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Tipo: Tese
Título: Avaliação do uso do GPR em aplicações batimétricas e desenvolvimento de software livre para interpretação de radargramas
Evaluation of the GPR use in bathymetric applications and free software development for interpretation of radargram
Autor(es): Faria, Sandro Henrique de
Abstract: O monitoramento das represas de abastecimento de água, não só no quesito de qualidade da água, mas também no sentido quantitativo, isto é, volumétrico, é uma preocupação para as autoridades públicas, pois o assoreamento, ocasionado por um processo erosivo, afeta não somente a capacidade de armazenamento dos reservatórios, bem como a flora e a fauna local. Dentro desta ótica surge a necessidade do aparecimento de novas técnicas e o aperfeiçoamento de outras para o monitoramento da espessura da camada d ́água. Este trabalho possui dois propósitos principais: analisar o desempenho do RADAR de penetração no solo, também chamado de Ground Panetrating RADAR (GPR), em levantamentos batimétricos; e, o desenvolvimento de um aplicativo, gratuito, para a manipulação e classificação de radargramas de maneira manual, semiautomatizada e automatizada. Para avaliar o desempenho das atividades propostas foram escolhidos dois ambientes, localizados no campus da Universidade Federal de Viçosa (UFV), para a realização dos experimentos, sendo: um controlado, realizado em uma caixa de decantação da estação de tratamento de água (ETA), da qual se tem o as-built, obtido com estação total, empregado nos testes de validação; o outro, realizado em uma represa, onde se tem um levantamento batimétrico, empregando o ecobatímetro monofeixe, para fins de validação. Foram realizados três estudos: 1) Avaliação do classificador fclass3, criado para distinguir as classes offset, água e leito de modo semiautomatizado, aplicado a radargramas batimétricos. Com base nos testes aplicados concluiu-se que para o reservatório em estudo, que o levantamento do relevo submerso empregando um GPR e classificado pela ferramenta fclass3, resultou em um MDE sem diferença estatísticas, quando comparado com os dados de referência, a um nível de significância de 5%, para o teste de Wilcoxon pareado; 2) Avaliação do GPR em levantamentos batimétricos empregando o aplicativo GPR Bathymetry na análise dos radargramas de maneira manual. Este estudo foi realizado na ETA. Com base nos testes aplicados concluiu-se que o levantamento do relevo submerso empregando um GPR resultou em um MDE com acurácia de 4cm e discrepâncias podendo chegar a 9 cm; 3) Avaliação do GPR e do classificador fclass2 desenvolvido com o objetivo de separar, de modo automatizado, as camadas de água e leito em radargramas adquiridos em represas. Foram gerados MDEs a partir de três interpoladores, distintos, disponíveis no GPR Bathymetry, com os dados do ecobatímetro e GPR. Os resultados do teste de hipótese, para os MDEs gerados, mostraram que não existem diferenças estatísticas, a um nível de significância de 5%, entre os modelos gerados a partir dos dados do ecobatímetro e GPR. Como conclusão geral o GPR mostrou que pode ser empregado em levantamentos batimétricos de lagos e represas com profundidades de até 4 metros com uma antena de 100 MHz, e, observou-se uma grande atenuação do sinal do GPR para profundidades acima deste valor. Os radargramas obtidos na ETA, como uma antena de 200 MHz, tiveram fortes reflexões para profundidades de até 3,5 metros.
The monitoring of the water supply reservoirs, not only in the issue of water quality, but also in the quantitative sense, that is, volumetric, is a concern for public authorities, because the silting, caused by an erosion process, affects not only the storage capacity of the reservoirs, but also the local flora and fauna. In this perspective arise the need of the appearance of new techniques and the improvement of others techniques for monitoring the thickness of the water layer. This paper has two main purposes: to analyze the Ground Penetrating Radar (GPR) performance in bathymetric surveys; and the development of a free application for radargrams handling and also the manual, semi-automated and automated classification. To evaluate the performance of the proposed activities we were chose two places located on the campus of the Federal University of Viçosa (FUV), for realization of the experiments. One of them was realized in controlled place, more specifically in a decanting water treatment plant (WTP), which has the as-built obtained with total station, and was employed in validation tests. And the another test was realized in a dam, where it has a bathymetric survey, using the single beam echo sounder for validation purposes. We conducted three studies: 1) Evaluation of the fclass3 classifier, created to distinguish the offset, water and bed classes, of semi-automated way, applied to bathymetric radargrams. Based on the tests it was concluded that, to the reservoir studied, the survey of the sunken relief employing a GPR (Ground penetrating Radar) and the fclass3 classifier tool, resulted in DEMs no statistical differences between them at a significance level of 5%, according to the paired Wilcoxon test. 2) GPR evaluation in bathymetric surveys using the GPR Bathymetry application in the manual analysis radargrams. This study was conducted on ETA. Based on the tests it was concluded that the survey of the sunken relief employing a GPR resulted in a DEM with an accuracy of 4 cm and discrepancies that may reach 9 cm. 3) GPR and fclass2 classifier evaluation, developed with the aim of separating, in an automated way, the layers of water and bed in radargrams acquired in dams. DEMs were generated from three different interpolations, available in GPR Bathymetry, with data from the echo sounder and GPR. The results of hypothesis test for the DEMs generated, showed that there are no statistical differences at a 5% significance level between models generated from the data of the echo sounder and GPR. As general conclusion the GPR showed that can be employed in bathymetric surveys of lakes and reservoirs with depths up to 4 meters with a 100MHz antenna, and occurred a large attenuation of GPR signals to depths above 4 meters. Radargrams obtained from ETA, with 200MHz antenna, had strong reflections to depths up to 3.5 meters.
Palavras-chave: Engenharia Civil
Mecânica do solo
Radar de penetração no solos
Geotecnia
CNPq: Sensoriamento Remoto
Editor: Universidade Federal de Viçosa
Citação: FARIA, Sandro Henrique de. Avaliação do uso do GPR em aplicações batimétricas e desenvolvimento de software livre para interpretação de radargramas. 2016. 154f. Tese (Doutorado em Engenharia Civil) - Universidade Federal de Viçosa, Viçosa. 2016.
Tipo de Acesso: Acesso Aberto
URI: http://www.locus.ufv.br/handle/123456789/8434
Data do documento: 10-Mai-2016
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