基于GprMax的道路空洞全极化数据融合研究

余昆, 朱洁, 杜卫峰, 仝润北

交通运输研究 ›› 2022, Vol. 8 ›› Issue (1) : 99-106.

交通运输研究 ›› 2022, Vol. 8 ›› Issue (1) : 99-106. DOI: 10.16503/j.cnki.2095-9931.2022.01.011

基于GprMax的道路空洞全极化数据融合研究

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Full-Polarization Data Fusion of Road Cavity Based on GprMax

  • YU Kun 1 ,  
  • ZHU Jie 1 ,  
  • DU Wei-feng 2 ,  
  • TONG Run-bei 2
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摘要

为充分挖掘全极化探地雷达探测道路空洞时的数据解译与融合规律,获取更加全面、准确的探测信息,以实际道路空洞为研究对象,首先利用GprMax数值建模软件对道路空洞进行全极化探测模拟,将获取到的极化数据图像化处理后,提取原始数据中蕴藏的极化特征,再采用主成分分析法对极化图像进行特征融合,最后将融合图像上的振幅最大值与初始极化图像进行比对。结果显示:融合图像的振幅最大值在单空洞条件下较VV、HH极化分别提升了约60%, 20%,在“管线+空洞”条件下较VV极化提高了5倍,较HH极化则降低了约20%。用主成分分析法对雷达全极化数据进行融合,能得到更加真实、更高分辨率的探测图像。

Abstract

In order to fully excavate the data interpretation and fusion rules when the full-polarization ground penetrating radar detects road voids and obtain more comprehensive and accurate detection information, taking the actual road cavity as the research object, this paper firstly used GprMax numerical modelling software to simulate the full-polarization detection of road voids. After image processing of the obtained polarization data, the polarization features contained in the original data were extracted, and then the feature fusion of the polarization image was carried out by principal component analysis. Finally, the maximum amplitude of the fused image was compared with the initial polarization image. The results show that the maximum amplitude of the fusion image is separately about 60% and 20% higher than that of VV and HH polarization under the condition of single cavity. It is 5 times higher than that of VV polarization under the condition of "pipeline + cavity ", and about 20% lower than HH polarization. By using principal component analysis to fuse the radar full polarization data, a more realistic and higher resolution detection image can be obtained.

关键词

道路空洞 / 全极化探地雷达 / 数值建模 / 主成分分析 / 数据融合

Key words

road cavity / fully polarized ground penetrating radar / numerical modelling / principal component analysis / data fusion

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余昆, 朱洁, 杜卫峰, . 基于GprMax的道路空洞全极化数据融合研究[J]. 交通运输研究. 2022, 8(1): 99-106 https://doi.org/10.16503/j.cnki.2095-9931.2022.01.011
YU Kun, ZHU Jie, DU Wei-feng, et al. Full-Polarization Data Fusion of Road Cavity Based on GprMax[J]. Transport Research. 2022, 8(1): 99-106 https://doi.org/10.16503/j.cnki.2095-9931.2022.01.011

参考文献

[1]
胡聿涵, 白玉川, 徐海珏. 近10年中国城市道路塌陷原因及防治对策分析[J]. 公路, 2016,61(9):130-135.
[2]
韩波, 丁亮, 陈勇. 探地雷达无损检测方法评述[J]. 黑龙江大学自然科学学报, 2011,28(5):608-617.
[3]
冯晅, 梁帅帅, 恩和得力海, 等. 全极化探地雷达地下管道分类识别技术[J]. 吉林大学学报(地球科学版), 2018,48(2):364-372.
[4]
胡群芳, 郑泽昊, 刘海, 等. 三维探地雷达在城市市政管线渗漏探测中的应用[J]. 同济大学学报(自然科学版), 2020,48(7):972-981.
[5]
雷达学报. 全极化探地雷达系统[J]. 雷达学报, 2021,10(1):封3.
[6]
杨娇. 基于小波变换的图像融合算法的研究[D]. 北京:中国地质大学(北京), 2014.
[7]
薛策文, 冯晅, 李晓天, 等. 全极化探地雷达多极化数据融合分析研究[J]. 雷达学报, 2021,10(1):74-85.
[8]
FENG X, LIANG W J, LIU C. Application of freeman decomposition to full polarimetric GPR for improving subsurface target classification[J]. Signal Process, 2017,132:284-292.
[9]
GIANNOPOULOS A. Modelling ground penetrating radar by GprMax[J]. Construction and Building Materials, 2005,19(10):755-762.
[10]
WARREN C, GIANNOPOULOS A, GIANNAKIS I. GprMax: Open source software to simulate electromagnetic wave propagation for ground penetrating radar[J]. Computer Physics Communications, 2016,209:163-170.
[11]
梁小强, 杨道学, 张可能, 等. FDTD数值模拟在GPR管线探测中的应用[J]. 地球物理学进展, 2017,32(4):1803-1807.
[12]
中华人民共和国住房和城乡建设部. 城市地下病害体综合探测与风险评估技术标准:JGJ/T 437—2018[S]. 北京: 中国建筑工业出版社, 2018.
[13]
舒志乐, 刘保县, 刘新荣, 等. 探地雷达正反演理论与信号处理[M]. 北京: 科学出版社, 2017: 17-18.
[14]
李世念, 王秀荣, 林恬, 等. 基于GprMax的道路空洞三维探地雷达正演数值模拟[J]. 中国地质灾害与防治学报, 2020,31(3):132-138.
[15]
张景雄, 刘凤珠, 梅莹莹, 等. 空间数据融合的研究进展:从经典方法到扩展方法[J]. 武汉大学学报(信息科学版), 2017,42(11):1616-1628.
[16]
夏雨薇, 石美红, 贺飞跃, 等. 基于降维融合特征和集成学习的织物疵点分类[J]. 国外电子测量技术, 2019,38(7):86-91.

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中央级公益性科研院所基本科研业务费项目(20207509)

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