Συμβολή των μεθόδων ταξινόμησης δεδομένων γεωραντάρ στην επίλυση περιβαλλοντικών προβλημάτων

Abstract

In this PhD thesis, a Ground Penetrating Radar (GPR) data classification workflow is proposed. This methodology is inspired by seismic exploration and includes three discrete stages. Each stage can be considered as a distinct step for GPR data interpretation. The first stage includes filtering, gain and migration. The second includes the calculation of instantaneous and geometrical attributes, a technique employed the past few decades, for the qualitative and quantitative interpretation of seismic data. The third stage includes attributes classification using multivariate statistics, neural networks and fuzzy logic. The main purpose of attributes classification is to organize data with similar multi-attribute response. The above mentioned methodology is applied on a dataset acquired over a controlled experiment, under the EU program HYGEIA (HYbrid Geophysical technology for the Evaluation of Insidious contaminated Areas) for buried pipe detection and a dataset acquired in the ancient city of Aptera in Chania, Crete, Greece. The proposed methodology classifies GPR sections, slices and facies and is useful for GPR data interpretation and the detection of near surface buried targets.

Στην παρούσα διατριβή αναπτύσσεται μεθοδολογία για την επεξεργασία και ερμηνεία δεδομένων γεωραντάρ. Αυτή η μεθοδολογία είναι εμπνευσμένη από τη μέθοδο σεισμικής ανάκλασης και περιλαμβάνει τρία διακριτά στάδια, καθένα από οποία μπορεί να αποτελέσει αυτόνομο στάδιο χρήσιμο για την ερμηνεία των δεδομένων. Το πρώτο στάδιο αφορά στην εφαρμογή φίλτρων απαλοιφής του θορύβου, χωροθέτησης και ενίσχυσης του σήματος. Το δεύτερο στάδιο αφορά στον υπολογισμό στιγμιαίων και γεωμετρικών χαρακτηριστικών των δεδομένων. Η τεχνική αυτή άρχισε να αναπτύσσεται τις τελευταίες δεκαετίες και εξελίσσεται συνεχώς. Το τρίτο στάδιο αφορά στην ταξινόμηση των χαρακτηριστικών του σήματος με τη χρήση μεθόδων από τα πεδία της πολυδιάστατης στατιστικής, της ασαφούς λογικής, των νευρωνικών δικτύων και των γενετικών αλγόριθμων. Ο στόχος είναι να εντοπιστούν καταγραφές με παρόμοια χαρακτηριστικά. Οι παραπάνω τεχνικές εφαρμόζονται σε δεδομένα από ελεγχόμενο πείραμα που συλλέχθηκαν στο πλαίσιο του ερευνητικού προγράμματος HYGEIA (HYbrid Geophysical technology for the Evaluation of Insidious contaminated Areas) καθώς και δεδομένα από μετρήσεις στην αρχαία πόλη Άπτερα στο νομό Χανίων. Προτείνονται μεθοδολογίες, οι οποίες αφορούν στην ταξινόμηση δεδομένων που κατανέμονται σε κατακόρυφη τομή γεωραντάρ, σε οριζόντια τομή ή προέρχονται από ανακλαστήρα. Η μεθοδολογία αποδείχτηκε αποτελεσματική όσον αφορά στον εντοπισμό ρηχών στόχων αλλά και στην ερμηνεία δεδομένων γεωραντάρ.