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基于深度学习的隧道衬砌结构物探地雷达图像自动识别 被引量：34
1
作者 冯德山 杨子龙 《地球物理学进展》 CSCD 北大核心 2020年第4期1552-1556,共5页
传统探地雷达图像识别方法中存在识别准确率不高,复杂目标体识别难度大,识别流程较为繁琐,不能实现端到端识别等问题,不能准确的识别实测数据.本文将深度学习中Faster R-CNN、YOLOv3这两种具有代表性的目标检测算法运用到探地雷达的图... 传统探地雷达图像识别方法中存在识别准确率不高,复杂目标体识别难度大,识别流程较为繁琐,不能实现端到端识别等问题,不能准确的识别实测数据.本文将深度学习中Faster R-CNN、YOLOv3这两种具有代表性的目标检测算法运用到探地雷达的图像识别当中.选择隧道的衬砌结构作为探测识别研究目标,制作了包含钢拱架、钢筋网、施工缝三类结构物标注的实测数据集.从准确率、召回率、平均准确率,准确率-召回率曲线等评价指标,分析了这两种算法在实测数据集上的表现.并对照典型的识别结果,结合这两种算法的原理说明了其运用到探地雷达图像自动识别上的特点.在测试集上,Faster R-CNN在钢拱架、钢筋网、施工缝三类结构物的识别中分别取得了95.5%、90.5%、96.8%平均准确率,YOLOv3则分别取得了90.0%、16.6%、95.3%平均准确率.实验结果表明两种深度学习目标检测方法在隧道衬砌探地雷达图像的识别上取得了良好的效果,其中Faster R-CNN整体效果更好,但会将多次波误识别为有效信号,YOLOv3较少误识别多次波,但是对钢筋网识别效果不好,两种方法搭配使用会形成优势互补. 展开更多
关键词 深度学习 探地雷达 自动识别 Faster R-CNN YOLOv3
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基于复频移完全匹配层的辛龙格库塔算法探地雷达正演 被引量：5
2
作者 冯德山 谭阳 +4 位作者 杨军 张陆军 袁忠明 柳杰 王珣 《科学技术与工程》 北大核心 2022年第9期3473-3484,共12页
为了消除探地雷达(ground penetrating radar,GPR)正演模拟的截断边界处的非物理反射,需要对模拟区域边界进行特殊处理。目前应用效果较好的边界处理方法为加载完全匹配层吸收边界条件。而复频移完全匹配层(complex frequency shift per... 为了消除探地雷达(ground penetrating radar,GPR)正演模拟的截断边界处的非物理反射,需要对模拟区域边界进行特殊处理。目前应用效果较好的边界处理方法为加载完全匹配层吸收边界条件。而复频移完全匹配层(complex frequency shift perfectly matched layer,CFS-PML)可以加强对低频区凋落波、倏失波的吸收效果,还可以压制信号的虚假反射,被引入到GPR正演边界条件处理中。将CFS-PML应用于辛龙格库塔求解二维GPR波动方程的数值模拟中,利用辛算法可以实现对时间坐标和空间坐标的保辛计算,从而实现GPR高精度正演模拟。首先,以横磁(transverse magnetic,TM)波为例,推导了基于CFS-PML的辛龙格库塔GPR波动方程求解公式。其次,利用狭长模型开展了CFS-PML吸收边界条件中的关键参数的选取试验,通过对比反射误差的大小确定了最优参数。此外,通过CFS-PML吸收边界条件与透射边界条件的对比实验,说明大角度掠射下CFS-PML边界条件较透射边界具有更好的吸收效果。最后,为了进一步验证该算法的效果,应用加载CFS-PML边界的辛龙格库塔算法对一个具有起伏地形的地电模型进行了正演。通过剖面法和宽角法得到的正演剖面图,证明该算法具有较好的GPR正演精度。 展开更多
关键词 探地雷达 辛龙格库塔 复频移完全匹配层 透射边界条件
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基于卷积完全匹配层的旋转交错网格高阶差分法模拟弹性波传播 被引量：3
3
作者 冯德山 王向宇 《物探与化探》 CAS CSCD 北大核心 2018年第4期766-776,共11页
从一阶速度—应力弹性波方程出发,基于旋转交错网格,推导了时间二阶精度空间2M阶精度的有限差分离散格式。阐述了递归卷积复频移完全匹配层(CPML)边界条件的原理,建立了一阶速度—应力弹性波高阶差分CPML边界条件的递推公式。开展了CPM... 从一阶速度—应力弹性波方程出发,基于旋转交错网格,推导了时间二阶精度空间2M阶精度的有限差分离散格式。阐述了递归卷积复频移完全匹配层(CPML)边界条件的原理,建立了一阶速度—应力弹性波高阶差分CPML边界条件的递推公式。开展了CPML边界中关键参数m、κ和α的选取实验,通过分析反射误差分布图,选取了CPML边界条件中最优参数。全局反射误差与波场快照都说明,CPML较PML对隐失波具有更优的吸收性能。基于Matlab平台,编写了基于CPML边界的旋转交错网格弹性波正演模拟程序,应用该程序对各向异性介质及随机介质进行了模拟,得到了弹性波正演剖面记录及波场快照,通过对正演剖面记录及波场快照的分析,可以更清楚地了解弹性波在各向异性介质及随机介质的传播特性,指导非均匀介质中地震勘探资料解释。 展开更多
关键词 旋转交错网格 高阶差分法 卷积完全匹配层 各向异性介质 随机介质 正演
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地表起伏对地下管线GPR探测的影响 被引量：1
4
作者 曾波 刘硕 +4 位作者 杨军 冯德山 袁忠明 柳杰 王珣 《物探与化探》 CAS 北大核心 2023年第4期1064-1070,共7页
地下管线是城市的重要设施,承担着能源输送、信息传递等功能,为城市生活提供了便利和保障。探地雷达(ground penetrating radar,GPR)作为一种高分辨率、高精度、非开挖、非破坏性的探测技术,在管线测量中具有巨大的优势。然而地表地形复... 地下管线是城市的重要设施,承担着能源输送、信息传递等功能,为城市生活提供了便利和保障。探地雷达(ground penetrating radar,GPR)作为一种高分辨率、高精度、非开挖、非破坏性的探测技术,在管线测量中具有巨大的优势。然而地表地形复杂,多有起伏,对于GPR探测地下管线有很大的影响。因此,本文采用有限单元法对地下管线探测进行了数值模拟,该方法可以与非结构网格结合,更好地拟合地表起伏地形;此外,介绍了如何进行高度校正,将所得剖面数据与地形相吻合,更容易分析异常体特征。最后开展了两个数值实验,分析了起伏地表对于不同埋深、不同间距、不同材质及不同填充物管线探测的影响,为GPR数据解释提供理论基础。实验结果表明,因地表起伏原因,波形和反射波能量将发生畸变,并不能作为判断管线信息的唯一依据。因此,需进行高度校正,利用双曲线的顶点来判断管线的埋深、材质等信息。 展开更多
关键词 探地雷达 管线探测 地表起伏 有限单元法 高度校正
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