钻孔雷达数据结合孔内成像的Curvelet变换分析方法研究

The machine drilling is now the main method in geotechnical engineering geological surveying and detecting rock mass structure of underground but cannot meet surveying and researching requirements on deep underground rock mass in major state construction projects with disadvantages of heavy workload, taking long time, high costing, single means and single logging data. Ground-penetrating radar lags in data processing and analyzing, interpreting theory research and can't meet precision detections in the complex geological environment. Development of a more effective, accurate and integrated technique testing and analyzing underground rock structural features will be great engineering significance. The two most advanced methods today, both borehole radar and digital panoramic borehole camera system will be combined and applied to engineering geological exploration in this project, to research the interpretation, processing and analysis methods jointing borehole radar signals with digital panoramic borehole image data, to research the radar data processing and target recognition methods based on Curvelet transform of multiscale geometric analysis. These researches mainly include: the characteristics and regularities of ground penetrating radar image signals of complex underground targets; the recognition of targets involving ground penetrating radar data signals based on Curvelet transform; jointing interpretation of various data; jointing interpretation methods, wave velocity estimation and analysis methods involving different engineering geological survey methods. Test the feasibility and applicability of the method and extend the method to the practical engineering applications to enhance utilized ability of ground penetrating radar and to form a fast, accurate, advanced detection means of deep underground rock mass.

岩土工程地质勘察、地下深部岩体结构探测主要以机钻为主，工作量大，时间长，费用高，手段、信息单一，不能满足地下深部区域岩体调查与研究需要；探地雷达数据处理分析、解译理论研究发展滞后，不能满足复杂地质结构精细探测要求；发展更为有效、精确的地下岩体综合探测分析技术有重大工程意义。 本项目研究拟将孔中探地雷达与孔内成像技术相结合应用于工程地质勘察，围绕Curvelet变换多尺度几何分析探地雷达数据处理与目标识别和孔中探地雷达信号与孔内成像数据联合解译与处理分析方法二个关键问题，开展复杂地下岩体结构探地雷达图像信号特征及规律性、Curvelet变换分析探地雷达数据信号目标识别、不同工程地质勘察数据的联合统计分析与表达解译方法和介电常数估算分析方法的研究，解决探地雷达信号分析精细目标识别数据处理问题。同时检验研究方法的可行性和适用性，推广到实际工程应用中。 为构建新的综合探测技术奠定理论技术基础。

在复杂地质环境中，地下深部岩体中赋存的裂隙、节理、层理成为控制岩土工程建设、地下岩体工程安全的重要因素，正确评价深部岩体工程安全性，科学地提供工程地质性状基础数据是工程地质勘察基础性工作。以机钻为主工程地质勘察方法，工作量大、时间长、费用高、信息量有限，难以获取地下区域全面而又精细的岩体结构数据，不能满足地下深部区域岩体调查与研究需要。探地雷达数据及数字孔内成像图像处理分析、解译理论研究发展滞后，不能满足复杂地质结构精细探测分析要求。.有鉴于此，围绕Curvelet变换多尺度几何分析探地雷达数据处理与目标识别、孔内成像图像数据结构面数据表达及提取、探地雷达信号与孔内成像数据联合解译与处理分析方法关键问题，研究复杂地下岩体结构探地雷达图像信号特征及规律性、Curvelet变换分析探地雷达数据信号目标识别，研究孔内成像图像数据的空间表达和特征函数结构面提取计算、结构面延展性推算，研究不同工程地质勘察数据的联合统计分析与表达解译方法和介电常数估算分析，解决探地雷达信号分析精细目标识别数据处理问题。利用有限的钻孔和有效的地质勘察，解决地下区域岩体结构的机钻、数字孔内成像和钻孔雷达精细探测问题，对构建岩土工程地质勘察中新的勘察技术，提高勘察精度和质量、降低成本具有重要应用价值。所取得的主要成果有：① GPR数据Curvelet变换理论分析，Curvelet域的修正蒙特卡洛阈值计算， GPR数据的变换域模极大值奇异值方法；② 互相关的特征值与特征空间子空间分解；③ 孔内成像结构面数据的表达，特征正弦函数图像灰度值分析结构面匹配计算；④孔内成像与GPR数据的多源数据融合计算，岩体介电参数估算。.研究中同时检验研究方法成果的可行性和适用性，研究成果在实际工程应用中具有推广价值与意义。