基于GPRMAX的地下管线探地雷达图像正演模拟

发布时间：2020-10-28 04:22

　　 现代化城市的建设,离不开城市地下工程的建设,地下管线就像是城市的血管一样,对城市的建设起着决定性的作用,对地下管线准确地位以及改造是现在最迫切的事情。针对地下管线,运用最新GprMax软件结合Matlab和python语言对地下管线的各种情况进行各向同性介质的建模。建立地下管线金属和非金属模型,分析金属与非金属管道的响应特征,以分析不同管线的特征,对资料解释提供依据;建立不同间距天线模型,通过改变接受天线和发射天线之间间距,研究了探测方法不同对探地雷达探测的影响;建立不同管径、埋深和管间距模型,改变管径、埋深和管间距,讨论管线属性在探地雷达中的变化规律,对比分析数值模拟图,探地雷达对不同属性的管线探测能力和分辨有限,不同管线响应特征需要针对性的判断。根据实际施工时三类管线的难点进行建模分析对比,三类管线为排水、电力和给水。排水中的掩埋井和满水问题、电力管线管径过小难以探测问题和给水管线埋深较深干扰问题。针对这三个问题,进行建模分析,最后得出结论。为解决管线中响应特征不明显问题,利用了希尔伯特和小波变换对数值模拟结果进行处理,提取弱信号异常点,准确判断管线埋深管径等信息。
【学位单位】：长江大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2018
【中图分类】：TU990.3;P631.3
【部分图文】：

２．１探地雷达的理论基础??探地雷达发射电磁波在地下传播，遇到反射界面，接受反射回来的电磁信号，??此过程就是探地雷达的基本工作原理，如图２－１所示。电磁波运用于勘探中时，通??过频率来区分的话，分为高频和低频。通常情况下，高频电磁波运用于质量检测??（隧道衬砌，桥梁安全等），低频电磁波在勘探领域运用较多（矿产、煤等）。探??地雷达是使用高频电磁波的一种仪器，是属于浅层勘探和质量检测的一种手段方??法。??探地雷达工作是依靠电磁波的传播，所以对探地雷达的研宄理论上是研宄电磁??波的传播。而电磁波的传播特性可以用麦克斯韦方程组来解释。总地来说，探地??雷达的理论基础即电磁波传播的理论基础一一麦克斯韦方程组。??发射天线?接收天线??７＂＂＂＂／ＳＪ＾＂＂／／ｍ７７＾＾７７７７７Ｔ??＼?／??＼?／?反射界面??ｙ?＾??图２－１探地雷达工作原理??Ｆｉｇｕｒｅ?２－１?Ｇｒｏｕｎｄ?Ｐｅｎｅｔｒａｔｉｎｇ?Ｒａｄａｒ?Ｗｏｒｋｉｎｇ?Ｐｒｉｎｃｉｐｌｅ??２．１．１麦克斯韦方程和ＦＤＴＤ方法??探地雷达发射的高频电磁波服从麦克斯韦方程组，以麦克斯韦方程组为核心的??电磁理论开辟了电磁波的研究和应用这一新领域。??麦克斯韦在１９世纪５０￣７０年代创立了电磁场理论，其基本概念如下：变化??的电场和变化的磁场彼此不是相互孤立的

＝ｎＡ／?＊?Ａｔ??在ＦＤＴＤ离散中，电场和磁场各节点的空间安排分布如图２－２所示，这就是著??名的Ｙｅｅ兀胞｜３９］。由图可见每一个磁场分量由四个电场分量环绕；同样，每一个??电场分量由四个磁场分量环绕，这种电磁场分量空间取样方式不仅符合法拉第感??８??

应??＾?Ｉ?ｉ?，?￡，??图２－２?ＦＤＴＤ离散中的Ｙｅｅ元胞??Ｆｉｇｕｒｅ?２－２?Ｙｅｅ?Ｃｅｌｌ?ｉｎ?ＦＤＴＤ?Ｄｉｓｃｒｅｔｅ??定律和安培环路定律的自然结构，而且这种电磁场各分量的空间相对位置也适合??于麦克斯韦方程的差分计算，能够恰当地描述电磁场的传播特性。此外，电场和??磁场在时间顺序上交替抽样，抽样时间间隔彼此相差半个时间步长，使麦克斯韦??旋度方程离散以后构成显式差分方程，从而可以在时间上迭代求解，而不需要进??行矩阵求逆运算。因而，由给定相应电磁问题的初始值，ＦＤＴＤ方法就可以逐步推??进地求得以后各个时刻空间电磁场的分布。??Ｙｅｅ元胞中Ｅ、Ｈ各分量空间节点与时间步取值的整数和半整数约定如表２－１??所示??表２－１?Ｙｅｅ元胞中Ｅ、Ｈ各分量节点位置??Ｔａｂｌｅ?２－１?Ｎｏｄｅ?
【参考文献】

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本文编号：2859581