Entwicklung von Algorithmen zur Abbildung und 3D-Darstellung von Rissen in Bergwerkstollen mit Hilfe von hochauflösendem Radar
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Diplomarbeit aus dem Jahr 2001 im Fachbereich Elektrotechnik, Note: 1,0, Technische Universität Dresden (Elektrotechnik), Sprache: Deutsch, Abstract: Inhaltsangabe:Einleitung:Die Anwendung von Radarwellen zur Erforschung von unzugänglichen Bereichen hat in den letzten Jahrzehnten einen großen Aufschwung erfahren, besonders durch den verstärkten Einsatz in zivilen Bereichen und zur Fernerkundung der Erde. Eine besondere Rolle spielte und spielt dabei die Faszination des Sichtbarmachens des primär Unsichtbaren - unabhängig von offensichtlichen wissenschaftlichen oder ökonomischen Vorteile...
Diplomarbeit aus dem Jahr 2001 im Fachbereich Elektrotechnik, Note: 1,0, Technische Universität Dresden (Elektrotechnik), Sprache: Deutsch, Abstract: Inhaltsangabe:Einleitung:
Die Anwendung von Radarwellen zur Erforschung von unzugänglichen Bereichen hat in den letzten Jahrzehnten einen großen Aufschwung erfahren, besonders durch den verstärkten Einsatz in zivilen Bereichen und zur Fernerkundung der Erde. Eine besondere Rolle spielte und spielt dabei die Faszination des Sichtbarmachens des primär Unsichtbaren - unabhängig von offensichtlichen wissenschaftlichen oder ökonomischen Vorteilen. Die Anwendung von Georadar als Lesart des Radars hat neben der Gewinnung von neuen Erkenntnissen über zeitliche Veränderungen in der Erdkruste vor allem die Transformation von wissenschaftlichen Forschungsergebnissen in industrielle Anwendungen vorangetrieben. Bei der Vorerkundung für Bauvorhaben, Vermessung von unterirdischen Anlagen und zur Verbesserung der Sicherheit in Bergwerken gehört Radartechnik heute zu den Standardhilfsmitteln. Parallel zu den seit Jahren im Einsatz befindlichen Impulsradargeräten hat sich in den letzten Jahren das Prinzip des Syntheseradars etabliert - nicht als Alternative, sondern als hochauflösende Ergänzung zu existierenden Verfahren. Möglich wurde dies erst durch die rasante Entwicklung der Mikroelektronik, da es hohe Anforderungen an die Datenverarbeitung stellt. Die Einsatzgebiete von Hochfrequenzradar sind vielfältig: Ersatz für Wärmebildkameras der Polizei in südlichen Ländern, berührungslose Landminensuche, zerstörungsfreie Analyse von Gesteinen, Suche nach Lawinen- und Erdbebenopfern und vieles mehr.
Die vorliegende Arbeit beschäftigt sich mit der Anwendung dieses alten neuen Radarprinzips zur Verbesserung der Sicherheit in Bergwerken, speziell für Tunneldecken in Massivgestein. Das Hauptaugenmerk lag dabei auf der Entwicklung von nahezu praxisreifen Algorithmen zur bestmöglichen Nutzung der zugrundeliegenden Technik. Für denErfolg war neben einer eingehenden Analyse der Daten vor allem die fachübergreifende Zusammenarbeit mit Geophysikern und das Einfließen von Erkenntnissen aus dem Bereich der Informatik wichtig, da eine praktikable Nutzung und Demonstration der Leistungsfähigkeit der vorgestellten Methoden unter Echtzeitbedingungen an realem Gestein gefordert war.
Gang der Untersuchung:
Die Arbeit habe ich in drei große Abschnitte gegliedert, die dem Weg der Evolution der vorgestellten Ergebnisse folgt: das erste Kapitel gibt einen kurzen Einblick in die Technik der Abbildung von Gesteinsstrukturen mittels Radarwellen, Kapitel zwei beschäftigt sich mit dem Weg der Daten vom Radargerät in eine informationstechnisch abstrahierte Form und Kapitel drei stellt die von mir im Rahmen dieser Arbeit entwickelten Algorithmen vor. Letztere stellen meinen eigentlichen Beitrag dar, die Entwicklung dieser wäre aber ohne die ausführliche Beschäftigung mit den vorangestellten Themen nicht möglich gewesen. Außerdem entstanden dabei weitere Beiträge für die Kalibrierung und Regularisierung der Daten und eine komplette Entwicklungsumgebung für eine schnelle Implementierung von Algorithmen zur Verarbeitung der gewonnenen Radardaten und Entlastung von Routineaufgaben.
Inhaltsverzeichnis:Inhaltsverzeichnis:
Kapitel 1: Einleitung1
1.1Georadartechnik3
1.1.1Materialeigenschaften von Gesteinsformationen4
1.1.2Georadar - Bildgebung mit Radarwellen4
1.1.3Impulsradar11
1.1.4Stepped-Frequency Radar12
1.2Probleme und Stand der Technik der Rißerkennung15
1.2.1Strukturelle Abbildung von Gesteinen18
1.2.2Abbildung in einen Merkmalsraum19
1.2.3Automatisierung des Erkennungsprozesses19
1.3Parameter, Freiheitsgrade und untersuchte Phänomene21
1.3.1Radar Hardware21
1.3.2Software25
1.3.3System26
Kapitel 2: Datenbasis und -analyse28
2.1Der Datengewinnu...
Die Anwendung von Radarwellen zur Erforschung von unzugänglichen Bereichen hat in den letzten Jahrzehnten einen großen Aufschwung erfahren, besonders durch den verstärkten Einsatz in zivilen Bereichen und zur Fernerkundung der Erde. Eine besondere Rolle spielte und spielt dabei die Faszination des Sichtbarmachens des primär Unsichtbaren - unabhängig von offensichtlichen wissenschaftlichen oder ökonomischen Vorteilen. Die Anwendung von Georadar als Lesart des Radars hat neben der Gewinnung von neuen Erkenntnissen über zeitliche Veränderungen in der Erdkruste vor allem die Transformation von wissenschaftlichen Forschungsergebnissen in industrielle Anwendungen vorangetrieben. Bei der Vorerkundung für Bauvorhaben, Vermessung von unterirdischen Anlagen und zur Verbesserung der Sicherheit in Bergwerken gehört Radartechnik heute zu den Standardhilfsmitteln. Parallel zu den seit Jahren im Einsatz befindlichen Impulsradargeräten hat sich in den letzten Jahren das Prinzip des Syntheseradars etabliert - nicht als Alternative, sondern als hochauflösende Ergänzung zu existierenden Verfahren. Möglich wurde dies erst durch die rasante Entwicklung der Mikroelektronik, da es hohe Anforderungen an die Datenverarbeitung stellt. Die Einsatzgebiete von Hochfrequenzradar sind vielfältig: Ersatz für Wärmebildkameras der Polizei in südlichen Ländern, berührungslose Landminensuche, zerstörungsfreie Analyse von Gesteinen, Suche nach Lawinen- und Erdbebenopfern und vieles mehr.
Die vorliegende Arbeit beschäftigt sich mit der Anwendung dieses alten neuen Radarprinzips zur Verbesserung der Sicherheit in Bergwerken, speziell für Tunneldecken in Massivgestein. Das Hauptaugenmerk lag dabei auf der Entwicklung von nahezu praxisreifen Algorithmen zur bestmöglichen Nutzung der zugrundeliegenden Technik. Für denErfolg war neben einer eingehenden Analyse der Daten vor allem die fachübergreifende Zusammenarbeit mit Geophysikern und das Einfließen von Erkenntnissen aus dem Bereich der Informatik wichtig, da eine praktikable Nutzung und Demonstration der Leistungsfähigkeit der vorgestellten Methoden unter Echtzeitbedingungen an realem Gestein gefordert war.
Gang der Untersuchung:
Die Arbeit habe ich in drei große Abschnitte gegliedert, die dem Weg der Evolution der vorgestellten Ergebnisse folgt: das erste Kapitel gibt einen kurzen Einblick in die Technik der Abbildung von Gesteinsstrukturen mittels Radarwellen, Kapitel zwei beschäftigt sich mit dem Weg der Daten vom Radargerät in eine informationstechnisch abstrahierte Form und Kapitel drei stellt die von mir im Rahmen dieser Arbeit entwickelten Algorithmen vor. Letztere stellen meinen eigentlichen Beitrag dar, die Entwicklung dieser wäre aber ohne die ausführliche Beschäftigung mit den vorangestellten Themen nicht möglich gewesen. Außerdem entstanden dabei weitere Beiträge für die Kalibrierung und Regularisierung der Daten und eine komplette Entwicklungsumgebung für eine schnelle Implementierung von Algorithmen zur Verarbeitung der gewonnenen Radardaten und Entlastung von Routineaufgaben.
Inhaltsverzeichnis:Inhaltsverzeichnis:
Kapitel 1: Einleitung1
1.1Georadartechnik3
1.1.1Materialeigenschaften von Gesteinsformationen4
1.1.2Georadar - Bildgebung mit Radarwellen4
1.1.3Impulsradar11
1.1.4Stepped-Frequency Radar12
1.2Probleme und Stand der Technik der Rißerkennung15
1.2.1Strukturelle Abbildung von Gesteinen18
1.2.2Abbildung in einen Merkmalsraum19
1.2.3Automatisierung des Erkennungsprozesses19
1.3Parameter, Freiheitsgrade und untersuchte Phänomene21
1.3.1Radar Hardware21
1.3.2Software25
1.3.3System26
Kapitel 2: Datenbasis und -analyse28
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