Yer radarı verilerinin ters çözümü ile gömülü boru özelliklerinin belirlenmesi
Investigation of buried pipes properties by inversion of ground penetrating radar data
Yazar: İSMAİL KAPLANVURAL
Danışman: DR. ÖĞR. ÜYESİ ERTAN PEKŞEN
Kocaeli Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Jeofizik Mühendisliği Ana Bilim Dalı / Uygulamalı Jeofizik Bilim Dalı
Derece: Doktora, 2018
Konu: Jeofizik Mühendisliği = Geophysics Engineering

Özet:
Genellikle karmaşık olan yer altı yapısında ilerleyen ve yansıyan yer radarı sinyalinin kaydı da karmaşık olup yer içi hakkında bilgiler taşımaktadır. Yer radarı ölçümleri sonucu elde edilen saçılmalar sayesinde yer altındaki objenin derinliği bulunabilmektedir. Buna rağmen kaydedilen saçılmalardan direkt olarak yer altındaki objenin malzemesinin türü ile ilgili bilgi edinmek zordur. Yer radarı ölçüleri alındıktan sonra verilerin yorumlanması için genellikle ölçülere veri işlem aşamaları uygulanmaktadır. Bunun yanında sıklıkla düz çözüm modellemeleri yapılsa da, ters çözüm yöntemleri de son yıllarda yer radarı ile ilgili literatürde yapılan çalışmalarda görülmektedir.

Bu tez çalışmasında ilk olarak yer altında gömülü borular hedef seçilip, gömülü boruların yer radarı sinyallerine etkisi incelenmiştir. Bu inceleme aşamasında ilk olarak bir kum havuzu  hazırlanarak çelik ve plastik boruların su dolu, hava dolu ve buz dolu durumları ölçü alınarak incelenmiştir. Daha sonra zaman ortamında sonlu farklar ile iki boyutta düz çözüm uygulanarak gömülü yapının malzemelerinin ilgili parametreleri gerçek veri ile karşılaştırılarak bulunmuştur. Bu sayede boruların çeşitli çevre ortamlarda gömülü oldukları ile çeşitli dış malzeme ve çeşitli iç malzeme durumlarındaki radargramlarından yorumlar yapılarak ilerde yapılacak benzer çalışmalarda kolaylık sağlayacak bir katalog oluşturulmuştur. 

Tez çalışmasının son bölümünde ise yer altında elektromanyetik dalga yayınımını doğrudan etkileyen parametrelerin kestirimi için yer radarı izine bir boyutta dalga formu ters çözümü uygulanmıştır. Bu çalışmada ise global optimizasyon türü olan Parçacık Sürü Optimizasyonu (PSO) ile yer radarı izinin bir boyutlu dalga formu ters çözümü hesaplanmıştır. Yer radarı izine PSO yöntemi ile ters çözüm uygulanarak yer altına ait dielektrik sabiti, manyetik geçirgenlik, iletkenlik ve derinlik değerleri belirlenmiştir. Yöntem teorik veri, gürültü eklenmiş teorik veri ve gerçek veri üzerinde uygulanmıştır. Bu çalışmanın sonuçları yer radarı izinden yer altı parametrelerinin kestiriminde PSO yönteminin kullanılabilirliğini göstermektedir.

Abstract:
The record of the ground penetrating radar signal is complex. However, it brings the information from the subsurface. It is possible to estimate the depth of the object in underground from the reflection hyperbola by GPR method. However, it is hard to get information about any material in the subsurface directly from the reflected signal. Generally, the data processing is applied to GPR data for interpretation of the radargrams. Additionally, forward modelling is also applied rarely. However, the inversion of the GPR record is a few times addressed in the literature.

In this study, the influences of the buried pipes to the GPR signals were investigated. Primarily, a sand box was prepared to investigate various combinations of plastic and steel pipes filled with water, air and ice. Then, 2D finite difference in time domain calculations were performed for each combination of pipes to compare with recorded real radargrams to find physical and geometrical parameters of related materials. Thus, a catalogue was presented to contribute further similar studies by aiming the interpretation of the results of each combination of pipes including various filling and surrounding materials.

Inversion was applied to a GPR trace to estimate parameters of EM wave propagation in the last part of the study. Particle Swarm Optimization that is a global optimization method is applied for full waveform inversion of GPR trace. Relative dielectric permittivity, conductivity, relative magnetic permeability and depth parameters can be estimated by inverting GPR trace. PSO inversion is applied to theoretical data, noise added theoretical data and the real data. The results of the study show that the PSO method can be used to estimate subsurface parameters by inverting GPR trace.