臺灣博碩士論文加值系統

本研究之目的在利用透地雷達來探測地下水位與土壤飽和度對雷達影像圖之影響，於模型箱填入不同土壤來進行試驗並採用1GHz之透地雷達天線頻率，配合RAMAC Ground Vision與MATLAB軟體來辨識影像圖。在地下水位的試驗中，以透地雷達來探測五種不同地下水位之影像圖，以建立雷達對地下水位辨視之經驗。在土壤飽和度試驗中，以六種不同飽和度的土壤之雷達影像圖來計算不同飽和度下之雷達波波速，並討論介電常數與飽和度之關係。同時在本試驗中也將埋設鋼筋與鐵管之目標物以了解不同土壤飽和度下，此兩種目標物之倒V影像的變化。
由本研究之結果:發現雷達影像圖可輕易地辨視地下水位面，因其有明顯的斷折影像特徵。本研究採用DC濾波、水平濾波、平均濾波、增益處理等濾波方式，有助於判別地下水位之位置。隨著土壤含水量(或飽和度)的增加，目標物(鐵管與鋼筋)的倒V影像越愈彎曲，且土壤之介電常數與其含水量或飽和度呈二次函數之關係。

The purpose of this study is used ground-penetrating radar to detect the location of water table and study the effect of the degree of saturation of soil on the GPR image. In the model test, 1GHz ground-penetrating radar antenna with the RAMAC Ground Vision and MATLAB software was used to result in GPR images. In the study of water table detected, five depths of water table were set up in sand box. Then the depth of water table will be determined from the GPR images. The influence of six saturation degrees of soil with two target embedded in on GPR image soil were obtained by evaluating the relationship between dielectric constant and the degree of saturation. The radar of reflected signals due to target embedded are used to study the influence of the degree of saturation of soil and target on the GPR image.
From the results of this study, it can be observed that the depth of water table can be determined from GPR image. The relationship between the dielectric constant of soil and the degree of saturation is a quadratic formula. The radar reflected image of target (steel pile and steel bar) is sharper as the degree of saturation of moist soil increases.

目 錄
中文摘要………………………………….……………………………………..I
Abstract………………………………….……………………………………...II
謝誌………………………………….………………………………………....III
目錄……………………………………………………………...……..............IV
圖目錄…………………………………………………………………………VI
表目錄………………………………………………………………………..VIII
照片目錄……………………………………………………………………….IX
符號說明………………………………………………………………………..X
第一章 緒論…………………………………………………………………… 1
1.1 研究動機………………………………………………………………1
1.2 研究目的………………………………………………………………1
1.3 研究方法………………………………………………………………2
1.4 研究內容……………………………………………………………....2
第二章 文獻回顧……………………………………………………………… 5
第三章 透地雷達設備與操作程序...…………………………………………11
3.1 透地雷達基本原理..…………………………………………………11
3.2 透地雷達儀器設備…………………………………………………..12
3.3 參數設定介紹………………………………………………………..14
3.4 濾波處理方式………………………………………………..............17
第四章 模型箱試驗…………………………………………………………...26
4.1 透地雷達參數設定與濾波處理……………………………………26
4.1.1 參數設定……………………………………………………...26
4.1.2 濾波處理……………………………………………………...26
4.2 試驗方法與步驟……………………………………………..............27
4.2.1 不同地下水位試驗…………………………………………...27
4.2.2 不同飽和度試驗……………………………………………...28
第五章 結果分析與討論……………………………………………………...39
5.1 不同水位試驗結果分析…………………………………..................39
5.2 不同飽和度試驗結果分析…………………………………..............43
5.2.1 不同目標物之判讀…………………………………………...43
5.2.2 介電常數之關係……………………………………………...47
第六章 結論與建議…………………………………………………………...63
6.1 結論…………………………………………………………..............63
6.2 建議…………………………………………………………..............63
參考文獻……………………………………………………………………… 65

圖目錄

圖1-1 研究流程圖…………………………………………………………….. 4
圖2-1 岩床探測的透地雷達影像圖………………………………………….. 9
圖2-2 地下水深度與流動模式……………………………………………….10
圖3-1 濾波處理示意圖……………………………………………………… 21
圖4-1 透地雷達時間深度轉換設定窗……………………………………….32
圖4-2 不同地下水位試驗平面圖…………………………………………… 32
圖4-3 不同地下水位試驗剖面圖…………………………………………… 33
圖4-4 不同地下水位測線規劃圖…………………………………………… 33
圖4-5 碎石的粒徑分佈結果………………………………………………… 34
圖4-6 不同飽和度試驗平面圖……………………………………………… 34
圖4-7 不同飽和度試驗剖面圖……………………………………………… 35
圖4-8 不同飽和度試驗測線規劃圖………………………………………… 35
圖5-1 地下水位0cm(無水)時雷達影像圖 ………………………………… 50
圖5-2 地下水位0cm(無水)時MATLAB繪製影像圖……………………… 50
圖5-3 地下水位40cm時雷達影像圖 ……………………………………… 51
圖5-4 地下水位40cm時MATLAB繪製影像圖…………………………… 51
圖5-5 地下水位10cm時雷達影像圖 ……………………………………… 52
圖5-6 地下水位10cm時MATLAB繪製影像圖…………………………… 52
圖5-7 地下水位20cm時雷達影像圖 ……………………………………… 53
圖5-8 地下水位20cm時MATLAB繪製影像圖…………………………… 53
圖5-9 地下水位30cm時雷達影像圖 ……………………………………… 54
圖5-10 地下水位30cm時MATLAB繪製影像圖 …………………………54
圖5-11 含水量0.7%(飽和度2.65%)時的雷達影像圖………………………55
圖5-12 含水量0.7%(飽和度2.65%)時時MATLAB繪製影像圖 …………55
圖5-13 含水量10.5%(飽和度22.5%)時的雷達影像圖 ……………………56
圖5-14 含水量10.5%(飽和度22.5%)時MATLAB繪製影像圖……………56
圖5-15 含水量15%(飽和度35.22%)時的雷達影像圖 …………………… 57
圖5-16 含水量15%(飽和度35.22%)時MATLAB繪製影像圖……………57
圖5-17 含水量17.4%(飽和度45.9%)時的雷達影像圖 ……………………58
圖5-18 含水量17.4%(飽和度45.9%)時MATLAB繪製影像圖……………58
圖5-19 含水量26.4%(飽和度82.8%)時的雷達影像圖……………………...59
圖5-20 含水量26.4%(飽和度82.8%)時MATLAB繪製影像圖……………59
圖5-21 含水量28.3%(飽和度90.42%)時的雷達影像圖……………………60
圖5-22 含水量28.3%(飽和度90.42%)時MATLAB繪製影像圖..…………60
圖5-23 鐵管與鋼筋在六種含水量下彎曲的關係圖..……………………… 61
圖5-24 含水量與介電常數之關係圖…..…………………………………….62
圖5-25 飽和度與介電常數之關係圖………………………………………...62

表目錄

表2-1 一般土壤的相對介電常數表………………………………….………. 8
表3-1 透地雷達參數設定建議表…………………………………………….20
表4-1 模型試驗天線頻率1GHz施測參數設定表…………………………. 31
表4-2 六種土壤含水量相對應之飽和度…………………………………….31
表5-1 不同含水量與介電常數之關係……………………………………….49

照片目錄

照片3-1 控制主機……………………………………………………………22
照片3-2 全罩式雷達天線……………………………………………………22
照片3-3 光纖實體……………………………………………………………23
照片3-4 訊號傳輸線實體…………………………………………………….23
照片3-5 測距輪實體………………………………………………………….24
照片3-6 拖曳盒實體………………………………………………………….24
照片3-7 供電盒實體………………………………………………………….25
照片3-8 筆記型電腦實體…………………………………………………….25
照片4-1 試驗用的試坑……………………………………………………….36
照片4-2 灌水的過程………………………………………………………….36
照片4-3 量測水位的工具…………………………………………………….37
照片4-4 噴霧器均勻噴灑水與攪拌………………………………………….37
照片4-5 均勻攪拌與分料…………………………………………………….38

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