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基于Shearlet变换的探地雷达弱信号提取及典型岩溶不良地质非线性识别
结题报告
批准号:
51708136
项目类别:
青年科学基金项目
资助金额:
24.0 万元
负责人:
刘宗辉
依托单位:
学科分类:
E0808.地下与隧道工程
结题年份:
2020
批准年份:
2017
项目状态:
已结题
项目参与者:
吴恒、巫志文、刘毛毛、刘以阗、吴一帆、杨猛
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中文摘要
岩溶隧道开挖时,采用探地雷达探明岩溶不良地质的空间位置、几何形态以及物质属性对于评定灾害危险等级、制定详细施工方案具有极为重要的意义。但由于隧道探测环境中的干扰、电磁衰减、散射以及岩溶地质复杂性,导致岩溶不良地质探测难以取得满意的效果。本项目拟从探地雷达信号处理研究入手,采用理论分析、模型试验、现场试验以及数值模拟等研究手段,首先针对探地雷达在隧道地质预报过程中“弱信号,强干扰”信号特点研究基于Shearlet变换的噪声压制及弱信号提取方法;然后系统研究探地雷达属性提取及属性定量化表示,建立典型岩溶不良地质与探地雷达回波信号属性参数的关系模型;最后基于深度学习理论研究探地雷达数据特征自动提取,建立基于探地雷达多属性融合的典型岩溶不良地质空间分布与物质属性非线性智能识别模型。该项目的实施对探地雷达信号噪声压制及弱信号提取方法是一完善,为探地雷达识别岩溶不良地质提供理论依据和技术指导。
英文摘要
During the excavation of karst tunnel, detection by Ground penetrating radar (GPR) of the spatial position, geometrical morphology and properties of the unfavorable geology in karst is of great importance for grade estimation of hazard and formulation of detailed construction method. But the interference, attenuation and scattering of electromagnetic wave and the complexity of karst in the tunnel make it difficult to obtain satisfied results of detecting unfavorable geology. The research starts with the signal processing of GPR by using theoretical analysis, model experiment, field test and numerical simulation. Firstly, we will research the method of noise suppressing and weak signal extraction based on Shearlet transformation according to the signal properties of GPR, which is weak but has strong interference, in geologic forecast for karst tunnel. Secondly, we will carry out systematic research of the extraction and quantitative representation of GPR attribute as well as the relation between the unfavorable geology in karst and the attribute of GPR echo. Finally, we will research the automatic extraction of the GPR data attributes based on deep-learning theory and establish the nonlinear intelligent discrimination model with multiattribute fusion of material properties and spatial distribution of the unfavorable geology in typical karst based on GPR. The implementation of the project will improve the method of noise suppressing and weak signal extraction of GPR and provide theory and technique support for detecting unfavorable geology in karst.
采用探地雷达进行岩溶隧道超前地质预报时,受现场探测环境、岩溶地质的复杂性以及解译技术制约,多解性问题一直未能得到很好解决。本项目针对隧道超前地质预报过程中探地雷达反射波 “弱信号,强干扰”的特征,将剪切变换(shearlet 变换,ST)引入探地雷达信号处理,根据有效信号和干扰信号在剪切域中不同尺度、不同方向上的能量差异,提出一种基于自适应阀值的随机干扰去除方法,并通过正演模拟数据验证了该方法在随机干扰去除上的优势;在此基础上针对隧道超前地质预报中常见的能量接近、频率异常干扰信号,以实际数据为例说明小波变换(WT)对其去除效果;从而进一步提出小波变换与剪切变换联合干扰压制方法,即首先使用小波变换对异常频率干扰进行分离,然后采用基于自适应阀值的剪切变换对随机干扰进行压制。现场溶洞探测应用效果表明,所提出的方法能在去除干扰的同时很好地保留有效信号、凸显地质异常区域。从依托工程中选取代表性的案例,分析总结隧道建设中常见的几种典型岩溶不良地质的属性特征,结果表明岩溶不良地质类型与探地雷达属性参数有很好相关性。研究属性特征定量表示方法,提出基于广义 S 变换及子波谱模拟的雷达波吸收衰减参数计算方法,实际数据分析结果表明:每种属性都能从某些角度反映岩溶不良地质体雷达反射波的特征,在综合多个特征参数后,可以较好的区分不同的岩溶不良地质类型,从而提高了探地雷达目标识别精度。建立基于高斯机器学习方法的典型岩溶不良地质智能识别模型,该识别模型不仅可以自动识别不同的岩溶不良地质类型,还能获得分类结果的具体概率。提出了基于多属性融合的岩溶异常三维成像技术,该技术采用主成分分析法融合多个属性,通过聚类分析和移动立方体算法圈定岩溶异常区域,研究成果成功应用于广西融水至河池、都安至巴马等高速公路隧道。
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DOI:--
发表时间:2019
期刊:公路交通科技(应用技术版)
影响因子:--
作者:刘宗辉;吴一帆;周东;蓝日彦
通讯作者:蓝日彦
DOI:10.1520/gtj20160287
发表时间:2017-12
期刊:Geotechnical Testing Journal
影响因子:1.6
作者:Zhou Dong;Liu Zonghui;Liang Robert Y;Wu Heng;Wang Yetian
通讯作者:Wang Yetian
DOI:10.16285/j.rsm.2018.0796
发表时间:2019
期刊:岩土力学
影响因子:--
作者:刘宗辉;刘毛毛;周东;蓝日彦;吴恒;王业田
通讯作者:王业田
DOI:10.1016/j.oceaneng.2020.107431
发表时间:2020-07
期刊:Ocean Engineering
影响因子:5
作者:Tu Wenbo;Huang Maosong;Gu Xiaoqiang;Chen Hua-Peng;Liu Zonghui
通讯作者:Liu Zonghui
Recognition method of typical anomalies during karst tunnel construction using GPR attributes and Gaussian processes
基于探地雷达属性和高斯过程的岩溶隧道施工典型异常识别方法
DOI:10.1007/s12517-020-05782-0
发表时间:2020-08-11
期刊:ARABIAN JOURNAL OF GEOSCIENCES
影响因子:--
作者:Liu, Maomao;Liu, Zonghui;Wu, Heng
通讯作者:Wu, Heng
高温气相抽提法处置有机物污染粘土的渗流-传热耦合作用机制研究
  • 批准号:
    --
  • 项目类别:
    --
  • 资助金额:
    38万元
  • 批准年份:
    2020
  • 负责人:
    刘宗辉
  • 依托单位:
国内基金
海外基金