Същност на георадарния метод
Изтегляне 131.66 Kb.
|
- Навигация на страницата:
- АНТЕНИ
- Видове антени
- Земно и въздушно куплирани антени
- Сондажни антени
ГЕОРАДАР/Ground Penetrating Radar (GPR)/
Георадарният метод, принципно е близък до отражателните сеизмични методи в геофизиката: източникът излъчва сигнал в изследваното пространство; обратно отразеният сигнал се улавя и регистрира от приемника. За разлика, обаче, от сеизмичните методи, вълните (сигналите), носещи информация за състоянието и местонахождението на представляващите интерес за търсенето и проучването обекти, са електромагнитни. Електромагнитните вълни нямат такава проникваща способност като сеизмичните, но за сметка на това разрешителната им способност е много по-висока. Георадарният метод е неразрушителен (не се извършват пробивни, сондажни или изкопни работи) геофизичен метод, с помощта на който се получават непрекъснати профилни изображения (непрекъснат запис) на пространството под повърхността на провеждане на измерванията. Георадарните профили се използват за определяне на местонахождението и дълбочината на обекти и структури, намиращи се под повърхността, както и за търсенето и оценка състоянието на геоложки обекти. З
В изложената Таблица 1 е представена връзката между централната антенна честота fср и дълбочината на проникване, които от своя страна определят и областта на приложение на съответната антена. Централната честота на антената е основен антенен показател, означаващ честотата на излъчване за която електромагнитният сигнал има най-голяма енергия (Фиг.2).
dBmax Фиг.2 Централна честота на антената fср Таблица 1 Дълбочини на проникване и приложение при различните честоти на антените (GSSI,I)
Видове антениМоностатични и бистатични антениСпоред това дали източникът и приемникът на електромагнитния импулс имат самостоятелен режим на работа (отделни предавателна и приемникова антени) или една единствена антена работи в режим на предаване-приемане, георадарните антени биват съответно бистатични и моностатични. Моностатичните антени са едновременно предаватели и приемници на електромагнитни вълни. Когато моностатичната антена работи в режим на предаване тя излъчва краткотраен електромагнитен сигнал с определена честота, след което антената превключва на режим на приемане. Известно време от порядъка на наносекунди антената “слуша” обратно отразената електромагнитна енергия, след което отново превключва на режим на предаване и т. н. Времето, през което антената “слуша” се задава предварително и зависи от електрическите характеристики на средата и от дълбочината на проучване. По този начин се определя големина на времевия прозорец (Табл. 1), в който се записва двойният път на времето на преход на електромагнитните вълни в средата. При бистатичните антени предавателят и приемникът на електромагнитните сигнали са отделени един от друг и работят самостоятелно. При тях времето за запис на отразените вълни също се задава предварително и зависи от гореописаните условия. Предавателната и приемниковата антена могат да бъдат в един или в отделни корпуси, като в първия случай записът на отразените сигнали е най-често постоянен, а във втория – поточков (метод обща дълбочинна точка ОДТ). Когато предавателят и приемникът се намират в един корпус антената се нарича бистатична с нулево изместване (нулев офсет).
В първия случай антената осъществява непосредствен контакт със средата, като бива влачена по повърхността на изследвания обект. Това е задължително условие за високочестотните антени, при които дълбочината на проникване е малка, а загубата на енергия съответно по-висока. Този тип антени намират широко приложение във всички сфери на георадарните проучвания.  Фиг.3 Приложения на въздущно куплираните антени
Въздушно куплираните антени имат значително по-сложна конструкция от земно куплираните, поради това, че този вид антени не осъществяват директен контакт с изследваните обекти. Тази особеност налага намирането на по-сложни конструктивни решения с цел компенсация загубите на енергия на вълните при преминаването им през въздушната среда (напр. спираловидните антени SubEcho 40/70). Освен чрез ръчно теглене, в зависимост от възможностите на антената, измерванията могат да се проведат с помощта на автомобил (за контрол състоянието на пътища, мостове, жп линии и др. – до около 60 km/h), от борда на хеликоптер (за определяне дебелината на ледници, ледената покривка и др.) или сателит (за определяне релефа на земната повърхност, водите и т.н.). Сондажни антениСондажните георадарни антени са пригодени за работа в екстремните физични условия на сондажите. Те имат малък диаметър, позволяващ провеждане на георадарни изследвания в стандартни сондажни изработки, и конструкция устойчива на високите температури и налягания. Обект на изследване са почвите, зоната на разуплътнение и коренните скали пресичани от сондажа или сондажите. П  ри тези антени, излъчените електромагнитни сигнали се разпространяват в цялото пространство около сондажната изработка, като изследваният обем има формата на цилиндър (с централна ос – оста на сондажа), диаметърът на който се изменя от 10 до 100 m, в зависимост от електрическите параметри на заобикалящата среда.
Честотният обхват на сондажните антени варира в широки граници в зависимост от поставената задача (от 50 MHz до 200 MHz за геоложки проучвания) Тези антени се използват при решаване на следните задачи: откриване на пукнатини, кухини и каверни; определяне мястото на приток на вода; определяне положението на “изгубени” сондажи; оконтуряване на рудни тела; язовирно строителство; проектиране основите на сгради и др.
Различната сила (амплитуда) на отразения сигнал се изобразява на дисплея с различни цветове. Поради биполярния характер на радарния сигнал всяка граница се проявява на изображението чрез три линии. Практически, за да бъде различен даден обект на радарграмата, от водещо значение са неговите размери, дълбочината на проникване на антената, проводимостта и диелектричните характеристики на обекта и вместващата среда. Реалната разделителна способност на метода съответства на Георадарните проучвания достигат дълбочини по-големи от 30 m в слабопроводими среди, като например сух пясък или гранит. Глини, глинести шисти и други високопроводими среди, отслабват или поглъщат георадарните сигнали, което може да намали дълбочината на проникване до по-малко от 1 m. Както стана ясно дълбочината на проникването зависи и от вида на използваните антени. Нискочестотни антени (с честота от около 10 до 200 MHz) носят полезна информация за дълбочини надвишаващи 10 – 30 m, за сметка на по-слабата разрешаваща способност (в лед тази дълбочина може да стигне и до 1-2 km). Нискочестотните антени се използват както за геоложки проучвания, така и за търсене на подповърхностни кухини, тунели, пукнатини и дълбоко зарити обекти. Високочестотните антени (с честота от 200 до 1000 и повече мегахерци), проникват до дълбочини около 10 m и имат много висока разрешаваща способност, нарастваща с увеличаване на честотата. Високочестотните антени с честоти над 800 MHz се използват за плитки проучвания в почви, настилки, бетон и др.
Георадарът е удобен и ефективен геофизичен метод, с който се провеждат бързи и точни изследвания на подповърхностното пространство. Той регистрира промените в електричните характеристики на средата (проводимост и диелектрична проницаемост), които са в пряка зависимост от състоянието и вида на почвите и скалите, влажността и порестостта им. Използва се за провеждане на вертикални разрези с висока разделителна способност. В зависимост от използваната георадарна апаратура, решаваните задачи обхващат най-различни области. Георадарът е приложим за определяне състоянието на околната среда (почви, свлачища и др.), мониторинг, локализация, картиране разливи на замърсители и заровени опасни отпадъци. Методът намира приложение при извършването на мониторинг и определяне състоянието на пътища, магистрали, летища, инсталации, комуникации и кабелни линии. 4.1 Геология и хидрогеология За целите и задачите на геологията и хидрогеологията се използват нискочестотни антени с голяма дълбочина на проникване и малка резолюция. Други антени използвани за геоложки и хидрогеоложки проучвания са сондажните георадарни антени, пригодени за сондажни изследвания. Георадарните изследвания в геологията се прилагат за: картиране и определяне дълбочината до фундамента; откриване на зони на напуканост; откриване на пещери и кухини; засичане на разломни структури; локализиране на плиткозалягащи рудни тела; отделяне на граници между пластовете и др. Високата проводимост на водата е предпоставка за поглъщането на електромагнитните вълни. Това е причина на радарграмите еднозначно и точно да се отделят водонаситените хоризонти и пластове. Решават се и други хидрогеоложки задачи, като: определяне повърхнината на плъзгане на свлачища; определяне на зони на инфилтрация и др. 4.2 Минно дело В минното дело се прилага както отражателния метод, така и методът на радиовълновото просветляване, като вторият метод е преимуществен поради особеностите на областта на приложение. С помощта на метода на просветляването се изследва пространството между минните изработки, между сондаж и минна изработка, както и между земната повърхност и минна изработка. Радарната томография също намира широко приложение за решаване на множество задачи в минното дело. Резултатите получени по споменатите методи служат за търсене на слепи рудни тела в пространството между изработките, за проследяване на разкрити рудни тела при проучването и експлоатацията на находищата, за определяне на стратиграфските граници, за локализиране на пукнатини, за определяне разстоянието между минните изработки, за откриване на стари недокументирани минни изработки и др.
Друга област на приложение на георадара е екологията. Изследванията, които се провеждат са свързани с търсенето на зарити под земята опасни отпадъци и тяхното състояние. Най-често това са варели или контейнери, които ясно се различават като хиперболи на радарграмите. 
Фиг.4 Типична радарграма от две хиперболи причинени от два заровени под земята контейнера с опасни отпадъци На Фиг.4 се различават две хиперболи причинени от два заровени под земята контейнера с опасни отпадъци. Обектите се намират на около 75 m дълбочина (GSSI, I). Георадарният метод се прилага успешно и за решаване на еколожки задачи свързани с определяне разпростирането на засегнатите от нефтени разливи или други замърсители области. 4.4 Строителство и инфраструктурни изследвания Приложението на георадара в строителството дава много полезна информация за състоянието на структурите. С помощта на георадарните изследвания се определят: дебелината и наличието на празнини в бетона; разположението на арматурата и степента на корозия; съществуването и разпространението на пукнатини в основите и конструкциите на строителни обекти; слабите зони в стени, тавани и подове; и др. 
Фиг.5 Разположение на арматурата в железобетонна плоча, на дълбочина от 8 до 15 cm На Фиг.5 ясно се вижда неправилното разположение на арматурата в железобетонна плоча, на дълбочина от 8 до 15 cm. Използваната антена има средна честота 1200 MHz. Георадарите намират все по-широко приложение за мониторинг състоянието на съществуващи пътища, ж. п. линии, летища, мостове, тунели и др. Изследванията се провеждат в зависимост от особеностите на инфраструктурите. За мониторинг на пътища и летища георадарът може да се качи на автомобил, като въздушно куплираната антена се влачи след него. Това значително увеличава скоростта на работа. Определянето дебелината и състоянието на настилката става със скоростта на автомобила. По подобен начин се извършва и изследването на дебелината и състоянието на баласта на ж. п. линии. За определяне състоянието на бетона, арматурата и стените при мониторинг на мостове и тунели се използват различни технически съоръжения.
Една от най-ефективните и водещи области на приложение на георадара е използването му за търсене и картиране на подземни съоръжения (тръби, кабели, шахти). Определянето положението и дълбочината до подземни тръби (метални или неметални), кабели и др. спомага бързото провеждане на ремонтни работи при аварии или предотвратява повреждането им при други изкопни работи. 
PathFinder (Фиг.6а) е георадарна система създадена специално за търсене и локализиране на инсталации, кабелни линии, тръбопроводи и др. Снабден с 2 предавателя и 4 приемника, този георадар дава изображение в реално време на дисплеен монокъл. PathFinder има и 3D изход за AutoCAD (Фиг.6б). Позиционирането става с помощта на лазерна или GPS система. Точността, с която се определя положението на обектите е 2 – 3 cm. 4.6 Археология Подповърхностният отражателен георадарен метод се прилага успешно в археологията. Провежданите проучвания са точни и бързи. Използват се главно ниско- до средночестотни антени, като дълбочинността на изследванията достига десетки метри. Предпоставка за точността на метода е контрастът в електричните параметри на археологичните обекти и вместващата среда. 
Фиг.7 Радарграма, по която е открит стар викингски път с помощта на 200 MHz-ова антена Предимство при провеждане на георадарни проучвания в археологията е тяхната неразрушителност и възможността за насочващи проучвания по време на разкопките с цел запазване целостта на артефактите. С георадарния метод се локализират структури и основи на сгради, определя се разположението на гробници, разкриват се древни пътища, търсят се пропуснати обекти и дребни (метални и неметални) обекти и др. На Фиг.7 е показана получената с помощта на 200 MHz-ова антена радарграма, по която е открит стар викингски път, потънал в торфено тресавище в Дания. 4.7 Криминалистика Георадарната апаратура намира все по-широко приложение в криминалистиката, където се използва при провеждането на разследвания свързани с търсенето на зарити метални и неметални обекти, определяне нарушения в целостта на почвата, намиране гробове на жертви на насилие и др. 
Фиг.8 Радарграма, получена в резултат на полицейско разследване в южно Онтарио, Канада Антените са средно- до високочестотни. Показаната радарграма е получена в резултат на полицейско разследване в южно Онтарио, Канада. За търсенето на закопани доказателства в предния двор на частен дом е използвана 200 MHz-ова антена. На полученото в реално време изображение на Фиг.8 ясно се виждат – вляво следи от копане, а вдясно хипербола причинена от закопан метален предмет. 4.8 Военно дело Широко приложение намират георадарните методи във военното дело. Разработен първоначално от военните, георадарът се прилага успешно за решаването на редица задачи свързани с разузнаването и търсенето на подземни обекти (бункери, скривалища, противопехотни мини и др. Георадарите използвани за военни цели са с много голяма мощност, като дълбочината им на проникване превишава многократно тази на георадарите на свободния пазар. Търсенето на скрити под земята военни обекти се осъществява с помощта на хеликоптери. 4.9 Гласиология За електромагнитните вълни ледът е почти прозрачен, което прави георадарът идеален за решаването на гласиоложки задачи. Приложението на радиолокационните методи при изследванията на ледниците и полярните проучвания е свързано, с определяне дебелината на ледената покривка, с локализиране на пукнатини и зони на срязване, с изучаване състоянието на вечнозамръзналите области, с определяне плътността на снега, водосъдържанието и др. 
Фиг.9 Проучвания на дебелината и състоянието на леда, покриващ р. Св. Лоренц в Канада, извършени с помощта на георадар, прикрепен на хеликоптер Големите дълбочини на проникване с георадара позволяват прилагането на аерорадиолокационни методи, при които с нискочестотни антени се извършват бързи, мащабни проучвания до дълбочини по-големи от 200 m. В задната част на хеликоптера на Фиг.9 може да се види приспособлението, на което е прикрепена георадарната антена. В конкретния случай с този хеликоптер са извършени георадарни проучвания на дебелината и състоянието на леда покриващ р. Св. Лоренц в Канада. Такива проучвания имат значение при избор на пътища върху ледена покривка с цел безопасност. Каталог: drago -> geophysics -> exam%20materials%202016-2017 drago -> Present simple past simple tense drago -> Search earthquakes‘ в новосъздадената по-горе папка във формат. Csv exam%20materials%202016-2017 -> Как да разпознаваме минералите дефиниция и класификация на минералите exam%20materials%202016-2017 -> Пещери пещера́та exam%20materials%202016-2017 -> I. Земята – произход, форма, състав и строеж 4 часа Произход на Земята. Химичен състав. Форма и размери на Земята. Модел на Земята. Релеф exam%20materials%202016-2017 -> Основни дефиниции в Географските информационни системи (гис). Историческо развитие на гис. Значение на гис в съвременното общество Изтегляне 131.66 Kb. Сподели с приятели:
|
ахранването става с помощта на акумулаторна батерия. В командното устройство на георадара се генерира правоъгълен импулс, който се подава с помощта на кабела към антената предавател (Фиг.1). В предавателната антена всеки правоъгълен импулс се трансформира във високочестотен биполярен импулс, след което се излъчва в земната повърхност. Когато излъченият сигнал прониква в средата той контактува с обекти или пластове с различни специфична електропроводимост и диелектрична константа. На границата между две среди с различни електрични параметри една част от сигнала се отразява (отразена вълна), а останалата част преминава във втората среда. Отразените сигнали достигат до приемната антена, откъдето се изпращат по кабела отново в командното устройство. Там се записва двойният път на времето на разпространение на отразените вълни, след което сигналът се усилва. Георадарното изображение (радарграмата) може да бъде наблюдавано в реално време на дисплея на командното устройство или да се разпечата с помощта на термален принтер. След прехвърлянето на данните с помощта на високоскоростен паралелен или сериен кабел в мощен компютър, полевите данни подлежат на допълнителна обработка.
дължината на излъчената вълна, т.е. търсените обекти трябва да имат размери съответстващи или по-големи от