巨大的困难;同时,为了得到更多的反射波特征,地质雷达通常利用宽频带进行记录,因此不可避免地记录下各种干扰噪声。如果噪声频率带与反射波频率带重叠或接近,利用傅立叶谱分析技术对这样的信号进行分析,有时难以取得理想的效果,严重


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