基于探地雷达系统地下管线探测及正演模拟计算

发布时间：2021-02-03 06:03

　　地下管线是现代化城市运行与发展中必不可少的重要部分,在城市建设或施工过程中,缺乏施工区域地下管线分布图会影响工程安全及进度。因此,确定如何运用快速、精准的管线探测手段,获取探测区域管线信息是一个值得研究的课题。与传统地球物理探测手段相比,探地雷达（Ground-penetrating radar,GPR）技术具有分辨率高、检测效率快、抗周围干扰能力强、可进行无损检测且能检测非金属等优点,已经成功运用到管线探测中。尽管如此,目前运用探地雷达对管线探测仍存在目标回波图谱解译困难、管径识别误差较大、管线材质识别方法复杂等问题。基于此,本文结合时域有限差分（Finite Difference Time Domain,FDTD）数值模拟和实地测量对探地雷达在不同情况下测量到的管线图谱特征和管线信息提取方法进行研究。首先,构建地下管线回波双曲线数学模型并分析不同条件下管线成像双曲线的特征;进一步利用时域有限差分法构建不同情况下城市地下管线模型,建立常见地下目标体的图像特征库;然后,创建三维地下管线模型,研究二维雷达探测图像三维成像特点并计算地下管线与测线夹角;最后,通过单波道数据间相互关系提取管线... 

【文章来源】：西安科技大学陕西省

【文章页数】：81 页

【学位级别】：硕士

【文章目录】：
摘要
abstract
1 绪论
    1.1 研究的目的及意义
    1.2 国内外研究现状
        1.2.1 探地雷达国内外研究现状
        1.2.2 GPR正演模拟国内外研究现状
        1.2.3 探地雷达管线参数提取国内外研究现状
    1.3 本文主要研究内容及章节安排
2 探地雷达原理与探测方法
    2.1 探地雷达工作及成像原理
    2.2 电磁波传播特性
        2.2.1 Maxwell方程组
        2.2.2 本构关系
    2.3 探地雷达评价体系
        2.3.1 探测深度
        2.3.2 横向分辨率
        2.3.3 垂向分辨率
    2.4 探地雷达测量数据格式及处理流程
        2.4.1 探地雷达数据形式
        2.4.2 探地雷达数据处理流程
    2.5 本章小结
3 正演模拟成立条件及管线图像特征
    3.1 时域有限差分基本原理
    3.2 时域有限差分建模成立条件
        3.2.1 差分格式
        3.2.2 解的稳定性
        3.2.3 边界吸收条件
    3.3 激励源及数值色散
    3.4 不同材质下电磁信号响应特征
    3.5 管线的正演模拟图像特征
    3.6 不同环境下管线特征分析
        3.6.1 不同介质下管线成像特征分析
        3.6.2 不同埋深下管线成像特征分析
        3.6.3 不同管径下管线成像特征分析
    3.7 本章小结
4 地下管线建模及成像
    4.1 建模及成像流程
    4.2 二维建模及成像
        4.2.1 典型地下目标模型
        4.2.2 复杂条件下建模实验
    4.3 三维建模及成像
    4.4 本章小结
5 地下管线识别与定位
    5.1 基于相互关系确定地下管线位置
        5.1.1 检测原理
        5.1.2 双曲线提取过程
        5.1.3 双曲线提取结果
    5.2 管道位置确定
        5.2.1 管道位置确定方法
        5.2.2 管线位置确定结果计算
    5.3 多目标地下位置确定
    5.4 管径大小确定
        5.4.1 双曲线参数拟合法求取管径
        5.4.2 三点定圆法求取管径
        5.4.3 多次波反射间距求取管径
    5.5 本章小结
6 总结与展望
    6.1 主要结论
    6.2 展望
致谢
参考文献
攻读硕士期间成果



本文编号：3016019