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臺灣博碩士論文加值系統

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研究生:賴柏緯
研究生(外文):Po-Wei Lai
論文名稱:利用Total Variation 進行透地雷達雜訊抑制
論文名稱(外文):Depressing the Noise Effects Existing in GPR Images by Applying Total Variation Approach
指導教授:林商裕林商裕引用關係黃怡碩黃怡碩引用關係
指導教授(外文):Shang-Yuh LinYis-huo Huang
學位類別:碩士
校院名稱:朝陽科技大學
系所名稱:營建工程系碩士班
學門:工程學門
學類:土木工程學類
論文種類:學術論文
論文出版年:2013
畢業學年度:101
語文別:中文
論文頁數:84
中文關鍵詞:離散小波轉換透地雷達Total Variation雜訊抑制
外文關鍵詞:total variationdiscrete wavelet transform (DWT)noise reductionground penetrating radar
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透地雷達(Ground Penetrating Radar,GPR)是一種具更高解析度的非破壞探測技術,為一種地球物理探測方法,利用電磁波在地層中的穿透與反射等特性,若以透地雷達非破壞探測技術來進行應可解決問題,且能更快速、經濟的改善調查之品質,然而透地雷達電磁波因不同地層界面間介電常數不同而產生與原入射波不同之反射電波。本研究利用400MHz透地雷達天線頻率配合 Total Variation對透地雷達影像雜訊進行抑制,藉由台中液化天然氣廠港南路柔性鋪面下陷維護路段進行現地試驗、影像蒐集,最後判別路面下陷部位與施測時天線拖曳時逤造成的現象是否有雜訊抑制成效。研究結果顯示Total Variation採用Soft Thresholding的處理模式,可以增加資料處理速度,在處理中約在疊代100次後,結果即可達到能量最小的要求,其對柔性鋪面下掏空所產生的雜訊與施測時天線拖曳時逤造成的現象所產生的雜訊抑制也有相當的效。
Ground penetrating radar (also referred to as GPR) is a nondestructive probing method with improved high-resolution. The principle of this geophysical probing technique uses the penetration and reflection characteristics of electromagnetic waves while propagating through ground layers. Therefore, the nondestructive GPR probing technique may solve problems in a quicker, more economic matter, and improve survey quality. When the GPR electromagnetic waves struck different ground layer boundaries, the specific dielectric constant of each layer result causes the reflective wave differ from the original incident wave. In this study, we applied the GPR technique for an on-site test of flexible pavement subsidence at a section of Gangnan Rd, Taichung LNG Terminal. The investigation used a 400 MHz transducer, which the captured GPR images were then processed by total variation denoising. The final images were used to determine the effectiveness of noise reduction with the road subsidence and tracks when dragging the transducer. Results showed when we used the soft thresholding algorithm for total variation, it enhanced data processing speed; with only around 100 iterations the results were achievable by using the required minimum energy. The method also proved to have effective noise reduction to the noise signals from the hallowed flexible pavement and dragging of the transducer.
摘要……………………………………………………………………I
ABSTRACT…………………….…………………………………….II
致謝…………………………………………………………………..III
目錄…………………………………………………………………...V
表目錄……………………………………………………………...VIII
圖目錄……………………………………………………………….IX
照片目錄…………………………………………………………. XIV
第一章 緒論………………………………………………………….1
1.1 研究動機……………………………………………………....1
1.2 研究目的………………………………………………………1
1.3 論文架構與研究……………………………………………....2
第二章 文獻回顧…………………………………………………….5
2.1 透地雷達基本介紹……………………………………………5
2.2.1 透地雷達參數設定……………………………………….6
2.2 透地雷達之應用範圍………………………………………..10
2.2.1 地下埋設物的調查(管線、洞穴)…………………...11
2.2.2 地下水位深度及含水量變化偵測……………………...12
2.2.3 土壤或土層構造調查…………………………………...13
2.2.4 冰層或堆雪的厚度探測………………………………...14
2.2.5 岩體中裂隙、岩盤中斷層偵測……………………….....14
2.2.6 河道斷面沖蝕及底泥探測……………………………….15
2.2.7 河床或岩床之地形測繪………………………………….15
2.2.8 壩體淘空的偵測………………………………………….16
2.3 國內外應用透地雷達餘柔性鋪面下管線探測………………17
2.4 離散小波轉換之介紹………………………………………....20
2.4.1 小波轉換………………………………………………….20
2.4.2 二維離散小波轉換……………………………………….21
2.4.3離散小波轉換之種類……………………………………..23
2.4.4閥值(Thresholding)原理介紹……………………………..24
第三章 研究方法簡介.........................................................................27
3.1相加模組………………………………………………………..27
3.2 相成模組………………………………………………………30
3.3 Total Variation 與Spilt Bregman Iteration…………………….32
第四章 實驗與分析.............................................................................35
4.1 研究區域概況…………………………………………………35
4.1.1 地形……………………………………………………….35
4.1.2 地理位置……………………………………………….…36
4.2研究區域工址概況…………………………………………….37
4.3 小波消除雜訊-實驗與結果…………………………………...38
4.3.1 GPR影像樣本選取……………………………………….38
4.3.2 小波轉換結果…………………………………………….40
4.4 Total Variation-實驗與結果……………………………………67
第五章 結論與建議………………………………………………….77
5.1結論…………………………………………………………….77
5.2建議…………………………………………………………….78
文獻參考……………………………………………………………...79

表目錄
表4.1 台中液化天然氣廠下陷區港南路測線規劃表……………….37
表4.2 Line272 訊號雜訊比(SNR)………………………………… .66
表4.3 Line276 訊號雜訊比(SNR)…………………………………..66
表4.4 Total Variation 訊號雜訊比(SNR)…………………………….76

圖目錄
圖1.1 研究流程圖…………………………………………………….4
圖2.1 岩床探測的透地雷達影像圖(Mala GeoScience,1992)…16
圖2.2 15cm PVC 管沈埋地表處、天線頻率800MHz( 紀昭
銘,2001)………………………………………………………………..18
圖2.3 籃球沈埋地表處、天線頻率800MHz(紀昭銘,2001)…………18
圖2.4 間距=20cm、管徑30cm 在上10cm 在下之雷達影像比較
圖……………………………………………………………………….19
圖2.5 一階二維離散小波正轉換架構圖……………………………..21
圖2.6 一階二維離散小波反轉換架構圖……………………………..22
圖2.7 三次離散小波轉換示意圖…………………………………….23
圖2.8 小波去除雜訊示意圖…………………………………………..24
圖3.1、當ε = 0且z=-10 到10 間,Hwaviside函數圖形…………...28
圖4.1 台中液化天然氣廠地理位置(資料來源:Google 地圖)……….36
圖4.2 港南路道路Line272,400MHz………………………………...39
圖4.3 港南路道路Line276,400MHz………………………………….39
圖4.4 測線Line272,Haar 小波閥值0.01 去除雜訊成果…………41
圖4.5 測線Line272,Haar 小波閥值0.03 去除雜訊成果…………41
圖4.6 測線Line272,Haar 小波閥值0.05 去除雜訊成果…………42
圖4.7 測線Line272,Haar 小波濾波器係數………………………...42
圖4.8 測線Line272,bior小波閥值0.01去除雜訊成果………………43
圖4.9 測線Line272,bior小波閥值0.03去除雜訊成果………………43
圖4.10 測線Line272,bior小波閥值0.05去除雜訊成果……………..44
圖4.11 測線Line272,bior 小波濾波器係數………………………...44
圖4.12 測線Line272,db6小波閥值0.01去除雜訊成果…………...45
圖4.13 測線Line272,db6小波閥值0.03去除雜訊成果…………...45
圖4.14 測線Line272,db6小波閥值0.05去除雜訊成果…………...46
圖4.15 測線Line272,db6 小波濾波器係數………………………...46
圖4.16 測線Line272,rbio小波閥值0.01去除雜訊成果…………….47
圖4.17 測線Line272,rbio小波閥值0.03去除雜訊成果…………….47
圖4.18 測線Line272,rbio小波閥值0.05去除雜訊成果…………….48
圖4.19 測線Line272,rbio 小波濾波器係數………………………..48
圖4.20 測線Line272,sym6小波閥值0.01去除雜訊成果…………...49
圖4.21 測線Line272,sym6 小波閥值0.03 去除雜訊成果………..49
圖4.22 測線Line272,sym6小波閥值0.05去除雜訊成果…………...50
圖4.23 測線Line272,sym6 小波濾波器係數………………………50
圖4.24 測線Line272,dmey小波閥值0.01去除雜訊成果…………...51
圖4.25 測線Line272,dmey小波閥值0.03去除雜訊成果…………...51
圖4.26 測線Line272,dmey小波閥值0.05去除雜訊成果…………...52
圖4.27 測線Line272,dmey 小波濾波器係數……………………….52
圖4.28 測線Line276,Haar 小波閥值0.01 去除雜訊成果…………53
圖4.29 測線Line276,Haar小波閥值0.03去除雜訊成果…………….54
圖4.30 測線Line276,Haar小波閥值0.05去除雜訊成果…………….54
圖4.31 測線Line276,Haar 小波濾波器係數………………………..55
圖4.32 測線Line276,bior小波閥值0.01去除雜訊成果……………..55
圖4.33 測線Line276,bior小波閥值0.03去除雜訊成果……………..56
圖4.34 測線Line276,bior小波閥值0.05去除雜訊成果……………..56
圖4.35 測線Line276,bior 小波濾波器係數………………………...57
圖4.36 測線Line276,db6小波閥值0.01去除雜訊成果……………..57
圖4.37 測線Line276,db6小波閥值0.03去除雜訊成果……………..58
圖4.38 測線Line276,db6小波閥值0.05去除雜訊成果…………......58
圖4.39 測線Line276,db6 小波濾波器係數………………………...59
圖4.40 測線Line276,rbio小波閥值0.01去除雜訊成果…………….59
圖4.41 測線Line276,rbio 小波閥值0.03 去除雜訊成果…………60
圖4.42 測線Line276,rbio 小波閥值0.05 去除雜訊成果…………60
圖4.43 測線Line276,rbio 小波濾波器係數………………………..61
圖4.44 測線Line276,sym6 小波閥值0.01 去除雜訊成果………..61
圖4.45 測線Line276,sym6小波閥值0.03去除雜訊成果…………...62
圖4.46 測線Line276,sym6小波閥值0.05去除雜訊成果……………..62
圖4.47 測線Line276,sym6 小波濾波器係數………………………...63
圖4.48 測線Line276,dmey小波閥值0.01去除雜訊成果……………..63
圖4.49 測線Line276,dmey 小波閥值0.03 去除雜訊成果……….....64
圖4.50 測線Line276,dmey小波閥值0.05去除雜訊成果……………..64
圖4.51 測線Line276,dmey 小波濾波器係數………………………...65
圖4.52 測線Line272 透地雷達400MHz 天線頻率影像..............67
圖4.53 測線Line272 λ=100000 μ=100 疊代20 次之結果………….68
圖4.54 測線Line272 λ=100000 μ=100 疊代40 次之結果………….68
圖4.55 測線Line272 λ=100000 μ=100 疊代100 次之結果………...69
圖4.56 測線Line272 λ=100000 μ=100疊代200次之結果……………69
圖4.57 測線Line272 λ=100000 μ=100 疊代500 次之結果………...70
圖4.58、測線 Line272 λ=100000 μ=100進行疊代求解之收斂情形
…….70
圖4.59 Total Variation疊代結果與原始影像比較圖..............71
圖4.60 測線Line276 透地雷達400MHz 天線頻率影像..............72
圖4.61 測線Line276 λ=100000 μ=100 疊代20 次之結果………..73
圖4.62 測線Line276 λ=100000 μ=100疊代40次之結果……………...73
圖4.63 測線Line276 λ=100000 μ=100疊代100次之結果…………….74
圖4.64 測線Line276 λ=100000 μ=100 疊代200 次之結果…………74
圖4.65 測線Line276 λ=100000 μ=100疊代400次之結果……………75
圖4.66測線 Line276 λ=100000 μ=100進行疊代求解之收斂情形
…….75
圖4.67 Total Variation疊代結果與原始影像比較圖....76
照片目錄
照片4.1 台中液化天然氣廠區港南路測線規劃照片………………37
中文文獻
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英文文獻
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QRCODE
 
 
 
 
 
                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                               
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