CHƯƠNG 2: NỘI DUNG NGHIÊN CỨU
2.1. Nghiên cứu các phương pháp dịch chuyển, entropy cực tiểu, biều đồ năng lượng trong xử lý dữ liệu ra đa xuyên đất
2.1.7. Kết hợp dịch chuyển, entropy và năng lượng trong xử lý tài liệu GPR
Sự kết hợp entropy cực tiểu và năng lượng cực đại trong xử lý tài liệu GPR được mô tả theo lưu đồ hình 2.26.
Quy trình kết hợp trên được thực hiện như sau:
- Trước tiên, ta xác định tín hiệu của dị vật trong mặt cắt GPR (vùng quan tâm). Để đạt được điều này, số liệu GPR phải được xử lý các bước cơ bản như: hiệu chỉnh, lọc nhiễu và khuếch đại.
- Sau đó, dịch chuyển số liệu GPR với vận tốc v1, ta sẽ tính được giá trị entropy E1
và năng lượng D1 tương ứng của mặt cắt.
Tiếp tục như vậy, ta sẽ xác định được các giá trị entropy và năng lượng thứ i (Ei; Di) tương ứng với các giá trị vận tốc vi (i = 1, 2, 3, …). Từ các giá trị này, ta dựng biểu đồ biểu diễn sự thay đổi giá trị entropy, năng lượng theo giá trị vận tốc dịch chuyển. Nếu giá trị vận tốc dịch chuyển chính xác vđ, tín hiệu trên mặt cắt sẽ được hội tụ. Lúc này, các điểm ảnh không còn phân bố hỗn loạn như ban đầu. Tại đó, giá trị entropy đạt cực tiểu (năng lượng đạt cực đại). Như vậy, ta xác định được giá trị vận tốc dịch chuyển cần tìm.
Giá trị vận tốc vừa tìm được là vận tốc truyền sóng điện từ trong môi trường bên trên dị
45
vật (tính từ mặt đất đến mặt ranh giới dị vật). Từ giá trị này, ta sẽ xác định được độ sâu và kích thước tương ứng của dị vật một cách chính xác nhất.
Hình 2.26. Quy trình xử lý tài liệu GPR
Để minh họa nội dung trên, chúng tôi kết hợp dịch chuyển F-K với biểu đồ entropy và năng lượng để tính toán vận tốc trên mô hình lý thuyết. Từ đó, đánh giá tính chính xác và hiệu quả của phương pháp trong mô hình thực tế.
Nghiên cứu trên mô hình thực tế a. Xác định cáp điện ngầm
Tuyến khảo sát T26 thực hiện tại giao lộ đường Hòa Hảo và Sư Vạn Hạnh, Quận 5, TP HCM (hình 2.27a). Tuyến T26 cắt ngang một cáp điện dưới đường Hòa Hảo và nối vào trụ điện trước nhà số 03 Hòa Hảo (thông tin tiên nghiệm dựa trên bản vẽ hoàn công do công ty TNHH một thành viên Hưng Đại Việt cung cấp). Sử dụng các bộ lọc nhiễu - khuếch đại trong phần mềm GPRTVN, mặt cắt T26 được xử lý và có kết quả như hình 2.27b.
46
Hình 2.27. Mặt cắt GPR tuyến T26: a) Mặt cắt đo đạc; b) Mặt cắt khử nhiễu Sử dụng đồng thời chuẩn entropy và năng lượng, ta nhập dải vận tốc từ 0,06 m/ns đến 0,14 m/ns (với bước nhảy 0,001 m/ns). Biểu đồ entropy và năng lượng sẽ được biểu diễn như hình 2.28.
Hình 2.28. a) Biểu đồ entropy; b) Biểu đồ năng lượng.
Theo biểu đồ entropy, ta xác định được vận tốc truyền sóng là 0,115 m/ns. Giá trị này phù hợp với kết quả trong biểu đồ năng lượng với sai lệch bé, chỉ 0,001 m/ns. Sử dụng giá trị này dịch chuyển toàn bộ mặt cắt T26, ta được kết quả như hình 2.29a và xác định cáp điện được chôn tại vị trí 0,599 m, có kích thước và độ sâu lần lượt là 0,11 m và 0,673 m. Kích thước tính toán phù hợp với kích thước được cung cấp (0,1 m), với sai lệch 0,01 m. Kết quả tính toán được biểu diễn thành mặt cắt 3D để biểu diễn phương kéo dài của đường ống như hình 2.29b.
47
Hình 2.30. Mặt cắt GPR tuyến T50, đườngÂu Cơ (sau lọc nhiễu) Hình 2.29. a) Mặt cắt kết quả của phương pháp dịch chuyển; b) Mặt cắt 3D b. Xác định ống cấp nước
Tuyến đo được thực hiện bằng thiết bị Detector Duo với tần số 700 MHz có màn chắn, cắt ngang đường Âu Cơ, Q.Tân Phú, TP HCM.
Quan sát mặt cắt GPR sau khử nhiễu (hình 2.30), có thể thấy tín hiệu hyperbol ở vị trí 1,2 m. Tín hiệu có dạng phân cực nghịch, do đó có khả năng là ống cấp nước kim loại đi dọc theo đường Âu Cơ.
Kết hợp chuẩn entropy và năng lượng dịch chuyển mặt cắt T50 với mảng vận tốc từ 0,05 đến 0,2 m/ns (bước nhảy 0,001 m/ns). Kết quả cho thấy vùng tín hiệu xung quanh hyperbol có
giá trị entropy cực tiểu và năng lượng cực đại có cùng vận tốc là 0,105 m/ns (hình 2.31a và 2.31b). Độ sâu và kích thước đường ống dựa trên giá trị vận tốc vừa tính được (v = 0,105 m/ns) lần lượt là d = 0,9 m; Φ = 150 mm. Theo thông tin tiên nghiệm từ Công ty Cấp nước Wadeco, đây là đường cấp nước bằng gang có kích thước là Φ = 150 mm. Như vậy, không có sự sai lệch giữa kết quả tính toán kích thước và thực tế.
48
Hình 2.32. Mặt cắt GPR tuyến T91 Trần Quang Diệu (sau lọc nhiễu) Hình 2.31. a) Biểu đồ entropy;
b) Biểu đồ năng lượng;
c) Mặt cắt sau dịch chuyển Kirchhoff đối với dị vật tại vị trí 1,2 m
c. Xác định hai đường ống cấp nước
Tuyến đo được thực hiện bằng thiết bị Detector Duo với tần số 700 MHz có màn chắn, cắt ngang đường Trần Quang Diệu, Quận 3, TP HCM. Quan sát mặt cắt GPR sau khử nhiễu (hình 2.32), có thể nhận thấy hai tín hiệu hyperbol tương tự nhau, cùng độ sâu nhưng ở hai vị trí 2,4 m và 5,4m. Các tín hiệu đều có dạng phân cực nghịch, do đó chúng có khả năng là hai ống cấp nước kim loại đi song song dọc theo đường Trần Quang Diệu.
Tiến hành dịch chuyển mặt cắt tuyến T91 với vận tốc trong khoảng 0,06 đến 0,15 m/ns
(bước nhảy 0,001 m/ns). Kết quả cho thấy vùng tín hiệu xung quanh hyperbol thứ nhất có giá trị entropy cực tiểu và năng lượng cực đại tại vận tốc lần lượt là 0,089 và 0,09 m/ns
(a) (b)
(c)
49
(hình 2.33a và 2.33b). Rõ ràng, vận tốc tính được khi sử dụng hai phương pháp trên không có sự khác biệt đáng kể. Quan sát mặt cắt sau dịch chuyển với vận tốc 0,09 m/ns, ta thấy tín hiệu dị vật 1 khá rõ nét và hội tụ, nhưng tín hiệu ở vị trí 5,4 m vẫn còn hơi cong xuống (hình 2.33c). Như vậy, có thể vận tốc truyền sóng tới đỉnh dị vật thứ hai lớn hơn 0,09 m/ns.
Hình 2.33.a) Biểu đồ entropy ; b) Biểu đồ năng lượng;
c) Mặt cắt kết quả của phương pháp dịch chuyển đối với dị vật 1 tại vị trí
2,4 m
Để kiểm chứng, ta thực hiện tương tự các bước trên nhưng chọn vùng xung quanh hyperbol thứ 2 để tính entropy và năng lượng. Kết quả trên hình 2.34a và 2.34b hoàn toàn tương đồng, cho thấy vận tốc truyền sóng trong môi trường bên trên dị vật 2 bằng 0,094 m/ns (đúng như dự đoán ban đầu). Mặt cắt sau dịch chuyển cũng thể hiện rõ sự hội tụ của tín hiệu tại 5,4 m (hình 2.34c), trong khi đó hyperbol ở 2,4 m có dạng cong lên (vận tốc quá lớn).
(a) (b)
(c)
50
Hình 2.34.a) Biểu đồ entropy;
b) Biểu đồ năng lượng;
c) Mặt cắt kết quả của phương pháp dịch chuyển đối với dị vật 2 tại vị trí 5,4 m
Như vậy, sử dụng chuẩn entropy cực tiểu và năng lượng cực đại nhằm tối ưu hóa bài toán dịch chuyển đã thể hiện được sự thay đổi theo phương ngang của vận tốc trong khu vực này. Đây là kết quả hay, chứng tỏ tính đúng đắn của phương pháp nghiên cứu. Độ sâu và kích thước hai đường ống dựa trên giá trị vận tốc vừa tính được lần lượt là d1 = 0,65m;
Φ1 = 142 mm và d2 = 0,68m; Φ2 = 142 mm. Theo thông tin tiên nghiệm từ Công ty Cấp nước Wadeco, đây là hai đường cấp nước bằng gang có kích thước giống nhau là Φ = 150 mm. Như vậy, sai lệch giữa kết quả tính toán kích thước và thực tế rất nhỏ vào khoảng 5,3%.