Eine Plattform für die Wissenschaft: Bauingenieurwesen, Architektur und Urbanistik
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Interpretation of soil property profile from limited measurement data: a compressive sampling perspective
Variation of soil properties with depth, i.e., the soil property profile, is a key input in geotechnical design and analysis, and it is determined during geotechnical site characterization. Determination of such a soil property profile requires extensive measurement data points from site characterization. However, the number of measurement data points from geotechnical site characterization is usually sparse and limited. As such, determining the soil property profile from a limited number of measurement points remains a challenge to geotechnical engineers. In engineering practice, the soil property profile is frequently determined with the assistance of engineering experience and judgment or statistical methods when only limited measurement data are available. Because both methods inevitably involve either subjectivity or assumptions that might contradict reality, the derived profile might not reflect the real variation of soil properties with depth. This paper aims to address this problem and develop an objective and rational approach to interpret the soil property profile from limited measurement data. The proposed approach is based on a novel sampling theory, called compressive sampling (or compressive sensing, CS), in mathematics and signal processing. Using compressive sampling, a high-resolution signal (e.g., a soil property profile in this study) can be reconstructed from a limited number of measurement data points. The reconstructed soil property profile is nearly continuous and has a resolution as high as cone penetration test (CPT) data. As it contains a large number of data points, conventional statistical methods can be applied easily. In this paper, the proposed approach is illustrated and validated using a set of real CPT data (i.e., tip resistance, q c ). The results show that the proposed approach reasonably reconstructs the complete q c profiles from a limited number of q c data points.
La variation des propriétés du sol avec des profondeurs, à savoir, le profil de la propriété du sol est un élément clé dans la conception et l’analyse géotechnique, et il est déterminé au cours caractérisation géotechnique du site. La détermination d’un tel profil de propriété de sol nécessite des points de données de mesure étendues de la caractérisation du site. Toutefois, le nombre de points de données de mesure d’une caractérisation géotechnique du site est généralement clairsemé et limité. Alors, comment déterminer le profil de propriété du sol à partir d’un nombre limité de points de mesure reste donc un défi pour les ingénieurs en géotechnique. Dans la pratique de l’ingénieur, le profil de propriété du sol est souvent déterminé avec l’aide de l’expérience et le jugement de l’ingénieur ou des méthodes statistiques, lorsqu’il existe uniquement des données limitées de mesure. Puisque les deux méthodes sont inévitablement impliquées avec subjectivité ou hypothèses qui pourraient se contredire avec la réalité, le profil dérivé peut ne pas refléter la variation réelle de la propriété du sol avec profondeur. Cet article vise à résoudre ce problème et à développer une approche objective et rationnelle pour interpréter le profil des propriétés du sol à partir de données limitées de mesure. L’approche proposée est basée sur une théorie novatrice d’échantillonnage, appelée acquisition comprimée (ou détection compressive, CS « compressive sensing »), en traitement mathématique et du signal. En utilisant l’acquisition comprimée, un signal à haute résolution (par ex., un profil de propriété des sols dans cette étude) peut être reconstruit à partir d’un nombre limité de points de données de mesure. Le profil de propriété de sol reconstitué est presque continu et possède une résolution aussi élevée que les données d’essais de pénétration de cône (CPT « cone penetration test »). Puisqu’il contient un grand nombre de points de données, des méthodes statistiques classiques peuvent être appliquées facilement. Dans cet article, l’approche proposée est illustrée et validée à l’aide d’un ensemble de données CPT réelles (à savoir, résistance à la pointe q c ). Les résultats montrent que l’approche proposée reconstruit raisonnablement les profils complets q c d’un nombre limité de points de données q c . [Traduit par la Rédaction]
Interpretation of soil property profile from limited measurement data: a compressive sampling perspective
Variation of soil properties with depth, i.e., the soil property profile, is a key input in geotechnical design and analysis, and it is determined during geotechnical site characterization. Determination of such a soil property profile requires extensive measurement data points from site characterization. However, the number of measurement data points from geotechnical site characterization is usually sparse and limited. As such, determining the soil property profile from a limited number of measurement points remains a challenge to geotechnical engineers. In engineering practice, the soil property profile is frequently determined with the assistance of engineering experience and judgment or statistical methods when only limited measurement data are available. Because both methods inevitably involve either subjectivity or assumptions that might contradict reality, the derived profile might not reflect the real variation of soil properties with depth. This paper aims to address this problem and develop an objective and rational approach to interpret the soil property profile from limited measurement data. The proposed approach is based on a novel sampling theory, called compressive sampling (or compressive sensing, CS), in mathematics and signal processing. Using compressive sampling, a high-resolution signal (e.g., a soil property profile in this study) can be reconstructed from a limited number of measurement data points. The reconstructed soil property profile is nearly continuous and has a resolution as high as cone penetration test (CPT) data. As it contains a large number of data points, conventional statistical methods can be applied easily. In this paper, the proposed approach is illustrated and validated using a set of real CPT data (i.e., tip resistance, q c ). The results show that the proposed approach reasonably reconstructs the complete q c profiles from a limited number of q c data points.
La variation des propriétés du sol avec des profondeurs, à savoir, le profil de la propriété du sol est un élément clé dans la conception et l’analyse géotechnique, et il est déterminé au cours caractérisation géotechnique du site. La détermination d’un tel profil de propriété de sol nécessite des points de données de mesure étendues de la caractérisation du site. Toutefois, le nombre de points de données de mesure d’une caractérisation géotechnique du site est généralement clairsemé et limité. Alors, comment déterminer le profil de propriété du sol à partir d’un nombre limité de points de mesure reste donc un défi pour les ingénieurs en géotechnique. Dans la pratique de l’ingénieur, le profil de propriété du sol est souvent déterminé avec l’aide de l’expérience et le jugement de l’ingénieur ou des méthodes statistiques, lorsqu’il existe uniquement des données limitées de mesure. Puisque les deux méthodes sont inévitablement impliquées avec subjectivité ou hypothèses qui pourraient se contredire avec la réalité, le profil dérivé peut ne pas refléter la variation réelle de la propriété du sol avec profondeur. Cet article vise à résoudre ce problème et à développer une approche objective et rationnelle pour interpréter le profil des propriétés du sol à partir de données limitées de mesure. L’approche proposée est basée sur une théorie novatrice d’échantillonnage, appelée acquisition comprimée (ou détection compressive, CS « compressive sensing »), en traitement mathématique et du signal. En utilisant l’acquisition comprimée, un signal à haute résolution (par ex., un profil de propriété des sols dans cette étude) peut être reconstruit à partir d’un nombre limité de points de données de mesure. Le profil de propriété de sol reconstitué est presque continu et possède une résolution aussi élevée que les données d’essais de pénétration de cône (CPT « cone penetration test »). Puisqu’il contient un grand nombre de points de données, des méthodes statistiques classiques peuvent être appliquées facilement. Dans cet article, l’approche proposée est illustrée et validée à l’aide d’un ensemble de données CPT réelles (à savoir, résistance à la pointe q c ). Les résultats montrent que l’approche proposée reconstruit raisonnablement les profils complets q c d’un nombre limité de points de données q c . [Traduit par la Rédaction]
Interpretation of soil property profile from limited measurement data: a compressive sampling perspective
Wang, Yu (Autor:in) / Zhao, Tengyuan
2016
Aufsatz (Zeitschrift)
Englisch
compressive sampling , caractérisation de site , Geology , compressive sensing , Signal processing , Engineers , soil property profile , statistiques , Sampling , détection compressive , statistics , Measurement , acquisition comprimée , site characterization , profil de propriété de sol , Statistical methods , Soils
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