ट्रैकिंग घुसपैठ सामने गहराई समय चूक बहु ऑफसेट का उपयोग सरणी एंटीना जमीन मर्मज्ञ रडार के साथ एकत्र इकट्ठा

Environment
 

Summary

यहां हम एक जमीन मर्मज्ञ रडार (GPR) प्रणाली एक जमीन पर आधारित-युग्मित पानी घुसपैठ की गतिशील प्रक्रिया की निगरानी के लिए, घनी आबादी ऐंटेना सरणी मौजूद । घुसपैठ की प्रक्रिया की एक समय-चूक रडार छवि ने घुसपैठ प्रक्रिया के दौरान गीला मोर्चे की गहराई का आंकलन करने की अनुमति दी ।

Cite this Article

Copy Citation | Download Citations

Saito, H., Kuroda, S., Iwasaki, T., Fujimaki, H., Nagai, N., Sala, J. Tracking Infiltration Front Depth Using Time-lapse Multi-offset Gathers Collected with Array Antenna Ground Penetrating Radar. J. Vis. Exp. (135), e56847, doi:10.3791/56847 (2018).

Please note that all translations are automatically generated.

Click here for the english version. For other languages click here.

Abstract

एक जमीन मर्मज्ञ रडार (GPR) प्रणाली एक जमीन पर आधारित-युग्मित, घनी आबादी एंटीना सरणी Tottori रेत टीला, जापान के पास एक परीक्षण स्थल पर आयोजित एक घुसपैठ प्रयोग के दौरान डेटा इकट्ठा करने के लिए इस्तेमाल किया गया था । इस अध्ययन में प्रयुक्त एंटीना सरणी के होते हैं 10 संचारण एंटेना (Tx) और 11 प्राप्त एंटेना (Rx). इस प्रयोग के लिए, प्रणाली के लिए सभी संभव Tx-rx pairings, एक बहु ऑफसेट में जिसके परिणामस्वरूप (मोग) ११० Tx-rx संयोजन से मिलकर इकट्ठा का उपयोग करने के लिए कॉंफ़िगर किया गया था । सरणी घुसपैठ क्षेत्र के ऊपर सीधे एक स्थिति में स्थिर छोड़ दिया गया था और डेटा हर १.५ सेकंड एक समय आधारित ट्रिगर का उपयोग कर एकत्र किए गए । सामांय-ऑफ़सेट एकत्रित करें (दांता) और सामांय मध्य-बिंदु (सीएमपी) डेटा क्यूब्स को पोस्ट-प्रोसेसिंग के दौरान मोग डेटा से खंगाला गया । प्रचार के वेग में परिवर्तन का अनुमान करने के लिए समय चूक सीएमपी डेटा इस्तेमाल किया है कि कुछ अध्ययन किया गया है. इस अध्ययन में, विद्युत चुम्बकीय (EM) तरंग वेग अतिपरवलय समीकरण का उपयोग करते हुए, वक्र फिटिंग के माध्यम से खंगाला सीएमपी डेटा से 1 मिनट के अंतराल पर अनुमान लगाया गया था. हम तो गीला सामने की गहराई की गणना करने के लिए रवाना हो गए । समय के साथ गीला मोर्चे के विकास इस विधि के माध्यम से प्राप्त एक मिट्टी की नमी संवेदक जो 20 सेमी नीचे गहराई में रखा गया था से टिप्पणियों के साथ संगत है । इस अध्ययन में प्राप्त परिणाम ऐसी सरणी GPR प्रणाली की क्षमता का प्रदर्शन करने के लिए पानी की घुसपैठ की तरह एक उपसतह गतिशील प्रक्रिया को सही और मात्रात्मक निगरानी ।

Introduction

vadose क्षेत्र में जन और ऊर्जा परिवहन प्रक्रियाओं को समझना कृषि और पर्यावरण विषयों में कई अनुप्रयोगों के लिए महत्वपूर्ण हैं । उन प्रक्रियाओं के अलावा, भिंन रूप से संतृप्त पानी के प्रवाह के रूप में अंय प्रक्रियाओं के कई के रूप में आवश्यक प्रक्रिया है, भौतिक, geochemical, जैविक, और यहां तक कि यांत्रिक प्रक्रियाओं, आमतौर पर पानी के प्रवाह के साथ युग्मित कर रहे हैं । भूभौतिकीय तकनीकों में हाल की घटनाओं एक vadose क्षेत्र गैर इनवेसिव में हाइड्रोलॉजिकल प्रक्रियाओं की निगरानी करने की अनुमति दी है । कई भूभौतिकीय तकनीकों में, जमीन मर्मज्ञ रडार (GPR) सबसे व्यापक रूप से इस्तेमाल किया तकनीकों में से एक है की निगरानी करने के लिए और मिट्टी के पानी की गतिशीलता विशेषताएं क्योंकि विद्युत चुम्बकीय (EM) उत्सर्जित और GPR एंटेना द्वारा प्राप्त लहरों के प्रसार है मिट्टी की नमी सामग्री1,2,3,4की विशेषता । उपलब्ध प्रणालियों के अलावा, पर जमीन सतह GPR (पांडुलिपि के शेष में सतह GPR के रूप में संदर्भित) सबसे एक क्षेत्र में उपयोग करने के लिए आम है । एक ट्रांसमीटर और एक रिसीवर (bistatic रडार सिस्टम) के साथ पारंपरिक सतह GPR प्रणालियों सामांयतः एक निरंतर ट्रांसमीटर रिसीवर जुदाई (ऑफसेट) के साथ उपसतह को स्कैन करने के लिए इस्तेमाल कर रहे हैं । इस कॉंफ़िगरेशन में संग्रहीत डेटा सेट भी सामांय ऑफ़सेट संग्राहक (दांता) के रूप में जाना जाता है । रडार डेटा ट्रांसमीटर, अंतिम रिफ्लेक्टर और रिसीवर के लिए वापस के बीच कुल यात्रा के समय के आधार पर समय श्रृंखला के रूप में प्रदर्शित कर रहे हैं । आदेश में गहराई से जानकारी के लिए यात्रा के समय में परिवर्तित करने के लिए, EM लहर वेग उपसतह में अनुमानित करने की जरूरत है । उदाहरण के लिए, यह बहु-ऑफ़सेट एकत्रित (मोग) डेटा सेट5का विश्लेषण के माध्यम से किया जा सकता है ।

यद्यपि वहां GPR का उपयोग करने के लिए उपसतह घुसपैठ प्रक्रियाओं की निगरानी के अध्ययन के एक नंबर गया है6,7,8,9, उनमें से कोई भी सीधे गीला सामने या EM वेव के स्थान निर्धारित वेग संरचना है कि घुसपैठ के दौरान समय के साथ बदल रहा है । आम दृष्टिकोण संदर्भ रिफ्लेक्टर के रूप में ज्ञात गहराई में दफन वस्तुओं का उपयोग करने के लिए औसत EM लहर वेग और गीला सामने गहराई निर्धारित है । गीला सामने घुसपैठ के दौरान गतिशील परिवर्तन के बाद से, समय चूक मोग संदर्भ वस्तुओं का उपयोग किए बिना EM लहर वेग संरचना में परिवर्तन का दोहन करने के लिए कम समय अंतराल पर एकत्र किया जाना चाहिए. आम bistatic सतह GPR एंटेना के साथ, एक दूसरे के बीच कम अंतराल पर समय चूक मोग के संग्रह मुश्किल या असंभव है के रूप में इसे मैंयुअल रूप से विभिंन ऑफसेट विंयास सेट अप करने के लिए एंटेना ले जाने की आवश्यकता है । हाल ही में, एंटीना सरणी GPR के एक परिवार (बाद सरणी GPR के रूप में संदर्भित) बड़े पैमाने पर इस्तेमाल किया गया है छवि के लिए उपसतह तेजी से और सही ढंग से10। सरणी GPR की मूल अवधारणा इलेक्ट्रॉनिक स्विचन द्वारा एक न्यूनतम प्रयास के साथ घने swaths प्रदान करने के लिए है एकाधिक एंटेना एक एकल फ्रेम में घुड़सवार. सरणी GPR प्रणालियों मुख्य रूप से व्यापक क्षेत्रों के 3d उपसतह छवियों को उत्पंन करने के लिए इस्तेमाल किया गया है जल्दी । इन प्रणालियों के लिए विशिष्ट अनुप्रयोगों के कुछ उदाहरण है सड़क और पुल का निरीक्षण11, पुरातात्विक पूर्वेक्षण12 और UXO और लैंडमाइन डिटेक्शन13,14। इस तरह के प्रयोजनों के लिए, सरणी GPR मुख्य रूप से दांता इकट्ठा करने के लिए एक निरंतर एंटीना जुदाई विन्यास के साथ उपसतह को स्कैन करने के लिए प्रयोग किया जाता है. हालांकि यह प्रदर्शित किया गया है कि एक सरणी GPR के साथ एकत्र मोग वेग अनुमान15के लिए इस्तेमाल किया जा सकता है, इस पद्धति के व्यावहारिक आवेदन सिर्फ कुछ मामलों तक ही सीमित किया गया है । एंटीना सरणी को नियत स्थान पर रखकर, समय-िही मोग आसानी से एकत्र किया जा सकता है । के रूप में हमारे हाल के प्रकाशन16, समय-चूक radargrams सरणी GPR प्रणाली के साथ एकत्र में प्रदर्शन के बजाय स्पष्ट रूप से एक ऊर्ध्वाधर घुसपैठ प्रयोग के दौरान नीचे की ओर जाता है के रूप में गीला सामने से प्रतिबिंब संकेत चित्रित एक रेत टीला पर किया जाता है । पेपर का मुख्य उद्देश्य यह प्रदर्शित करना था कि घुसपैठ परीक्षण के दौरान समय-चूक मोग को इकट्ठा करने के लिए सरणी GPR का उपयोग कैसे किया जाए और गीला ललाट की गहराई पर नज़र रखने के लिए ऐसे डेटा का विश्लेषण कैसे करें.

इस अध्ययन में, हम 10 संचारण (Tx0-Tx9) और 11 प्राप्त (Rx0-Rx10) धनुष टाई एकाधिकार एंटेना से मिलकर एक एंटीना सरणी का इस्तेमाल किया. सरणी के भीतर एंटीना तत्वों के विस्थापन चित्रा 1 में दिखाया गया है ( सामग्री की तालिकादेखें). एंटीना सरणी द्वारा नियंत्रित किया जाता है एक कदम आवृत्ति सतत तरंग (SFCW) रडार यूनिट से अधिक ऑपरेटिंग आवृत्ति रेंज से १०० मेगाहर्ट्ज करने के लिए ३,००० मेगाहर्ट्ज. सरणी GPR एक प्रयोक्ता के माध्यम से स्विच-Tx एंटीना सरणी में रेडियो फ्रीक्वेंसी (आरएफ) मल्टीप्लेक्सों का उपयोग कर जोड़े के अनुक्रम10। इस विशेष प्रणाली के लिए Tx-Rx संयोजन की अधिकतम संख्या ११० है । इस प्रयोग के लिए, हम सभी ११० संयोजनों का उपयोग करने के लिए सरणी GPR कॉंफ़िगर, स्कैन अनुक्रम प्रोग्रामिंग ताकि प्रत्येक ट्रांसमीटर, Tx0 से Tx9 के लिए, Rx0 से Rx10 करने के लिए सभी 11 रिसीवर के साथ क्रमिक रूप से जोड़ा गया था । सभी ११० संयोजनों के माध्यम से स्कैन करने के लिए आवश्यक समय १.५ सेकंड से कम है । ऑफ़सेट ट्रांसमीटर और रिसीवर के बीच दूरी के आधार पर एंटीना तत्व, जहाँ अनुलंब ऑफ़सेट है ८५ mm आरेख 1में दिखाए गए फ़ीड बिंदुओं के बीच की गणना की गई थी ।

Protocol

इस अध्ययन का मुख्य उद्देश्य एक सरणी GPR प्रणाली का उपयोग करने के लिए किया गया था, जैसे जल घुसपैठ जैसी उपसतह गतिशील प्रक्रियाओं की कल्पना करना, यह भी महत्वपूर्ण है कि घुसपैठ परीक्षण कैसे आयोजित किया गया था ।

1. फील्ड घुसपैठ टेस्ट

  1. घुसपैठ परीक्षण के लिए एक नंगे सतह के साथ एक साइट का चयन करें ।
    नोट: इस अध्ययन के लिए, घुसपैठ परीक्षण Tottori विश्वविद्यालय, जापान के शुष्क भूमि अनुसंधान केंद्र के एक बड़े ग्रीनहाउस सुविधा में आयोजित किया गया था । अधिक विवरण के लिए हाल ही में प्रकाशन देखें16.
  2. एक दूसरे के बीच 15-सेमी की दूरी पर समानांतर छह २.५ मीटर लंबी छिद्र ट्यूबों सतह पर स्थिति, ताकि वर्दी घुसपैठ (चित्रा 2) सुनिश्चित करने के लिए ।
  3. एक वाल्व विनियमित प्रवेश, जो एक पानी जलाशय से जुड़ा है या एक नल के लिए ट्यूबों के एक छोर कनेक्ट, और एक दुकान के लिए दूसरे छोर के लिए अतिरिक्त पानी निकालने के लिए ।
  4. एक पतली ९१० x १८०२ mm2 लकड़ी पैनल प्लेस (थोड़ा एंटीना सरणी से बड़ा), के लिए छिद्रित ट्यूबों को कवर ।
  5. घुसपैठ परीक्षण से पूर्व रडार संकेत पर लकड़ी के पैनल के प्रभाव की जांच करें ।
  6. मिट्टी की नमी सेंसर सही लकड़ी के पैनल के बगल में स्थापित करने के लिए विभिंन गहराई में मिट्टी की नमी सामग्री में परिवर्तन की निगरानी ।
    नोट: इन सेंसरों का उद्देश्य GPR डेटा के विश्लेषण से प्राप्त परिणामों को क्रॉस-चेक करने के लिए उपयोग किए गए संदर्भ डेटा प्रदान करना है. इस अध्ययन में, एक रॉड प्रकार मिट्टी नमी संवेदक ( सामग्री की तालिकादेखें) 10, 20, 30, ४०, ६०, और १०० सेमी गहराई पर मिट्टी अचालक लगातार निगरानी करने के लिए एंटीना के बगल में स्थापित किया गया था.

2. GPR मापन

  1. लकड़ी के पैनल पर सरणी GPR एंटीना लगाएं ।
    नोट: इस अध्ययन में, एंटीना दर्ज संकेतों में निरंतरता सुनिश्चित करने के लिए स्थिर छोड़ दिया गया था.
  2. समाक्षीय केबल का उपयोग नियंत्रक के लिए एंटीना कनेक्ट.
  3. एक ईथरनेट केबल के साथ एक लैपटॉप पीसी के लिए नियंत्रक से कनेक्ट करें ।
  4. एंटीना संयोजन और उनके अनुक्रम तय दोनों आम ऑफसेट इकट्ठा (दांता) और बहु ऑफसेट इकट्ठा (मोग) निर्बाध रूप से एकत्र कर रहे हैं सुनिश्चित करने के लिए ।
    नोट: इस अध्ययन में, हमारे निपटान पर सरणी GPR के लिए सभी संभव संयोजनों (११०) का इस्तेमाल किया गया था । यह सभी संयोजनों के माध्यम से एक पूर्ण स्कैन करने के लिए कम से १.५ s लिया ।
  5. डेटा संग्रह सॉफ़्टवेयर का उपयोग करके GPR डेटा की रिकॉर्डिंग प्रारंभ करें ।
    नोट: यह महत्वपूर्ण है के लिए डेटा अधिग्रहण शुरू करने से पहले पानी छिद्रित ट्यूबों में इंजेक्शन है ।
  6. पानी (यानी, घुसपैठ की प्रक्रिया शुरू) लागू करने के लिए वाल्व खोलो ।
    नोट: उपमृदा में जल इंजेक्शन की दर का लक्ष्य मिट्टी के हाइड्रोलिक गुणों (उदा., हाइड्रोलिक चालकता) से निर्धारित किया जा सकता है । इस अध्ययन में इस्तेमाल की गई प्रवाह दर ७,००० सेमी3लैंडलाइंस थी, जो टीला रेत की संतृप्त हाइड्रोलिक चालकता से कम थी ।
  7. पानी की एक पूर्व निर्धारित मात्रा के बाद इंजेक्शन है, वाल्व बंद ।
    नोट: पानी 4 एच के लिए लगातार इंजेक्शन था, और पानी की कुल १,६८० एल परीक्षण के लिए इस्तेमाल किया गया ।
  8. अतिरिक्त समयावधि के लिए सरणी GPR के साथ स्कैनिंग रखें, ताकि आगे विश्लेषण के लिए पुनर्वितरण प्रक्रिया की निगरानी की जा सके.
    नोट: सरणी GPR 4 ज के लिए डेटा इकट्ठा करने के बाद वाल्व बंद कर दिया गया है रखा गया है । फिर भी, इन आंकड़ों को यहां प्रस्तुत अध्ययन के लिए विश्लेषण नहीं किया गया है ।

3. वेग अनुमान के लिए डेटा विश्लेषण

  1. समग्र डेटा घन से सापेक्ष Tx-Rx संयोजन निकालने के द्वारा दांता और सीएमपी डेटा का पुनर्निर्माण. यह कुछ कस्टम लेखक जो रडार प्रोफाइल इतना व्यवस्थित द्वारा विकसित कोड के माध्यम से प्राप्त किया गया था एक साथ समूह के समान ऑफसेट (दांता) में Tx-Rx जोड़े और एक ही मध्य बिंदु (सीएमपी) के साथ लोगों को ।
    नोट: क्योंकि एक SFCW GPR इकाई इस अध्ययन के लिए इस्तेमाल किया गया था, कच्चे डेटा आवृत्ति डोमेन में है; समय रूपांतरण के लिए आवृत्ति की कार्रवाई GPR प्रणाली के निर्माता द्वारा प्रदान की सॉफ्टवेयर का उपयोग किया गया था ।
  2. अनुमान के अनुसार दो तरह की यात्रा समय, टीसी, EM लहर के एक दिया बीता समय पर गीला क्षेत्र में इष्टतम em लहर वेग का आकलन करने के लिए मनाया संकेतों को घुसपैठ के मोर्चे पर प्रतिबिंबित । सबसे अच्छा वक्र फिट के साथ वेग अनुमान से निर्धारित किया गया था ।
    Equation 11)
    जहां d0 प्रतिबिंब बिंदु को गहराई है, एक्स Tx और Rx, वीआर के बीच की दूरी है परावर्तन विमान और टी0 के लिए जड़-मतलब वर्ग वेग है शूंय ऑफसेट पर दो तरह से यात्रा का समय है सीएमपी radargram से निर्धारित.
    नोट: मोग का उपयोग करते हुए सबसे आम वेग अनुमान विधि झलक विश्लेषण है5,15,17. झलक विश्लेषण में, जड़ मतलब वर्ग वेग एक वेग स्पेक्ट्रम का उपयोग कर उठाया है. झलक विश्लेषण इस अध्ययन में वेग अनुमान के लिए इस्तेमाल नहीं किया गया था क्योंकि कम संकेत करने वाली शोर अनुपात सरणी GPR डेटा में मनाया हमें एक विश्वसनीय वेग स्पेक्ट्रम विकसित करने के लिए अनुमति नहीं दी. इन आंकड़ों से एक विश्वसनीय वेग स्पेक्ट्रम उत्पन्न करने के लिए एक उपयुक्त फ़िल्टरिंग विधि ढूँढना अन्य चल रहे अनुसंधान में जांच की जा रही है. इस अध्ययन के दायरे के लिए, वक्र फिटिंग विधि सीएमपी radargrams के लिए Eq (1) फिट करने के लिए इस्तेमाल किया गया था.
  3. Eq. (1) का उपयोग, एक दिया बीता समय अनुमानित EM वेग वीआरका उपयोग कर में गीला सामने गहराई डी0 गणना.
    नोट: डेटा विश्लेषण के इस भाग के लिए, दांता डेटा सेट ११३ mm के बराबर एक ऑफ़सेट x पर उपयोग किया गया था ।

Representative Results

चित्रा 3 ११० Tx के एक समय चूक पैनल आरेख से पता चलता है-Rx युग्म के समय डोमेन के लिए आवृत्ति से डेटा परिवर्तित करने के बाद, घुसपैठ प्रयोग के पहले ६० मिनट के दौरान हर १.५ एस का अधिग्रहण किया. गहराई में प्रतिबिंब को बढ़ाने के लिए, एक bandpass फिल्टर लाभ मुआवजा के बाद लागू किया गया था । पैनल आरेख 10 वर्गों में विभाजित किया जा सकता है, प्रत्येक अनुभाग एक विशेष Tx करने के लिए इसी । Tx के स्थान एक सफेद त्रिकोण से संकेत दिया है, और प्रत्येक स्लाइस एक समय चूक एक Rx के लिए दर्ज संकेत से मेल खाती है । ऊर्ध्वाधर अक्ष से पता चलता है दो तरह की यात्रा के समय या TWT, अर्थात् EM वेव के लिए आवश्यक समय ट्रांसमीटर से यात्रा करने के लिए, अंतिम रिफ्लेक्टर और रिसीवर को वापस । प्रोफ़ाइल एक ग्रेस्केल रंग मैप में संकेत आयाम प्रदर्शित करें । रंग में एक बड़ा कंट्रास्ट रिकॉर्ड किए गए रडार संकेत में उच्च आयाम इंगित करता है । EM वेव प्रतिबिंब अलग अचालक पर परतों के बीच इंटरफेस पर उत्पादन कर रहे है लगातार या आसपास के माध्यम से विभिंन विद्युत विशेषताओं के साथ वस्तुओं द्वारा; एक उच्च अचालक विपरीत एक उच्च आयाम प्रतिबिंब निर्धारित करेगा । पानी घुसपैठ की प्रक्रिया के दौरान, वहां एक क्षेत्र संक्रमण क्षेत्र के रूप में भेजा है जहां पानी की सामग्री को धीरे से गीला क्षेत्र के किनारे से बढ़ जाती है, कि जहां पानी शुरू में शुष्क मिट्टी में प्रवेश । EM लहर के लिए बहुत बढ़त पर नहीं परिलक्षित होने की संभावना है, लेकिन संक्रमण क्षेत्र के भीतर, के रूप में पानी की मेज का पता लगाने के अध्ययन में मनाया18। पांडुलिपि के शेष में, इस प्रतिबिंब क्षेत्र गीला सामने के रूप में जाना जाता है । चित्रा 3में, एक उच्च आयाम संकेत प्रकट होता है और प्रयोग के दौरान समय अग्रिम के रूप में तेजी से नीचे की ओर ले जाता है । इस प्रतिबिंब वास्तव में गीला सामने द्वारा उत्पादित है के रूप में पानी धीरे उपसतह में नीचे प्रवेश । इस आरेख से, दांता और सीएमपी Iwasaki एट अल के चित्र 2 में दिखाया गया के रूप में खंगाला जा सकता है. 16

वेग विश्लेषण सीएमपी हर 1 मिनट प्राप्त डेटा पर किया गया था. सीएमपी डेटा के हर सेट के लिए, दो तरह से यात्रा के समय Eq द्वारा दी गई. (1) गीला क्षेत्र में एक समान परत संभालने, टी0 और वीआरसमायोजन करके गीला मोर्चे से प्रतिबिंब करने के लिए फिट था. समय शूंय ०.३ m/एन एस के वेग के साथ हवा की लहर फिटिंग द्वारा ठीक किया गया था । चित्रा 4 से 5 मिनट के अंतराल पर सीएमपी डेटा से पता चलता है बीता समय te = 5 मिनट से te = ५० मिनट के साथ साथ सबसे अच्छा फिट घटता सफेद लाइनों के रूप में प्रदर्शित (प्रतिबिंबित लहर और हवा की लहर के लिए लाइन धराशायी के लिए ठोस लाइनें) । के बाद से हवा की लहर एक प्रतिबिंबित लहर लेकिन ट्रांसमीटर और रिसीवर के बीच प्रत्यक्ष संकेत नहीं है, यात्रा के समय ऑफसेट के साथ रैखिक बढ़ जाती है । सभी curves सकारात्मक चोटियों (सफेद रंग में) प्रतिबिंबित तरंगों के लिए फिट थे । सभी ऑफसेट, जिसका अर्थ है कि टी0 और वीआर के लिए अनुमानित मूल्यों अच्छा कर रहे है पर सीएमपी radargrams में दिखाया सभी curves प्रतिबिंबित वक्र के लिए अच्छी तरह से सज्जित । घुसपैठ प्रयोग के लिए, एक सूखी लकड़ी पैनल एंटीना और छिद्रित ट्यूबों के बीच रखा गया था । क्योंकि पैनल गीला मिट्टी की तुलना में एक बहुत कम अचालक निरंतर है, उंहें लहर प्रचार पर प्रभाव नगण्य नहीं हो सकता है, भले ही यह पतली है । एक दो परत मॉडल तो aforementioned वर्दी परत मॉडल के अलावा माना जाता था, शीर्ष 5 सेमी की अचालक लगातार के लिए 3 के एक मूल्य संभालने । इसके अलावा इस दूसरे मॉडल के लिए, EM वेव वेग vआर गीला सामने द्वारा उत्पादित प्रतिबिंब पर वक्र फिटिंग से अनुमान लगाया गया था ।

में चित्रा 5, अनुमानित गीला सामने गहराई दोनों एकल और दो परत मॉडल के लिए टी के एक समारोह के रूप में रची जाती हैं । यह सराहना की जा सकती है कि गीला मोर्चा लगभग रैखिकता दोनों मॉडलों के लिए समय के साथ नीचे की चाल, एक धीमी गति से नीचे के अपवाद के साथ टी = 10 मिनट और टी = 20 मिनट के बीच । दो मॉडलों के बीच मतभेद शुरू में नहीं है महत्वपूर्ण है, लेकिन समय बीतने वर्दी मॉडल के लिए अनुमान के रूप में थोड़ा तेजी से दो परत मॉडल की तुलना में चलता है । चित्रा 5में, हीरे प्रतीकों समय को चिह्नित करने के लिए उपयोग किया जाता है जब नमी सेंसर से रीडिंग बढ़ाने के लिए शुरू कर दिया है और जब वे बाद में स्थिर हो गया; ये हर सेंसर गहराई के लिए एक ठोस लाइन के साथ जुड़ा हुआ है । जैसा कि ऊपर उल्लेख किया है, उंहें लहर का प्रतिबिंब जरूरी गीला क्षेत्र के बहुत किनारे पर नहीं हो; दूसरे शब्दों में, एक निश्चित गहराई पर विचार, एक इस प्रतिबिंब की उंमीद नहीं कर सकते समय में बिंदु मिलान जब एक संवेदक से रीडिंग को बढ़ाने के लिए शुरू करते हैं । इस अर्थ में, प्रतिबिंब घुसपैठ के मोर्चे पर एक गहराई स्तर के कारण जहां एक निश्चित पानी संतृप्ति पहुंच गया है, क्षेत्र की तुलना में तुरंत नीचे । 30, ४०, और ६० सेमी गहराई में सेंसर पर विचार कर, GPR डेटा से प्राप्त गीला सामने गहराई का अनुमान समयरेखा पर ठोस लाइनों द्वारा दिखाया रेंज में अच्छी तरह से गिर जाता है. समय जब GPR अनुमानित गीला सामने 20 सेमी गहराई पर पहुंचे समय जब सेंसर रीडिंग में अचानक वृद्धि मनाया गया था से मेल खाती है, जबकि GPR अनुमान 10 सेमी की गहराई तक पहुंच क्या नमी संवेदक द्वारा उत्पादित किया गया था की तुलना में बहुत तेजी से , हालांकि गीला सामने से प्रतिबिंब संकेत स्पष्ट रूप से टी = 5 मिनट (चित्रा 4) के बाद मनाया जाता है । साथ ही यह भी उल्लेख करना होगा कि GPR अनुमानित वक्रता के एक्सट्रपलेशन से होकर नहीं गुजरती । हालांकि यह स्पष्ट नहीं है कि आमूलचूल गहराई पर इस विसंगति का कारण क्या है, वहां कुछ संभव स्पष्टीकरण हो सकता है । इसके लिए मिट्टी के गुणों में विविधता को जिम्मेदार ठहराया जा सकता है, या यह पानी आवेदन में एकरूपता न होने के कारण हो सकता है । अगर यह वास्तव में मामला है, यह एक बाद में मंच की तुलना में घुसपैठ की प्रक्रिया के दौरान पहले एक बड़ा प्रभाव होगा । एक अंय विवरण हो सकता है कि सतह किसी न किसी समय शूंय के निर्धारण को प्रभावित करता है । लकड़ी के पैनल और छिद्रित ट्यूबों के प्रभाव के अलावा, सतह किसी के प्रभाव को ध्यान में रखा जाना चाहिए ।

Figure 1
चित्र 1 : सरणी जमीन मर्मज्ञ रडार एंटीना विंयास इस अध्ययन में इस्तेमाल की स्कीमा । वी के आकार संरचनाओं bowtie एकाधिकार एंटेना हैं । वहां रहे है 10 प्रसारण एंटेना (Tx) और 11 प्राप्त एंटेना (Rx) क्षैतिज गठबंधन । कृपया यहां क्लिक करें इस आंकड़े का एक बड़ा संस्करण को देखने के लिए ।

Figure 2
चित्रा 2: घुसपैठ प्रयोग की स्कीमा. (a) एक शीर्ष दृश्य और (B) एक ओर दृश्य जिसमें सरणी एंटीना ६ २५० के शीर्ष पर रखा गया था-सेमी छिद्रित ट्यूबों 15 सेमी के अलावा गठबंधन । कृपया यहां क्लिक करें इस आंकड़े का एक बड़ा संस्करण को देखने के लिए ।

Figure 3
चित्र 3 : समय चूक radargram घुसपैठ प्रयोग के पहले ६० मिनट के दौरान प्राप्त की । डेटा ११० एंटीना संयोजन के लिए रिकॉर्ड संकेतों से मिलकर बनता है. एक स्लाइस समय चूक डेटा एक एकल Tx-Rx संयोजन के साथ एकत्र करने के लिए से मेल खाती है । एक अलग रंग संकेत आयाम के लिए प्रयोग किया जाता है । अनुलंब काली रेखाएं प्रत्येक tx. सफेद त्रिकोण के लिए अलग डेटा tx के स्थानों से संकेत मिलता है. इस आंकड़े का एक बड़ा संस्करण देखने के लिए यहां क्लिक करें.

Figure 4
चित्र 4 : टी पर सीएमपी के Radargrams = 5 ंयूनतम अंतराल पर टी = = ५५ मिनट । सफेद डैश्ड लाइनें हवा की लहर की यात्रा के समय का प्रतिनिधित्व करते हैं, जबकि सफेद धराशाई लाइनों गीला सामने से प्रतिबिंब का मैन्युअल रूप से फिट दो तरह की यात्रा के समय का प्रतिनिधित्व करते हैं । कृपया यहां क्लिक करें इस आंकड़े का एक बड़ा संस्करण को देखने के लिए ।

Figure 5
चित्र 5 : गीला सामने गहराई । गीला मोर्चा गहराई सरणी GPR से समय में अनुमानित-चूक बहु ऑफसेट दोनों वर्दी (त्रिकोण) और दो परत (स्क्वायर) मॉडल के लिए बीता समय के एक समारोह के रूप में इकट्ठा । दोनों सिरों पर हीरे के साथ काले लाइनों रीडिंग में प्रारंभिक वृद्धि के बीच समय दिखा और जब ये एक संवेदक गहराई (यानी, संक्रमण क्षेत्र की अवधि) के लिए एक स्थिर स्तर तक पहुंच गया । कृपया यहां क्लिक करें इस आंकड़े का एक बड़ा संस्करण को देखने के लिए ।

Discussion

इस अध्ययन में, सरणी जमीन मर्मज्ञ रडार (GPR) Tottori रेत टीला, जापान के पास एक प्रयोगात्मक क्षेत्र में आयोजित एक घुसपैठ प्रयोग के दौरान गीला मोर्चे की गहराई को ट्रैक करने के लिए इस्तेमाल किया गया था । इस अध्ययन में प्रयुक्त सरणी GPR प्रणाली 10 संचारण एंटेना (Tx) और 11 प्राप्त एंटेना (Rx) के होते हैं. प्रणाली को ११० विभिंन Tx-Rx युग्म का उपयोग करने के लिए कॉंफ़िगर किया जा सकता है । घुसपैठ प्रयोग के दौरान, सभी ११० संयोजनों लगातार १.५ सेकंड के अंतराल पर स्कैन किया गया, जहां पानी की सतह पर रखा कुछ छिद्रित ट्यूबों के माध्यम से लागू किया गया स्थान पर सरणी स्थिर छोड़ । सामान्य-ऑफ़सेट एकत्रित करें (दांता) और सामान्य मध्य-बिंदु डेटा (सीएमपी) समय-चूक डेटा घन से खंगाला गया । यह पारंपरिक bistatic GPR प्रणालियों के साथ एक ही दर पर सीएमपी डेटा इकट्ठा करने के लिए व्यावहारिक रूप से असंभव होगा । यह reproducible और सार्थक समय चूक डेटा प्राप्त करने के लिए प्रयोग के दौरान स्टेशनरी रिकॉर्डिंग में एंटीना छोड़ने के लिए बहुत महत्वपूर्ण है.

हालांकि सरणी GPR डेटा को em वेव वेग15अनुमान इस्तेमाल किया गया है, वहां केवल कुछ अध्ययनों कि समय चूक सरणी GPR डेटा का विश्लेषण करने के लिए उंहें पानी की घुसपैठ की तरह क्षणिक प्रक्रियाओं के लिए लहर वेग अनुमान कर रहे हैं । इस अध्ययन में, विद्युत चुम्बकीय (EM) तरंग वेग संरचना समय चूक सीएमपी डेटा से अनुमान लगाया गया था. इसके बजाय झलक विश्लेषण प्रदर्शन, दो तरह से यात्रा के समय के लिए अतिपरवलय वक्र सीएमपी radargrams में परिलक्षित संकेतों को अनुमान लगाया गया था क्रम में कम संकेत के कारण गीला क्षेत्र में उंहें औसत लहर वेग का अनुमान करने वाली शोर (S/ N) डेटा में अनुपात । जब S/N अनुपात कम है, झलक विश्लेषण एक विश्वसनीय वेग स्पेक्ट्रम उत्पन्न करने के लिए उपयोग नहीं किया जा सकता है । एक उपयुक्त फ़िल्टरिंग विधि झलक विश्लेषण विधि का उपयोग करने के लिए विकसित करने की आवश्यकता होगी । एक रॉड प्रकार मिट्टी नमी संवेदक GPR एंटीना के बगल में घुसपैठ प्रयोग के दौरान मिट्टी की नमी सामग्री में परिवर्तन को मापने के लिए स्थापित किया गया था; सेंसर 10, 20, 30, ४०, और ६० सेमी की गहराई में विस्थापित किया गया और स्वतंत्र रूप से काम किया.

अनुमानित EM लहर वेग का उपयोग करना, गीला सामने की गहराई में 1 घुसपैठ प्रक्रिया के मिनट के अंतराल पर गणना की गई थी । अनुमानित गीला सामने के समय में विकास के 20 सेमी नीचे गहराई पर मिट्टी नमी सेंसर से टिप्पणियों के साथ अच्छी तरह से सहमत हैं । उथले गहराई में, गीला सामने गहराई के GPR अनुमान मिट्टी नमी सेंसर से रीडिंग के साथ एक विसंगति से पता चलता है ।

कुल मिलाकर, इस अध्ययन दर्शाता है कि सरणी GPR प्रणाली मिट्टी में पानी घुसपैठ के दौरान गीला सामने गहराई के विकास पर नज़र रखने में सक्षम है, समय चूक आम मध्य बिंदु (सीएमपी) डेटा इकट्ठा करके । डेटा के इस प्रकार के रूप में आसानी से पारंपरिक सतह GPR से पहले से एकत्र नहीं किया गया था, इस अध्ययन में प्राप्त डेटा बहुत पहले वाले है कि वास्तव में दिखा कैसे गीला सामने समय के साथ उपमिट्टी में विकसित । भविष्य के काम इस प्रयोग के दौरान प्राप्त आंकड़ों से मिट्टी के हाइड्रोलिक मापदंडों का अनुमान लगाने के लिए डेटा उलटा इस्तेमाल करने की संभावना का पता लगाएंगे ।

Acknowledgments

यह अध्ययन आर्थिक रूप से JSPS अनुदान में सहायता वैज्ञानिक अनुसंधान कार्यक्रम (No 16H02580, 17H03885) द्वारा समर्थित और शुष्क भूमि अनुसंधान केंद्र, Tottori विश्वविद्यालय के संयुक्त अनुसंधान कार्यक्रम द्वारा किया गया ।

Materials

Name Company Catalog Number Comments
GeoScope Radar Unit 3D Radar AS
DXG1820 antenna 3D Radar AS
PR2/6 Profile Probe  Delta-T

DOWNLOAD MATERIALS LIST

References

  1. Huisman, J., Hubbard, S., Redman, J. D., Annan, P. Measuring soil water content with ground penetrating radar: A review. Vadose Zone Journal. 2, (4), 476-491 (2003).
  2. Lambot, S., Weihermüller, L., Huisman, J., Vereecken, H., Vanclooster, M., Slob, E. C. Analysis of air-launched ground-penetrating radar techniques to measure the soil surface water content. Water Resources Research. 42, 1-12 (2006).
  3. Binley, A., Hubbard, S., Huisman, J., Revil, A., Robinson, D., Singha, K., Slater, L. The emergence of hydrogeophysics for improved understanding of subsurface processes over multiple scales. Water Resources Research. 51, 3837-3866 (2015).
  4. Vereecken, H., Huisman, J., Hendricks, F. H., Bruggemann, N., Bogena, H., Kollet, S., Javaux, M., Van Der Kruk, J., Vanderborght, J. Soil hydrology: Recent methodological advances, challenges, and perspectives. Water Resources Research. 51, 2616-2633 (2015).
  5. Forte, E., Pipan, M. Review of multi-offset GPR applications: Data acquisition, processing and analysis. Signal Processing. 132, 1-11 (2017).
  6. Vellidis, G., Smith, M. S., Thomas, D. L., Asmussen, L. E. Detecting wetting front movement in a sandy soil with ground-penetrating radar. Transactions of the ASAE. 33, (6), 1867-1874 (1990).
  7. Trinks, I., Wachsmuth, D., Stumpel, H. Monitoring water flow in the unsaturated zone using georadar. First Break. 19, 679-684 (2001).
  8. Saintenoy, A., Schneider, S., Tucholka, P. Evaluating Ground Penetrating Radar Use for Water Infiltration Monitoring. Vadose Zone Journal. 7, (1), 208-214 (2008).
  9. Léger, E., Saintenoy, A., Coquet, Y. Hydrodynamic parameters of a sandy soil determined by ground-penetrating radar inside a single ring infiltrometer. Water Resources Research. 50, (7), 5459-5474 (2014).
  10. Eide, E., Valand, P. A., Sala, J. Ground-coupled antenna array for step-frequency GPR. Proceedings of 15th International Conference on Ground Penetrating Radar. 785-790 (2014).
  11. Eide, E., Hjelmstad, J. F. 3D utility mapping using electronically scanned antenna array, Proceedings of GPR 2002. Proceedings of Ninth International Conference on Ground Penetrating Radar. 192-196 (2002).
  12. Linford, N., Linford, P., Martin, L., Payne, A. Stepped frequency ground penetrating radar survey with a multi-element array antenna: Results from field application on archaeological sites. Archaeological Prospection. 17, 187-198 (2010).
  13. Eide, E., Hjelmstad, J. F. UXO and landmine detection using 3-dimensional ground penetrating radar system in a network centric environment. Proceedings of ISTMP 2004. (2004).
  14. Sato, M., Hamada, Y., Feng, X., Kong, F. N., Zeng, Z., Fang, G. GPR using an array antenna for landmine detection. Near Surface Geophysics. 2, (1), 7-13 (2004).
  15. Yi, L., Takahashi, K., Sato, M. Estimation of vertical velocity profile by multistatic GPR Yakumo. Proceedings of 2015 IEEE International Geoscience and Remote Sensing Symposium (IGARSS). 1060-1063 (2015).
  16. Iwasaki, T., Kuroda, S., Saito, H., Tobe, Y., Suzuki, K., Fujimaki, H., Inoue, M. Monitoring infiltration process seamlessly using array ground penetrating radar. Agricultural and Environmental Letters. 1, 160002 (2016).
  17. Booth, A. D., Clark, R., Murray, T. Semblance response to a ground-penetrating radar wavelet and resulting errors in velocity analysis. Near Surface Geophysics. 8, (3), 235-246 (2010).
  18. Saintenoy, A., Hopmans, J. W. Ground Penetrating Radar: Water Table Detection Sensitivity to Soil Water Retention Properties. IEEE Journal of Selected Topics in Applied Earth Observations and Remote Sensing. 4, (4), 748-753 (2011).

Comments

0 Comments


    Post a Question / Comment / Request

    You must be signed in to post a comment. Please or create an account.

    Usage Statistics