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研究生:蔡宗原
研究生(外文):Tzung-YuanTsai
論文名稱:透地雷達訊號頻譜分析應用於地下構造物材料判釋之研究
論文名稱(外文):Identify the Materials of Underground Structure Using GPR Spectral Analysis
指導教授:吳建宏吳建宏引用關係李德河李德河引用關係
指導教授(外文):Jian-Hong WuDer-Her Lee
學位類別:碩士
校院名稱:國立成功大學
系所名稱:土木工程學系
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:2016
畢業學年度:104
語文別:中文
論文頁數:159
中文關鍵詞:透地雷達非破壞性檢測古蹟遺址探測頻譜分析
外文關鍵詞:Ground Penetrating RadarNon-destructive testsDetection of Archaeological SitesSpectral Analysis
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本研究藉由透地雷達頻譜分析方式,找出不同材料之透地雷達訊號特徵頻譜,建立材料之特徵頻譜用以判定地下構造物之材料,期望增加透地雷達判釋方法的多元性,且量化案例分析結果。本研究首先於成功大學安南校區進行砂箱試驗,埋設不同材料及不同排列形式之地下構造物,藉由砂箱試驗之透地雷達圖徵,探討埋設物的圖徵的外觀、相對介電常數及解析度;將訊號分為有增益及無增益訊號,接著分析不同材料地下構造物之透地雷達訊號,建立材料之特徵頻譜且運用於實際案例之分析。於古蹟遺址探測部分,在中都磚窯廠排煙管道探測案例中判釋該地區排煙管圖徵及管線深度,運用頻譜分析於區分地下結構物種類;成功大學成功校區理學大樓基地探勘案例中,探討不同形狀結構物於透地雷達圖徵上之辨別,以及頻譜分析應用於磚造結構物及草皮下方回填層之探測結果及成效;最後於成功大學光復校區管線探測案例中,先以透地雷達圖徵判定地下構造物位置後,嘗試以頻譜分析方式區分不同構造物材料,且分析於校區內探測時遭遇到之不同種類的之地表介質材料,了解不同種類地表介質與透地雷達頻率之關係。藉由現地案例的應用,以不同之訊號頻率,有助於案例中地下構造物之判釋,搭配現地踏勘、現地過去施工資料及透地雷達圖徵,透地雷達較過往的判釋方法能夠有更精確且數據化之判釋結果。
This research would like to find out the Ground Penetrating Radar (GPR) signal characteristics spectrum of different materials through GPR analysis to construct a spectrum of material for material identification of underground structures, and expect to thereby increase the diversity of GPR determination methods as well as derive a quantization result of a case analysis. Firstly, a sandbox test was proceeded in this research. Through the sandbox test the underground installation's appearance, relative dielectric constant and resolution were explored, followed by the GPR signal analysis of different materials of underground installations, and finally the material spectrum was constructed and used in the analysis of an actual case. It was found in the application of on-site cases that by using different signal frequencies, the identification of the underground installations in the cases was facilitated, and along with the on-site exploration, historical site engineering data and GPR chart features, the GPR is able to deliver a more precise and datamation identification result comparing to past identification methods.
摘要 Ⅰ
Extended Abstract Ⅱ
誌謝 VIII
目錄 IX
圖目錄 XIII
表目錄 XXI
符號表 XXIII
第一章 緒論
1-1 研究動機 1
1-2研究目的 1
1-3 研究內容 2
1-4 研究流程 3
第二章 文獻回顧 5
2-1透地雷達相關研究 5
2-2 透地雷達文獻回顧 6
2-2-1 地下管線探測 6
2-2-2 地下遺跡探測 11
2-3透地雷達頻譜之相關研究 14
2-4透地雷達訊號分析之相關研究 14
第三章 相關理論及儀器介紹 21
3-1透地雷達儀器介紹 21
3-2透地雷達基本理論 23
3-2-1馬克斯威爾方程式 24
3-2-2雷達方程式 24
3-3透地雷達試驗步驟 26
3-4地層的電磁特性 30
3-4-1導電度 (conductivity) 30
3-4-2 低耗損與高耗損介質 31
3-4-3 相對介電常數 31
3-4-4 反射係數 32
3-4-5 波速與相對介電常數關係 33
3-5 透地雷達應用上之問題探討 34
3-5-1雷達波探測深度求法 34
3-5-2雷達波波速求法 35
3-6資料處理 38
3-6-1 資料處理原理及目的 38
3-6-2疊加法(stacking) 39
3-6-3 高程修正 40
3-6-4 解迴旋 40
3-6-5 希伯特轉換 41
3-8圖徵判釋 43
3-9解析度 46
3-10 頻譜分析 47
3-10-1 頻譜 47
3-10-2 傅立葉變換(Fourier Transform)簡介 47
3-10-3 快速傅立葉變換理論(Fast Fourier Transform theorem) 47
第四章 透地雷達資料分析方法與現地施測 50
4-1 透地雷達資料分析方法 50
4-1-1前言 50
4-1-2 以RANDAN 7軟體進行圖徵判讀 50
4-1-3 以MATLAB軟體進行頻譜分析 52
4-2 透地雷達砂箱試驗 54
4-2-1砂箱試驗區域介紹 54
4-2-2 單一管線排列 55
4-2-3 複合型排列 57
4-3砂箱試驗透地雷達圖徵 62
4-3-1單一管線排列圖徵 62
4-3-2複合型排列圖徵 66
4-3-3單一管線排列圖徵解析度 69
4-3-4以位移法(Migration)分析單一管線多重反射圖徵 74
4-4砂箱試驗透地雷達訊號頻譜分析 78
4-4-1 管線訊號頻譜分析 78
4-4-2 複合排列地下構造物頻譜分析 87
第五章 現地探測結果 92
5-1高雄市中都磚窯場倒焰窯區及第二棚架區 92
5-1-1 研究區域介紹及歷史文獻回顧 92
5-1-2 透地雷達側線規畫與施測 94
5-1-3 透地雷達試驗分析結果 101
5-1-4 開挖結果比對 114
5-1-5 綜合結果討論 121
5-2成功大學理學院新建教學大樓基地探勘 122
5-2-1 研究區域介紹 122
5-2-2透地雷達測線規畫與施測 123
5-2-3 透地雷達試驗分析結果 126
5-2-4 綜合結果討論 131
5-3成功大學光復校區管路探測 132
5-3-1 研究區域介紹 132
5-3-2 透地雷達測線規劃及施測 133
5-3-3 透地雷達試驗分析結果 135
5-3-4 表面介質之頻譜 142
5-3-5 綜合結果討論 146
第六章 結論與建議 148
6-1結論 148
6-2建議 149
參考文獻 150
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