2 boyutlu yer radarı görüntülerinden 3 boyutlu görüntü elde etme tekniklerinin araştırılması ve uygulanması

Abstract

Yer radarı (GPR), demiryolundan tünele, inşaat işlerinden arkeolojik kazılara kadar çok çeşitli alanlarda yakın yüzey araştırmaları için kullanılmaktadır. Yer radarı temelde 3 ana bileşenden oluşmaktadır. Bunların ilki yeraltına çok yüksek frekanslı elektromanyetik dalgaları gönderen verici anten, ikincisi dalgaların yeraltı yapılardan yansımasını kaydeden alıcı anten ve sonuncusu ise veriyi işleyerek kayıt eden kontrol ünitesidir. Yer altında dalganın yansıması ve saçılması sonucunda oluşan veri ham veri olarak adlandırılmaktadır. Bu yöntem ile toplanan verilerin işlenmesi için iki tip yazılım mevcuttur. Birinci tip, cihaz ile birlikte eş zamanlı veri toplamayı sağlayan yazılımdır. Bu yazılımların esas amacı veri toplamaya yönelik olup veri işleme ve görüntüleme özellikleri çok kısıtlıdır. İkinci tip yazılım ise veri toplamadan bağımsız verinin analizi, işlenmesi, görüntülenmesi ve yorumlanması üzerine odaklanmıştır. Bu tip yazılımların veri analiz araçları, 2B ve 3B gösterim yetenekleri daha gelişmiştir. Bu yazılımlar, yer radar ile toplanan verilerin (radargram) gürültülerden temizlenmesi, kalitesinin arttırılması ve yoruma hazır hale getirilmesi için gerekli işlemleri gerçekleştirmektedir. Bir boyutlu (1B) ve iki boyutlu (2B) yapılan bu işlemler kullanıcının yorumuna katkıda bulunmakta fakat yer altında bulunan yapıların cinsinin ve geometrisinin belirlenmesinde yeterli olamamaktadır. Bu maksatla üç boyutlu (3B) modelleme ve görüntüleme teknikleri kullanılmaktadır. Bu amaca yönelik mevcut yazılımlar tüm ihtiyaçları karşılamamakta ve ülkemizde bu söz konusu alanda henüz hiçbir profesyonel çalışma bulunmamaktadır. Bu sebeple bu tez çalışması ile 2 boyutlu yer radarı verilerinden 3 boyutlu görüntü elde etme metodolojisi önerilmektedir. 3 aşamadan oluşan metodoloji sayesinde önce ham yer radarı verileri okunarak çeşitli veri işlem aşamaları uygulanmakta, sonra profillerin konumlandırılması yapılarak zaman kesitlerinin üretimi sağlanmakta ve son olarak işlenmiş veriler 3B ortamda görüntülenmektedir. Önerilen metodoloji, `TÜBİTAK 1505 – Üniversite Sanayi İşbirliği Destek Programı` tarafından desteklenen 5130012 numaralı projesi kapsamında geliştirilen GPRVis yazılımı kullanılarak gerçek veriler üzerinde uygulanmıştır. Elde edilen sonuçlar yeraltı yapıların geometrisinin iyileştiğini ve yorumlanmasının kolaylaştığını kanıtlamıştır.

Ground penetrating radar (GPR) is used for many near surfaces underground researches including railways, tunnels, construction works and archaeological excavations. GPR is basically consists of three main components. The first one is transmitter antenna which sends very high-frequency electromagnetic waves into underground, the second one is receiver antenna which records the reflection of the wave of underground structures and the last one is control unit which process and records data. The data resulting from reflection and scattering waves from underground is called raw data. There are two types of software for processing the data collected by this method. The first type of software provides data collection with the device at the same time. Main purpose of this software is for data collection so its data processing and imaging features are very limited. The second type of software focuses on only data analyzing, processing, visualizing and interpreting regardless of data collection. Data analysis tools of this type are more advanced concerning 2D and 3D visualization capabilities. This software performs various processes such as cleaning the noise from collected data (radargram) by GPR, improving the quality and making it ready to interpretation. These one-dimensional (1D) and two-dimensional (2D) processes contribute to the user's interpretation but are not sufficient to determine the exact kind and geometry of underground structures. Therefore, three-dimensional (3D) modeling and imaging techniques are used. Existing software used for this purpose do not meet all the requirements and there is no professional working in this area in our country yet. Thus, 3 dimensional image acquisition methodology from 2 dimensional images of ground penetrating radar is recommended by this thesis. Thanks to the methodology which consists of 3 stages, first, various data processing steps are implemented by reading raw ground radar data, then generating time slices by performing the positions of profiles and finally the processed data are visualized in a 3D environment. The proposed methodology, was applied on real data using GPRVis which was developed under the no. 5130012 project supported by `TUBITAK 1505 - University-Industry Collaboration Grant Programme`. The results indicate considerable improvements in determining the geometry of underground structures and in interpretation of data.