本文關(guān)鍵詞：基于時間序列分析的GPR數(shù)據(jù)特征提取與模式分類研究

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【摘要】：探地雷達(Ground Penetrating Radar,GPR)作為一種高效率、結(jié)果直觀的淺層物理探測技術(shù),以其無損、高分辨的特點,被廣泛應(yīng)用于環(huán)境工程、地質(zhì)勘探等多個領(lǐng)域。由于地質(zhì)環(huán)境復(fù)雜,電磁波在地下傳播時又呈現(xiàn)了多變、衰減等規(guī)律,GPR接收的反射回波信號不可避免的混有噪聲并被各種雜波所干擾,導(dǎo)致GPR技術(shù)涉及的理論面雖廣,在應(yīng)用領(lǐng)域的有效性卻受到了制約。因此如何正確識別各種噪聲和雜波,提取有用信息成為了GPR解釋的重要環(huán)節(jié),而這個問題的解決關(guān)鍵在于GPR數(shù)據(jù)的處理和分析。通過對現(xiàn)有GPR數(shù)據(jù)處理和分析方法的研究,本文發(fā)現(xiàn)現(xiàn)有的GPR數(shù)據(jù)處理多為單一的數(shù)據(jù)處理技術(shù),目的多為提高數(shù)據(jù)信噪比,但也存在著不同的局限性。而后在對處理后的GPR數(shù)據(jù)進行分析的過程中,專業(yè)人員往往依賴于先驗知識,導(dǎo)致探測結(jié)果存在誤判、多解性的可能。尤其在面對探測背景復(fù)雜、數(shù)據(jù)量大的GPR數(shù)據(jù)時,這些處理和分析的方法和技術(shù)優(yōu)劣更是成為了能否達到預(yù)期效果的關(guān)鍵。根據(jù)GPR技術(shù)的探測原理可知,GPR數(shù)據(jù)是來自于在采樣脈沖等間隔出現(xiàn)的實時采樣過程,具有時間序列特性,在時間序列分析領(lǐng)域,時間序列數(shù)據(jù)挖掘能有效的挖掘到數(shù)據(jù)蘊含的有用信息和知識,是近年來人們廣泛關(guān)注的熱點問題。因此,本文在對GPR數(shù)據(jù)的研究過程中,首先對現(xiàn)有幾種GPR數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)處理方法的做了深入研究,然后結(jié)合時間序列數(shù)據(jù)挖掘方法,對GPR數(shù)據(jù)中的介質(zhì)信息特征提取進行了分析,最后根據(jù)分析提取的特征對GPR數(shù)據(jù)進行模式分類,并將處理和分析結(jié)果通過視覺效果呈現(xiàn)出來,給專業(yè)人員提供直觀、有效的解釋依據(jù),減少了誤判、多解的可能性。本文主要工作包括:首先,針對現(xiàn)有的單一GPR數(shù)據(jù)處理方法的局限性,提出一種基于小波變換和EMD的自適應(yīng)GPR數(shù)據(jù)處理方法,利用小波變換提取其高頻信號,EMD提取其低頻信號,將它們作為噪聲輸入到自適應(yīng)濾波器中,從而對GPR數(shù)據(jù)進行處理,提高了GPR數(shù)據(jù)的信噪比,為下一步更好的提取有效的特征夯實了基礎(chǔ)。其次,針對GPR數(shù)據(jù)缺乏先驗知識的問題,結(jié)合GPR數(shù)據(jù)的時間序列特性,提出基于時間序列shapelet的構(gòu)建GPR數(shù)據(jù)的局部特征描述子,通過時間序列shapelet對GPR道數(shù)據(jù)的特征序列進行提取,有效的提取了GPR數(shù)據(jù)中所含不同介質(zhì)的特征信息,為后期模式分類奠定了扎實的基礎(chǔ)。再次,針對GPR數(shù)據(jù)富含噪聲或突變的特點以及GPR道數(shù)據(jù)中可能存在多種介質(zhì)的情況,本文提出了基于子序列閾值的最近鄰模式分類方法,在模式分類過程中設(shè)置子序列閾值并使用DTW度量進行最近鄰分類,進而實現(xiàn)了GPR道數(shù)據(jù)中每段子序列的最近鄰分類。最終,本文通過可視化方法視覺的呈現(xiàn)了GPR數(shù)據(jù)中不同介質(zhì)分類效果圖,為專業(yè)人提供了直觀的解釋依據(jù)。
【學(xué)位授予單位】：山東師范大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號】：TN957.52

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本文編號：1165002