FÖLDRADAR A PINCÉK ÉS AZ ÜREGEK KUTATÁSÁBAN

(gyakorlati tudnivalók)

 

 

A földradaroknak két fő típusa létezik: a továbbított jel típusa szerint lehetnek impulzus radarok és folyamatos (CW-GPR) radarok – ez utóbbiak nem igazán terjedtek el költségességük és nehezebb kezelhetőségük miatt, pedig teljesítményük nagyobb, mint az előbbieké.

A legszélesebb körben használt rendszer az impulzus radar. Működésekor 1-10 nanoszekundumonként bocsát ki egy-egy jelet (azaz másodpercenként 100-50000 jelet). Az ilyen radar gyártása és használata egyszerűbb és ezáltal olcsóbb is.

                      

Az első és leggyakoribb kérdés, hogy a radar milyen mélyre „lát” a föld alá. A radarhullámok behatolási mélysége több mindentől függ, de legfőképp a készülék tulajdonságaitól illetve a vizsgálandó terület adottságaitól.

 

A készülékparaméterek jellemzői összefoglalóan az alábbiak:

a jeladó teljesítménye, azaz a kisugárzott jel energiája minél nagyobb, a berendezés teljesítménye annál nagyobb
a kibocsátott jel frekvenciája a magasabb frekvencia jobb képfeloldást, azaz részletesebb képet eredményez, azonban a magasabb frekvenciájú hullám sekélyebb mélységbe tud behatolni
a sugárzás impulzussűrűsége a sűrűbb impulzusok részletesebb képet adnak, azonban a túl sok információ az értékeléskor zavaró lehet
a jeladó és vevő antenna távolsága minél nagyobb a két antenna távolsága, annál jobb a kép felbontása, ebben az esetben azonban a kisebb tárgyakat nem észleli a radar (általában a fél hullámhossznál kisebb tárgyakat)

A vizsgálat mélységét befolyásoló másik fontos tényező a talaj minősége.

Száraz talajban, kőzetben lényegesen messzebbre terjednek a hullámok, mint nedves közegben. Egyes vizsgálatok gránittalajban akár 100 méteres mélységet is elértek. Érdekesség viszont, hogy a jégfelület, illetve az erősen megfagyott hó jól vizsgálható radarral, az első földbe hatoló radarvizsgálatokat is az Antarktiszon végezték a kutatók az 1970-es években. 

 

Szinte az összes kereskedelmi földradar-rendszer dipólantennákat használ. A dipólantenna mérete akkor ideális, ha a kisugárzandó jel hullámhosszának megközelítően a fele hosszúságú maga az antenna. Azaz egy 150 MHz-en (2 m-es hullámhosszon) sugárzó radar antennája 1,0 méter, egy 300 MHz-es sugárzó radar antennája 0,5 méter hosszú.

Az antennák (és a dipólantennák is) minden irányban egyforma erőséggel sugározzák a jeleket. Ahhoz, hogy a radar a „lényegre” koncentráljon, irányítani kell a sugárzást. Ezt szolgálja a repülőtéri radarokon, rádiólokátorokon látható ívelt, tányér vagy gömbszelet formájú antenna ernyő.

A dipólantennák esetében úgynevezett többtagú antennát alkalmaznak, amelynek a rádiózásban, adatátvitelben Yagi-antenna a neve. A Yagi-antenna magából a sugárzóból és a mögötte nagyjából 1/5 távolságban elhelyezett, a sugárzóval azonos vagy annál valamivel hosszabb reflektorból és az előtte elhelyezett direktorból áll. Ez az antenna elrendezés közismert, még ma is számos ilyet láthatunk a háztetőkön, a tévéantennák is ilyen kivitelűek.

Azonban fontos tudni, hogy a túlságosan szűk sugárzási szélesség sem célszerű, mert az nehezebb találja meg a tárgyat (úgy, mint a zseblámpa fénye is, ha addig tekerjük a tükröt, amíg csak egy vékony fénysugár lesz).

Ezért a radaroknál általában csak a reflektor, azaz a hátsó elem kerül kialakításra. Ilyen kettős dipólantennával működik az ITT bemutatott szélesbázisú földradar készülék is.

egyszerű dipol iránykarakterisztikája
iránykarakterisztika reflektorral

 

Amint arról szó volt, a különböző frekvenciájú radarhullámok különböző mélységbe hatolnak be, azért más-más célra használhatók.

 

frekvencia
behatolási mélység (cca.)
alkalmazás
1,5 GHz
100 mm
beton- és anyagdiagnosztika
700 MHz
300 mm
épületdiagnosztika
400 MHz
0,3 - 2,0 m
útépítés, geotechnika
300 MHz
7,0 - 7,5 m
közműépítés, archeológia, üregkutatás
100-150 MHz
12,0 m
archeológia, barlangkutatás
25-50 MHz
száraz, kristályos anyagban akár 50-100 m
geológia, geofizika

(A geológiában, geofizikában használatosak a fúrt lyukakban történő földradarmérések is. Ilyenkor két egymás melletti lyukba helyezik el az adó- és a vevőberendezést, és a közöttük fekvő földtömeget világítják át.)

 

A radarkészüléket általában kerekekre szerelik, de van, amelyik kézben hordozható, és van, amelyiket a földön csúsztatva használnak. Ha egy adott terület időbeni változásának regisztrálására van szükség, akkor álló helyzetben használják a radart.

A földradarokat számos célra lehet használni. Ezek közül a leggyakoribbak:

1. Csővezetékek (beleértve a PVC csöveket is), kábelek és más eltemetett tárgyak felkutatása.

2. Az útburkolatok, repülőtéri kifutópályák rétegeinek folyamatos ellenőrzése.

3. A felszín alatti üregek kutatása, feltérképezése

4. Támfalak, bélésfalak mögötti kiüregesedések vizsgálata

5. A betonszerkezetek vizsgálata, betonvasak elhelyezésének vizsgálata.

6. Beton bedolgozási hibák („darázsfészkek”) vizsgálata, korrózió megállapítása

7. Faanyagok korhadásának, gombásodásának feltárása.

8. A talaj, a kőzet vagy feltöltött rétegek földtani meghatározása (geotechnikai vizsgálatok)

9. Alapozási tervek előkészítő munkái

10. Az alapozási talajok és kőzetek előzetes vizsgálata a kivitelezés előtt (csővezetékek, esetleges üregek feltérképezése)

11. Hó- és jégvastagság meghatározása

12. Eltemetett romok feltérképezése

13. Jelöletlen sírok felderítése kriminalisztikai vizsgálatokhoz

14. Fel nem robbant lőszer eltemetett felderítése építési területeken.

15. Földtani veszélyforrások vizsgálata (pl. alápincézettség, lejtőmozgás, löszfalcsúszás)

 

A továbbiakban az üregkutatással kapcsolatos tudnivalókról lesz szó.

A pincék, barlangok kutatására alkalmas a kerekeken guruló és a kézben mozgatott radar is. A csúsztatott radar a mélységi üregeket nehezebb érzékeli, mivel a terep egyenetlensége erősen befolyásolja a képalkotást.

 

Az üreg- és pincekutatásra szolgáló talajradar felmérések előkészítése

Mindenképpen javasolt a vizsgálat előtt egy helyszíni szemle tartása, amelyen megállapításra kerül a vizsgálandó terület tulajdonságai (a terület anyaga, elhelyezkedése, fedettsége, a munkavégzést akadályozó tényezők, a korlátozások stb.). Fontos meghatározni, hogy vannak-e olyan zavaró tényezők a vizsgált területen, melyek a mérés pontosságát befolyásolhatják (pl. vízvezetékek, nagyobb föld alatti tárgyak, vagy például egy fa kiterjedt gyökérzete).

Fontos megvizsgálni, hogy vannak-e a mérési területen olyan objektumok, amelyek a radar működését befolyásolják. Ilyenek lehetnek a hamis visszaverődéseket keltő tárgyak (járművek, fémoszlopok, építmények, esetleg nagyfeszültségű vezetékek).

Tisztázni kell az elvégzendő feladatot, azt, hogy mire irányul a mérés.

Meg kell határozni a vizsgálandó terület nagyságát, mivel ez befolyásolja a mérés időtartamát, és természetesen költségeit is. Fontos, hogy pontosításra kerüljön az, hogy a mérés mire irányul (pl. közműfeltárás, talajállapot vizsgálat, üregkutatás stb.), mert a használandó eszközöket ehhez igazítva kell meghatározni. Az egyes vizsgálandó objektumok más és más behatolási mélységet és frekvenciát igényelnek.

Nélkülözhetetlen a meglévő anyagok felkutatása, áttekintése. Ritkán, de rá lehet bukkani üregkutatás esetében is előzményekre, ekkor ezeket meg kell vizsgálni, be kell azonosítani. Célszerű egy térképre is felvezetni őket az előbbiekben említett, a mérést esetleg zavaró tárgyakkal, objektumokkal együtt. Amennyiben lehetséges, a terepen is célszerű jelölni őket.

A fentiek kulcsfontosságúak a földradar mérés sikeres elvégzéséhez.

 

A mérés végrehajtása.

A mérést indig száraz időben kell végezni, csapadékos időjárásban nem lehet valós eredményeket kapni. Kivétel ez alól, ha kifejezetten a csapadék behatolásának a vizsgálata a cél.

 

A mérés első lépéseként ki kell jelölni a mérési vonalakat, mely függ a mérendő terület nagyságától, a megkívánt pontosságtól, a felderítendő objektum milyenségétől és kiterjedésétől.  A felmérési vonalak távolsága változó a cél típusához, méretéhez és mélységéhez igazodóan. Általában építőmérnöki feladatoknál ez 0,25-1,0 m, üregkutatásnál 2,0 – 2,5 geológiai kutatásoknál 15-20 méter. Empirikus szabályként rögzíthető, hogy a hullámhossz 2,5-szerese az ideális sortávolság.

 

A felmérési vonalak és a sorok elrendezését következő pontok figyelembevételével határozzuk meg:

- a használt frekvencia

- cél meghatározásához szükséges térbeli felbontás.

- az antenna mozgatásának sebessége.

- topográfiai, vegetatív és geológiai körülmények.

- az adatgyűjtéshez rendelkezésre álló idő.

- a felmérés rendelkezésre álló költségvetése.

 

Üregek vizsgálata során lehetőleg az üregre merőlegesen kell kijelölni a mérési vonalakat. Amennyiben nem ismert az üreg kiterjedése, akkor mindenképpen keresztméréseket is kell végezni, amivel lényegében egy területfelmérést hajtunk végre.

 

Amennyiben szükséges, be kell szerezni az illetékes hatóságok engedélyét a méréshez, illetve a területhasználathoz. Ez lehet közlekedési hatóság, az illetékes önkormányzat vagy régészeti területeken az örökségvédelmi hatóság. Természetesen szükséges a terület tulajdonosának engedélye is. Ezek beszerzése rendszerint a megbízó feladata.

 

Természetes talajtakaró esetén – ha szükséges – az akadályozó növényzetet el kell távolítani. Ne feledjük, a radar antennájának a talajhoz legközelebb kell elhelyezkednie.

Durva terepen, nagyobb vagy fontosabb projekteknél a talaj elsimítása földgyaluval vagy dózerrel elvégzendő.

 

A terepi felmérési eljárás

Mérés közben a zavaró tényezőket ki kell kapcsolni, pl. mobiltelefon és URH rádió. Éppen ezért a koordináták megállapításra jómagam nem a mobiltelefont használom, hanem külön precíziós GPS vevőt, amely jelet nem sugároz ki, csak vételi funkcióval rendelkezik.

Szintén zavarják a radarhullámokat a nagyobb fémtárgyak, főként, ha mozgásban vannak. Ezért a mérési vonal, hely környezetében a járművek, munkagépek mozgását meg kell tiltani.

 

A felmérés során célszerűnek tartom a megrendelő jelenlétét és folyamatos tájékoztatását. Be kell neki mutatni a mérési módszert és egyúttal mérés közben tájékoztatni kell a radarkészülék által jeleztt föld alatti anomáliákról.

A mérési vonalak kezdő és befejező pontjait a terepen jelölni kell (szilárd burkolaton felfestéssel, krétával, terepen karózással). Szintén jelölni kell a mérés során megállapított anomáliahelyeket is. Ezen koordinátákról (GPS vagy EOV koordináták) felmérési jegyzőkönyv készül, ez lesz az alapja a kiértékelésnek. Szintén célszerű a zavaró körülmények feljegyzése, hogy később, a kiértékelés során ezeket ki lehessen szűrni.

 

Ha a felmérés során esni kezd, a felmért fel kell függeszteni, mert a berendezésnek is árt, és a mérési eredményeket is meghamisítja a csapadék.

 

A helyszínen már a berendezés monitorján megjelennek a tudnivalók, de azok helyszíni kiértékeléséhez megfelelő rutin szükséges. Az adatokat kritikusan felül kell vizsgálni, hogy nem származnak-e hamis visszaverődésekből.

Bonyolultabb célok, például régészeti romok, üregek meghatározása jelfeldolgozást igényelhet, amit általában már számítógéppel, az irodában végez el a szakember.

Fontos tudnivaló, hogy a radarok által sugárzott rádiófrekvenciás jelek erőssége néhány milliwatt, kisebb, mint a mobiltelefonoké, ezért az egészségre nem jelentenek veszélyt.

Különös gonddal kell eljárni a lejtőkön végzett felmérések során (például lejtőkön) mert a berendezés legördülése balesetet okozhat vagy magában a készülékben tehet kárt.

 

Adatfeldolgozás

Az adatfeldolgozás alapja a felmérési terv és jegyzőkönyv, továbbá a méretarányos helyszínrajz. A tervnek méretarányosan és alakhűen kell ábrázolnia a felmért területet. A terv készülhet ponthalmazokkal vagy vonalas ábrázolással. A végleges anyaghoz mindenképpen célszerű csatolni a koordinátajegyzéket a mérési vonalak adataival és az anomáliák koordinátáival.

A földradar képek 2D-s formátumban jelennek meg. A feldolgozás során el kell távolítani a zavaró zajokat, el kell végezni a jelek erősítését, és a megfelelő, terephez igazítást. A 3D-s feldolgozás külön szoftvert és munkát igényel, a megrendelők a tapasztalat szerint nem szoktak ragaszkodni hozzá.

 

A földradar mérés feldolgozási módjai helyenként és alkalmanként változnak, a használt berendezés típusától és a feldolgozó programtól függően. Néhány tevékenység a feldolgozás során csak címszavakban:

- sávszűrő szűrés, zajok eltávolítása (a nemkívánatos magas vagy alacsony frekvenciájú zaj vagy torzítás eltávolítása)

- szortírozás a jel-tónus javítása érdekében

- a hossz és magassági arányok torzítása a jobb ábrázolhatóság érdekében

- a háttér eltávolítás

- korrekció a helyszíni zavaró körülmények kizárásával

stb.

 

A radarprofilok az alábbi grafikus módon jeleníthetők meg

- nyomkövető hullámalakok (ez a legegyszerűbb megjelenítési mód, de nehéz értelmezni)

- szürke intenzitás, amely alkalmas a talajban lévő szerkezetek azonosítására

- színpaletták, amelyek többet mutatnak, ám bizonyos határ fölött zavaróan sok adat jelenik meg bennük. A színpaletták személyre szabhatók

 

Az adatok elemzése

A föld alatti diszkrét – azaz egymástól független - objektumok jellemzően hiperbolikus reflexióként jelennek meg a képernyőn (a mentett képfájlokban). A hiperbola végei lefelé irányulnak, mint egy fordított "V" alak. Ezzel szemben a felszín alatti rétegek folyamatos hullámvisszaverődésként jelennek meg a képen. Rácsméréseknél megfelelő szoftver segítségével háromdimenziós diagrammként jeleníthetők meg.

Annak érdekében, hogy a felmérés eredményeit megfelelően lehessen értelmezni, fontos a radarmérési adatoknak a helyszínrajzra történő illesztése. Amennyiben szükséges, más jellegű (elektromágneses, magnetométeres, szeizmikus) mérés is végezhető, de általában a földradar mérés kielégítő eredményekhez vezet.

Bizonyos esetekben nehéz lehet egyedileg értelmezni a GPR felmérés eredményeit. Ilyen esetekben a más körülmények terepi megfigyelése segíthet.

 

A jelentés

A radarmérési jelentésnek általában tartalmaznia kell az alábbiakat:

a) a felmérés céljainak áttekintése.

b) az előzményanyagok bemutatása

c) a felhasznált felmérési módszer leírása.

d) az alkalmazott berendezések típusa, beleértve a frekvenciákat is

e) alkalmazott adatfeldolgozási módszerek

f) a felmérés eredményei

g) értelmezés.

h) következtetések és ajánlások


Ha valami érdekel, esetleg segítségre van szükséged:

© Mednyánszky Miklós 2007-2019