Dương Quốc Chánh Tín * , Võ Thu Hương , Dương Hiếu Đẩu Nguyễn Lê Hoài Phương

* Tác giả liên hệ (dqctin@ctu.edu.vn)

Abstract

Ground Penetrating Radar (GPR) is a geophysical method that uses high frequency electromagnetic waves (from 10 MHz to 3000 MHz) to study shallow underground structures such as concrete, asphalt, metal, pipes, cables or building blocks, etc. without destroying or digging. When performing GPR signal processing, the calculation of the electromagnetic wave propagation velocity is a decisive factor in accuracy, helping us to determine the depth, size, and location of the anomalies for increasing the signal-to-noise (S/N) ratio in the cross-section after migration processing. Therefore, in order to maximize the efficiency of determining the speed of electromagnetic wave propagation in the shallow soil layers, Kirchhoff migration technique optimization algorithm is used combining with two standards of the minimum entropy and the maximum energy. The results of velocity determination also indicate the nature of the shallow geological layers, irregularities in underground structure, thereby predicting subsidence as well as improving proposed method and handling timely.

Keywords: Electromagnetic wave propagation velocity, GPR, Kirchhoff migration, maximum energy, minimun entropy

Tóm tắt

Ra đa xuyên đất (Ground Penetrating Radar: GPR) là phương pháp Địa vật lý sử dụng sóng điện từ tần số cao (từ 10 MHz đến 3000 MHz), nhằm nghiên cứu các cấu trúc tầng nông dưới mặt đất như bê tông, nhựa đường, kim loại, đường ống, dây cáp hoặc khối xây… mà không cần phá hủy hay đào bới. Khi tiến hành xử lý dữ liệu ra đa xuyên đất (Ground Penetrating Radar: GPR), việc tính toán vận tốc truyền sóng điện từ là yếu tố quyết định tính chính xác, giúp xác định độ sâu, kích thước, và vị trí của các dị thường làm tăng tỷ số độ lớn của tín hiệu so với nhiễu trong mặt cắt sau dịch chuyển. Do đó, để gia tăng hiệu quả việc xác định vận tốc truyền sóng điện từ trong các lớp đất đá tầng nông, thuật toán tối ưu hóa kỹ thuật dịch chuyển Kirchhoff được sử dụng kết hợp với hai chuẩn entropy cực tiểu và năng lượng cực đại. Kết quả xác định vận tốc truyền sóng cũng chỉ ra bản chất các lớp địa chất tầng nông,...

Từ khóa: Dịch chuyển Kirchhoff, entropy cực tiểu, năng lượng cực đại, ra đa xuyên đất, tốc độ truyền sóng điện từ

Article Details

Tài liệu tham khảo

Benedetto, F., Tosti, F., & Alani, A. M. (2017). An Entropy-Based Analysis of GPR Data for the ssessment of Railway Ballast Conditions, IEEE Transactions on Geoscience and Remote Sensing, 55(7), 3900 - 3908.

https://doi.org/10.1109/TGRS.2017.2683507

Candra, P., Huston, D. R., Xia, T., & Wang, G. (2013). 2D Entropy and Short Time Fourier Transform for Ground Penetrating Radar Data Analysis, Proceedings of Nondestructive Characterization or Composite Materials, Aerospace ngineering, Civil Infrastructure, and Homeland Security, SPIE. https://doi.org/10.1117/12.2010224

Cường, L.V.A., Trung, Đ. H., Vấn, N.T., Giảng, N.V., & Triết N.M. (2009). Dịch chuyển Kirchhoff: Tác động của tham số độ rộng, Tạp chí các khoa học Trái Đất, 31(4), 307-310. https://doi.org/10.15625/0866-7187/3/4/9720

Cường, L.V.A., Trung, Đ. H., Vấn, N. T., Giảng, N.V., & Triết N.M. (2011). Nghiên cứu dịch chuyển Kirchhoff để xác định mô hình vận tốc trong phương pháp điện từ tần số cao, Tạp chí các Khoa học về Trái Đất, 33(2), 142-150 https://doi.org/10.15625/0866-7187/33/2/319

Flores-Tapia, D., & Pistorius, S. (2010). An Entropy-Based Propagation Speed Estimation Method for Near-Field Subsurface Radar Imaging, Advances in Signal Processing.

Scales, J.A. (1995), Theory of Seismic Imaging, Samizdat Press (web publication) and Springer Publications

Schneider, W. A. (1978). Integral formulation for migration in two and three dimensions, Geophysics, 13(1), 49-76. https://doi.org/10.1190/1.1440828

Thuan, N. V., Cuong, L. V. A., Van, N. T., Trung, Đ. H., Triet, V. M, & Liễu, V. N. N. (2017). Energy Analysis in Semiautomatic and Automatic Velocity Estimation for Ground Penetrating Radar Data in Urban Areas: Case Study in Ho Chi Minh City, Vietnam, Advances and Applications in Geospatial Technology and Earth Resources, Springer International Publishing https://doi.org/10.1007/978-3-319-68240-2_3

Tín, D. Q. C., Sang, N. C., Thư, N. L. A. (2019). Xác định các vật thể bị chôn vùi ở các lớp đất đá tầng nông bằng ra đa xuyên đất sử dụng phép biến đổi wavelet liên tục. Báo cáo nghiệm thu đề tài cấp Trường, Đại học Cần Thơ.

Trung, Đ.H., Hải, Đ.T.T., Vấn, N.T. (2013), Sử dụng phương pháp dịch chuyển sai phân hữu hạn để xử lý số liệu GPR, Tạp chí Khoa học và Công nghệ Biển, ISSN 1859-3097, 13(3A), 120-126.

Vardy, M. E., & Henstock, T. J. (2010). A frequency-approximated approach to Kirchhoff migration, Geophysics, 75(6), 211-218. https://doi.org/10.1190/1.3491196

Vấn, N. T., & Giảng, N. V. (2013). Ra đa xuyên đất: phương pháp và ứng dụng, NXB ĐHQG TP.HCM.

Vấn, N. T., Thuận, N. V., & Trung, Đ. H. (2015). Kết hợp phương pháp dịch chuyển Kirchhoff và biểu đồ năng lượng trong xử lý tài liệu GPR, Tạp chí Phát triển Khoa học và Công nghệ ĐHQG-HCM, 18(5), 42-50.

Xu, X., & Miller, E .L. (2002). Entropy Optimized Contrast Stretch to Enhance Remote Sensing Imagery, Proceedings of 16th International Conference on Pattern Recognition, 3, 915-918.

Xu, X., Miller, E. L., & Rappaport, C. M. (2003). Minimum Entropy Regularization in Frequency-Wavenumber Migration to Localize Subsurface Objects, IEEE Transactions on geoscience and remote sensing, 41(8), 1804-1812.

Yilmaz, O. (2001). Seismic data analysis, USA, Society of Exploration Geophysicists. https://doi/pdf/10.1190/1.9781560801580.fm

Zhou, H., Wan, X., Li, W., & Jiang, Y. (2011). Ombining F-K filter with minimum entropy Stolt migration algorithm for subsurface object imaging and background permittivity estimation, Procedia Engineering, 23(5), 636-641. http://doi.org/10.1016/j.proeng.2011.11.2558