探地雷達有限元正演及介電參數反演 [Ground Penetrating Radar Finite Element Numerical Simulation and Dielectric Parame 下載 mobi epub pdf 電子書 2024

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內容簡介

　　《探地雷達有限元正演及介電參數反演》在迴顧探地雷達（GPR）正演及反演研究現狀的基礎上，對有限單元法應用於探地雷達在常規介質，頻散、隨機和各嚮異性等特殊介質中的觀測數據正演及介電參數反演進行瞭理論研究。分析瞭電磁波在常規、頻散、隨機和各嚮異性介質中的傳播特徵及異常體迴波特徵。研究瞭層狀介質陣列天綫探地雷達共中心點數據的速度分析方法及全波形反演技術，建立瞭相應的層狀介質電磁波速度及介電參數反演流程，對今後探地雷達正演及介電參數反演的深入研究提供瞭可藉鑒的經驗。
　　《探地雷達有限元正演及介電參數反演》可供從事探地雷達正反演及應用領域的相關研究人員參考使用，也可作為高等院校相關專業的教師、研究生和高年級本科生的教學參考用書。

作者簡介

　　王洪華，男，漢族，博士。1986年10月齣生於江西省蓮花縣，現為桂林理工大學地球科學學院講師。2015年畢業於中南大學，獲地球探測與信息技術工學博士學位，攻博期間，於2013-2014年被選送日本東北大學做聯閤培養博士，主要從事探地雷達數值模擬及數據處理研究。博士學習期間，主持中南大學研究生科研創新項目1項（2013zzts053），參加與探地雷達相關的國傢自然科學基金3項（41574116，41374118，41074085）。已發錶學術論文10餘篇，其中被SCI收錄2篇，被EI收錄4篇。
　　
　　戴前偉，男，漢族，博士，教授，博士生導師。1968年7月齣生於湖南省漣源市，1987-1991年就讀於原中南工業大學地質係，獲應用地球物理專業學士學位，1991-1997年碩博連讀獲中南工業大學應用地球物理專業博士學位，日本東北大學高級訪問學者。1997年留任中南工業大學教學，2005年晉升教授，2006年被評為博士生導師。先後擔任中南大學地球物理勘察新技術研究所副所長、所長、中南大學信息物理工程學院黨委副書記。現為中南大學地球科學與信息物理學院黨委書記、國務院學位委員會地質資源與地質工程學科評議組成員、《工程勘察》編委、湖南省地球物理學會副理事長、中國地球物理學會理事。主要從事電磁法勘探理論與應用、工程與環境地球物理的教學科研工作。近年來主持國傢“863”計劃課題l項，國傢“十一五”科技支撐計劃課題1項，國傢自然科學基金項目1項，省部級課題5項，校企橫嚮科研閤作項目20多項，參與以上各類項目30多項。參與撰寫專著3部，獲省部級奬4項，發錶學術論文90多篇，其中被El、SCI收錄30餘篇。
　　
　　馮德山，教授，男，博士，教授，博士生導師。中南大學地球科學與信息物理學院應用地球物理係主任、湖南省地球物理學會副秘書長，國傢自然科學基金評審專傢，湖南省及浙江省自然科學基金評審專傢。2012年入選教育部新世紀優秀人纔、升華育英優秀人纔支持計劃項目、湖南省普通高校青年骨乾教師。主要從事地球物理數據處理、正演模擬與反演成像、小波分析等理論與方法研究，尤其是在探地雷達的數值模擬及偏移處理方麵取得瞭一定的成果積纍。已發錶專業論文60餘篇，其中被SCI收錄8篇、被EI收錄19篇、被ISTP收錄2篇；主持國傢自然科學基金項目3項（41574116，41074085，40804027），主持完成湖南省自然科學基金重點項目（09JJ3084）1項，教育部高等學校博士學科專項科研基金新教師基金項目（200805331082）1項，湖南省科技計劃項目（2008TP4013-2）1項，參與完成國傢十一五科技支撐計劃項目2項（2006BAC07B00-2，2007BAK24802）。2011年獲得瞭中南大學西南鋁優秀教師奬及2011年本科教學優秀質量奬，獲得中國有色金屬科技一等奬1次，以*一完成人獲得軟件著作權2項。

內頁插圖

目錄

1 緒論
1．1 研究的目的和意義
1．2 GPR正演模擬研究現狀
1．3 GPR反演研究現狀
1．3．1 地下介質電磁波速度分析方法研究現狀
1．3．2 GPR介電參數反演研究現狀
1．4 本書章節安排和主要研究工作

2 常規介質的GPR有限元正演模擬
2．1 電磁波傳播的基本規律
2．1．1 Maxwell方程組
2．1．2 本構關係
2．1．3 GPR波動方程
2．2 GPR波動方程二維有限元求解
2．2．1 伽遼金法推導GPR二維有限元方程
2．2．2 中心差分法求解GPR二維有限元方程
2．2．3 中心差分法的數值穩定性條件
2．3 GPR有限元正演模擬中的UPML邊界條件
2．3．1 UPML邊界條件
2．3．2 UPML與傳統吸收邊界條件的吸收效果對比
2．4 GPR二維有限元正演模擬實例
2．4．1 起伏界麵模型
2．4．2 “V”字形模型
2．4．3 三圓模型
2．4．4 兩層起伏地形模型
2．5 GPR波動方程三維有限元求解
2．5．1 伽遼金法推導GPR三維有限元方程
2．5．2 GPR三維有限元正演模擬實例
2．6 本章小結

3 特殊介質的GPR有限元正演模擬
3．1 頻散介質的GPR有限元正演模擬
3．1．1 頻散介質模型
3．1．2 頻散介質中GPR波動方程
3．1．3 頻散介質的GPR有限元正演模擬算法
3．2 頻散介質的GPR有限元正演模擬實例
3．2．1 均勻頻散介質模型
3．2．2 半非頻散半頻散介質模型
3．2．3 兩圓異常體頻散介質模型
3．3 隨機介質模型
3．4 隨機介質的GPR有限元正演模擬實例
3．4．1 半均質半隨機介質模型
3．4．2 含矩形異常體隨機介質模型
3．5 各嚮異性介質的GPR有限元正演模擬
3．5．1 各嚮異性介質模型
3．5．2 各嚮異性介質中GPR波動方程
3．5．3 各嚮異性介質的GPR有限元正演模擬算法
3．6 各嚮異性介質的GPR有限元正演模擬實例
3．6．1 均勻各嚮異性介質模型
3．6．2 半各嚮同性半各嚮異性介質模型
3．6．3 矩形異常體各嚮異性介質模型
3．7 圓形異常體在三種特殊介質中正演結果對比
3．8 本章小結

4 基於陣列天綫觀測的GPR數據CMP速度分析
4．1 陣列天綫觀測方法原理
4．1．1 陣列天綫係統
4．1．2 陣列天綫係統的CMP數據提取方法
4．2 CMP速度分析方法
4．2．1 CMP測量原理
4．2．2 CMP數據處理
4．2．3 CMP速度譜計算
4．2．4 CMP速度分析方法的正確性和可行性驗證
4．3 特殊介質正演數據的CMP速度分析
4．3．1 頻散介質
4．3．2 隨機介質
4．3．3 各嚮異性介質
4．4 陣列天綫觀測數據的CMP速度分析
4．4．1 沙層陣列天綫觀測及CMP速度分析
4．4．2 海嘯層陣列天綫觀測及CMP速度分析
4．5 本章小結

5 GPR阻尼最小二乘法全波形反演
5．1 GPR阻尼最小二乘法全波形反演算法
5．1．1 反演方程組的推導
5．1．2 差分法雅剋比矩陣的求解
5．1．3 奇異值分解法求解反演方程組
5．2 正演數據的GPR全波形反演
5．2．1 兩層介質模型
5．2．2 傾斜界麵模型
5．3 實測數據的GPR全波形反演
5．3．1 實測GPR數據的采集及CMP速度分析
5．3．2 GPR實測數據的全波形反演
5．4 本章小結

6 總結
6．1 主要研究成果及創新點
6．2 不足之處及今後的研究工作
參考文獻

前言/序言

　　探地雷達（GPR）作為一種對地殼淺部進行地球物理勘探的重要新技術，已廣泛應用於水文、工程、環境、考古等領域，解決瞭很多工程實際問題。近年來，隨著工程應用領域的快速擴展，GPR理論也得到瞭很大的發展，但其實測資料的解釋仍以定性為主，要實現從定性解釋到定量解釋的質的飛躍，目前的探地雷達正反演技術還有待深入研究。
　　有限單元法作為一種高精度的正演算法，可利用非規則網格精確離散復雜地電結構，是目前電磁場領域應用最廣泛的數值計算方法。GPR反演是實現將觀測資料從定性解釋到定量解釋的可行手段，也是該領域的研究熱點。
　　本書主要研究瞭GPR在常規介質及頻散、隨機和各嚮異性等特殊介質中的有限元正演算法、共中心點數據速度譜分析方法及全波形反演技術，分析瞭電磁波在各種介質中的傳播特徵和異常體迴波特徵，並建立瞭相應的介質電磁波速度及介電參數反演算法及流程。
　　全書共分為7章：第1章緒論部分介紹瞭相關研究的背景和進展：第2章從GPR的基本理論和電磁波傳播的基本規律入手，介紹瞭有限單元法在GPR於常規介質中正演的流程，推導常規介質中的GPR有限元方程及其中心差分法求解公式，比較瞭透射邊界條件、Sarma邊界條件及各嚮異性完全匹配層邊界條件的吸收效果，開展GPR二、三維正演模擬；第3章在介紹瞭頻散、隨機和各嚮異性介質基本概念的基礎上，分彆推導瞭頻散、隨機和各嚮異性介質的GPR有限元方程，並開展一些模型正演計算，分析瞭電磁波在這些特殊介質中的傳播規律及異常體的反射迴波特徵；第4章從GPR天綫陣列係統、共中心點數據速度譜分析方法兩方麵入手，開展瞭常規、頻散、隨機、各嚮異性介質正演數據的速度譜分析研究，並通過模型試驗驗證瞭該方法的正確性和可行性，最後利用該技術應用於實測數據的反演解釋中，實現瞭在地下二維介質中速度的反演；第5章介紹瞭GPR全波形反演的概念，並給齣瞭阻尼最小二乘法全波形反演算法的詳細流程，在此基礎上，開展瞭正演和實測數據的反演，驗證瞭反演算法的正確性和可行性；第6章是結論，對本書的主要研究成果和創新點進行瞭總結，對有限單元法、共中心點數據速度譜分析和阻尼最小二乘法分彆在GPR正演和反演領域中的研究方嚮進行瞭分析和展望。
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