TYTUŁ PROJEKTU:
Analiza cyfrowych danych georadarowych przy użyciu komputerowego przetwarzania i
rozpoznawania obrazów dla oceny stanu technicznego wałów przeciwpowodziowych
oraz wykrywania niebezpiecznych zmian w strefach przypowierzchniowych ośrodka
geologicznego.
PROJECT TITLE:
Analysis of digital ground-penetrating radar data using computer processing and image
recognition for the evaluation of technical conditions of river embankments and
detecting of dangerous changes in near-surface zones of geological medium.
OGÓLNE INFORMACJE:
STRESZCZENIE OPISU PROJEKTU: Celem projektu jest opracowanie nowatorskiego systemu automatycznej interpretacji danych georadarowych pod kątem oceny stanu technicznego wałów przeciwpowodziowych oraz wykrywania niebezpiecznych zmian w strefach przypowierzchniowych ośrodka geologicznego. Cel ten będzie osiągnięty poprzez przetworzenie sygnałów z danymi, ich analizę i rozpoznawanie obiektów na obrazie otrzymanym z pomiarów georadarowych. Zostanie opracowana metoda przetwarzania specyficznych obrazów, jakimi są echogramy i mapy prędkości, polepszająca czytelność danych pomiarowych. Na podstawie przeprowadzonych wzorcowych pomiarów georadarowych stworzona zostanie baza danych z wzorcami, które następnie posłużą do automatycznej interpretacji obrazów reprezentujących dane z pomiarów georadarowych. To, jak ważna jest stabilność wałów przeciwpowodziowych przekonaliśmy się podczas ostatnich powodzi w roku 1997 oraz 2010. Wały przeciwpowodziowe w Polsce są w większości przypadków konstrukcjami powstałymi w XIX i na początku XX wieku. Do dnia dzisiejszego zachowała się jedynie fragmentaryczna dokumentacja dotycząca ich konstrukcji i stanu technicznego. Duże odcinki tych obiektów hydrotechnicznych wymagają gruntownej modernizacji. Z drugiej jednak strony nie ma na to wystarczających funduszy. W tej sytuacji prawidłowa identyfikacja odcinków, które powinny być naprawiane w pierwszej kolejności staje się problemem istotnym. Drugim istotnym zjawiskiem są strefy spękań górotworu migrujące ku powierzchni terenu, które mogą powodować powstawanie zapadlisk powierzchniowych, niebezpieczne uszkodzenia budynków oraz uszkodzenia technicznej infrastruktury naziemnej i podziemnej. Ze zjawiskami należącymi do tej grupy mamy od wielu lat do czynienia na terenach górniczych i pogórniczych w Polsce. Pojawienie się stref spękań w górotworze jest efektem albo procesów naturalnych (zjawiska krasowe, trzęsienia ziemi) lub działalności człowieka (górnictwo, budownictwo podziemne). Anomalie, które będą analizowane w niniejszym projekcie charakteryzują się stochastycznym rozkładem w ośrodku geologicznym i cechują się wysokim wskaźnikiem niebezpieczeństwa dla zdrowia i życia ludzi, więc stworzenie metodyki pomiarowo-interpretacyjnej zwiększającej możliwości detekcyjne metody georadarowej przy ich lokalizacji i zmniejszenie wieloznaczności interpretacyjnej wydaje się być sprawą priorytetową. Dane z pomiarów georadarowych dotychczas są interpretowane w sposób ręczny. Stworzenie systemu automatycznej interpretacji i opisu wyników umożliwi badanie znacznie większego obszaru, skróci czas, umożliwi obniżenie kosztów takich badań oraz znacząco zwiększy ich precyzję. W obecnej chwili dane georadarowe są przetwarzane przez różnego rodzaju oprogramowanie umożliwiające łatwiejszą interpretację uzyskanych wyników pomiarowych. Oprogramowanie to umożliwia nieznaczne polepszenie czytelności danych i pozwala jedynie na ich wizualizację. Nie istnieją jednak jeszcze zarówno w Polsce jak i na świecie systemy, które w sposób automatyczny umożliwiałyby ich interpretacje. Proces oceny stanu wałów i wykrywania stref spękań górotworu migrującego ku górze jest dość pracochłonny, wymaga wiedzy eksperckiej osoby interpretującej dane i zabiera sporo czasu. Stworzenie systemu automatycznej ich interpretacji będzie stanowiło poważny krok w tej dziedzinie. Terenowe badania georadarowe przeprowadzone zostaną w kilku wytypowanych miejscach w Polsce, charakteryzujących się dobrym rozpoznaniem warunków geologicznych i rozkładem ciał anomalnych, z bogatym materiałem faktograficznym (wynikami badań otworowych i laboratoryjnych, geotechnicznych, danymi konstrukcyjnymi i górniczymi). Taki wybór miejsc do przeprowadzenia testów terenowych pozwoli na zgromadzenia bardzo dużej ilości, różnorodnych danych, które będą podstawą do przygotowania odpowiedniej bazy danych wzorcowych dla przeprowadzenia procesu interpretacji wyników z wykorzystaniem procedur cyfrowej analizy obrazów. Istniejące metody nie są w pełni zadowalające, dlatego w ramach projektu planuje się stworzenie własnych metod zwiększających czytelność danych poprzez przetworzenie pierwotnego obrazu echogramów lub map rozkładu prędkości fal georadarowych. Interpretacja danych po ich wstępnym przetworzeniu będzie polegała na wyszukiwaniu obiektów, stref i innych sytuacji geologicznych na podstawie opracowanych i zgromadzonych wzorców. Przygotowana w ramach grantu nowa metodyka pomiarowo-interpretacyjna pozwoli na zastosowanie metody georadarowej w nowej dziedzinie jaką jest badanie ośrodków geologicznych o stochastycznym rozkładzie anomalii. Anomalie tego typu stanowią dosyć szeroki i ważny zakres problemów w geofizyce inżynierskiej, które trudno jest badać i jednoznacznie interpretować z wykorzystaniem standardowych metod. Opracowana przez wnioskodawców metodyka pozwoli na znaczące zmniejszenie wieloznaczności interpretacyjnej, a więc w efekcie zwiększenie zdolności detekcyjnych metody georadarowej. Dokładniejsza i pewniejsza interpretacja oparta na proponowanej metodyce pomiarowo-interpretacyjnej pozwoli w wielu sytuacjach zredukować koszyty uzyskania satysfakcjonującego wyniku końcowego, poprzez zminimalizowanie ilości dodatkowych działań, takich jak na przykład wiercenia sprawdzające, wykonywanie dodatkowych badań dla korelacji wyników. Wzrost możliwości interpretacyjnych pozwoli na poszukiwanie kolejnych, nowych obszarów stosowalności metody georadarowej. Bardzo ważne w projekcie będą naukowe aspekty prowadzonych analiz, które pozwolą poznać zachowania się elektromagnetycznego pola falowego w ośrodkach niejednorodnych i anizotropowych ze stochastycznie rozłożonymi anomaliami oraz pozwolą poszerzyć wiedzę o informacjach zawartych w rejestrowanych sygnałach i o procesie ekstrakcji tych informacji. Rozwiązania te mogą być podstawą dla prowadzenia dalszych prac naukowo-badawczych z zakresu przetwarzania sygnałów, przetwarzania, rozpoznawania i interpretacji obrazów oraz geofizyki inżynierskiej i środowiska. SUMMARY OF THE PROJECT: The objective of project is to establish innovatory automatized ground-penetrating radar (GPR) data interpretation system which will be used for rating condition of embankments and detecting dangerous changes in subsurface zones of geological environment. This objective will be accomplished by processing signals and data, analysis of them and recognition of objects on GPR image. The method of processing echograms and maps of speed will be created, making images more readable. Basing on model GPR survey, the database of models will be created, which will be later used for automatized GPR images interpretation. We could see the importance of the stability of the river embankments during the last floods in 1997 and 2010. The embankments in Poland, in most cases, are constructions built in the 19th and in the beginning of the 20th century. Only fragmentary documentation regarding their construction and technical conditions has reached our times. Large fragments of these hydrotechnical construction require thorough modernization. On the other hand the funds for this purpose are not sufficient. In this situation appropriate identification of the sections which should be repaired first becomes a crucial problem. Another important phenomena are fractured zones of the rock-mass which migrate towards the surface and which may cause subsidence areas, which may damage dangerously buildings as well as the aboveground and underground technical infrastructure. We have been dealing for many years with this kind of phenomena in mining and post-mining areas in Poland. Fractured zones in the rock-mass may appear as a result of natural processes (e.g. earthquakes, karst phenomena) or human activity (e.g. mining, underground constructions). These kinds of anomalies, which are mentioned here, are an obstacle for investment and economic growth in the region where they appear, and in many cases they may be also a threat to life and property. Being able to locate them is therefore a crucial problem. Unfortunately, nowadays in Poland, the basic techniques for geological media examination are punctual sondings using diving rods and geological drilling for collecting samples for laboratory tests. In other countries these punctual methods are carried out together with noninvasive geophysical examinations, such as GPR. Anomalies, which are going to be analyzed in this project, are characterized by stochastic distribution in the geological medium and are highly dangerous for peoples life and health. Therefore it seems to be a priority to create a methodology of measurements and interpretation which on one hand will increase the possibilities of their detection by GPR method and on the other will decrease the ambiguity of their location and interpretation. GPR data are nowadays interpreted manually. Creation of automatized interpretation and description system will allow surveying of bigger area, shorten time required, lower costs and increase precision of surveys. Currently, GPR data are processed by various software allowing easier interpretation. This software allows slight improvement of readability and visualization. Systems, which allow automatized interpretation of GPR data dont exist neither in Poland nor in the world. The process of rating embankments is laborious, requires expert knowledge and takes time. Creation of automatized detection system will be great step in this domain. GPR measurements will be carried out in a few chosen saites in Poland, where there is a good recognition of geological conditions and the distribution of analysed anomalies (i.e. fractures, loose zones) as well as rich factographic material (results of drilling and laboratory tests, geotechnical research, construction and mining data and others important information). Such selection of sites for the field tests will allow to gather a lot of diverse data, which will be the bases for preparing appropriate data-base for interpretation of radargrams with the use of procedures of digital signal processing and computer image reorganization. During the project it is planned to use data gathered with various GPR surveying methods, so that the information would be complete and precise. In each of these methods we receive huge amount of data, which are hard to interpret. Because of that they have to be first processed removal of interference and irrelevant information and readability improval. Next phase is objects and zones recognition. The new measurement and interpretation methodology elaborated in the frame of the grant will allow to use GPR method in a new field, which is examination of geological media with stochastic distribution of anomalies. Such anomalies are part of a broad and important range of problems in engineering geophysics, which are difficult to examine and interpret with the use of standard methods. The method elaborated by the applicants will allow to reduce significantly ambiguity in the georadar data interpretation and therefore to increase the deductive possibilities of the GPR method. A more detailed and more confident interpretation, based on the proposed methodology of measurements and interpretation, will allow to reduce costs of obtaining satisfying final result, by minimizing the amount of additional activities necessary for the correlation of the result, as e.g. drillings, sondings and additional measurements etc. The methodology of measurements and interpretation, elaborated in the grant, will enhance the development and the growth of competitiveness of the existing companies using the GPR method (especially in respect to conventional, invasive methods) and it may also induce formation of new firms. The increase in the interpretative possibilities will allow to search for further, new fields of application of the GPR. The scientific aspects of the conducted analyses will be very important in the project. They will allow to get knowledge on the behavior of electromagnetic field in heterogeneity and anisotropic geological media with stochastically distributed anomalies; the results of analyses allow to learn more about the information recorded in the signals as well as on the process of the extraction of those information. The results obtained in the project may be a basis for further scientific research in the field of signal processing, images processing and recognition for better interpretation of data recorded during environmental and engineering geophysical surveys.
STRESZCZENIE UZYSKANYCH WYNIKÓW: Celem prac zrealizowanych w ramach projektu badawczego było opracowanie nowatorskiego systemu automatycznej interpretacji danych georadarowych pod kątem oceny stanu technicznego wałów przeciwpowodziowych oraz wykrywania niebezpiecznych zmian w strefach przypowierzchniowych ośrodka geologicznego. Cel ten został osiągnięty poprzez przetworzenie sygnałów z danymi, ich analizę i rozpoznawanie obiektów na obrazie otrzymanym z pomiarów georadarowych za pomocą wprowadzonych do interpretacji georadarowych atrybutówvsieci neuronowych i przy wykorzystaniu metody częstotliwości środkowej oraz trójwymiarowej S-transformaty. Została opracowana metoda przetwarzania specyficznych obrazów, jakimi są echogramy i mapy prędkości, polepszająca czytelność danych pomiarowych. Na podstawie przeprowadzonych wzorcowych pomiarów georadarowych stworzone zostały wzorce anomalii, które następnie posłużyły do automatycznej interpretacji obrazów reprezentujących dane z pomiarów georadarowych. Dane z pomiarów georadarowych dotychczas były interpretowane w klasyczny. Stworzenie systemu interpretacji i opisu wyników w oparciu o nowoczesne techniki informacyjne umożliwiło badanie znacznie większego obszaru, skróci czas, umożliwiło obniżenie kosztów takich badań oraz znacząco zwiększy ich precyzję. Proces oceny stanu wałów i wykrywania stref spękań górotworu migrującego ku górze jest skomplikowany i niepewny. Stworzenie systemu interpretacji danych georadarowych opartych o nowoczesne techniki informatyczne stanowi poważny krok w kierunku zwiększenia wiarygodności wyników interpretacji. Terenowe badania georadarowe przeprowadzone zostały w kilku wytypowanych miejscach w Polsce, charakteryzujących się dobrym rozpoznaniem warunków geologicznych i rozkładem ciał anomalnych, z bogatym materiałem faktograficznym (wynikami badań otworowych i laboratoryjnych, geotechnicznych, danymi konstrukcyjnymi i górniczymi). Taki wybór miejsc do przeprowadzenia testów terenowych pozwolił na zgromadzenia bardzo dużej ilości, różnorodnych danych, które były podstawą do przygotowania odpowiedniej wzorców dla przeprowadzenia procesu interpretacji wyników z wykorzystaniem programu GEORADAR. Przygotowana w ramach grantu nowa metodyka pomiarowo-interpretacyjna pozwoli na zastosowanie metody georadarowej w nowej dziedzinie jaką jest badanie ośrodków geologicznych o stochastycznym rozkładzie anomalii. Anomalie tego typu stanowią dosyć szeroki i ważny zakres problemów w geofizyce inżynierskiej, które trudno jest badać i jednoznacznie interpretować z wykorzystaniem standardowych metod. Opracowana metodyka pozwoli na znaczące zmniejszenie wieloznaczności interpretacyjnej, a więc w efekcie zwiększenie zdolności detekcyjnych metody georadarowej. Dokładniejsza i pewniejsza interpretacja oparta na proponowanej metodyce pomiarowo-interpretacyjnej pozwoli w wielu sytuacjach zredukować koszty uzyskania satysfakcjonującego wyniku końcowego, poprzez zminimalizowanie ilości dodatkowych działań, takich jak na przykład wiercenia sprawdzające, wykonywanie dodatkowych badań dla korelacji wyników. Wzrost możliwości interpretacyjnych pozwoli na poszukiwanie kolejnych, nowych obszarów stosowalności metody georadarowej takich jak budownictwo (nieinwazyjne badanie konstrukcji budowlanych), archeologia (odnajdywanie obiektów archeologicznych) czy kryminalistyka (poszukiwanie ukrytych obiektów). Bardzo ważne w projekcie były naukowe aspekty prowadzonych analiz, które pozwolą poznać zachowania się elektromagnetycznego pola falowego w ośrodkach niejednorodnych i anizotropowych ze stochastycznie rozłożonymi anomaliami oraz pozwoliło poszerzyć wiedzę o informacjach zawartych w rejestrowanych sygnałach i o procesie ekstrakcji tych informacji. Rozwiązania te mogą być podstawą dla prowadzenia dalszych prac naukowo-badawczych z zakresu przetwarzania sygnałów, przetwarzania, rozpoznawania i interpretacji obrazów oraz geofizyki inżynierskiej i środowiska.
PUBLIKACJE:
INFORMACJE W MEDIACH:
OGÓLNE INFORMACJE:
- Kierownik projektu: Piotr Szymczyk
- Liczba wykonawców projektu: 7
- Numer rejestracyjny w NCN: 2011/01/B/ST7/06178
- Numer Umowy: UMO-2011/01/B/ST7/06178
- Termin rozpoczęcia: 2011-12-20
- Termin zakończenia: 2014-12-19
STRESZCZENIE OPISU PROJEKTU: Celem projektu jest opracowanie nowatorskiego systemu automatycznej interpretacji danych georadarowych pod kątem oceny stanu technicznego wałów przeciwpowodziowych oraz wykrywania niebezpiecznych zmian w strefach przypowierzchniowych ośrodka geologicznego. Cel ten będzie osiągnięty poprzez przetworzenie sygnałów z danymi, ich analizę i rozpoznawanie obiektów na obrazie otrzymanym z pomiarów georadarowych. Zostanie opracowana metoda przetwarzania specyficznych obrazów, jakimi są echogramy i mapy prędkości, polepszająca czytelność danych pomiarowych. Na podstawie przeprowadzonych wzorcowych pomiarów georadarowych stworzona zostanie baza danych z wzorcami, które następnie posłużą do automatycznej interpretacji obrazów reprezentujących dane z pomiarów georadarowych. To, jak ważna jest stabilność wałów przeciwpowodziowych przekonaliśmy się podczas ostatnich powodzi w roku 1997 oraz 2010. Wały przeciwpowodziowe w Polsce są w większości przypadków konstrukcjami powstałymi w XIX i na początku XX wieku. Do dnia dzisiejszego zachowała się jedynie fragmentaryczna dokumentacja dotycząca ich konstrukcji i stanu technicznego. Duże odcinki tych obiektów hydrotechnicznych wymagają gruntownej modernizacji. Z drugiej jednak strony nie ma na to wystarczających funduszy. W tej sytuacji prawidłowa identyfikacja odcinków, które powinny być naprawiane w pierwszej kolejności staje się problemem istotnym. Drugim istotnym zjawiskiem są strefy spękań górotworu migrujące ku powierzchni terenu, które mogą powodować powstawanie zapadlisk powierzchniowych, niebezpieczne uszkodzenia budynków oraz uszkodzenia technicznej infrastruktury naziemnej i podziemnej. Ze zjawiskami należącymi do tej grupy mamy od wielu lat do czynienia na terenach górniczych i pogórniczych w Polsce. Pojawienie się stref spękań w górotworze jest efektem albo procesów naturalnych (zjawiska krasowe, trzęsienia ziemi) lub działalności człowieka (górnictwo, budownictwo podziemne). Anomalie, które będą analizowane w niniejszym projekcie charakteryzują się stochastycznym rozkładem w ośrodku geologicznym i cechują się wysokim wskaźnikiem niebezpieczeństwa dla zdrowia i życia ludzi, więc stworzenie metodyki pomiarowo-interpretacyjnej zwiększającej możliwości detekcyjne metody georadarowej przy ich lokalizacji i zmniejszenie wieloznaczności interpretacyjnej wydaje się być sprawą priorytetową. Dane z pomiarów georadarowych dotychczas są interpretowane w sposób ręczny. Stworzenie systemu automatycznej interpretacji i opisu wyników umożliwi badanie znacznie większego obszaru, skróci czas, umożliwi obniżenie kosztów takich badań oraz znacząco zwiększy ich precyzję. W obecnej chwili dane georadarowe są przetwarzane przez różnego rodzaju oprogramowanie umożliwiające łatwiejszą interpretację uzyskanych wyników pomiarowych. Oprogramowanie to umożliwia nieznaczne polepszenie czytelności danych i pozwala jedynie na ich wizualizację. Nie istnieją jednak jeszcze zarówno w Polsce jak i na świecie systemy, które w sposób automatyczny umożliwiałyby ich interpretacje. Proces oceny stanu wałów i wykrywania stref spękań górotworu migrującego ku górze jest dość pracochłonny, wymaga wiedzy eksperckiej osoby interpretującej dane i zabiera sporo czasu. Stworzenie systemu automatycznej ich interpretacji będzie stanowiło poważny krok w tej dziedzinie. Terenowe badania georadarowe przeprowadzone zostaną w kilku wytypowanych miejscach w Polsce, charakteryzujących się dobrym rozpoznaniem warunków geologicznych i rozkładem ciał anomalnych, z bogatym materiałem faktograficznym (wynikami badań otworowych i laboratoryjnych, geotechnicznych, danymi konstrukcyjnymi i górniczymi). Taki wybór miejsc do przeprowadzenia testów terenowych pozwoli na zgromadzenia bardzo dużej ilości, różnorodnych danych, które będą podstawą do przygotowania odpowiedniej bazy danych wzorcowych dla przeprowadzenia procesu interpretacji wyników z wykorzystaniem procedur cyfrowej analizy obrazów. Istniejące metody nie są w pełni zadowalające, dlatego w ramach projektu planuje się stworzenie własnych metod zwiększających czytelność danych poprzez przetworzenie pierwotnego obrazu echogramów lub map rozkładu prędkości fal georadarowych. Interpretacja danych po ich wstępnym przetworzeniu będzie polegała na wyszukiwaniu obiektów, stref i innych sytuacji geologicznych na podstawie opracowanych i zgromadzonych wzorców. Przygotowana w ramach grantu nowa metodyka pomiarowo-interpretacyjna pozwoli na zastosowanie metody georadarowej w nowej dziedzinie jaką jest badanie ośrodków geologicznych o stochastycznym rozkładzie anomalii. Anomalie tego typu stanowią dosyć szeroki i ważny zakres problemów w geofizyce inżynierskiej, które trudno jest badać i jednoznacznie interpretować z wykorzystaniem standardowych metod. Opracowana przez wnioskodawców metodyka pozwoli na znaczące zmniejszenie wieloznaczności interpretacyjnej, a więc w efekcie zwiększenie zdolności detekcyjnych metody georadarowej. Dokładniejsza i pewniejsza interpretacja oparta na proponowanej metodyce pomiarowo-interpretacyjnej pozwoli w wielu sytuacjach zredukować koszyty uzyskania satysfakcjonującego wyniku końcowego, poprzez zminimalizowanie ilości dodatkowych działań, takich jak na przykład wiercenia sprawdzające, wykonywanie dodatkowych badań dla korelacji wyników. Wzrost możliwości interpretacyjnych pozwoli na poszukiwanie kolejnych, nowych obszarów stosowalności metody georadarowej. Bardzo ważne w projekcie będą naukowe aspekty prowadzonych analiz, które pozwolą poznać zachowania się elektromagnetycznego pola falowego w ośrodkach niejednorodnych i anizotropowych ze stochastycznie rozłożonymi anomaliami oraz pozwolą poszerzyć wiedzę o informacjach zawartych w rejestrowanych sygnałach i o procesie ekstrakcji tych informacji. Rozwiązania te mogą być podstawą dla prowadzenia dalszych prac naukowo-badawczych z zakresu przetwarzania sygnałów, przetwarzania, rozpoznawania i interpretacji obrazów oraz geofizyki inżynierskiej i środowiska. SUMMARY OF THE PROJECT: The objective of project is to establish innovatory automatized ground-penetrating radar (GPR) data interpretation system which will be used for rating condition of embankments and detecting dangerous changes in subsurface zones of geological environment. This objective will be accomplished by processing signals and data, analysis of them and recognition of objects on GPR image. The method of processing echograms and maps of speed will be created, making images more readable. Basing on model GPR survey, the database of models will be created, which will be later used for automatized GPR images interpretation. We could see the importance of the stability of the river embankments during the last floods in 1997 and 2010. The embankments in Poland, in most cases, are constructions built in the 19th and in the beginning of the 20th century. Only fragmentary documentation regarding their construction and technical conditions has reached our times. Large fragments of these hydrotechnical construction require thorough modernization. On the other hand the funds for this purpose are not sufficient. In this situation appropriate identification of the sections which should be repaired first becomes a crucial problem. Another important phenomena are fractured zones of the rock-mass which migrate towards the surface and which may cause subsidence areas, which may damage dangerously buildings as well as the aboveground and underground technical infrastructure. We have been dealing for many years with this kind of phenomena in mining and post-mining areas in Poland. Fractured zones in the rock-mass may appear as a result of natural processes (e.g. earthquakes, karst phenomena) or human activity (e.g. mining, underground constructions). These kinds of anomalies, which are mentioned here, are an obstacle for investment and economic growth in the region where they appear, and in many cases they may be also a threat to life and property. Being able to locate them is therefore a crucial problem. Unfortunately, nowadays in Poland, the basic techniques for geological media examination are punctual sondings using diving rods and geological drilling for collecting samples for laboratory tests. In other countries these punctual methods are carried out together with noninvasive geophysical examinations, such as GPR. Anomalies, which are going to be analyzed in this project, are characterized by stochastic distribution in the geological medium and are highly dangerous for peoples life and health. Therefore it seems to be a priority to create a methodology of measurements and interpretation which on one hand will increase the possibilities of their detection by GPR method and on the other will decrease the ambiguity of their location and interpretation. GPR data are nowadays interpreted manually. Creation of automatized interpretation and description system will allow surveying of bigger area, shorten time required, lower costs and increase precision of surveys. Currently, GPR data are processed by various software allowing easier interpretation. This software allows slight improvement of readability and visualization. Systems, which allow automatized interpretation of GPR data dont exist neither in Poland nor in the world. The process of rating embankments is laborious, requires expert knowledge and takes time. Creation of automatized detection system will be great step in this domain. GPR measurements will be carried out in a few chosen saites in Poland, where there is a good recognition of geological conditions and the distribution of analysed anomalies (i.e. fractures, loose zones) as well as rich factographic material (results of drilling and laboratory tests, geotechnical research, construction and mining data and others important information). Such selection of sites for the field tests will allow to gather a lot of diverse data, which will be the bases for preparing appropriate data-base for interpretation of radargrams with the use of procedures of digital signal processing and computer image reorganization. During the project it is planned to use data gathered with various GPR surveying methods, so that the information would be complete and precise. In each of these methods we receive huge amount of data, which are hard to interpret. Because of that they have to be first processed removal of interference and irrelevant information and readability improval. Next phase is objects and zones recognition. The new measurement and interpretation methodology elaborated in the frame of the grant will allow to use GPR method in a new field, which is examination of geological media with stochastic distribution of anomalies. Such anomalies are part of a broad and important range of problems in engineering geophysics, which are difficult to examine and interpret with the use of standard methods. The method elaborated by the applicants will allow to reduce significantly ambiguity in the georadar data interpretation and therefore to increase the deductive possibilities of the GPR method. A more detailed and more confident interpretation, based on the proposed methodology of measurements and interpretation, will allow to reduce costs of obtaining satisfying final result, by minimizing the amount of additional activities necessary for the correlation of the result, as e.g. drillings, sondings and additional measurements etc. The methodology of measurements and interpretation, elaborated in the grant, will enhance the development and the growth of competitiveness of the existing companies using the GPR method (especially in respect to conventional, invasive methods) and it may also induce formation of new firms. The increase in the interpretative possibilities will allow to search for further, new fields of application of the GPR. The scientific aspects of the conducted analyses will be very important in the project. They will allow to get knowledge on the behavior of electromagnetic field in heterogeneity and anisotropic geological media with stochastically distributed anomalies; the results of analyses allow to learn more about the information recorded in the signals as well as on the process of the extraction of those information. The results obtained in the project may be a basis for further scientific research in the field of signal processing, images processing and recognition for better interpretation of data recorded during environmental and engineering geophysical surveys.
STRESZCZENIE UZYSKANYCH WYNIKÓW: Celem prac zrealizowanych w ramach projektu badawczego było opracowanie nowatorskiego systemu automatycznej interpretacji danych georadarowych pod kątem oceny stanu technicznego wałów przeciwpowodziowych oraz wykrywania niebezpiecznych zmian w strefach przypowierzchniowych ośrodka geologicznego. Cel ten został osiągnięty poprzez przetworzenie sygnałów z danymi, ich analizę i rozpoznawanie obiektów na obrazie otrzymanym z pomiarów georadarowych za pomocą wprowadzonych do interpretacji georadarowych atrybutówvsieci neuronowych i przy wykorzystaniu metody częstotliwości środkowej oraz trójwymiarowej S-transformaty. Została opracowana metoda przetwarzania specyficznych obrazów, jakimi są echogramy i mapy prędkości, polepszająca czytelność danych pomiarowych. Na podstawie przeprowadzonych wzorcowych pomiarów georadarowych stworzone zostały wzorce anomalii, które następnie posłużyły do automatycznej interpretacji obrazów reprezentujących dane z pomiarów georadarowych. Dane z pomiarów georadarowych dotychczas były interpretowane w klasyczny. Stworzenie systemu interpretacji i opisu wyników w oparciu o nowoczesne techniki informacyjne umożliwiło badanie znacznie większego obszaru, skróci czas, umożliwiło obniżenie kosztów takich badań oraz znacząco zwiększy ich precyzję. Proces oceny stanu wałów i wykrywania stref spękań górotworu migrującego ku górze jest skomplikowany i niepewny. Stworzenie systemu interpretacji danych georadarowych opartych o nowoczesne techniki informatyczne stanowi poważny krok w kierunku zwiększenia wiarygodności wyników interpretacji. Terenowe badania georadarowe przeprowadzone zostały w kilku wytypowanych miejscach w Polsce, charakteryzujących się dobrym rozpoznaniem warunków geologicznych i rozkładem ciał anomalnych, z bogatym materiałem faktograficznym (wynikami badań otworowych i laboratoryjnych, geotechnicznych, danymi konstrukcyjnymi i górniczymi). Taki wybór miejsc do przeprowadzenia testów terenowych pozwolił na zgromadzenia bardzo dużej ilości, różnorodnych danych, które były podstawą do przygotowania odpowiedniej wzorców dla przeprowadzenia procesu interpretacji wyników z wykorzystaniem programu GEORADAR. Przygotowana w ramach grantu nowa metodyka pomiarowo-interpretacyjna pozwoli na zastosowanie metody georadarowej w nowej dziedzinie jaką jest badanie ośrodków geologicznych o stochastycznym rozkładzie anomalii. Anomalie tego typu stanowią dosyć szeroki i ważny zakres problemów w geofizyce inżynierskiej, które trudno jest badać i jednoznacznie interpretować z wykorzystaniem standardowych metod. Opracowana metodyka pozwoli na znaczące zmniejszenie wieloznaczności interpretacyjnej, a więc w efekcie zwiększenie zdolności detekcyjnych metody georadarowej. Dokładniejsza i pewniejsza interpretacja oparta na proponowanej metodyce pomiarowo-interpretacyjnej pozwoli w wielu sytuacjach zredukować koszty uzyskania satysfakcjonującego wyniku końcowego, poprzez zminimalizowanie ilości dodatkowych działań, takich jak na przykład wiercenia sprawdzające, wykonywanie dodatkowych badań dla korelacji wyników. Wzrost możliwości interpretacyjnych pozwoli na poszukiwanie kolejnych, nowych obszarów stosowalności metody georadarowej takich jak budownictwo (nieinwazyjne badanie konstrukcji budowlanych), archeologia (odnajdywanie obiektów archeologicznych) czy kryminalistyka (poszukiwanie ukrytych obiektów). Bardzo ważne w projekcie były naukowe aspekty prowadzonych analiz, które pozwolą poznać zachowania się elektromagnetycznego pola falowego w ośrodkach niejednorodnych i anizotropowych ze stochastycznie rozłożonymi anomaliami oraz pozwoliło poszerzyć wiedzę o informacjach zawartych w rejestrowanych sygnałach i o procesie ekstrakcji tych informacji. Rozwiązania te mogą być podstawą dla prowadzenia dalszych prac naukowo-badawczych z zakresu przetwarzania sygnałów, przetwarzania, rozpoznawania i interpretacji obrazów oraz geofizyki inżynierskiej i środowiska.
PUBLIKACJE:
- Monografia:
- Piotr SZYMCZYK, Henryk MARCAK, Sylwia TOMECKA-SUCHOŃ, Magdalena SZYMCZYK, Mirosław GAJER, Tomisław GOŁĘBIOWSKI: Komputerowe przetwarzanie i analiza danych georadarowych, Wydawnictwo Naukowe IAE, Kraków 2015
- Artykuły:
- Szymczyk P., Szymczyk M.:
Non-destructive building investigation through analysis of GPR signal by S-transform
, Automation in Construction ; ISSN 0926-5805. 2015 vol. 55, s. 35-46. [BibTeX][TXT][RIS] - Szymczyk P., Tomecka-Suchoń S., Szymczyk M.: Neural networks as a tool for georadar data processing, Int. J. Appl. Math. Comput. Sci., 2015 w druku
- Szymczyk P., Szymczyk M.: Supervised learning Laplace transform artificial neural networks and using it for automatic classification of geological structure, Neurocomputing ; ISSN 0925-2312. 2015 vol. 154, s. 70-76. [BibTeX][TXT] [RIS]
- Szymczyk P., Szymczyk M.: Classification of geological structure using ground penetrating radar and Laplace transform artificial neural networks, Neurocomputing; ISSN 0925-2312. 2015 vol. 148, s. 354-362. [BibTeX][TXT][RIS]
- Tomecka-Suchoń S.: Ocena zagrożenia zapadliskami metodą GPR 4D dla potrzeb uzdatnienia podłoża budowlanego na terenach pogórniczych, PRZEGLĄD GÓRNICZY 7/2014, str. 56-60
- Gołębiowski T., Tomecka-Suchoń S.: Application of GPR Method for Fractured Zones Detection - Case Study from Nagorzyce site, Poland, Materiały konferencji: Near Surface Geoscience 2014, Athens, Greece, 14 - 18 September 2014
- Szymczyk P., Marcak H., Tomecka-Suchoń S., Gołębiowski T., Szymczyk M., Gajer M., Kłyś M.: Zaawansowane metody przetwarzania danych georadarowych oraz automatyczne rozpoznawanie anomalii w strukturach geologicznych, Elektronika: konstrukcje, technologie, zastosowania (Warszawa) ; ISSN 0033-2089. 2014 R. 55 nr 12, str. 56-61
- Marcak H., Gołębiowski T.: The Use of GPR Attributes to Map a Weak Zone in a River Dike, Exploration Geophysics, 2014, http://dx.doi.org/10.1071/EG13084
- Gołębiowski T., Porzucek S., Pasierb B.: Geophysical Detection of Fractured Zones Case Study From Limestone Quarry, Near Surface Geophysics, 2015
- Szymczyk M., Szymczyk P.: Preprocessing of GPR data, Image Processing and Communications, Volume 18, Number 2-3, 2013
- Gołębiowski T., Porzucek S., Pasierb B.: Application of Complex Geophysical Methods for Fractured Zones Detection Around Mining Excavation, Materiały konferencji: 34-th Polish-Czech-Slovakian Symposium on Mining and Environmental Geophysics, Targanice, Poland, 27-29 May 2013
- Golebiowski T.: GPR Monitoring of Rock Mass Stability in Selected Post-Mining Region in Poland, Materiały konferencji: International Conference of EGU General Assembly, Wien, Austria, 22-27 April 2012
- Konferencje:
- The 20th European Meeting of Environmental and Engineering Geophysics - Near Surface Geoscience 2014, Athens, Greece, 14 - 18 September 2014
- European Geosciences Union General Assembly 2014, Vienna, Austria, 27 April 02 May 2014
- 34-th Polish-Czech-Slovakian Symposium on Mining and Environmental Geophysics, Targanice, Poland, 27-29 May 2013
- Konferencja Słok 2013
- International Conference of EGU General Assembly, Wien, Austria, 22-27 April 2012
INFORMACJE W MEDIACH:
- Wywiad "na żywo" w Radiu Kraków
- Wywiad dla Informacyjnej Agencji Radiowej (IAR)
- Wywiad w TVP 1 (główne Wiadomości o 19:30)
- Wywiad w TVN 24 (2 emisje)
- Informacja w Polsat News
- Informacja w Radio Eska Kraków
- Informacja w Polskim Radiu Program 1
- Informacja w Polskim Radiu Program 3
- Informacja w Polskim Radiu Program 4
- Informacja w Radio Wrocław
- Informacja w Radio Warszawa
- Artykuł w Dzienniku Polskim - 03.10.2012
- Artykuł w Dzienniku Polskim - 05.10.2012
- Informacje w Internecie:
