شناسايي تونل مدفون با استفاده شبيه سازي عددي دوبعدي داده هاي ژئوفيزيكي رادار نفوذي به زمين، مطالعه ي موردي: تونل شماره 3 آزادراه تهران- پرديس

Detection of buried tunnel using 2D numerical simulation of GPR data; a case study: Tunnel No. 3 of Tehran-Pardis Highway

امروزه روش هاي ژئوفيزيكي از توانمندترين روش ها براي اكتشاف و تعيين مكان توده ها و سازه هاي مدفون زيرزميني مي باشند.يكي از كارآمدترين روش ها در تعيين مكان و اكتشاف سازه هاي مدفون زيرزميني روش رادار نفوذي به زمين (GPR) است. در اين روش با توجه به عمق توده ي مورد نظر، از چشمه با فركانس هاي مختلف براي انتشار موج الكترومغناطيس استفاده شده و با توجه به بازتاب اين امواج محل سازه ي مدفون قابل تشخيص است. در اين مقاله ابتدا به معرفي روش رادار نفوذي به زمين پرداخته شده و سپس چگونگي مدل سازي پيشرو داده هاي مذكور با استفاده از روش عددي تفاضل محدود در حوزه ي زمان (FDTD) با استفاده از كدنويسي در محيط MATLAB و با اعمال شرايط مرزي جاذب CPML براي يك تونل مدفون با ابعاد مشخص تشريح شده است. مزيت استفاده از روش هاي عددي نظير روش تفاضل محدود، دقت بالا، سادگي فهم و محاسبات نسبتاً ساده تر نسبت به ساير روش ها است. هدف از اين مقاله مدل سازي پيشرو داده هاي رادار نفوذي به زمين براي كشف تونل هايي با ابعاد كوچك در اعماق مختلف و در شرايط محيطي متفاوت است. اين امر از اهميت زيادي در مباحث مهندسي برخوردار است؛ زيرا اين تونل ها به راحتي قابل شناسايي نبوده و محلي براي استتار افراد و مهمات است. در اين مقاله با توجه به عمق و ابعاد تونل 3 آزادراه تهران-پرديس به مدل سازي انتشار موج در يك مدل مصنوعي از اين تونل پرداخته شده است. با توجه به نتايج به دست آمده از مدل سازي، فركانس 50 مگاهرتز براي برداشت ميداني از تونل 3 پرديس از دستگاه ژئورادار (MALA) انتخاب شده و نتايج حاصل از برداشت ميداني با نتايج حاصل از مدل سازي مقايسه شده اند. مقايسه ي نتايج به دست آمده حاكي از عملكرد قابل قبول مدل سازي اين تونل است.

Today, geophysical methods are one of the most feasible means for exploration, detection and localization of underground targets. One of the most used geophysical methods is ground penetration radar (GPR). In this method, based on the depth, shape and electromagnetic properties of the target and surrounding environment, electromagnetic waves with different central frequencies are propagated through the medium. In this paper, first, the theory of GPR, and then, forward modeling of GPR data using finite difference time domain (FDTD) method with consideration of convolutional perfectly matched layer (CPML) absorbing condition are presented. Finally, forward modeling of a buried tunnel in different geological environments is presented and the results are assessed. A schematic model of a tunnel in Tehran-Pardis highway is also constructed and the results of the simulation of the tunnel are compared with the field data.