Критерии идентификации строения и функциональных свойств почвенного профиля в георадиолокационных исследованиях с использованием георадара “Лоза-В” | Почвенный институт им. В.В. Докучаева

Критерии идентификации строения и функциональных свойств почвенного профиля в георадиолокационных исследованиях с использованием георадара “Лоза-В”

А. Я. Воронин

Почвенный институт им. В.В. Докучаева, 119017, Россия, Москва, Пыжевский пер., 7, стр. 2

Рассмотрены вопросы установления значимых критериев идентификации строения почвенного профиля и некоторых функциональных его свойств при интерпретации радарограмм, полученных при георадиолокационном профилировании различных территорий геофизическим прибором “Лоза-В”. Помимо стандартного набора приемов первичной цифровой обработки радарограмм, построения временной развертки отраженного импульса по трассам зондирования и преобразования её в глубинную, предлагается широко использовать информацию об изменчивости динамических характеристик волнового поля в однородных средах. Информация включает выявление возмущений волнового поля (всплесков), установление точек дифракции (осей синфазности), соответствующих локальным горизонтам и объектам, расчет частотных характеристик распределения отраженных сигналов в почвенном профиле. Простой однородный слой имеет периодическую последовательность пиков в амплитудном спектре суммарного отражения от кровли до подошвы этого пласта. Изменчивость мощности почвенного горизонта рассчитывается через анализ локальных значений амплитудных максимумов отраженных импульсов на радарограмме. Процедура верификации почв, базирующаяся на сравнении реальных почвенных профилей и шаблонов в рамках конкретного классификатора, проводится с помощью статистических методов расчета полиномиальных функций значений амплитуды сигнала по его длительности. Статистическая обработка включает расчет средних значений, стандартных отклонений и частот распределения амплитуды сигналов, которые функционально связаны с мощностью слоя и количеством осцилляций сигналов. Показатели спектрального преобразования Фурье (частота, период, спектральная плотность), наряду с трендовыми характеристиками полиноминальных модуляций, становятся основными критериями при двухступенчатой идентификации почв. Несмотря на всю привлекательность спектрального преобразования Фурье, расчет трендовых моделей и проверка результатов их тождественности с шаблоном осуществляются по полевым данным буровых скважин и почвенных разрезов.

Ключевые слова: амплитуда отраженного импульса, георадар, идентификация, почвы, радарограмма, спектральная плотность, тренд.


CRITERIA FOR IDENTIFICATION OF THE FORM AND FUNCTIONAL PROPERTIES OF THE SOIL PROFILE IN GEORADIOLOCATED STUDIES BY USING GEORADAR “LOZA-B”

A. Ya. Voronin

V.V. Dokuchaev Soil Science Institute, 119017 Russia, Moscow, Pyzhevskii 7, bld. 2

The valuable criteria for identification of the soil profile form and its some functional properties are considered as determined by interpretation of radarograms in the course of georadiolocated profiling of different territories using the geophysical device “Loza-B”. Apart from a standard set of procedures for digital processing of radarograms and constructing a temporary profile of changes in the reflected impulse amplitude along the direction of its sounding and transformation with depth, it is suggested to use the information on changing the dynamic characteristics of the wave field in homogenous media. This information involves the data about splash of the wave field, determination of diffraction points (synphasic axes) corresponding to horizons and objects under study, calculation of the frequency characteristics for distribution of reflected signals in the soil profile. A simple homogenous layer has a periodical sequence of picks in the amplitude spectrum within the depth of this layer. Changes in the thickness of the soil horizon are calculated by analyzing the local values of amplitude maximum of reflected impulses in the radarogram. The procedure of soil verification based upon the comparison of real soil profiles with standard ones within the framework of a definite classifier is conducted by statistic methods for calculating the polynomial functions of trend values of the signal amplitude according to its duration. The statistical processing includes calculation of average values, standard deviations and the distribution frequency of signal amplitude connected with the layer thickness and the amount of signal oscillations. The indices of Furie’s spectral transformation (frequency, period, spectral density) along with trend characteristics of polynomial modulations are considered as the major criteria for the two-staged identification of soils. In spite of attractive pattern of Furie’s spectral transformation the calculation of trend models should be testified by data obtained for soil profiles in field.

Keywords: amplitude of reflected impulse, georadar, identification, soil, radarogram, spectral density, trend.


СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ 

  1. Белобров В.П., Айдиев А.Я., Воронин А.Я., Куленкамп А.Ю. Оценка неоднородности почвенного покрова при полевом опыте по минимизации обработок // Агроэкологические проблемы почвоведения и земледелия. Курск, 2013. С. 14–18.
  2. Владов М.Л., Старовойтов А.В. Интерпретация данных георадиолокационных наблюдений // Разведка и охрана недр. 2001. № 3. С. 11–14.
  3. Воронин А.Я., Пягай Э.Т., Белобров В.П., Айдиев А.Я., Куленкамп А.Ю. Георадарный метод изучения почвенного покрова (на примере типичных черноземов) // Агроэкологические проблемы почвоведения и земледелия. Курск, 2013. С. 33–38.
  4. Денисов Р.Р., Капустин В.В. Обработка георадарных данных в автоматическом режиме // Геофизика. 2010. № 4. С. 76–80.
  5. Дмитриев Е.А., Самсонова В.П., Рожков В.А. Об использовании теории случайных функций при изучении почвенного покрова // Вестник Моск. ун-та. Сер. Биология, почвоведение. 1974. № 3. С. 43–53.
  6. Золотая Л.А., Калищева М.В., Хмелевской В.К. Возможности геофизических методов при изучении состава и структуры почвенного покрова // Разведка и охрана недр. 2004. № 5. С.47–50
  7. Калинкевич А.А., Крылова М.С., Масюк В.М, Марчук В.Н. Использование георадара для исследования неоднородностей верхнего слоя почвы хвойного леса // Радиотехника. 2009. № 3.
  8. Калинкевич А.А., Кутуза Б.Г., Крылова М.С. и др. Об опыте использования георадарных данных для интерпретации РЛИ, получаемых с помощью ИМАРК // Тр. 2-й Междунар. конф. “Акустооптичекие и радиолокационные методы измерений и обработки информации”. Суздаль, 2007. С. 9–16.
  9. Классификация и диагностика почв СССР. М.: Колос, 1977. 223 с.
  10. Копейкин, В.В. Распространение электромагнитных импульсов в подземной среде: (электронный документ). (http://www.geo-radar.ru/articles/articles.php). 2012.
  11. Любушкин А.А. Анализ данных систем геофизического и экологического мониторинга. М.: Наука, 2007. 228 с.
  12. Методические рекомендации по применению георадаров при обследовании дорожных конструкций. Министерство транспорта Российской Федерации. М.: Росавтодор, 2003.
  13. Подповерхностное зондирование с помощью геофизического комплекса “ЛОЗА”, “ЛОЗА-М” (поиск протяженных подземных сооружений) (методические рекомендации). М.: ВНИИЛМИ, 2012. 16 с.
  14. Пягай Э.Т., Белобров В.П., Молчанов Э.Н., Сео Мунг Чул, Сон Йон Куи. Использование георадара в почвенных исследованиях // Бюл. Почв. ин-та им. В.В. Докучаева. 2009. Вып. 64. С. 34–40.
  15. Пягай Э.Т., Ильин Л.И., Морозов П.А. Мониторинг и прогноз агроэкологического состояния земель. М., 2013. 297 с.
  16. Резников А.Е., Копейкин В.В., Морозов П.А., Щекотов А.Ю. Разработка аппаратуры, методов обработки данных для электромагнитного подповерхностного зондирования и опыт их применения // Успехи физических наук. 2000. № 5. С. 565-568.
  17. Старовойтов А.В. Интерпретация георадиолокационных данных. М., 2008. 192 с.
  18. Янковский К.П. Оценка диагностических возможностей систем георадарного зондирования природных и природно-антропогенных объектов. Автореф. …дис. ... канд. тех. наук. М., 2005.
  19. Fisher M. Ground-penetrating radar used to uncover misteries beneath our feet // Soil Horizons. 2013. Vol. 54. No. 6. P. 54.