CHƯƠNG 1

TỔNG QUAN

Trong chương này chúng tôi sẽ giới thiệu nguyên lý hoạt

động của phương pháp GPR trong khảo sát Địa vật lý để chúng ta

hiểu vì sao nó phản ánh được cấu trúc của các tầng nông. Bên

cạnh đó, chúng tôi sẽ trình bày về vị trí tiến hành các tuyến đo

thực tế.

1.1 Nguyên lý hoạt động của phương pháp GPR

GPR hoạt động theo nguyên tắc sau: sóng điện từ phát ra từ một anten

phát dưới dạng xung, lan truyền trong vật chất với vận tốc chủ yếu được

quyết định bởi tính chất của vật liệu. Khi sóng lan truyền trong lòng đất,

nếu nó gặp các bất đồng nhất hoặc các mặt ranh giới giữa các môi trường có

tính chất điện khác nhau, một phần năng lượng sóng sẽ phản xạ hoặc tán xạ

trở lại mặt đất trong khi phần năng lượng còn lại tiếp tục di chuyển xuông

phía dưới. Sóng phản xạ lại được ghi nhận bởi anten thu và lưu trữ trong bộ

nhớ của thiết bị để sử dụng cho việc xử lý và phân tích về sau.

Hệ thống GPR gồm có:

máy phát điện, máy thu-phát

tín hiệu, anten phát, anten

thu, các thiết bị hiển thị,

thiết bị ghi và cổng ghép

với máy tính.

Hình 1.1 Sơ đồ khối hệ thống GPR

Màn hình hiển thị dữ liệu chỉ hiển thị tín hiệu số thông

qua biên độ và được gọi là đường ghi. Một đường ghi gồm có năng1

lượng xung phát, theo sau là năng lượng xung thu ghi nhận từ sự

phản xạ của các vật thể hoặc các mặt ranh giới. Khi anten đi dọc

theo các tuyến khảo sát, một loạt các đường ghi được tập hợp ở

các thời điểm rời rạc và được xếp cạnh nhau để hình thành mặt

cắt trên màn hình.

Hình 1.2 Nguyên lý hoạt động của phương pháp GPR

1.2 Các khu vực khảo sát thực tế

Chúng tôi đã sử dụng bộ số liệu (có được từ những lần đo

đạc thực tế với nhiều hệ thống thiết bị phát – thu khác nhau)

được cho để tiến hành xử lý và minh giải. Sau đó so sánh kết quả

thu được với các kết quả trước đó để kiểm chứng lại và rút ra

“kinh nghiệm” cho nhóm chúng tôi. Các tuyến đo này cụ thể được

tiến hành ở các vị trí sau:

2

- Tại cung đường Lạc Long Quân và ngã tư Bảy Hiền (TP.HCM)

với hệ thống thiết bị phát – thu RAMAC. Tuyến đo mà chúng

tôi xử lý là tuyến số 2.

- Tại Nghĩa trang Liệt sĩ thành phố Hồ Chí Minh với hệ thống

thiết bị phát – thu RAMAC. Tuyến đo mà chúng tôi xử lý là

tuyến số 3 và số 4. Cũng tại địa điểm này, công việc khảo

sát được tiến hành với hệ thống thiết bị phát – thu Pulse

Ekko. Tuyến đo mà chúng tôi xử lý là tuyến số 1.

- Tại khu vực đê Phan Rang (bờ phải cửa sông qua thị xã Phan

Rang) với hệ thống thiết bị phát – thu RAMAC. Tuyến đo mà

chúng tôi xử lý là tuyến số 7.

- Tại Tam Điệp với hệ thống thiết bị phát – thu RAMAC. Tuyến

đo mà chúng tôi xử lý là tuyến số 6.

- Tại ngã tư giao giữa đường Thành Thái – Tô Hiến Thành với

hệ thống thiết bị phát – thu RAMAC. Tuyến đo mà chúng tôi

xử lý là tuyến số 2.

Ngoài những số liệu được cho trước, chúng tôi đã đi đo thực

tế tại đường Phan Văn Hớn (quận 12, TP.HCM) và tiến hành xử

lý, minh giải dựa trên các thông tin tiên nghiệm và kiến thức

đã học. Hệ thống thiết bị phát – thu được áp dụng là IDS.

Tuyến đo mà chúng tôi đo đạc và xử lý là tuyến số 4, 5, 6, 7,

8, 9, 11.123

Quy trình xử lý và minh giải các tuyến đo trên được tiến

hành như sau:

3

- Đầu tiên, chúng tôi sẽ vẽ mặt cắt GPR trên REFLEX từ bộ số

liệu thô. Sau những bước xử lý, chúng tôi sẽ có được mặt

cắt GPR “đẹp” để tiến hành minh giải trên mặt cắt này.

- Tiếp đến, dựa vào thông tin tiên nghiệm, chúng tôi sẽ minh

giải từ những tín hiệu dị thường thấy được trên mặt cắt GPR

đã xử lý.

- Để kiểm chứng lại phần minh giải trên, chúng tôi sẽ tạo mô

hình giả lập thực tế trên phần mềm “matGPR” (được viết trên

nền Matlab). Sau đó, chúng tôi sẽ “chạy” mô hình giả lập

với tần số phát đúng với tần số máy phát trong thực tế.

- Từ mặt cắt giả lập và mặt cắt Reflex, chúng tôi sẽ tiến

hành so sánh để kiểm chứng lại phần minh giải đã làm.

Vậy là chúng tôi đã bước đầu khái quát về nguyên lý hoạt

động của phương pháp GPR trong khảo sát Địa vật lý để chúng ta

hiểu vì sao nó phản ánh được cấu trúc của các tầng nông. Bên

cạnh đó, chúng tôi cũng đã mô tả sơ lược về vị trí tiến hành các

tuyến đo thực tế cũng như các bước thực hiện. Công tác xử lý,

minh giải được chúng tôi thể hiện trong chương cuối. Trong

chương hai, chúng tôi sẽ trình bày về cơ sở lý thuyết của phương

pháp GPR.

4

CHƯƠNG 2

CƠ SỞ LÝ THUYẾT

Như đã nói ở chương trước, phương pháp GPR dựa trên cơ sở

là sự phản xạ của sóng điện từ khi gặp các dị vật hoặc tại các

ranh giới giữa các môi trường. Do đó, trong chương này, chúng

tôi sẽ trình bày một số lý thuyết chính về trường sóng điện từ

để từ đó các thông số giúp giải đoán môi trường được “tiết lộ”.

2.1 Trường điện từ

GPR là một phương pháp địa vật lý hiện đại dựa trên cơ sở

lý thuyết của sóng điện từ ở dải tần số từ 1-3000MHz. Phương

pháp này dùng để nghiên cứu cấu trúc và đặc tính của vật chất

tầng nông bên dưới mặt đất. Trong môi trường đồng nhất và đẳng

hướng, sóng GPR tuân theo hệ phương trình Maxwell.

(2.1.1)

(2.1.2)

(2.1.3)

(2.1.4)

Trong đó -E: Cường độ trường từ

-H : Cường độ trường từ

5

Trong chân không, độ từ thẩm và độ điện thẩm không đổi

vì chúng độc lập với tần số và môi trường không phân tán.

Lấy Rot hai vế phương trình (2.1.1), ta được:

(2.1.5)

Thay phương trình (2.1.2) vào phương trình (2.1.5), ta

được:

(2.1.6)

Mà ta có:

(2.1.7)

Thay phương trình (2.1.6) vào (2.1.7) và xem mật độ điện

tích của môi trường không đổi theo không gian ( ), ta được:

(2.1.8)

Chứng minh tương tự đối với từ trường , ta được:

(2.1.9)

Mặt khác, phương trình sóng tổng quát có dạng:6

Suy ra (2.1.8) và (2.1.9) có dạng phương trình sóng tổng

quát, được gọi là phương trình Helmholtz. Vì vậy, sóng điện từ

phát sinh do sự biến đổi theo thời gian của từ trường và

trường điện . Vận tốc truyền sóng điện từ:

(2.1.10)

Với c là vận tốc ánh sáng (c=3.108 m/s).

Xét trường hợp và biến thiên hình sin theo thời gian.

Gọi là biểu diễn phức của thì:

.

→

Thay vào phương trình (2.1.8) thu được:

7

→

(2.1.11)

Tương tự: (2.1.12)

Với:

(2.1.13)

Trong đó: là hằng số truyền sóng

là hằng số tắt dần, đơn vị Neper/mét (Np/m)

là hằng số pha, đơn vị Radian/giây (Rad/s)

Bình phương hai vế phương trình (2.1.13), ta được:

→

Từ hệ phương trình trên, ta có thể xác định được và (

là các số thực dương) như sau:

8

;

(2.1.14)

Từ và ta tính được một số đại lượng quan trọng trong

phương pháp Radar xuyên đất như sau:

Độ xuyên sâu của vật liệu đối sóng đang xét:

(m)

(2.1.15)

Bước sóng: (m)

(2.1.16)

Vận tốc truyền sóng: (m/s)

(2.1.17)

Trong môi trường đất đá dưới mặt đất thì độ từ thẩm .

Vì vậy, sự truyền sóng chỉ phụ thuộc vào độ điện thẩm , độ dẫn

điện và tần số của angten. Anten có tần số càng lớn thì độ

xuyên sâu càng thấp. Độ sâu cực đại mà sóng có thể xuyên tới

không vượt quá 20 lần bước sóng. Độ dẫn điện trong môi trường

càng cao thì sóng điện từ càng bị tổn thất.

9

2.2 Sự tổn thất và suy giảm năng lương của sóng điện từ

Phạm vi ứng dụng của phương pháp GPR chịu ảnh hưởng của sự

tổn thất và suy giảm năng lượng sóng điện từ trên đường truyền.

Có năm nguyên nhân chính gây ra sự tổn thất này:

Sự tổn thất do ăngten: hiệu suất ăngten càng nhỏ thì tổn

thất càng lớn.

Do sự lan truyền từ không khí vào môi trường vật chất:

ngoài sự thất thoát do sự chuyển hóa thành nhiệt năng còn có sự

phản xạ khi sóng đi qua ranh giới giữa hai môi trường.

Do lan trải hình học của sóng vô tuyến: Sóng GPR được

phát ra theo dạng chùm sóng với góc nón 900, khi sóng truyền đi,

nó trải rộng ra, điều này làm giảm mật độ năng lượng.

Do tán xạ từ các đối tượng nghiên cứu.

Do truyền qua môi trường, chịu ảnh hưởng bởi độ dẫn

điện, độ từ thẩm, hằng số điện môi của môi trường.

2.3 Tính chất điện môi của vật chất

Ta thấy rằng vận tốc truyền sóng trong vật liệu và hằng số

điện môi có mối quan hệ với nhau. Bảng sau trình bày vận tốc

sóng ứng với giá trị điện môi. Bảng này chỉ mang tính tương đối

do hầu hết các môi trường đều là tổ hợp của nhiều thành phần có

tính chất điện và điện môi khác nhau, đồng thời kích thước hạt

của vật liệu và hình dáng của chúng cũng có thể ảnh hưởng đến

các đặc trưng của hằng số điện môi.

10

Môi trường vật chất Hằng số điện môi( Vận tốc Rađa (mm/ns)

Không khí 1 300

Nước biển 81 33

Tuyết vùng cực 1.4 194-252

Băng vùng cực 3-3.15 168

Băng hồ nước ngọt 4 150

Băng biển 2.5-8 78-157

Băng vĩnh cửu 1-8 106-300

Cát khô vùng duyênhải 10 95

Cát khô 3-6 120-170

Cát ướt 25-30 55-60

Sét ướt 8-15 86-110

Đất sét khô 3 173

Bùn lầy 12 86

Đất thổ nhưỡng 15 77

2.4 Độ phân giải

Từ độ suy giảm được chỉ ra và bản chất của sự phụ thuộc vào

tần số, ta nhận ra rằng, độ sâu cực đại của khảo sát sẽ giảm

nhanh cùng với việc tăng tần số. Độ sâu cực đại mà sóng có thể

truyền qua thường hiếm khi vượt quá 20 lần bước sóng, ngoại trừ

trong môi trường có sự suy giảm điện môi rất thấp. Thông thường

độ xuyên sâu sẽ thấp hơn nhiều, đặc biệt trong chất điện môi gây

mất điện.

11

Vì sóng có tần số thấp thì khả năng xuyên sâu cao, nhưng

tần số cao thì độ phân giải cao hơn. Do đó độ xuyên sâu và độ

phân giải cần phải được hòa hợp để lựa chọn độ rộng dải tần số

được phát xạ.

Độ phân giải thẳng đứng

Độ phân giải thẳng đứng là khả năng phân biệt của phép đo

giữa hai tín hiệu kế tiếp nhau trong cùng một thời gian. Trong

các trường hợp đơn giản, độ phân giải thẳng đứng là một hàm theo

tần số.

Theo Georadar, angten hoạt động trong một giải tần số với

tần số trung tâm đạt giá trị công suất cực đại. Độ phân giải

thẳng đứng bằng bước sóng:

Trong đó: là tần số của angten (Mhz)

là vận tốc truyền sóng (m/ns)

là độ phân giải thẳng đứng

Sóng điện từ truyền trong môi trường càng ẩm ướt thì độ

phân giải thẳng đứng càng lớn. Trong một giới hạn nào đó, độ

phân giải thẳng đứng gần như độc lập với sự tổn thất trong vật

chất truyền sóng.

Độ phân giải theo phương ngang

Ngoài độ phân giải thẳng đứng còn có độ phân giải theo

phương ngang. Độ phân giải theo phương ngang theo hệ thống Radar

12

xuyên đất khá quan trọng, dùng để tìm kiếm mục tiêu đã được

khoanh vùng và cần thiết khi phải phân biệt nhiều mục tiêu ở

cùng một độ sâu.

Độ phân giải theo phương ngang được xác định bởi đặc điểm

của các angten và quy trình xử lý tín hiệu được sử dụng.

Độ phân giải theo phương ngang được xác định bởi công thức:

Với là hằng số tắt dần

Do đó, độ phân giải theo phương ngang trong môi trường có độ suy

giảm cao tốt hơn so với môi trường có độ suy giảm trung bình

Như vậy, trong chương này, chúng tôi đã trình bày một số lý

thuyết chính về trường sóng điện từ để từ đó các thông số giúp

giải đoán môi trường được “tiết lộ”.

CHƯƠNG 3

PHÂN MÊM REFLEX TRONG RADAR XUYÊN ĐÂTƠ chương trước, chúng tôi đã trình bày cơ sở lý thuyết của

phương pháp GPR. Để hoàn tất các kiến thức cần có trước khi tiến

hành xử lý và minh giải số liệu GPR, chúng tôi sẽ giới thiệu về

phần mềm Reflex và các bước xử lý chính ở chương này. 13

3.1 Tổng quan vê phân mêm Reflex

Phần mềm Reflex là bộ chương trình sử dụng để minh giải cấu

trúc địa chất trên cơ sở các số liệu GPR thu được bằng thiết bị

của các hãng khác nhau. Reflex version 5.5 do Karl Josef

Sandmeier viết bằng Turbo Pascal 7.0 với cấu trúc dước dạng các

mô đun chuẩn, có tính độc lập với nhau. Phần mềm reflex 5.5 bao

gồm hai phiên bản cho DOS và cho WINDOWS. Tuy vậy, việc sử dụng

hai phiên bản cho DOS và cho WINDOWs là tương tự nhau nên ở đây

chúng ta chỉ cần làm việc với phiên bản cho WINDOWS là đủ.

Reflex là chương trình xử lý và giải đoán các số liệu

truyền và phản xạ sóng (đặc biệt ứng dụng trong Radar xuyên đất;

địa chấn phản xạ, khúc xạ; sóng âm). Hình ảnh giải đoán được sử

dụng 16 bit (65536 màu) vì vậy cho hình ảnh phân giải rất cao.

3.1.1 Các yêu câu của Reflex

Reflex chạy trong hệ điều hành WINDOWS với hai chế độ, chế

độ thực (real mode) và chế độ ảo (protected mode) với cấu hình

máy tính tối thiểu là AT 486. Khi cài đặt chương trình, ta chọn

một trong hai chế độ trên hoặc có thể cài đặt cả hai mà chương

trình vẫn chạy bình thường.

3.1.2 Các thao tác với Reflex

Reflex chỉ có thể được gọi từ thư mục hiện hành chứa chương

trình. Các thư mục dự án (project name) được tạo nên trong thư

mục chủ chứa chương trình có thể được tạo từ REFLEX. Sau khi

chương trình tự động tạo các thư mục con trong thư mục dự án

14

(bao gồm các thư mục : ASCII, LINEDATA, MODEL, PRODATA, ROHDATA,

TRAVTIME) thì tất cả số liệu cần xử lý phải được sao chép vào

thư mục ASCII. Các số liệu này sẽ được chuyển sang định dạng của

Reflex

Hình 3.1: Giao diện phần mểm Reflex

3.1.3 Các Module trong Reflex

Trong cửa sổ đầu tiên của Reflex, bạn có thể chọn nhiều

chương trình xử lý khác nhau:

Project: Chọn 1 project mới. Sau khi chọn option này, những

thư mục kể cả trong thư mục project hiện hành đã ghi vào danh

sách. Từ đó bạn có thể chọ project bạn muốn làm việc.

Modules: Chọn modules chương trình khác:

2D data – analysis cho phép xử lý dữ liệu 2D.

15

CMP velocity analysis tính toán sự phân bố vận tốc, chiều

sâu từ CMP, hoặc chuyển đổi – cơ sở dữ liệu dựa trê

kỹ thuật phân tích khác nhau.

3D data – interpretation.

Module modeling for the 2D – simulation.

Exit: Thoát khỏi Reflex.

3.2 Hướng dân sư dung phân mêm Reflex

3.2.1 “Nhập” dư liệu

Khởi động phần mềm Reflex: Mở tập tin Reflexw.exe trong thư

mục REFLEX.3

Chọn Project: Đây là bước phải chọn project cần xử lý.

Thường là chọn thư mục chứa tập tin dữ liệu đang chuẩn bị xử lý.

+ Tạo một Project mới: Chọn new project → đặt tên project

+ Chọn thư mục chứa tập tin dữ liệu cần xử lý để thực hiện

Project: Chọn thư mục chứa tập tin dữ liệu ta cần xử lý →

confirm

Xử lý: quá trình xử lý số liệu GPR sẽ chủ yếu tiến hành

trên môđun 2D – data – analysis. Đây là mô đun chứa các bộ lọc

nhiễu và các bộ lọc khuếch đại tín hiệu rất hữu ích trong xử lý

số liệu địa chấn cũng như GPR.

16

Để mở mô đun 2D – data – analysis: trong bảng Reflex – Win,

chọn modules → 2D-data- analysis.

3.2.2 Chuyển đổi dư liệu

Trong GPR có rất nhiều tập tin có định dạng khác nhau

như: .dt (IDS), .rd3 (RAMAC RADAR), .dt1 (PULSE EKKO), … và

nhiều kiểu dữ liệu khác của những chương trình cũng như của các

loại máy khác nhau.

Sau đây là phần hướng dẫn chuyển đổi tập tin từ các chương

trình khác sang tập tin của Reflex:

Trong bảng Reflexw – 2D – analysis, chọn file import→ .

Trong bảng data import có các mục như sau:

+ Fileheader – coordinate:

Distance Dimension: chọn loại đơn vị cho thước đo. Ta sẽ

chọn là METER.

Datatype: chọn kiểu đo, đối với GPR phải chọn

const.offset (khoảng cách chung)

Profile Direction: chọn X để trục nằm ngang của lát cắt

GPR là tuyến.

17

Profile Constant: chọn Y.

Các mục khác đặt theo định dạng ban đầu.

+ Format specification:

Input Format: chọn định dạng của dữ liệu đầu vào.

Output Format: chọn định dạng của dữ liệu đầu ra. Chọn

new 16 bit integer

Scaling: chọn 1

+ Filename Specification: chọn cách đặt tên cho tập tin dữ

liệu đầu ra. Thường có hai cách chọn:

Automic name: tập tin dữ liệu sau khi chuyển sang định

dạng của Reflex sẽ được đặt tên một cách tự động.

18

Hình 3.2: Hộp thoại Import

Original name: dữ liệu sau khi chuyển sang định dạng của

Reflex sẽ được đặt tên giống với tên của dữ liệu đầu vào. Sử

dụng Original name để tiện cho việc quản lý số liệu.

+ Time and comment specification: chọn đơn vị cho trục thời

gian, sử dụng nanosecond (ns).

+ Conversion mode: chọn cách xuất tập tin, có hai mục:

“No”: xuất một tập tin dữ liệu.

“Parallel lines”: để chọn xuất một lượt nhiều tập tin

dữ liệu.

Các mục khác đặt theo định dạng ban đầu.

+ Control panel:

Check existing files: để kiểm tra xem tập tin xuất ra đã

tồn tại hay chưa.

Convert to Reflex: nhấn nút này để tiến hành chuyển các

tập tin dữ liệu sang định dạng của Reflex.

3.2.3 Các bước xư lý chính

3.2.3.1 Move starttime

Mục đích: hiệu chỉnh giá trị thời gian tín hiệu đầu tiên

xuất hiện, đưa tín hiệu ban đầu từ mặt đất về đúng tại giá trị t

=0s.

Để vào mô đun này ta làm như sau:

19

Trên thanh công cụ chọn Processing → Static

Correction/muting → Move starttime.

Trong thư mục move starttime, chọn manual input và di

chuyển chuột đến vị trí thời gian tín hiệu đầu tiên xuất hiện

t0, khi đó trong ô original spectrum sẽ hiện lên giá trị t0.

Trong ô move time, chọn giá trị -t0.

3.2.3.2 Subtract DC shift

Mục đích: loại các nhiễu không đổi luôn xuất hiện trong

mặt cắt GPR.

Để vào mô đun này ta làm như sau:

Trên thanh công cụ chọn Processing → 1D Filter→ Subtract

DC shift.

Trong mục Subtract DC shift, ta di chuyển chuột đến vị

trí thời gian cuối cùng tín hiệu và đọc giá trị thời gian t1 tại

ô original spectrum, tiếp tục đên vị trí cuối cùng của thanh

thời gian và đọc giá trị t2 tại ô original spectrum.

Điền giá trị t1 và t2 lần lượt vào hai ô time ns (1 và

2).

3.2.3.3 Subtract mean (dewow)

Mục đích: loại các nhiễu không đổi luôn xuất hiện trong mặt

cắt GPR.

20

Để vào mô đun này ta làm như sau:

Trên thanh công cụ chọn Processing → 1D Filter →

Subtract mean (dewow).

Trong mục Subtract mean (dewow), chọn giá trị tại ô

timewindow là 1/f.

3.2.3.4 Background removal

Mục đích: loại bỏ nhiễu nền.

Để vào mô đun này ta làm như sau:

Trên thanh công cụ chọn Processing → 2D Filter →

Background removal.

Trong mục Background removal, chọn dải giá trị thời gian

(start time và end time) cần lọc.

3.2.3.5 Gain function

Mục đích của hàm khuếch đại này là để bù lại sự mất mát tín

hiệu do lan truyền trong môi trường và sự suy giảm củ biên độ do

sự lan trải hình học của sóng.

Thực tế hàm khuếch đại có thể đạt tới giá trị vô cùng, do

vậy hàm này cũng có một vài hằng số khuếch đại giới hạn. Giống

như hàm khuếch đại AGD, Gain function có một số thông số nằm

giữa 1 và 32767, nó xác định giá trị khuếch đại lớn nhất có thể

áp dụng cho bất kỳ số liệu nào và giá trị khuếch đại này được cố

định trên toàn bộ số liệu.

21

Hàm khuếch đại tuân theo quy luật sau:

G(t) =A(t –t0) + eB(t - t0) t > t0

G(t) =1 t < t0

Với:

G là giá trị khuếch đại tại thời điểm t.

A là hệ số khuếch đại tuyến tính.

B là hệ số khuếch đại hàm mũ

t là thời điểm mẫu được ghi.

t0 là thời điểm bắt đầu khuếch đại.

Có thể chọn tùy ý thời điểm bắt đầu khuếch đại hay mẫu bắt

đầu khuếch đại.

Để vào mục này, ta thao tác như sau:

Trên thanh công cụ chọn Processing → Gain → Gain

function.

Trong mục Gain function, tăng giảm các giá trị tại các ô

Linear gain, exponent và max gain sao cho các xung tín hiệu trên

mạch filtered được khuếch đại khá đều là có thể chấp nhận được.

3.2.3.6 Bandpassfrequency

Mục đích: dùng để cắt bỏ các tần số cao và thấp. Bộ lọc này

có thể được thực hiện riêng biệt trên từng đường ghi.

22

Để thực hiện bộ lọc này, thao tác như sau: trên thanh công

cụ chọn processing → 1D Filter → Bandpassfrequency.

Có bốn giá trị tần số cần đưa vào bộ lọc:

Tần số chặt cụt dưới (low cut frequency): khoảng 1/2

tần số trung tâm của anten.

Tần số chặt cụt trên (high cut frequency): khoảng 3/2

tần số trung tâm của anten.

Tần số ổn định dưới ( lower plateau)

Tần số ổn định trên (upper plateau)

Hai giá trị sau dùng để loại trừ nhiễu rung không mong muốn

khi sử dụng bộ lọc.

3.2.3.7 Bandpassbutterworth

Mục đích: dùng để lọc thông dải trong khoảng tần số thấp

đến tần số cao bằng việc sử dụng hàm sin để cắt cụt.

Để sử dụng bộ lọc này, thực hiện như sau:

Trên thanh công cụ chọn Processing → 1D Filter →

Bandpassbutterworth.

Trong mục Bandpassbutterworth, chọn các giá trị tại các

ô lower cutoff và upper cutoff sao cho phù hợp với các thông số

của bộ lọc tần số.

3.3 Kết quả xư lý bằng phân mêm Reflex

23

Hình 3 dưới đây là hình ảnh mặt cắt GPR của tuyến đường Lạc

Long Quân được xư lý bằng phân mêm Reflex và các bước xư lý.

Hình 3.3: Mặt cắt GPR của tuyến Lạc Long Quân xử lý bằng

chương trình Reflex.

Tóm lại, trong chương này, chúng tôi đã khái quát được

những nét cơ bản của phần mềm Reflex cũng như một số bước xử lý

chính. Như vậy, bước chuẩn bị những kiến thức cần thiết để tiến

đến minh giải và xử lý đã hoàn tất. Trong chương 4 chúng tôi sẽ

tiến hành xủ lý và đưa ra kết quả sau khi đã minh giải xong.

CHƯƠNG 4

XƯ LÝ VA MINH GIAI SÔ LIÊU GPR

Như đã đề cập, trong chương này, chúng tôi sẽ trình bày các

kết quả đã được xử lý và minh giải bằng phương pháp Radar xuyên

đất. Chương này gồm hai phần: phần một, chúng tôi sẽ tiến hành

xử lý những tuyến đo được cho số liệu (đây là những tuyến đo rời

rạc); phần hai, chúng tôi sẽ tiến hành xử lý khu vực mà chúng

tôi trực tiếp đo đạc (đây là mạng lưới các tuyến đo). Trong

24

chương này, chúng tôi chỉ đưa ra các mặt cắt để minh giải, còn

toàn bộ các bước xử lý được đưa vào phần Phụ lục.

4.1 Các bộ sô liệu GPR được cho trước

4.1.1 Tuyến Lạc Long Quân (nga tư Bảy Hiên – TP.HCM)

Sơ đồ tuyến đo sô 2 ở đường Lạc Long Quân

Hình 4.1: Sơ đồ bố trí tuyến đo tại đường Lạc Long Quân

Đây là tuyến đường có mật độ lưu thông cao, nhưng thường

xảy ra sụp lở gây nhiều trở ngại cho các phương tiên giao thông.

Số liệu được thu thập bằng thiết bị RAMAC với tần số 500MHz,

tổng chiều dài tuyến đo là 30m.

25

Mặt cắt trong Reflex

Hình 4.3: Mặt cắt GPR Lạc Long Quân

Minh giải

- Ơ tại vị trí 14.85 m tới 16.04 m xuất hiện dị thường. Từ

hình dạng của tín hiệu, chúng tôi dự đoán tại đây có vết

lún.

- Ơ độ sâu 1.1 m xuất hiện tín hiệu cho thấy sự phân lớp rõ

ràng. Qua tìm hiểu cúng tôi biết được đây là tín hiệu phản

hồi từ mặt đường cũ.

Mô hình giả lập trên matGPR

26

Hình 4.4: Mô hình giả lập trên matGPR của tuyến số 1 Lạc LongQuân

Mặt cắt mô hình chạy trên matGPR

Hình 4.5: Mặt cắt trên matGPR của tuyến số 1 Lạc Long QuânSo sánh

So sánh tín hiệu thu được từ mặt cắt trên matGPR và trên

Reflex, chúng tôi thấy có sự tương đồng với nhau. Điều này chứng

tỏ chúng tôi đã minh giải đúng.

4.1.2 Tuyến sô 3 và sô 4 tại Nghia trang Liệt si TP.HCM bằng thiết bi RAMAC

27

Tuyến đã được khảo sát bằng thiết bị RAMAC với tần số

500MHz với tổng chiều dài tuyến đo là 30m.

Mặt cắt trong Reflex của tuyến 3

Hình 4.6: Mặt cắt trên Reflex của tuyến số 3 Nghĩa trang

Minh giải tuyến 3

- Ơ tại vị trí 6.3m tới 7.6m xuất hiện dị thường. Từ hình

dạng của tín hiệu, chúng tôi dự đoán tại đây có một hố sụt

sâu khoảng 0.3m (từ 0.3m đến 0.6m).

- Ơ tại vị trí 11m tới 16m (ở độ sâu 0.4m) xuất hiện vòm cung

không đối xứng nhưng liền nét. Đây có thể là mặt ranh giới

giữa phần đất đá nét chặt bên trên và phần đất đá bở rời

bên dưới.

Mặt cắt trong Reflex của tuyến 4

28

Hình 4.10: Mặt cắt của tuyến số 4 tại Nghĩa trang

Minh giải tuyến 4

- Ơ tại vị trí 6.7m tới 8.7m xuất hiện dị thường. Từ hình

dạng của tín hiệu, chúng tôi dự đoán tại đây có một hố sụt

sâu khoảng 0.3m (từ 0.3m đến 0.6m).

- Ơ tại vị trí 11m tới 16m (ở độ sâu 0.4m) xuất hiện vòm cung

không đối xứng nhưng liền nét. Đây có thể là mặt ranh giới

giữa phần đất đá nét chặt bên trên và phần đất đá bở rời

bên dưới.

So sánh kết quả minh giải của hai tuyến 3 và 4

Từ mặt cắt của tuyến 3 và 4, chúng ta có thể thấy sự tươngđồng trong tín hiệu dị thường. Từ đây có thể kết luận rằng có hốsụt ở vị trí 6.7m đến 8m ở độ sâu 0.3m đến 0.6m.

Mô hình giả lập trên matGPR

29

Hình 4.7: Mô hình giả lập trên matGPR của tuyến số 3 Nghĩa trangMặt cắt mô hình chạy trên matGPR

Hình 4.8: Mặt cắt trên matGPR của tuyến số 3 Nghĩa trangSo sánh

30

4.1.3 Tuyến sô 2 Nghia trang Liệt si TP.HCM bằng thiết bi PULSE

EKKO

Tuyến đã được khảo sát bằng thiết bị PULSE EKKO với tần số

100MHz, không màn chắn. Tuyến đo dài 40m.

Mặt cắt trong Reflex

Hình 4.9: Mặt cắt GPR của tuyến số 2 Nghĩa trang bằng thiết bị

Pulse EkkoMinh giải

- Tại vị trí 20m đến 22m, độ sâu 0.5m, xuất hiện dị thường. Theo

thông tin có được từ người quản lý Nghĩa trang thì đây là một hố

sụt đã được lấp lại.

- Ngoài ra, còn có một hyperbol ở độ sâu 3m và có bề rộng khá

lớn. Sau khi tính vận tốc truyền sóng trong môi trường, ta thấy

31

khi sử dụng vận tốc 0.3m/ns (vận tốc sóng trong không khí) thì

thấy vừa khít với tín hiệu. Qua đó, có thể thấy tín hiệu

hyperbol này không phản xạ từ lớp đất đá bên dưới mà phản xạ từ

môi trường không khí bên trên. Sơ đồ thực địa cho thấy đây là

tín hiệu phản xạ từ cột điện ở trong khu vực khảo sát vì thiết

bị Pulse Ekko là thiết bị không màn chắn nên nhận cả tín hiệu

truyền từ không khí xuống.

32

Mô hình giả lập trên matGPR

Hình 4.10: Mô hình giả lập trên matGPR của tuyến số 2 Nghĩa

trang (Pulse Ekko)Mặt cắt mô hình chạy trên matGPR

Hình 4.11: Mặt cắt trên matGPR của tuyến số 2 Nghĩa trang (PulseEkko)

So sánh

33

So sánh tín hiệu thu được từ mặt cắt trên matGPR và trên

Reflex, chúng tôi thấy có sự tương đồng với nhau. Điều này chứng

tỏ chúng tôi đã minh giải đúng.

4.1. Tuyến đo Phan Rang bằng thiết bi RAMAC

Tuyến đã được khảo sát bằng thiết bị RAMAC với tần số

500MHz với tổng chiều dài tuyến đo là khoảng 200m

Sau khi tiến hành xử lý qua các bước trong Reflex:

Hình 4.14: Các bước xử lý trong Reflex của tuyến số Phan Rang

chúng tôi được mặt cắt sau:

34

Hình 4.13: Mặt cắt của tuyến Phan Rang

Minh giải:

Mặt cắt tuyến Phan Rang bao gồm 3 lớp. Lớp thứ nhất có bề

dày 0.5m, bao gồm lớp bê tông mỏng dày 0.1m vá lớp nền đường dày

0.4m. Lớp thứ hai có bề dày khoảng 1m, bao gồm sét và sét pha

cát. Lớp thứ ba có ranh giới từ 1.5m trở xuống, vật liệu chủ yếu

là cát hoặc cát pha sét.

Chúng tôi tạo lại mô hình này trên phần mềm “matGPR” (được viết trên

nền Matlab). Sau khi giả lập xong, tiến hành “chạy” và được kết quả sau:

35

Hình 4.14: Mặt cắt giả lập lại trên matGPR của tuyến Phan

Rang

4.15 Tuyến đo Tam Điệp bằng thiết bi RAMAC

Tuyến đã được khảo sát bằng thiết bị RAMAC với tần số

100MHz với tổng chiều dài tuyến đo là khoảng 35m.

Mặt cắt trong Reflex

Hình 4.16: Mặt cắt trong Reflex của tuyến Tam Điệp

Minh giải

36

- Ơ độ sâu 2m và 7.5m xuất hiện dị thường phân cực nghịch. Sau

khi xem xét điều kiện địa hình ở đây, chúng tôi đoán dị thường

là hang đá vôi.

- Các tín hiệu dị thường khác cũng chính là do nước có phản ứng

với đá vôi nhưng diện tích chưa đủ rộng để tạo thành hang động.

Mô hình giả lập trên matGPR

Hình 4.4: Mô hình giả lập trên matGPR của tuyến Tam ĐiệpMặt cắt mô hình chạy trên matGPR

37

Hình 4.5: Mặt cắt trên matGPR của tuyến Tam ĐiệpSo sánh

So sánh tín hiệu thu được từ mặt cắt trên matGPR và trên

Reflex, chúng tôi thấy có sự tương đồng với nhau. Điều này chứng

tỏ chúng tôi đã minh giải đúng.

4.1.6 Tuyến đo Tô Hiến Thành-Thành Thái bằng thiết bi RAMAC

Tuyến đã được khảo sát bằng thiết bị RAMAC với tần số

500MHz với tổng chiều dài tuyến đo là khoảng 36m.

Mặt cắt trong Reflex

38

Hình 4.16: Mặt cắt trong Reflex của tuyến Tam Điệp

Minh giải

- Ơ độ sâu 2m và 7.5m xuất hiện dị thường phân cực nghịch. Sau

khi xem xét điều kiện địa hình ở đây, chúng tôi đoán dị thường

là hang đá vôi.

- Các tín hiệu dị thường khác cũng chính là do nước có phản ứng

với đá vôi nhưng diện tích chưa đủ rộng để tạo thành hang động.

Mô hình giả lập trên matGPR

Hình 4.4: Mô hình giả lập trên matGPR của tuyến Tam Điệp

39

Mặt cắt mô hình chạy trên matGPR

Hình 4.5: Mặt cắt trên matGPR của tuyến Tam ĐiệpSo sánh

So sánh tín hiệu thu được từ mặt cắt trên matGPR và trên

Reflex, chúng tôi thấy có sự tương đồng với nhau. Điều này chứng

tỏ chúng tôi đã minh giải đúng.

40

Hình 4.16: Mặt cắt của tuyến Tô Hiến Thành-Thành Thái

Minh giải:

Tại vị trí 1m và 33m có tín hiệu hyperbol ở độ sâu 1m, tiết

diện nhỏ và phân cực thuận, nên nhóm kết luận đây đường dây điện

ngầm hoặc cáp quang đi ngang qua. Tại vị trí 15m-18m có tín hiệu

dị thường, phù hợp với vị trí nắp hố ga trên tuyến đo.

Chúng tôi tạo lại mô hình này trên phần mềm “matGPR” (được viết trên

nền Matlab). Sau khi giả lập xong, tiến hành “chạy” và được kết quả sau:

Hình 4.14: Mặt cắt giả lập lại trên matGPR của tuyến Phan

41

Rang

4.2 Tuyến đo Phan văn Hớn

Hình 4.1: Sơ đồ bố trí tuyến đo tại đường Phan Văn Hớn

Đây là tuyến đường có mật độ lưu thông cao, nhưng thường

xảy ra sụp lở gây nhiều trở ngại cho các phương tiên giao thông.

Tuyến đã được khảo sát bằng thiết bị IDS với tần số 700MHz với

chiều dài mỗi tuyến là 3m. Chúng tôi tiến hành xử lý các tuyến

số 4, 5, 6, 7, 8, 9, 11.

Sau khi tiến hành xử lý qua các bước trong Reflex,

42

Hình 4.2: Các bước xử lý trong Reflex của tuyến Lạc Long Quân

Các mặt cắt sau khi xử lý:

Tuyến 4 Tuyến11 Tuyến 5 Tuyến 6

43

Tuyến 7 Tuyến 8 Tuyến 9Hình 4.11: Mặt cắt các tuyến đo Phan Văn Hớn

Minh giải

Tóm lại chương này chúng tôi đã trình bày lại các ví dụ

dưới dạng một bài tập tính tích phân bằng số. Kết quả xử lý sóng

địa chấn từ bảng số liệu đã cho cũng như chu kỳ xuất hiện vết

đen Mặt trời đã được nêu rõ. Đến đây các vấn đề đặt ra ở chương

1 đã được làm sáng tỏ.

44

KẾT LUẬN

Qua bốn chương, chúng tôi đã trình bày được cơ sở lý thuyết

của phương pháp GPR, tổng quan về phần mềm xử lý Reflex và đã

ứng dụng vào xử lý các mô hình thực tế. Như vậy, về cơ bản,

những mục tiêu ban đầu đã được thực hiện.

Tuy nhiên, việc xử lý và minh giải gặp nhiều khó khăn do dữ

liệu GPR thường chứa lượng nhiễu lớn. Các nhiễu đến từ nhiều

nguồn mà đặc biệt là nhiễu từ sóng điện thoại di động (800-

2000MHz) khi sử dụng anten khảo sát tần số cao trong thành phố

và khu dân cư. Mặt khác, do độ phân giải cao và dễ dàng phát

hiện dị vật, do đó mức nhiễu trong dữ liệu tăng cao, gây trở

ngại trong nhận diện đối tượng. Vì vậy, phải cần nhiều thông tin

tiên nghiệm và kinh nghiệm giải đoán mới có thể thu được kết quả

tốt.

45

46

TAI LIÊU THAM KHAO

1.Nguyễn Thành Vấn, Radar xuyên đất và ứng dụng, Đại học quốc gia TP.Hồ Chí Minh – TP.HCM, 2013

2. Lương Ngọc Thức, Sử dụng phần mềm Reflex để xử lý và minh giải số liệu Radar xuyên đất, Đại học quốc gia TP.Hồ Chí Minh – TP.HCM, 2011

47

PHỤ LỤC

Các bước xử lý tuyến số 1 Lạc Long Quân

Các bước xử lý tuyến số 3 Nghĩa trang bằng thiết bị RAMAC

Các bước xử lý tuyến số 4 Nghĩa trang bằng thiết bị RAMAC

48

Các bước xử lý tuyến số 2 Nghĩa trang bằng thiết bị Pulse Ekko

Các bước xử lý tuyến Phan Rang

Các bước xử lý tuyến Tam Điệp

49

Các bước xử lý tuyến số Tô Hiến Thành-Thành Thái

50