Skip to main content
SUPERVISOR
سیدمحمود مدرس هاشمی (استاد راهنما) احسان یزدیان (استاد راهنما) رضا احمدی (استاد مشاور)
 
STUDENT
Mahdi Jahani hosein abadi
مهدی جهانی حسین آبادی

FACULTY - DEPARTMENT

دانشکده مهندسی برق و کامپیوتر
DEGREE
Master of Science (MSc)
YEAR
1394

TITLE

Analysis and Improvement of Void Detection via Ground Penetrating Radar
Ground penetrating radar is a high-resolution geophysical method which uses the reflections of radio waves emitted to the earth to depict structures and objects under the ground. All of the materials under the surface have certain electromagnetic properties that indicate their electromagnetic radiation permeability. The electromagnetic wave that returns from the earth contains information such as dielectric constant, magnetic permeability and electrical conductivity of objects inside the earth, which construct the frequency equation of the reflected wave. Changing the electromagnetic characteristics of different layers in the ground results in a change in the power returned to the radar receiver. These changes are visible in the radar receiver by changing the brightness of the constructed image. In this research, to investigate, the effect of different parameters of target such as shape, size and dimensions, depth and physical properties of the host environment on the receiver radar signal. T he GPR responses of many types of objects are evaluated in geotechnical applications. Also, the GPR responses are simulated in three software environments (Reflexw software, Gprmax and extended numerical of finite difference in MATLAB). Comparing these methods, we have shown that the extended finite difference numerical simulation method has more clear response to the ceil and floor of targets. Also using the hyperbolic mathematical equations, we have been extracted the relationships between geometric parameters of a horizontal cylindrical objective with parameters of GPR response. Hence , we have obtained the linear relationships between changes in diameter and depth of the cylindrical target and the dielectric passage rate of the host environment. This relationships can be used to determine the geometric characteristics of buried cylindrical targets under the ground surface. Finally, we examine the mathematical and theoretical results using the idea behind the Hough transform to detect hyperbolic response of voids and propose an algorithm which reduces the processing time comparing with the current methods which can accurately measure the radius, depth, and distance of targets. We also examined the proposed algorithm for real data, which yielded desirable results. The proposed algorithm is designed in such a way that all stages of the identification and estimation of the geometric parameters of buried objects are automatically estimated with minimal user intervention.Key Words : Ground penetrating radar (GPR) , Void , Hough transform , Forward modelin g, the geometric characteristics of cylindrical voids .
رادار نفوذی به زمین ( GPR) یک روش ژئوفیزیکی با قدرت تفکیک بالا می‌باشد که از بازتاب امواج رادیویی منتشر شده به درون زمین، برای تصویرکردن ساختارها و اشیاء مدفون در زیر زمین استفاده می‌کند. بررسی و شناخت کامل پاسخ و رفتار اشیای مختلف و نیز برآورد پارامترهای هندسی و فیزیکی قابل استخراج از داده‌های GPR ، نیازمند استفاده از مدل‌سازی داده‌های GPR ، همراه با بکارگیری و توسعه روش‌های تحلیل و تفسیر هوشمند می‌باشد.تمام مواد تشکیل دهنده‌ی زمین دارای ویژگی‌های الکترومغناطیسی مشخصی هستند که نشان‌دهنده‌ی میزان نفوذپذیری امواج الکترومغناطیسی در آنهاست. موج الکترومغناطیسی بازگشتی از زمین حاوی اطلاعاتی از جمله ثابت دی‌الکتریک، میزان نفوذپذیری مغناطیسی و هدایت الکتریکی اشیاء مدفون در زمین می‌باشد که تشکیل دهنده‌ی معادله فرکانسی موج برگشتی هستند. تغییر ویژگی‌های الکترومغناطیسی در فاصله مشخصی در زیر زمین ، نشان‌دهنده تغییر در آن لایه از زمین است که این مساله می‌تواند منجر به تغییر در توان بازگشتی به گیرنده رادار گردد. این تغییرات در نمایش تولید شده در گیرنده رادار به‌صورت تغییر در میزان روشنایی تصویر قابل مشاهده است. تصویر تشکیل شده در GPR برای تفسیر و ورود به الگوریتم‌های پردازشی هوشمند ، نیازمند پردازش‌های اولیه و پیشرفته است. در این تحقیق برای تحلیل حساسیت، تاثیر پارامترهای مختلف هدف(حفره) نظیر شکل هندسی، اندازه و ابعاد، عمق دفن و ویژگی‌های فیزیکی محیط میزبان بر روی سیگنال برگشتی گیرنده رادار ، پاسخ GPR انواع حفره‌های متداول در کاربردهای ژئوتکنیکی را مورد ارزیابی قرار دادیم ، همچنین پاسخ‌های GPR توسط روش پیش‌رو به سه طریق(نرم‌افزار Reflexw ، GPRMax و روش توسعه‌یافته مدل‌سازی عددی تفاضل محدود در متلب) مدل‌سازی کرده و با مقایسه آنها نشان دادیم که روش توسعه‌یافته مدل‌سازی عددی تفاضل محدود در متلب ، پاسخ به سقف و کف هدف را با وضوح بیشتر نسبت به سایر روش‌ها مدل‌سازی می‌کند. همچنین با استفاده از معادله ریاضی هذلولی، روابط موجود بین پارامترهای هندسی یک هدف استوانه‌ای افقی با پارامترهای هذلولی پاسخ، براساس نتایج مدل‌سازی پیش‌رو، روابط خطی بین تغییرات نسبت با قطر و عمق دفن هدف استوانه‌ای و نیز میزان گذردهی دی‌الکتریک محیط میزبان، استخراج گردید که این روابط می‌توانند برای تعیین مشخصات هندسی اهداف استوانه‌ای مدفون در زیر سطح زمین، مورد استفاده قرار گیرند. در ادامه با بررسی مبانی ریاضی و نظری تبدیل هاف برای تشخیص هذلولی‌ها در تصاویر GPR ، الگوریتم هوشمندی با الهام گرفتن از تبدیل هاف ارائه کردیم که همزمان با کاهش زمان پردازش ، با دقت مطلوبی شعاع ، عمق و فاصله اهداف را تخمین می‌زند. الگوریتم پیشنهادی را برای داده‌های واقعی نیز بررسی کردیم که عمق، فاصله و شعاع را با دقت مطلوبی محاسبه می‌کند.الگوریتم پیشنهادی به‌گونه‌ای طراحی شده‌است که کلیه مراحل شناسایی و تخمین پارامترهای هندسی اشیاء مدفون، به‌طور خودکار و با حداقل دخالت کاربر تخمین زده می‌شوند. در انتها نیز پیشنهادهایی جهت ادامه تحقیقات در آینده ارائه گردیده است.% بنابراین در این پژوهش از روش GPR و تکنیک‌ تبدیل هاف جهت شناسایی اشیاء(حفره‌های) مصنوعی متناظر با اهداف متداول در کاربردهای ژئوتکنیکی و برآورد پارامترهای هندسی و فیزیکی اهداف استوانه‌ای مدفون، استفاده شده است.کلمات کلیدی : رادار نفوذی به زمین (GPR)، حفره ، تبدیل هاف ، مدل‌سازی پیش‌رو، مشخصات هندسی حفره استوانه‌ای

ارتقاء امنیت وب با وف بومی