Name: 배열 안테나 지상 레이더를 관통 된 침투 시간 경과 멀티 오프셋을 사용 하 여 전면 깊이 수집 추적 (동영상) | JoVE Journal
Uploaded: 2018-05-01T13:00:00.000+00:00
Duration: 7 min 14 s
Description: 배우세요 배열 안테나 지표투과레이더를 이용한 토양 침투 전면 실시간 추적 방법입니다. 시차 다중오프셋 데이터를 효율적으로 수집하여 포화대 수문학 연구에 활용할 수 있습니다.

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이 연구 JSP 선진적인 과학 연구 프로그램 (No. 16 H 02580, 17 H 03885)와 공동 연구 프로그램의 건조 한 땅 연구 센터, 돗토리 대학에 재정적으로 지원 되었다.

이 연구의 주된 목적은 표면 동적 프로세스를 시각화 하는 배열 GPR 시스템을 사용 하는 물 침투, 같은 그것은 또한 어떻게 침투 테스트를 실시 했다 설명 하는 것이 중요.
1. 침투 테스트 결과
<ol><li>맨 손으로 표면 침투 테스트에 대 한 사이트를 선택 합니다. 참고: 이 연구에 대 한 침투 테스트는 건조 한 땅 연구 센터 돗토리에의 대학, 일본의 대형 온실 시설에서 실시 되었다. 자세한 내용은16에 대 한 최근 게시물을 참조 하십시오.</li>
	<li>서로 간에, 균일 한 침투 (그림 2)를 지키기 위하여 15 cm의 거리에서 표면 6 2.5 m 긴 다공성 튜브 병렬에 위치.</li>
	<li>과잉의 물을 제거 하기 위하여 수도 꼭지 또는 물이 저수지에 연결 되어, 밸브 규제 입구에 튜브의 한쪽 끝 및 다른 쪽 끝을 콘센트에 연결 합니다.</li>
	<li>얇은 910 x 1802 m m2 나무 패널 (안테나 배열 보다 약간 큰), 다공성 튜브를 배치 합니다.</li>
	<li>침투 테스트 전에 레이더 신호에 나무 패널의 효과 확인 합니다.</li>
	<li>다양 한 깊이에 토양 수 분 함량 변화를 모니터링 하는 나무 패널 바로 옆 토양 수 분 센서를 설치 합니다. 참고: 이 센서의 목적은 GPR 데이터의 분석에서 얻은 결과 교차 확인 하는 데 사용 하는 참조 데이터를 제공 하는 것입니다. 이 연구에서는 막대 형 토양 수 분 센서 모니터링 10, 20, 30, 40, 60, 및 100 cm 깊이에 토양 유전율을 안테나 옆 설치 되었다 ( 재료의 표참조).</li>
</ol>2. GPR 측정
<ol><li>나무 패널에 배열 GPR 안테나를 놓습니다. 참고: 이 연구에서 안테나 고정 기록 된 신호에서 일관성을 보장 하기 위해 버려졌습니다.</li>
	<li>동축 케이블을 사용 하 여 컨트롤러에 안테나를 연결 합니다.</li>
	<li>이더넷 케이블로 노트북 PC에 컨트롤러를 연결 합니다.</li>
	<li>안테나 조합 및 일반적인 오프셋된 수집 (장부) 및 다중 오프셋된 수집 (MOG) 원활 하 게 수집 되도록 그들의 순서를 결정 합니다. 참고: 이 연구에서 우리의 처분에 배열 GPR에 대 한 모든 가능한 조합이 사용된 (110) 했다. 그것은 1.5 미만 했다 모든 조합을 통해 전체 검색을 수행 하는 s.</li>
	<li>GPR 데이터 데이터 수집 소프트웨어를 사용 하 여 녹음을 시작 합니다. 참고: 그것은 물 다공성 튜브에 주입 하기 전에 데이터 수집을 시작 해야 합니다.</li>
	<li>물 적용 밸브를 엽니다 (즉, 침투 과정을 시작). 참고: 층 토에 물 주입 속도 대상 토양의 유압 속성 (예: 유압 전도도)에서 확인할 수 있습니다. 이 연구에 사용 된 유량이 이었다 7000 cm3/min은 모래 모래의 포화 된 유압 전도도 보다는 더 적은.</li>
	<li>미리 정해진된 양의 물 주입 후 밸브를 닫습니다. 참고: 물 4 h 동안 지속적으로 주입 했다 그리고 총 1680 L 물 테스트를 위해 사용 되었다.</li>
	<li>계속 스캐닝 배열을 GPR는 추가 기간에 대 한 추가 분석을 위해 재분배 과정을 모니터 하기 위해. 참고: GPR 되었습니다 배열 후 밸브를 폐쇄 했다 4 h에 대 한 데이터를 수집 보관. 그럼에도 불구 하 고, 이러한 데이터는 하지 여기 제시 하는 연구에 대 한 분석 되었습니다.</li>
</ol>3. 데이터 분석 속도 추정에 대 한
<ol><li>전체 데이터 큐브에서 상대 Tx Rx 조합을 추출 하 여 장부 및 CMP 데이터를 재구성 합니다. 이 재배열 레이더 프로필 그래서 동일한 오프셋 (장부)와 같은 중간 지점 (CMP)와 사람에서 Tx Rx 쌍을 함께 그룹화 하는 저자에 의해 개발 된 몇 가지 사용자 지정 코드를 통해 달성 되었다. 참고: SFCW GPR 단위는이 연구를 위해 사용 되었다, 때문에 원시 데이터는 주파수 영역; 작업 시간 변환 주파수의 GPR 시스템의 제조업체에서 제공 하는 소프트웨어를 사용 하 여 수행 되었다.</li>
	<li>견적 피팅 하 여 주어진된 경과 시간에 일로 영역에서 최적의 EM 파 속도 계산된 양방향 여행 시간, tc, EM 파의 반영 관찰 된 신호에 침투 앞에. 맞는 최고의 커브 속도 스스로 결정 했다. <img alt="Equation 1" src="/files/ftp_upload/56847/56847eq1.jpg">(1) 여기서 d0 는 반사 지점, x 깊이 Tx와 Rx, vr 사이의 거리 반사 평면에 루트-의미-스퀘어 속도 이며 t0 0 오프셋에서 양방향 여행 시간 CMP radargram에서 확인 했습니다. 참고: 집 고 양이 사용 하 여 가장 일반적인 속도 추정 법은 유사 분석5,15,17. 유사 분석에서 평균 제곱근 속도 속도 스펙트럼을 사용 하 여 선택 됩니다. GPR 데이터 배열에서 관찰 된 낮은 신호 대 잡음 비율 안정적인 속도 스펙트럼 개발을 허용 하지 않았다 때문에 유사 분석은이 연구에서 속도 추정에 사용 되지 않습니다. 이러한 데이터에서 신뢰할 수 있는 속도 스펙트럼을 생성 하는 적절 한 필터링 방법을 찾기는 다른 진행 하는 연구에서 조사 되 고 있다. 이 연구의 범위에 대 한 메서드를 피팅 곡선 CMP radargrams에 맞게 Eq (1)에 사용 되었다.</li>
	<li>Eq. (1), 계산 일로 앞 깊이 d0 예상된 그들 속도 vr를 사용 하 여 경과 시간을 사용 하 여. 참고: 데이터 분석의이 부분에 대 한 장부 데이터 집합 오프셋된 x 113 mm 크거나에 사용 되었다.</li>
</ol>

<ol><li>Huisman, J., Hubbard, S., Redman, J. D., Annan, P. <a target="_blank" href="http://phineas.u-strasbg.fr/sailhac/liens/Cours/HGP/Articles2008/Huisman_VZJ_03_476.pdf">Measuring soil water content with ground penetrating radar: A review.</a> Vadose Zone Journal. 2 (4), 476-491 (2003).</li>
<li>Lambot, S., Weihermüller, L., Huisman, J., Vereecken, H., Vanclooster, M., Slob, E. C. <a target="_blank" href="http://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1029/2006WR005097/abstract">Analysis of air-launched ground-penetrating radar techniques to measure the soil surface water content.</a> Water Resources Research. 42, 1-12 (2006).</li>
<li>Binley, A., Hubbard, S., Huisman, J., Revil, A., Robinson, D., Singha, K., Slater, L. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((The+emergence+of+hydrogeophysics+for+improved+understanding+of+subsurface+processes+over+multiple+scales%5BTitle%5D)+AND+%22Water+Resources+Research%22%5BJournal%5D)">The emergence of hydrogeophysics for improved understanding of subsurface processes over multiple scales.</a> Water Resources Research. 51, 3837-3866 (2015).</li>
<li>Vereecken, H., Huisman, J., Hendricks, F. H., Bruggemann, N., Bogena, H., Kollet, S., Javaux, M., Van Der Kruk, J., Vanderborght, J. <a target="_blank" href="http://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/2014WR016852/full">Soil hydrology: Recent methodological advances, challenges, and perspectives.</a> Water Resources Research. 51, 2616-2633 (2015).</li>
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<li>Vellidis, G., Smith, M. S., Thomas, D. L., Asmussen, L. E. <a target="_blank" href="https://www.cabdirect.org/cabdirect/abstract/19911960075">Detecting wetting front movement in a sandy soil with ground-penetrating radar.</a> Transactions of the ASAE. 33 (6), 1867-1874 (1990).</li>
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</ol>

이 연구에서는 배열 지상 관통 레이더 (GPR) 침투 실험 동안 일로 앞의 깊이 추적 하기 위해 사용 되었다 실험 분야 돗토리 모래 언덕, 일본 근처에서 실시. 10 전달 안테나 (Tx)과 수신 안테나 (Rx) 11이이 연구에 사용 된 GPR 시스템 배열에 의하여 이루어져 있다. 110 다른 Tx Rx 조합까지 사용 하도록 시스템을 구성할 수 있습니다. 침투 실험 기간 동안 모든 110 조합 물 일부 다공성 튜브 표면에 배치를 통해 적용 된 위치에 배열 고정 떠나 1.5 초 간격으로 지속적으로 검사 되었다. 공통-오프셋 수집 (장부) 및 일반적인 중간 지점 데이터 (CMP) 시간 경과 데이터 큐브에서 개축 했다. 그것은 실질적으로 가능한 기존의 bistatic GPR 시스템와 같은 속도로 CMP 데이터를 수집 된 것 합니다. 실험 기간 동안 고정 된 기록에 재현 하 고 의미 있는 시간 경과 데이터를 얻기 위해 안테나를 떠나 매우 중요 하다.
배열 GPR 데이터 EM 파 속도15를 추정 하는 이용 되었다, 비록 과도 프로세스 같은 EM 파 속도 추정 시간 경과 배열 GPR 데이터를 분석 하는 몇 가지 연구 물 침투만. 이 연구에서 전자기 (EM) 파 속도 구조 시간 경과 CMP 데이터에서 추정 되었다. 쌍곡선 곡선 양방향 여행 시간에 대 한 낮은 신호 대 잡음 때문에 일로 영역에서 평균 EM 파 속도 추정 하기 위해 CMP radargrams에서 반사 된 신호를 스스로 장착 했다 유사 분석을 수행 하는 대신 (S / N) 데이터에서 비율입니다. S/N 비 때, 유사 분석 안정적인 속도 스펙트럼을 생성 하기 위해 사용할 수 없습니다. 적절 한 필터링 메서드 유사 분석 메서드를 사용 하 여 개발 되어야 할 것 이다. 침투 실험; 동안에 토양 수 분 함량 변화를 측정 하는 GPR 안테나 옆 막대 형 토양 수 분 센서 설치 센서 10, 20, 30, 40, 및 60 cm의 깊이에 전치 하 고 독립적으로 일 했다.
예상된 EM 파 속도 사용 하 여, 일로 앞의 깊이 침투 과정의 1 분 간격으로 계산 했다. 예상된 일로 앞의 시간에 진화 아래 20cm 깊이에 토양 수 분 센서에서 관측 함께 잘 동의합니다. 얕은 깊이에서 일로 앞 깊이의 GPR 견적 토양 수 분 센서에서 수치와 불일치를 보여 줍니다.
전반적으로,이 연구에서는 배열 GPR 시스템은 시간 경과 일반적인 중간 지점 (CMP) 데이터를 수집 하 여 흙으로 물 침투 동안 일로 전면 깊이의 진화를 추적 수 보여 줍니다. 이 유형의 데이터는 쉽게 하기 전에 기존의 표면 GPR에서 수집 하지,이 연구에서 얻은 데이터 들입니다 첫 하 층 토에 일로 앞 시간이 지남에 진화 하는 방법을 보여. 미래의 일이이 실험 중에 가져온 데이터에서 토양의 유압 매개 변수 추정 데이터 반전 사용의 가능성을 모색할 것입니다.

이해 질량 및 에너지 전송 프로세스 vadose 지역에서 농업 및 환경 분야에 많은 응용 프로그램에 대 한 중요 하다. 이러한 프로세스 중 변함없이 포화 물 흐름 물리, 지구 화학, 생물학, 및 심지어 기계적 프로세스와 같은 다른 공정의 만큼 필수적인 과정은, 일반적으로 물 흐름으로 결합 된. 지구 물리학 기술에서 최근 개발 하나 비 접촉 vadose 지역에서 hydrological 프로세스를 모니터링할 수 있다. 기법으로 많은 지구 물리학, 지상 관통 레이다 (GPR) 모니터링 하 고 전자기 (EM) 파 방출 하 고 받은 GPR 안테나의 전파 때문에 토양 물 역학 특성을 가장 널리 사용 되는 기술 중 하나는 토양 수 분 콘텐츠1,2,,34특징. 사용할 수 있는 시스템 중 지상에 표면 (표면 GPR 원고의 나머지에서 라고도 함) 하는 GPR 필드에서 사용 하는 가장 일반적인입니다. 하나의 송신기와 하나의 수신기 (bistatic 레이다 시스템) 전통적인 표면 GPR 시스템 일반적으로 상수 송수신 분리 (오프셋) 표면 스캔 하는 데 사용 됩니다. 이 구성에서 수집 하는 데이터 집합 일반적인 오프셋 수집 (장부)로 알려져 있습니다. 레이더 데이터 송신기, 최종 반사판 사이 및 수신기 등을 맞댄 총 여행 시간을 기준 시간으로 표시 됩니다. 위하여 깊이 정보, 표면 필요가 있는 예상할 수 있는 EM 파 속도에 여행 시간을 변환 합니다. 예를 들어이 다중 오프셋된 수집 (MOG) 데이터 세트5의 분석을 통해 수행할 수 있습니다.
다양 한 표면 침투 프로세스6,7,,89모니터 GPR을 사용 하 여 연구 되어, 비록 그들 중 누구도 직접 일로 앞 또는 EM 파의 위치 결정 침투 하는 동안 시간과 함께 변화 하는 속도 구조. 일반적인 방법은 평균 EM 파 속도 결정 하기 위해 참조 반사판으로 알려진된 깊이에 매장 되 고 전면 깊이 일로 개체를 사용 하는 것입니다. 일로 앞 침투 하는 동안 동적으로 변경, 이후 경과 MOG 참조 개체를 사용 하지 않고 EM 파 속도 구조에 변화를 악용 하려면 짧은 시간 간격으로 수집 해야 합니다. 일반적인 bistatic 표면 GPR 안테나, 서로 간의 짧은 간격 시간 경과 집 고 양이의 컬렉션으로 다양 한 오프셋된 구성 설정 하는 안테나를 수동으로 이동 하는 데 필요한 어렵거나 불가능입니다. 최근, 안테나 배열 GPR (이라고 배열 GPR이)의 가족은 표면 빠르고 정확 하 게10이미지를 광범위 하 게 사용 되었습니다. 배열의 기본 개념 GPR 전자 단일 프레임에 여러 개의 안테나를 전환 하 여 최소의 노력으로 밀도 swaths을 제공 하는. 배열 GPR 시스템 넓은 분야의 3D 표면 이미지를 신속 하 게 생성을 주로 사용 되었습니다. 이러한 시스템에 대 한 일반적인 응용 프로그램의 몇 가지 예는도 다리 검사11, 고고학 탐사12 , UXO과 지뢰 탐지13,14있습니다. 이러한 목적을 위해 배열 GPR 장부 수집 일정 안테나 분리 구성으로 표면 스캔을 주로 사용 된다. MOG GPR 속도 추정15사용 될 수 있는 배열 수집으로 입증 되었습니다, 하지만이 방법론의 실용화 단지 몇 가지 경우로 제한 되었습니다. 안테나 배열 고정된 위치에 배치, 시간 타락 한 MOG은 쉽게 수집할 수 있습니다. 우리의 최근 게시16에서처럼 시간 경과 radargrams 배열 GPR 시스템 수집 묘사 오히려 명확 하 게 젖 음 정면에서 반사 신호 점차적으로 수직 침투 실험 중 아래쪽으로 이동 모래 언덕에서 실시. 종이의 주요 목적은 배열 GPR을 사용 하 여 침투 테스트 하는 동안 시간 경과 MOG를 수집 하는 방법과 일로 앞의 깊이 추적 하기 위한 데이터를 분석 하는 방법을 설명 했다.
이 연구에서 우리가 사용 안테나 배열 10 전송의 구성 (Tx0-Tx9) 및 수신 (Rx0-Rx10) 11 나비-넥타이 monopole 안테나. 안테나 요소는 배열 내에서 변위는 그림 1 에 표시 됩니다 ( 재료의 표참조). 안테나 배열 3000 mhz 주파수 범위 100 MHz에서 작동 하는 단계 주파수 연속 파형 (SFCW) 레이더 장치에 의해 제어 됩니다. 안테나 배열10무선 주파수 (RF) 멀티플렉서를 사용 하 여 Rx Tx 쌍의 사용자 정의 순서를 통해 배열 GPR 전환 합니다. Tx Rx 조합이 특정 시스템에 대 한 최대 수 110 이다. 이 실험에 대 한 우리 배열 모든 110 조합, 사용 하는 GPR Tx9에 Tx0에서 각 송신기 Rx10 하 Rx0에서 모든 11 수신기 순차적으로 대응 했다 검색 순서를 프로그래밍 구성. 모든 110 조합을 통해 검색을 수행 하는 데 필요한 시간은 1.5 초 미만입니다. 송신기와 수신기 간의 오프셋 어디 세로 오프셋은 85 m m를 그림 1에서 보듯이 안테나 요소의 피드 포인트 사이의 거리에 따라 계산 했다.

<table><tbody><tr><td>GeoScope 레이더 유닛</td><td>3D 레이더 AS</td><td></td><td></td></tr><tr><td>DXG1820 안테나</td><td>3D 레이더 AS</td><td></td><td></td></tr><tr><td>PR2/6 프로필 프로브&nbsp;</td><td>델타-T</td><td></td><td></td></tr></tbody></table>

배열 안테나 지상 레이더를 관통 된 침투 시간 경과 멀티 오프셋을 사용 하 여 전면 깊이 수집 추적

Tracking Infiltration Front Depth Using Time-lapse Multi-offset Gathers Collected with Array Antenna Ground Penetrating Radar

지상 결합, 밀도가 안테나 배열에 따라 지상 관통 레이더 (GPR) 시스템 침투 실험 테스트 사이트 돗토리 모래 언덕, 일본 근처에서 실시 하는 동안 데이터를 수집 하도록 사용 되었다. 10 전달 안테나 (Tx)과 수신 안테나 (Rx) 11이이 연구에 사용 된 안테나 배열에 의하여 이루어져 있다. 이 실험에 대 한 시스템에는 멀티 오프셋 수집 (MOG) 110 Tx Rx 조합으로 구성 된 결과 모든 가능한 Tx Rx 쌍을 사용 하도록 구성 되었습니다. 배열 침투 지역 바로 위에 위치에 고정 남아 고 데이터가 시간 기반 트리거를 사용 하 여 1.5 초 마다 모였다. 공통-오프셋 수집 (장부) 및 일반적인 중간 지점 (CMP) 데이터 큐브 사후 처리 하는 동안 MOG 데이터에서 재건 되었다. 전파의 속도에 변화를 추정 시간 경과 CMP 데이터를 사용 하는 몇 가지 연구 되었습니다. 이 연구에서 전자기 (EM) 파 속도 피팅, 쌍곡선의 방정식을 사용 하 여 곡선을 통해 재건된 CMP 데이터에서 1 분 간격으로 스스로 견적 되었다. 우리는 다음 일로 앞의 깊이 계산 하였다. 시간이 지남에 따라 일로 앞의 진화가 통해 얻을 방법은 깊이 20cm 아래에 두었다는 토양 수 분 센서에서 관측으로 일관 된. 이 연구에서 얻은 결과 처럼 정확 하 고 양적 침투 물 표면 동적 프로세스를 모니터링 하는 데 이러한 배열 GPR 시스템의 능력을 보여 줍니다.

그림 3 은 시간 경과 패널 110 Tx Rx 조합의 다이어그램 인수 모든 1.5 s 침투 실험 주파수에서 시간 도메인 데이터를 변환한 후의 첫 번째 60 분 동안. 깊이에서 반사를 강화 하기 위하여 대역 통과 필터 뒤에 이득 보상 적용 했다. 패널 다이어그램 각 섹션에 해당 하는 특정 Tx 10 섹션으로 나눌 수 있습니다. Tx의 위치 흰색 삼각형으로 표시 되 고 각 슬라이스는 Rx에 대 한 기록 시간 경과 신호에 해당. 수직 축 양방향 여행 시간 또는 TWT, 즉 최종 반사판을 다시 수신기는 송신기에서 여행을 EM 파에 시간 필요한 표시 됩니다. 프로필은 회색조 색 지도에서 신호 진폭을 표시합니다. 색상에 큰 대비 기록 된 레이더 신호에 높은 진폭을 나타냅니다. EM 파 반사; 주위 매체 보다 다른 전기 특성을 가진 개체 또는 다른 유전율에서 레이어 사이의 인터페이스에서 생산 됩니다. 유 전체 고대비 높은 진폭의 반사를 결정 합니다. 물 침투 과정 물 콘텐츠 물 처음 건조 한 토양에 침투 하는 곳은 그 일로 영역의 가장자리에서 점차 증가 하는 전이 영역 이라고 하는 영역입니다. EM 파 물 표 탐지18의 연구 관찰로 매우 가장자리에 아닙니다 그러나 전환 영역 내에서 반영 될 것입니다. 원고의 나머지 부분에서이 반사 영역 일로 앞 라고 합니다. 그림 3, 높은 진폭 신호 표시 하 고 시간 발전 실험 기간 동안 꾸준히 아래쪽으로 이동 합니다. 이 반사 실제로 일로 전면에 의해 생산 물 표면에서 서서히 아래쪽으로 침투. 이 다이어그램에서 장부 및 CMP 개축 될 수 있다 이와사키 외 의 그림 2 와 같이 16
속도 분석 모든 1 분 얻은 CMP 데이터에서 수행 되었다. CMP 데이터의 모든 집합에 대 한 식 (1)에 의해 주어진 양방향 여행 시간 t0 와 vr, 젖은 영역에서 유니폼 레이어 가정 조정 하 여 젖 음 정면에서 반사에 장착 했다. 시간 0는 0.3 m/ns의 속도와 공기 웨이브를 피팅 하 여 수정 되었습니다. 그림 4 는 CMP 데이터 경과 시간 te 에서 5 분 간격 te 5 분 = = 최적된 곡선 (실선 반사 파에 대 한) 및 공기 웨이브에 대 한 파선 백색 선으로 표시와 함께 50 분. 공기 파 반사 파 하지만 직접 신호 송신기와 수신기 사이의 아니다, 이후 여행 시간이 오프셋으로 선형으로 증가 합니다. 모든 곡선 반사 파의 (흰색)에 긍정적인 봉우리에 장착 했다. 모든 곡선 t0 와 vr 에 대 한 예상된 값은 좋은 의미에서 모든 오프셋, CMP radargrams에 표시 된 관찰된 반사 곡선에 잘 장착. 침투 실험에 대 한 건조 나무 패널 안테나와 다공성 튜브 사이 배치 했다. 패널은 젖은 토양의 그것 보다 훨씬 낮은 유 전체 상수, 때문에 EM 파동 전파에 미치는 영향 수 있습니다, 비록 그것이 얇은. 2 층 모델 상위 5 cm의 유전율에 대 한 3의 값을 가정 하 고 상기 유니폼 레이어 모델 뿐만 아니라 다음 고려 되었다. 또한이 두 번째 모델에 대 한 EM 파 속도 vr 곡선 맞춤 제작한 일로 전면 반사에 의해 추정 되었다.
에서 그림 5, 추정 일로 앞 깊이 단일 및 2 계층 모델에 대 한 te 의 기능으로 그려집니다. 그것은 일로 앞 아래쪽으로 이동 인정 될 수 있다 거의 선형으로 두 모델에 대 한 시간, te 사이 감속이 제외 = 10 분 및 te 20 분 = 두 모델 간의 차이 처음 중요 한, 하지만 시간이 경과 유니폼 모델에 대 한 견적 2 계층 모델에 비해 약간 더 빠르게 이동 합니다. 그림 5에서 다이아몬드 기호 수 분 센서에서 신호 증가 하기 시작 했다 그리고 그들은 나중에 꾸준한; 된 시간을 표시 하는 데 사용 됩니다. 이 모든 센서 깊이 실선으로 연결 됩니다. 위에서 설명 했 듯이, EM 파의 반사 발생 하지 않습니다 반드시 젖은 영역;의 매우 가장자리에 즉, 특정 깊이 고려 하나이 반사 센서에서 신호를 증가 시작 하는 때 시간에 포인트를 일치 수를 기대할 수 없다. 이런이 의미에서 반사 영역 바로 아래에 비해 어디 특정 수 채도 도달 했습니다, 침투 앞에 깊이 수준에 기인 이다. 30, 40, 그리고 깊이 60 cm에서 센서, 고려 GPR 데이터에서 가져온 일로 앞 깊이의 예상 시간 표시 막대에 실선으로 표시 된 범위에서 잘 떨어진다. 때는 GPR 20cm 깊이에서 도착 전면 일로 추정 시간 때 센서 판독값에 급격 한 증가, GPR 예상 수 분 센서에 의해 제작 되었다 무엇 보다 훨씬 더 빨리 10 cm의 깊이 도달 하는 동안 관찰 되었다 시간에 해당 비록 젖 음 정면에서 반사 신호는 명확 하 게 te 후 관찰 = 5 분 (그림 4). 또한, 그것은 GPR의 추정 곡선 원점을 통과 하지 않는다 추정 하는 것을 언급 되어야 한다. 얕은 깊이에이 불일치 원인 확실 하지 않습니다, 비록 몇 가지 가능한 설명이 있을 수 있습니다. 그것은 토양 속성에 표시 될 수 있습니다 또는 비-균일 물 응용 프로그램에서 때문일 수도 있습니다. 실제로 있는 경우이 큰 효과 했 보다 침투 과정 이전 나중 단계에서. 또 다른 설명은 표면 거칠기 시간 0의 결정에 영향을 수 있습니다. 나무 패널 및 다공성 튜브의 효과 뿐만 아니라 계정에 표면 거칠기의 효과 고려 해야한다.
<img alt="Figure 1" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/56847/56847fig1.jpg"> 그림 1 : 배열의 스키마 지상 관통 레이다 안테나 구성이이 연구에 사용 된. V 자형 구조 bowtie monopole 안테나는. 10 전달 안테나 (Tx)과 수신 안테나 (Rx) 가로로 정렬 하는 11이 있다. <a href="https://cloudflare.jove.com/files/ftp_upload/56847/56847fig1large.jpg" target="_blank">이 그림의 더 큰 버전을 보려면 여기를 클릭 하십시오.</a>
<img alt="Figure 2" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/56847/56847fig2.jpg"> 그림 2: 침투 실험의 스키마. (A) 평면도 (B) 측면 보기 배열 안테나 6 250 cm 다공성 튜브 위에 배치 했다 15 c m 간격 정렬. <a href="https://cloudflare.jove.com/files/ftp_upload/56847/56847fig2large.jpg" target="_blank">이 그림의 더 큰 버전을 보려면 여기를 클릭 하십시오.</a>
<img alt="Figure 3" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/56847/56847fig3.jpg"> 그림 3 : 침투 실험의 첫 번째 60 분 동안 얻은 시간 경과 radargram. 110 안테나 조합에 대 한 기록 된 신호 데이터에 의하여 이루어져 있다. 한 조각 한 Tx Rx 조합으로 수집한 시간 경과 데이터에 해당 합니다. 다른 색 신호 진폭에 사용 됩니다. 검은 세로줄이 각 Tx. 화이트 삼각형에 대 한 별도 데이터 나타냅니다 Tx. 위치 <a href="https://cloudflare.jove.com/files/ftp_upload/56847/56847fig3large.jpg" target="_blank">를이 그림의 더 큰 버전을 보려면 여기를 클릭 하십시오.</a>
<img alt="Figure 4" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/56847/56847fig4.jpg"> 그림 4 : Te 에서 CMP의 Radargrams = t e 5 분 5 분 간격 = 55 분. 흰색 실선은 수동으로 나타냅니다 흰색 파선 대표 공기 웨이브의 여행 시간 동안 젖 음 정면에서 반사의 양방향 여행 시간 장착. <a href="https://cloudflare.jove.com/files/ftp_upload/56847/56847fig4large.jpg" target="_blank">이 그림의 더 큰 버전을 보려면 여기를 클릭 하십시오.</a>
<img alt="Figure 5" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/56847/56847fig5.jpg"> 그림 5 : 전면 깊이 흐른다. 시간 경과 여러 오프셋에서 GPR 수집 모두 유니폼 (삼각형)과 2 층 (광장) 모델에 대 한 경과 시간의 함수로 배열에서 추정 전면 깊이 흐른다. 양쪽 끝에 다이아몬드 블랙 라인 읽기 및 이러한 각 센서 깊이 (전이 영역 즉, 기간)에 대 한 꾸준한 수준에 도달 하면 초기 증가 사이의 시간을 보여줍니다. <a href="https://cloudflare.jove.com/files/ftp_upload/56847/56847fig5large.jpg" target="_blank">이 그림의 더 큰 버전을 보려면 여기를 클릭 하십시오.</a>

여기 선물이 표면 물 침투의 역동적인 과정을 모니터링 하기 위한 지상 결합, 밀도가 안테나 배열에 따라 지상 관통 레이더 (GPR) 시스템. 침투 프로세스의 시간 경과 레이더 이미지가 침투 과정 과정 일로 앞의 깊이 추정 허용.

A Ground Penetrating Radar (GPR) system based on a ground-coupled, densely populated antenna array was used to collect data during an infiltration ...

이 실험의 전반적인 목표는 어레이 안테나 지상 관통 레이더를 사용하여 들판 토양의 침투 전선을 추적하는 것입니다. 이 방법은 강우 중에 물이 토양으로 어떻게 침투하는지 이해하는 것과 같은 혈관 지역 수문학 분야의 주요 질문에 답하는 데 도움이 될 수 있습니다. 이 기술의 주요 장점은 침투와 같은 동적 지하 프로세스 중에 최소한의 노력으로 타임 랩스 다중 오프셋 수집을 원활하게 수집할 수 있다는 것입니다.절차를 시연하는 사람은 나가이 노부히토(Nobuhito Nagai)와 토베 유키오(Yukio Tobe)입니다. 안테나 어레이는 이 실험의 핵심입니다. 이 하우징 내에는 이 실험을 위한 21개의 안테나가 있습니다.이 회로도는 추가 세부 정보를 제공합니다. 10 개의 송신 안테나와 11 개의 수신 나비 넥타이 모노 풀 안테나가 있으며, 단계 주파수, 연속 파형 레이더 유닛에 의해 제어됩니다. 어레이는 110개의 모든 송신기 수신기 쌍을 통해 전환할 수 있습니다.침투 테스트를 위한 사이트를 식별합니다. 표면이 노출되고 평평하며 약 3m x 3m인지 확인하십시오. 2.5미터 길이의 다공성 튜브를 얻습니다.튜브 다공성은 물이 땅으로 방출될 수 있도록 합니다. 튜브를 사용하여 플롯에 관개 침투 시스템을 구축하십시오. 이 시스템의 튜브는 평행하며 15cm 떨어져 있습니다.한쪽 끝의 튜브를 수원에 연결된 밸브 조절식 급수 입구와 연결합니다. 그리고 다른 쪽 끝을 콘센트에 연결합니다. 다음으로, 안테나 어레이보다 약간 큰 얇은 나무 패널을 가져와서 다공성 튜브 위에 놓습니다.패널은 평평해야 하며 튜브를 덮어야 합니다. 패널 근처에 토양 수분 센서를 설치하려면 계속 진행하십시오. 이 막대형 센서는 여러 깊이에서 수분을 측정합니다.먼저 센서의 액세스 튜브를 목재 패널 옆 바닥에 설치합니다. 그런 다음 로드 유형 센서를 액세스 튜브에 배치합니다. 침투 시스템 중앙의 목재 패널에 안테나 어레이를 배치하여 시작합니다.동축 케이블로 어레이를 컨트롤러에 연결하고 컨트롤러를 컴퓨터에 연결합니다. 모든 송신기 수신기 조합을 통해 전체 스캔을 수행하고 데이터 수집을 시작하도록 안테나 시퀀스를 설정합니다. 이 시점에서 수원으로 이동하여 흐름과 침투를 시작하십시오.미리 정해진 양이 주입되면 물을 멈춥니다. 그런 다음 레이더 어레이를 사용한 데이터 수집을 중지합니다. 데이터를 수집한 후 분석하여 속도 추정치를 찾습니다.이것은 안테나 어레이의 타임 랩스 레이더그램의 예입니다. 데이터는 실험의 60분 동안 수행되었습니다. 검은색 선으로 둘러싸인 각 영역은 하나의 송신기와 11개의 수신기가 수집한 데이터에 해당합니다.송신기의 위치는 빨간색 삼각형으로 표시됩니다. 세 번째 축을 따라 반사된 신호의 전송부터 수신까지의 총 시간입니다. 다른 색상은 신호 진폭을 나타냅니다.이 데이터를 사용하여 공통 중간점 데이터 큐브를 구성합니다. 새로운 축은 송신 안테나와 수신 안테나의 분리입니다. 이것은 실험 중 주어진 시간에 공통 중간점 데이터 큐브의 단면입니다.이러한 각 프레임에 대한 습윤 전면의 반사를 식별합니다. 이 방정식을 사용하여 두 개의 파라미터 t0과 vr을 조정하여 쌍곡선을 피팅합니다. 흰색 곡선은 습윤 선단에서 반사의 이동 시간을 나타냅니다.보라색 곡선은 공기파와 지상파의 이동 시간입니다. 이것은 침투 실험을 위한 대표적인 레이더그램입니다. 각 섹션은 송신기와 연결됩니다.수직 축을 따라 송신기에서 반사경, 수신기까지의 이동 시간이 있습니다. 그레이 스케일 컬러맵은 신호 진폭을 나타냅니다. 이 시간 경과에서 공통 중간점 데이터 영역 중 하나에서 실험이 진행됨에 따라 높은 진폭 신호가 꾸준히 아래쪽으로 이동하는 것을 관찰합니다.신호는 물이 지하를 관통할 때 습윤 선단의 반사에 의해 생성됩니다. 속도 분석의 경우 매분마다 수집되는 일반적인 중간점 데이터를 사용합니다. 이 샘플 데이터에서 실험 시작 5분 만에 반사파에 가장 적합한 곡선은 흰색 실선이고 전파의 곡선은 점선입니다.시간이 지남에 따라 이동 시간은 선형적으로 증가합니다. 이것은 경과 시간의 함수로 추정된 습윤 선단 깊이의 플롯입니다. 삼각형은 균일한 매체의 모델을 위한 것입니다.사각형은 배열 아래의 나무 패널을 고려하는 두 개의 레이어 모델을위한 것입니다. 검은색 간격은 주어진 깊이에서 수분 센서 판독값이 증가하기 시작한 시점과 안정화된 시점을 나타냅니다. 이 방법에 대한 아이디어는 어레이 안테나 지상 관통 레이더에 대한 시연에서 처음 떠올랐습니다.타임랩스 다중 오프셋 데이터를 수정해야 한다는 생각이 들었습니다. 이 절차의 가장 큰 장점은 더 큰 시스템을 관통하는 일반적인 지상과 달리 다중 오프셋 수집을 수집하기 위해 안테나를 이동할 필요가 없다는 것입니다. 측정을 시작하면 모니터링만 하고 아무 작업도 수행하지 않습니다.이 절차를 시도하는 동안 데이터의 재현성을 보장하기 위해 안테나를 움직이지 않도록 하는 것이 중요합니다. 개발 후 이 기술은 혈관 구역 수문학 분야의 연구자들이 들판 토양에서 물의 이동을 탐구할 수 있는 길을 열 것입니다. 이 비디오를 시청한 후에는 어레이 안테나, 지상 투과 레이더를 사용하여 침투 전선을 추적하는 방법을 잘 이해하게 될 것입니다.

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Research

연구

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Environment

환경

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