基于時(shí)間序列分析的GPR數(shù)據(jù)特征提取與模式分類研究.pdf

1、探地雷達(dá)(Ground Penetrating Radar, GPR)作為一種高效率、結(jié)果直觀的淺層物理探測技術(shù)，以其無損、高分辨的特點(diǎn)，被廣泛應(yīng)用于環(huán)境工程、地質(zhì)勘探等多個(gè)領(lǐng)域。由于地質(zhì)環(huán)境復(fù)雜，電磁波在地下傳播時(shí)又呈現(xiàn)了多變、衰減等規(guī)律，GPR接收的反射回波信號(hào)不可避免的混有噪聲并被各種雜波所干擾，導(dǎo)致GPR技術(shù)涉及的理論面雖廣，在應(yīng)用領(lǐng)域的有效性卻受到了制約。因此如何正確識(shí)別各種噪聲和雜波，提取有用信息成為了 GPR解釋的重要環(huán)節(jié)

2、，而這個(gè)問題的解決關(guān)鍵在于GPR數(shù)據(jù)的處理和分析。
　　通過對(duì)現(xiàn)有GPR數(shù)據(jù)處理和分析方法的研究，本文發(fā)現(xiàn)現(xiàn)有的GPR數(shù)據(jù)處理多為單一的數(shù)據(jù)處理技術(shù)，目的多為提高數(shù)據(jù)信噪比，但也存在著不同的局限性。而后在對(duì)處理后的G PR數(shù)據(jù)進(jìn)行分析的過程中，專業(yè)人員往往依賴于先驗(yàn)知識(shí)，導(dǎo)致探測結(jié)果存在誤判、多解性的可能。尤其在面對(duì)探測背景復(fù)雜、數(shù)據(jù)量大的GPR數(shù)據(jù)時(shí)，這些處理和分析的方法和技術(shù)優(yōu)劣更是成為了能否達(dá)到預(yù)期效果的關(guān)鍵。根據(jù)GPR技術(shù)

3、的探測原理可知，GPR數(shù)據(jù)是來自于在采樣脈沖等間隔出現(xiàn)的實(shí)時(shí)采樣過程，具有時(shí)間序列特性，在時(shí)間序列分析領(lǐng)域，時(shí)間序列數(shù)據(jù)挖掘能有效的挖掘到數(shù)據(jù)蘊(yùn)含的有用信息和知識(shí)，是近年來人們廣泛關(guān)注的熱點(diǎn)問題。因此，本文在對(duì)GPR數(shù)據(jù)的研究過程中，首先對(duì)現(xiàn)有幾種G PR數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)處理方法的做了深入研究，然后結(jié)合時(shí)間序列數(shù)據(jù)挖掘方法，對(duì)GPR數(shù)據(jù)中的介質(zhì)信息特征提取進(jìn)行了分析，最后根據(jù)分析提取的特征對(duì)GPR數(shù)據(jù)進(jìn)行模式分類，并將處理和分析結(jié)果通過視覺效

4、果呈現(xiàn)出來，給專業(yè)人員提供直觀、有效的解釋依據(jù)，減少了誤判、多解的可能性。
　　本文主要工作包括：
　　首先，針對(duì)現(xiàn)有的單一GPR數(shù)據(jù)處理方法的局限性，提出一種基于小波變換和EMD的自適應(yīng)GPR數(shù)據(jù)處理方法，利用小波變換提取其高頻信號(hào)，EMD提取其低頻信號(hào)，將它們作為噪聲輸入到自適應(yīng)濾波器中，從而對(duì)GPR數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，提高了GPR數(shù)據(jù)的信噪比，為下一步更好的提取有效的特征夯實(shí)了基礎(chǔ)。
　　其次，針對(duì)GPR數(shù)據(jù)缺乏先驗(yàn)知

5、識(shí)的問題，結(jié)合GPR數(shù)據(jù)的時(shí)間序列特性，提出基于時(shí)間序列 shapelet的構(gòu)建 GPR數(shù)據(jù)的局部特征描述子，通過時(shí)間序列 shapelet對(duì) GPR道數(shù)據(jù)的特征序列進(jìn)行提取，有效的提取了GPR數(shù)據(jù)中所含不同介質(zhì)的特征信息，為后期模式分類奠定了扎實(shí)的基礎(chǔ)。
　　再次，針對(duì)GPR數(shù)據(jù)富含噪聲或突變的特點(diǎn)以及GPR道數(shù)據(jù)中可能存在多種介質(zhì)的情況，本文提出了基于子序列閾值的最近鄰模式分類方法，在模式分類過程中設(shè)置子序列閾值并使用DTW度