Geoforensics – 用于墓地和刑事调查的创新 3D 建模 GPR 数据
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Geoforensics – 用于墓地和刑事调查的创新 3D 建模 GPR 数据

由 TB Kelly 和 GD Wach 教授撰写 - 达尔豪斯大学

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地理取证是将地质/地球物理技术应用于法医和考古调查。 可能需要准确表示地下,但无法通过侵入性技术获得,这些技术可能会扰乱文化敏感地区或涉及刑事调查的地区的地面。 探地雷达 (GPR) 是一种经过验证的非破坏性和非侵入性地球物理技术,广泛用于各种应用中的地下成像。 使用 GPR 的地下重建通常以 2D 垂直和水平横截面形式呈现,从而实现地下对象及其空间范围的可视化。 随着新软件的发展,探地雷达数据的 3D 建模正在成为新的标准。 尽管有这些新的发展,但对这些技术的检查和测试仍然不够充分,特别是在决定它们的应用是否合理和有利方面。

本研究对墓地墓地进行了 GPR 网格调查(图 2)。 生成和评估墓地埋葬地点的 2D 和 3D 建模重建(图 3-5)。

两个研究目标是 (1) 展示一种独特的工作流程(图 1)方法来可视化 3D 数据和 (2) 使用 3D 模型更好地了解地下,以准确显示掩埋的大小和形状对象及其空间关系。

现场调查工作流程
图1
现场调查、数据收集和数据处理的工作流程。

使用传感器和软件实现数据收集和处理 脉冲EKKO™ SmartCart GPR 系统和 EKKO_Project™ 软件,分别。 3D 建模组件是使用 Schlumberger 的 Petrel™ E&P 软件平台完成的,该平台是为石油行业定制的。

学习区域

研究区域是位于加拿大新斯科舍省的一座教堂墓地,位于首都哈利法克斯西北约 44 公里处。 调查区域包括 30 x 40 米(1,200 m2) 墓地南段,共产生 40 个独立的雷达图(剖面总距离为 1,352.5 m); 25 个南北向,15 个东西向(图 2)。 线间距约为 1 m,并进行了调整以避免墓碑位置和其他表面特征。 所有线路均使用间隔 200 m 的 0.5 MHz 中心频率天线。

谷歌地图图像指示墓地位置和年龄
图2
研究区域,表明墓地位置/年龄、GPR 线位置/编号和模型轮廓(虚线)。

模型构建和结果

处理后的雷达图从 EKKO_Project™ 进入 Petrel™ 并进行插值以生成 40 个地下的 2D 深度切片,每 0.1 m 一个,总深度为 4 m。 Petrel™ 中的插值方法涉及导入 2D 深度切片和插值数据以创建实体 3D 体积。 这对于显示和理解埋藏物体的 3D 形状和空间关系很常见。 在 GPR 文献中,3D 模型以一种或四种不同方式的组合显示(图 3)。

四个 3D 模型
图3
通常显示 3D 模型的各种方式 (a) 在单个平面中进行剖切会导致难以解释对象的形状和空间关系。 (b) x、y 和 z 平面中的剖切提供了对物体形状和空间关系的部分解释。 部分透明过滤器 (c) 和完全透明过滤器 (d) 会使对象的深度关系变得困难。

图 3b 和 d 的组合提供了 3D 模型的最佳渲染。 使用透明滤波器去除低幅度反射信号分量,保留高幅度反射,显示为 3D 块。 高振幅红色和黄色表示埋藏的物体,并准确显示形状和大小。 结合 2D 雷达图和 3D 模型,可以直观地了解地下。

模型的渲染
图4
模型的渲染。 (a) 图 3b 和 d 中的 2D 显示技术给出了地下物体形状和大小的最佳可视化。 2D 横截面和深度切片增加了对对象之间空间关系的理解。 (b) 相对于墓地位置的横截面平面图。 (c) 平面图显示模型西南部分的几个高振幅反射,可能是无标记的墓葬。

例如,GPR 35 号线穿过 8、16、17 和 32 号墓葬(图 2)。 图 5 显示了第 35 行的雷达图:未处理(顶部)、增益(中间)和作为 3D 模型一部分的横截面(底部)。 未处理的雷达图显示在 3 m 以下消散的微弱双曲线反射体。 获得的雷达图显示出更清晰和丰富的双曲线反射器,并表明三个感兴趣的区域:(1) 10 m,(2) 17 – 20 m,和(3) 沿雷达图的 28 – 30 m。 3D 模型的横截面更强烈地显示了三个区域。 9~12 m处的高振幅区对应8号墓葬。17~21 m处的高振幅区对应16号和17号墓葬。27~30 m之间的中振幅区对应32号墓葬。

GPR数据
图5
从西到东的 GPR 线 35。(顶部)未处理的雷达图显示微弱的双曲线反射器。 (中)获得的雷达图显示出更清晰、更丰富的双曲线。 (下)3D 模型的横截面,显示三个高振幅区域,解释为墓葬。

结论

这项研究的结果证明了能够 (1) 准确绘制墓地地图,将墓地彼此区分开,(2) 识别其他未知的墓地,以及 (3) 创建一个整体更直观、更易于操作的 3D 模型以优化可视化,这是帮助 GPR 数据解释的关键要求。 我们希望我们的发现对地理取证和考古研究以及刑事调查有价值。

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