Здесь мы представляем местах проникновения радар (ППГ) системы, основанной на сочетании земли, густонаселенных антенная для мониторинга динамичный процесс инфильтрации подземных вод. Покадровой радиолокационное изображение процесс проникновения позволили оценки глубины пропитки фронта в ходе процесса инфильтрации.
Местах проникновения радар (ППГ) системы, основанной на сочетании наземных, густонаселенных антенная был использован для сбора данных во время проникновения эксперимента, проведенного на полигоне возле песчаных дюн Тоттори, Япония. Антенна массив, используемый в данном исследовании состоит из 10 передающей антенны (Tx) и 11 приема антенны (Rx). Для этого эксперимента система была настроена для использования все возможные комбинации Tx Rx, приводит в нескольких смещение собрать (MOG) состоящий из 110 Tx Rx комбинаций. Массив остался стационарные позиции непосредственно над областью инфильтрации и данные были собраны каждые 1,5 секунды, используя time-на основе триггера. Общее смещение собрать (COG) и общей медианной (CMP) кубов данных были реконструированы из данных мог во время пост-обработки. Там было несколько исследований, которые использованы покадровой CMP данных для оценки изменений в скорости распространения. В этом исследовании скорость волны электромагнитной (ЭМ) эвристически оценивалась в 1-минутным интервалом от восстановленных данных CMP через кривую установку, используя уравнение гиперболы. Мы затем приступил к вычислить глубину пропитки фронта. Эволюция смачивания фронта со временем получить через этот метод согласуется с замечаниями от датчика влажности почвы, который был помещен на глубине ниже 20 см. Результаты, полученные в настоящем исследовании продемонстрировать способность такого массива GPR системы для мониторинга подземных динамичный процесс, как точно и количественно воды инфильтрация.
Понимание массы и энергии транспортных процессов в вадозной зоны имеют важное значение для многих приложений в сельскохозяйственных и экологических дисциплин. Среди этих процессов переменно насыщенного водного потока является важным процессом, как многие из других процессов, таких как физические, геохимических, биологические и даже механических процессов, обычно связаны с потоком воды. Недавние события в геофизические методы позволили одним неинвазивным мониторинга гидрологических процессов в вадозной зоны. Среди многих геофизических методов почвопроникающий радиолокатор (ППГ) является одним из наиболее широко используемых методов для мониторинга и характеризовать динамику воды почвы, потому что распространения электромагнитных волн (EM) излучаемого и полученных с помощью Георадара антенны характеризуются почвы влага содержание1,2,3,4. Среди имеющихся систем поверхности ППГ (именуемый поверхности GPR в оставшуюся часть манускрипта) является наиболее распространенным для использования в поле. Традиционные поверхности GPR системы с одного и одного передатчика (бистатической РЛС) обычно используются для проверки подземных с постоянной приемо-передающих разделения (смещение). Наборы данных, собранных в этой конфигурации, также известный как общее смещение собирает (COG). Радиолокационные данные отображаются в виде временных рядов на основе общее время пути между передатчика, возможного отражатели и обратно в приемник. Чтобы преобразовать время в пути информации, глубина, скорость волны ЭМ в недрах необходимо оценить. Например это можно сделать путем анализа наборов данных несколькими смещения собираются (MOG)5.
Несмотря на ряд исследований с помощью Георадара для мониторинга подземных инфильтрации процессы6,,78,9, ни один из них непосредственно определяется расположение передних смачивания или Эм волны скорость структура, которая меняется со временем во время проникновения. Общий подход заключается в использовании объектов похоронен на глубинах, известных как ссылка отражатели для определения средней скорости волны ЭМ и смачивание Передние глубины. После смачивания фронта динамически изменяется во время проникновения, покадровой MOG должны быть собраны в короткие интервалы времени использовать изменения в структуре скорость волны ЭМ без использования ссылок объектов. С общей бистатической поверхности ППГ антенны коллекция покадровой MOG короткие промежутки между друг друга трудно или невозможно, как он требует, чтобы вручную переместить антенны для настройки смещения различных конфигураций. Недавно семейство антенная ППГ (упоминаемый как массив ППГ далее) широко используется в недрах быстро и точно10изображений. Основная концепция массива ППГ является предоставлять плотные ряды с минимальными усилиями по электронным переключением несколько антенн, смонтированы в одном кадре. Массив GPR системы использовались главным образом для быстрого создания 3D подземных изображений обширные районы. Некоторые примеры типичных приложений для этих систем являются дороги и моста инспекции11, археологические разведки12 и13,обнаружения неразорвавшихся боеприпасов и наземных мин14. Для таких целей массив ППГ главным образом используется для сканирования недр с конфигурацией разделения постоянной антенна для сбора COG. Хотя доказано, что MOG собранных с массивом, ППГ могут быть использованы для оценки скорости15, практическое применение этой методологии была ограничена только несколько случаев. Размещая антенной решетки на одном месте, может быть легко собрана время прошедших MOG. Как показано в нашей недавней публикации16, покадровой изображаются, собранные с массивом GPR системы довольно четко изобразить отражения сигналов от смачивания фронта, как она постепенно движется вниз во время эксперимента вертикальной инфильтрации осуществляется на песчаной дюне. Основная цель этого документа было продемонстрировать, как использовать массив Георадара для сбора покадровой MOG во время проникновения испытания и как анализировать такие данные для отслеживания глубину пропитки фронта.
В этом исследовании, мы использовали антенна массив, состоящий из 10 передачи (Tx0 – Tx9) и 11 получение (Rx0 – Rx10) галстук бабочку монополь антенны. Перемещение элементов антенны в массиве показано на рисунке 1 (см. Таблицу материалы). Антенной решетки контролируется РЛС шаг-частота непрерывного сигнала (SFCW), работающих в диапазоне частот от 100 МГц до 3000 МГц. Массив ППГ переключается через определяемые пользователем последовательности пар Rx-Tx, с использованием радиочастотного (RF) мультиплексоры в массив антенны10. Максимальное количество комбинаций Tx Rx для этой конкретной системы-110. Для этого эксперимента мы настроили массива ППГ использовать все 110 комбинации, программирование последовательности сканирования, так что каждый передатчик, от Tx0 до Tx9, был в паре последовательно с все 11 магнитолы от Rx0 до Rx10. Время, необходимое для выполнения сканирования через все 110 комбинаций составляет менее 1,5 секунд. Смещение между передатчиком и приемником была рассчитана на основе расстояния между корма точками элементов антенны, где вертикальное смещение-85 мм, как показано на рисунке 1.
В этом исследовании массив землю, которую Грунтопроникающий радар (ППГ) был использован для отслеживания глубина фронта смачивания во время эксперимента инфильтрации провели на опытном поле возле песчаных дюн Тоттори, Япония. Массив GPR системы, используемые в данном исследовании состоит из 10 передающей антенны (Tx) и 11 приема антенны (Rx). Систему можно настроить для использования до 110 различных комбинаций Tx Rx. В ходе эксперимента инфильтрации все 110 комбинации были отсканированы непрерывно интервалом 1,5 секунды, оставляя стационарных массива в месте, где вода была применена через некоторые пористых трубок, расположенных на поверхности. Общие смещение собираются (COG) и общей средней точки данных (CMP) были реконструированы из покадровой данных куба. Было бы практически невозможно собрать CMP данных по той же ставке с обычными бистатической GPR систем. Очень важно оставить антенны в стационарных записи во время эксперимента с целью получения воспроизводимых и значимые промежуток времени данных.
Хотя массив ППГ данных были использованы для оценки Эм волны скорости15, есть только несколько исследований, которые проанализировали данные ППГ покадровой массив для оценки скорости волны ЭМ для переходных процессов, как воды инфильтрата. В этом исследовании электромагнитной (ЭМ) скорости волновая оценивалась от покадровой данных CMP. Вместо выполнения анализа подобие, гиперболы кривой для время двусторонние поездки была оснащена эвристически отраженные сигналы в CMP радарограмм для того чтобы оценить средняя скорость волны ЭМ в зоне смачивания за низкий сигнал шум (S / N) отношение в данных. Когда соотношение сигнал/шум низка, подобие анализ не может использоваться для создания надежного скорости спектра. Соответствующий метод фильтрации должны быть разработаны для использования метода анализа подобие. Датчик влагосодержания почвы тип стержня была установлена рядом с ППГ антенна для измерения изменений в содержание влаги в почве в ходе эксперимента проникновения; датчики были перемещены на глубинах 10, 20, 30, 40 и 60 см и работали независимо друг от друга.
С помощью оценкам скорость волны ЭМ, глубина фронта смачивания рассчитывалось на 1-минутных интервалов процесса инфильтрации. Эволюция во времени примерно смачивания фронта соглашается также с замечаниями от датчиков влажности почвы на глубине ниже 20 см. На меньших глубинах ППГ оценки смачивания Передние глубины показывает несоответствие с показания датчиков влажности почвы.
В целом это исследование показывает, что массив GPR системы способна отслеживания эволюции фронта глубины смачивания во время проникновения воды в почву, собирая покадровой общих данных медианы (CMP). Как этот тип данных не собирались легко от обычных поверхности ППГ раньше, данные, полученные в настоящем исследовании являются первыми, которые на самом деле показывают, как фронт смачивания со временем превратился в недрах. Будущая работа будет изучать возможность использования инверсии данных для оценки гидравлических параметров почвы от данных, полученных в ходе этого эксперимента.
Это исследование было финансовую поддержку программой JSP-страницы субсидий научных исследований (№ 16 H 02580, 17H 03885) и совместных исследований программы засушливых земель научно-исследовательского центра, университета Тоттори.
GeoScope Radar Unit | 3D Radar AS | ||
DXG1820 antenna | 3D Radar AS | ||
PR2/6 Profile Probe | Delta-T |