工程隐蔽病害地质雷达三维逆时偏移成像方法
发布时间：2021-03-30 17:52
随着我国基础设施建设的蓬勃发展,大量公路、铁路、堤坝等基础设施工程进入服役期。由于工程修建时间、设计标准和施工工艺水平参差不齐,再加上工程地质复杂等多方面原因,导致服役期工程结构往往存在不同程度的病害,开裂、渗漏、坍塌等问题频发,给基础设施长期稳定运营带来挑战。对工程结构隐蔽病害的准确探测是实现工程安全状态诊断与控制的前提。然而,常规探地雷达探测多以二维为主,仅能探测到隐蔽病害的存在,但难以提供隐蔽病害的三维空间位置等更为准确信息。针对以上问题,本文将探地雷达三维逆时偏移成像方法引入工程隐蔽病害探测当中。针对三维逆时偏移成像中波场存储需求大的问题,采用了存储边界与波场重建方法以缩减内存消耗;采用了基于能量矩阵照明改进互相关成像条件,提高深部区域成像效果;同时,针对三维逆时偏移计算效率低、耗时长的问题,实现了基于CUDA架构的GPU并行加速方法。随后以隧道衬砌及堤坝病害探测为例,总结分析出几种较为典型的病害类型,进行了系统的正演模拟和偏移成像研究。在此基础上,开展了工程隐蔽病害成像模型试验研究,验证了本文方法的有效性和实用性。本文的主要研究工作及成果如下:（1）基于深度照明和波场重构改进...
【文章来源】：山东大学山东省 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：124 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
图２．２三维探地雷达观测方式示意图??Ｆｉ．?２．２?３Ｄ?ＧＰＲ?ｏｂｓｅｒｖａｔｉｏｎ?ｓｃｈｅｍａｔｉｃ?ｍａ
山东大学硕士学位论文??格，时窗长度为５００个时间步。??选取电磁波在Ｘ－Ｙ平面的波场快照作为验证，如图２．４所示。当激发点发射??电磁波信号后，电磁波以激发点为中心向周围传播。当电磁波传播至模型边界时，??完全匹配层能够有效的使电磁波信号快速衰减，未产生反射波。图２．４证明了本??文所使用的三维正演迭代方法和吸收边界条件是有效的，可为三维逆时偏移波场??正传与反传过程提供高质量数据。??「―?■?丨Ｉ０＂丨?二＿?：人?■削??Ｍ?＿?２０?■?ｔｌｎ??４０?（｛?）＞?°?ｉ?Ｉ?ｒ??ＩＸ?ｙ??８０??■?－０．０１５??＾．０５?１００??１?■?＊０．０２??２０?４０?６０?８０?１００?２０?４０?６０?８０?１００??Ｔｉｍｅ?ｓｔｃｐ＾ｌＯＯ?Ｔｉｍｅ?ｓｌｅｐ＝２００??ｘ１０＇３??｜〇ｍ?＾?＾?Ｉ??§?Ｉ?：５／?＾?：??Ｓｉ?％、??２〇?４０?６０?８０?１００?１〇０?２０?４０?６０?８０?１００??Ｔｉｎｕｓｌｅｐ＝３００?Ｔｉｍｅ?？ｔｅｐ＝４００??图２．４迭代步数为１００，２００，３００，４００时的波场快照??Ｆｉｇ．?２．４?Ｗａｖｅｆｉｅｌｄ?ｓｎａｐｓｈｏｔ?ａｔ?ｔｉｍｅ?ｓｔｅｐｌＯＯ，２００，３００＾４００??２．３存储边界波场重建方法??逆时偏移成像方法常使用互相关成像条件，需要保存正向传播波场的全时刻??全空间数据，内存占用巨大。在三维逆时偏移应用中，直接保存正向传播波场数??据所需的内存已经变得不可接受
Ｆｉｇ．?２．５?Ｓｃｈｅｍａｔｉｃ?ｄｉａｇｒａｍ?ｏｆ?ｓｔｏｒａｇｅ?ｐｏｌｉｃｙ，?（ａ）?Ｂｏｕｎｄａｒｙ?ｓｔｏｒａｇｅ?ｐｏｌｉｃｙ；?（ｂ）??Ｅｆｆｅｃｔｉｖｅ?ｉｎｔｅｒｎａｌ?ｂｏｕｎｄａｒｙ?ｓｔｏｒａｇｅ?ｐｏｌｉｃｙ??基于有效内部边界存储策略｜８７］，在正传过程中存储区域为图２．５（ｂ）中红色区??域，逆时重构区域为中间白色区域（ｊ）。在逆时偏移过程的波场反传环节，基于红??色区域的值进行计算波场重构计算，通过一个额外的正演计算过程将正传波场重??新计算出来。此外，由于整个计算过程并不包括吸收边界，因而迭代方程中并不??包含卷积项，只需要将正演迭代方程进行简单变换即可。以尽分量重建为例，计??算过程中迭代方程为??ｓ（ｉ＋＼ｊ，ｋ）?ｃｒ（ｉ＋］－Ｊ，ｋ）???Ａ?１?Ａ???Ｅ：（ｉ＾－，ｊ，ｋ）?＝?—ｆ?ｆ——ＥＴ＼ｉ＋＼－ｊ，ｋ）??ｅ（ｉ＋－
本文编号：3109902
【文章来源】：山东大学山东省 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：124 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
图２．２三维探地雷达观测方式示意图??Ｆｉ．?２．２?３Ｄ?ＧＰＲ?ｏｂｓｅｒｖａｔｉｏｎ?ｓｃｈｅｍａｔｉｃ?ｍａ
山东大学硕士学位论文??格，时窗长度为５００个时间步。??选取电磁波在Ｘ－Ｙ平面的波场快照作为验证，如图２．４所示。当激发点发射??电磁波信号后，电磁波以激发点为中心向周围传播。当电磁波传播至模型边界时，??完全匹配层能够有效的使电磁波信号快速衰减，未产生反射波。图２．４证明了本??文所使用的三维正演迭代方法和吸收边界条件是有效的，可为三维逆时偏移波场??正传与反传过程提供高质量数据。??「―?■?丨Ｉ０＂丨?二＿?：人?■削??Ｍ?＿?２０?■?ｔｌｎ??４０?（｛?）＞?°?ｉ?Ｉ?ｒ??ＩＸ?ｙ??８０??■?－０．０１５??＾．０５?１００??１?■?＊０．０２??２０?４０?６０?８０?１００?２０?４０?６０?８０?１００??Ｔｉｍｅ?ｓｔｃｐ＾ｌＯＯ?Ｔｉｍｅ?ｓｌｅｐ＝２００??ｘ１０＇３??｜〇ｍ?＾?＾?Ｉ??§?Ｉ?：５／?＾?：??Ｓｉ?％、??２〇?４０?６０?８０?１００?１〇０?２０?４０?６０?８０?１００??Ｔｉｎｕｓｌｅｐ＝３００?Ｔｉｍｅ?？ｔｅｐ＝４００??图２．４迭代步数为１００，２００，３００，４００时的波场快照??Ｆｉｇ．?２．４?Ｗａｖｅｆｉｅｌｄ?ｓｎａｐｓｈｏｔ?ａｔ?ｔｉｍｅ?ｓｔｅｐｌＯＯ，２００，３００＾４００??２．３存储边界波场重建方法??逆时偏移成像方法常使用互相关成像条件，需要保存正向传播波场的全时刻??全空间数据，内存占用巨大。在三维逆时偏移应用中，直接保存正向传播波场数??据所需的内存已经变得不可接受
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