نوع مقاله: علمی - پژوهشی

نویسندگان

1 عضو هیئت علمی دانشگاه صنعتی اراک

2 عضو هیئت علمی دانشگاه صنعتی اصفهان

چکیده

در مطالعه حاضر از روش رادار نفوذی به زمین (GPR) جهت تعیین مشخصات هندسی و فیزیکی اهداف استوانه­ای مدفون نظیر انواع ساختارهای تونلی استفاده شده است. برای این منظور از روش تطبیق الگو به­کمک روابط ریاضی موجود بین مشخصات هندسی هدف استوانه­ای شامل شعاع، عمق دفن و موقعیت افقی، با پارامترهای هذلولی پاسخ، استفاده شد. روش تطبیق الگو از طریق بکارگیری دو روش تعیین میزان شباهت مختلف، همامیخت دوبعدی مستقیم حوزه فضایی و همبستگی متقابل به­هنجار شده در حوزه عدد موج دوبعدی، هم برای پاسخ GPR مدل­های مصنوعی و هم برای نگاشت­های راداری واقعی، مورد استفاده قرار گرفت.
نتایج حاصل از مطالعه برای مدل­های مصنوعی متعدد مورد آزمون، نشان می­دهد که الگوریتم پیشنهادی قادر است پارامترهای از پیش شناخته شده اشیاء مدفون را با دقت مطلوبی (حداکثر خطای 15 درصد) تخمین بزند. الگوریتم تطبیق الگو برای شناسایی و استخراج پارامترهای هندسی قنات مدفون در دشت شاهین شهر اصفهان نیز به­عنوان مطالعه میدانی داده­های واقعی GPR مورد استفاده قرار گرفت. ازآنجایی­که داده­های واقعی GPR حاوی انواع نوفه­ها بوده و به­شدت وابسته به شرایط محیطی و سازندهای زیرسطحی می­باشند، بنابراین یک سری مراحل پیش­پردازش و پردازشی متناسب و هدفمند، طراحی و به­طور خودکار بر روی نگاشت­های راداری واقعی GPR قبل از ورود به الگوریتم تطبیق الگو اعمال شد. بر اساس میزان دقت مقادیر استخراج شده برای پارامترهای هندسی قنات، از روی پاسخ GPR داده­های واقعی برداشت شده، اعتبار الگوریتم تطبیق الگو به اثبات رسید. الگوریتم پیشنهادی به­گونه­ای طراحی شده است که کلیه مراحل شناسایی و تخمین پارامترهای هندسی اهداف مدفون، به­طور خودکار انجام می­شود.

کلیدواژه‌ها

موضوعات

عنوان مقاله [English]

Determination of geometrical parameters of cylindrical targets hidden in GPR radargrams using an intelligent fast template matching algorithm

نویسندگان [English]

  • Reza Ahmadi 1
  • Nader Fathianpour 2

1 Academic member of Arak University of Technology

2 Faculty member of Isfahan University of Technology

چکیده [English]

In current study, GPR (Ground-Penetrating Radar) method has been used to identify physical and geometrical parameters of buried cylindrical targets including tunnel shape structures. To achieve this goal, the well-established mathematical relationships between geometrical parameters of cylindrical target (radius, burial depth and horizontal location) with the associated GPR hyperbolic response characteristics are employed using the template matching method. In order to validate the applicability of template matching method in providing estimates of such parameters, the method was first tried on GPR responses of synthetic data with known geometrical parameters followed by applying on real data using two different similarity criteria including 2D spatial convolution and normalized cross-correlation in the wave number domain. The results of the study for several diverse tested synthetic models reveal that the proposed algorithm can estimate the known geometrical parameters of the cylinders with great accuracy (maximum error of 15 percent). The template matching algorithm was also used to extract geometrical parameters of a qanat buried in Shahin-shahr plain, Isfahan province. Depending on environmental conditions and subsurface host materials, the real GPR data normally contain a variety of noises, therefore a series of appropriate and objective preprocessing and processing stages were designed in order to apply on real GPR radargrams before deploying template matching algorithm. The applicability of the template matching algorithm on real data and validity of the estimated parameters were proved based on assessing the accuracy of estimated values geometrical parameters of the qanat through GPR response versus the measured parameters. The proposed algorithm is designed in such a way that all stages of the estimation of geometrical parameters of buried cylindrical targets are automatically carried out.

کلیدواژه‌ها [English]

  • Ground- Penetrating Radar (GPR)
  • Hyperbolic response
  • Geometrical parameters of cylindrical targets
  • Template matching
  • Normalized cross correlation