مدل سازي پيشرو و وارون داده هاي GPR با هدف كاربرد در شناسايي لوله هاي مدفون، مطالعه موردي: لوله انتقال فراورده هاي نفتي در دانشگاه صنعتي شاهرود

Forward and inverse modeling of GPR data applied to detect buried pipes, a Case study: Petroleum products pipelines at the Shahrood University

روش رادار نفوذي به زمين (GPR) يك روش ژئوفيزيكي غير مخرب است كه قادر به آشكارسازي انواع ناهمگني هاي زيرسطحي و نيز شناسايي انواع اهداف مدفون در اعماق كم است. در پژوهش حاضر مدل سازي پيشرو و وارون داده هاي GPR با هدف كاربرد در زمينه شناسايي لوله هاي مدفون در زيرزمين انجام شده است. در محوطه دانشگاه صنعتي شاهرود به منظور شناسايي موقعيت عبور لوله هاي انتقال سيالات هيدروكربوري، تعدادي پروفيل GPR با استفاده از يك سامانه GPR مجهز به آنتن هاي پوشش دار با فركانس مركزي 250 مگاهرتز، برداشت شد. براي دست يابي به هدف، نگاشت هاي راداري منطبق بر كليه پروفيل هاي برداشت با اعمال مراحل پردازشي مختلف همانند تصحيح اشباع سيگنال، تصحيح استاتيك و تابع تقويت بر روي داده هاي خام، با استفاده از نرم افزار Reflexw آماده سازي شدند. سپس پاسخ GPR مدل مصنوعي متناظر با نگاشت هاي راداري منطبق بر اين پروفيل ها، به روش تفاضل محدود حوزه زمان (FDTD) دوبعدي، شبيه سازي شد. آنگاه براي اعتبارسنجي تعبير و تفسير برداشت هاي GPR واقعي به منظور آشكارسازي و شناسايي اهداف مدفون، از روش مدل سازي وارون با حل يك مسئله بهينه سازي، استفاده شد. نتايج اين پژوهش بر اساس بررسي ميزان تطابق نگاشت راداري داده هاي واقعي GPR با پاسخ GPR مدل مصنوعي توليد شده متناظر با آن، درستي تفسير زيرسطحي انجام شده در منطقه مورد نظر جهت شناسايي لوله مدفون را تاييد مي نمايد.

Ground penetrating radar (GPR) method is a non-destructive geophysical method that is used to detect subsurface heterogeneities, and also, to recognize various shallow targets. In the present research, forward and inverse modeling of GPR data was carried out to detect subsurface buried pipes. In Shahrood University of Technology campus, GPR data along several survey lines were acquired using 250 MHz shielded antenna to detect hydrocarbon transfer pipes. To achieve the goal, the real radargram along the survey lines in the area was obtained after applying different processing operations including signal saturation correction, static correction and amplitude gain on the GPR data using ReflexW software. Then, the synthetic radargram corresponding to the real radargrams was simulated using finite-different time domain (FDTD) method. In this study, acquisition of field GPR data and synthetic models were carried out in TM mode. Afterward, the inversion method with solution of an optimization problem was employed for validation of the interpretation of GPR radargram in order to detect buried targets. The results of this study on the basis of conformity of real GPR data with GPR response of their respective synthetic models validated the accuracy of GPR investigations in detection of buried pipes in the area.