Georadar
Bakkepenetrerende radar (GPR, fra engelsk ground penetrating radar) eller georadar, er en geofysisk ikke-destruktiv metode som benytter seg av elektromagnetisk stråling og radarteknologi til å oppdage objekter og grenseflater under jordoverflaten eller bak ugjennomsiktige strukturer ved å sende høyfrekvente radiobølger (UHF/VHF) ned i bakken.
Teknologi rediger
En sammenlignbar og mer allment kjent teknologi er ekkolodd. Forskjellen ligger i at georadar, i motsetning til ekkolodd som nytter lydbølger, benytter radiobølger. Begge teknologiene benytter således tilsvarende prinsipp for måling av refleksjon av utstrålt effekt.
Når radiobølgene som georadaren sender ut treffer et objekt/grenseflate som er begravet under bakken, fanger mottakerantennen opp differansen eller variasjoner i det reflekterte signalet. Disse variasjonene kan skyldes refleksjoner fra metalliske eller ikke-metalliske gjenstander, mellom løst og fast materiale, eller endringer i sammensetningen av jordlagene, eksempelvis fra organisk til ikke-organisk materiale. Et eksempel på dette kan være fra treverk til sand. Hvordan disse radiobølgene reflekteres er avhengig av den den dielektriske konstanten til materialet. Den dielektriske konstanten, bedre kjent som permittivitet, er et uttrykk som beskriver et materials evne til å polarisere seg, eller lagre elektrisk energi, i et elektrisk felt [1]. Den representerer forholdet mellom det elektriske feltet som påføres materialet, og det resulterende elektriske forskyvningsfeltet som oppstår inne i materialet. Permittiviteten varierer mellom forskjellige materialer og kan påvirkes av faktorer som temperatur, fuktighet og frekvensen av det påførte elektriske feltet [2]. Vann er et eksempel på noe som har svært høy permittivitet, mens metaller har stort sett meget lav permittivitet. Materialer som eksempelvis keramikk, leire, glass, betong, jord, stein, sand og plast har ulik permittivitet.
Når elektromagnetiske bølger passerer gjennom et materiale, vil de oppleve endringer i hastigheten og retningen avhengig av permittiviteten og ledeevnen til materialet. Dette fører til refleksjoner og refraksjoner av bølgene når de krysser grensesnittet mellom ulike materialer. Georadar kan ved hjelp av signalprosessering analysere disse signalene og identifisere og kartlegge ulike underjordiske strukturer og egenskaper, herunder tykkelsen til ulike lag.
Permittiviteten til et materiale påvirker også penetrasjonsdybden til georadarsignalene. Materialer med høy permittivitet, som vann eller keramikk, kan absorbere og dempe elektromagnetiske bølger raskt, noe som begrenser penetrasjonsdybden. Materialer med lav permittivitet, som stein eller sand, tillater at signalene trenger dypere inn før de reflekteres tilbake. Valg av frekvens kan til dels motvirke/dempe effekten/virkningen av permittiviteten. For eksempel kan lav permittivitet være gunstig når man forsøker å finne arkeologiske strukturer eller underjordiske objekter, mens høy permittivitet kan være mer gunstig når man ønsker å oppdage grunnvann eller fuktighet i jorden.
Samlet sett kan en si at valg av frekvens påvirker oppløsning og penetrasjonsdybde, og frekvensvalget i kombinasjon med undergrunnens sammensetning, fuktighet og temperatur avgjør til slutt kvaliteten på resultatet (detaljnivået på radarprofilen).
-
En radarprofil utgjør et digitalt, vertikalt snitt gjennom jordsmonnet -
-
Systemprosessering bidrar til å gjøre analysen enklere -
Radarprofilene kan omgjøres til dybdeskiver som viser horisontale snitt gjennom jordsmonnet
Typer og bruksområder rediger
Georadarsystemer består typisk av tre hovedkomponenter: en sender, en mottaker og en kontrollenhet. Georadar kan i tillegg monteres på mange ulike plattformer og kommer i alt fra håndholdte til kjøretøysmonterte til luftbårne utgaver. Systemet har mange bruksområder, stort sett innenfor forskning. Et godt eksempel, der det trolig er mest brukt, er innen arkeologisk geofysikk for å kartlegge arkeologiske strukturer under bakken. Et annet bruksområde er innen miljøovervåking hvor det kan bidra til kartlegging av forurensede områder, kontroll av avfallslag og overvåking av grunnvannsnivåer [3] [4]. Et annet miljøaspekt georadar kan nyttes til er undersøkelser av permafrostområder for å studere isinnhold, permafrosttykkelse og forstå prosesser knyttet til klimaendringer [5] [6]. Inspeksjon, kartlegging av materialintegritet og kontroll av skader på veier, broer og annen infrastruktur er også et kjent bruksområde [7] [8]. Georadar kan i tillegg benyttes innenfor søk- og redningsoperasjoner for å lokalisere savnede personer eller skjulte strukturer under ras, skred eller ulykker [9] [10] [11] [12]. Denne typen radar har også vært brukt innen militære og humanitære operasjoner for å detektere miner, improviserte bomber (IED, fra engelsk improvised explosive device) og blindgjengere (UXO, fra engelsk unexploded ordnance) [13] [14]. Eksemplene over bruksområder er på ingen måte uttømmende.
-
Håndholdt system spesielt utviklet for å detektere landminer og andre eksplosive innretninger -
Enkeltkanalsystem -
Kjøretøysmontert, flerkanalsystem -
Kjøretøysmontert system som benyttes i en militær veiklareringsoperasjon
.jpg)
Referanser rediger
- ^ Skaar, Johannes (24. januar 2023). «permittivitet». Store norske leksikon (norsk). Besøkt 31. mai 2023.
- ^ Daniels, David J. (20. august 2004). Ground Penetrating Radar (engelsk). IET. ISBN 978-0-86341-360-5.
- ^ Daniels, David J. (20. august 2004). Ground Penetrating Radar (engelsk). IET. ISBN 978-0-86341-360-5.
- ^ Essam, Dina; Ahmed, Mohamed; Abouelmagd, Abdou; Soliman, Farouk (10. februar 2020). «Monitoring temporal variations in groundwater levels in urban areas using ground penetrating radar». Science of The Total Environment (engelsk). 703: 134986. ISSN 0048-9697. doi:10.1016/j.scitotenv.2019.134986. Besøkt 31. mai 2023.
- ^ Brandt, Ola; Langley, Kirsty; Kohler, Jack; Hamran, Svein-Erik (30. november 2007). «Detection of buried ice and sediment layers in permafrost using multi-frequency Ground Penetrating Radar: A case examination on Svalbard». Remote Sensing of Environment. 2 (engelsk). 111: 212–227. ISSN 0034-4257. doi:10.1016/j.rse.2007.03.025. Besøkt 31. mai 2023.
- ^ Kneisel, Christof; Hauck, Christian; Fortier, Richard; Moorman, Brian (april 2008). «Advances in geophysical methods for permafrost investigations». Permafrost and Periglacial Processes. 2 (engelsk). 19: 157–178. doi:10.1002/ppp.616. Besøkt 31. mai 2023.
- ^ Solla, Mercedes; Pérez-Gracia, Vega; Fontul, Simona (januar 2021). «A Review of GPR Application on Transport Infrastructures: Troubleshooting and Best Practices». Remote Sensing. 4 (engelsk). 13: 672. ISSN 2072-4292. doi:10.3390/rs13040672. Besøkt 31. mai 2023.
- ^ Rasol, Mezgeen; Pais, Jorge C.; Pérez-Gracia, Vega; Solla, Mercedes; Fernandes, Francisco M.; Fontul, Simona; Ayala-Cabrera, David; Schmidt, Franziska; Assadollahi, Hossein (21. mars 2022). «GPR monitoring for road transport infrastructure: A systematic review and machine learning insights». Construction and Building Materials (engelsk). 324: 126686. ISSN 0950-0618. doi:10.1016/j.conbuildmat.2022.126686. Besøkt 31. mai 2023.
- ^ Hu, Da; Li, Shuai; Chen, Junjie; Kamat, Vineet R. (1. oktober 2019). «Detecting, locating, and characterizing voids in disaster rubble for search and rescue». Advanced Engineering Informatics (engelsk). 42: 100974. ISSN 1474-0346. doi:10.1016/j.aei.2019.100974. Besøkt 31. mai 2023.
- ^ Chen, Junjie; Li, Shuai; Liu, Donghai; Li, Xueping (januar 2020). «AiRobSim: Simulating a Multisensor Aerial Robot for Urban Search and Rescue Operation and Training». Sensors. 18 (engelsk). 20: 5223. ISSN 1424-8220. PMC 7571234
. PMID 32933186. doi:10.3390/s20185223. Besøkt 31. mai 2023.
- ^ Joret, Ariffuddin; Ahmed, Sajjad; Katiran, Norshidah; Sulong, Muhammad Suhaimi (7. juni 2022). «Human Detection Techniques for Search and Rescue of Trapped Victims Under Debris: A Review». Evolution of Information, Communication and Computing System (engelsk): 54–65. Besøkt 31. mai 2023.
- ^ Hu, Da; Chen, Long; Du, Jing; Cai, Jiannan; Li, Shuai (september 2022). «Seeing through Disaster Rubble in 3D with Ground-Penetrating Radar and Interactive Augmented Reality for Urban Search and Rescue». Journal of Computing in Civil Engineering. 5 (engelsk). 36: 04022021. ISSN 0887-3801. doi:10.1061/(ASCE)CP.1943-5487.0001038. Besøkt 31. mai 2023.
- ^ Daniels, David J. (2009). Byrnes, Jim, red. «Ground Penetrating Radar for Buried Landmine and IED Detection». Unexploded Ordnance Detection and Mitigation (engelsk). Springer Netherlands: 89–111. ISBN 978-1-4020-9253-4. doi:10.1007/978-1-4020-9253-4_4. Besøkt 31. mai 2023.
- ^ Garcia-Fernandez, Maria; Lopez, Yuri Alvarez; Andres, Fernando Las-Heras (2020). «Airborne Multi-Channel Ground Penetrating Radar for Improvised Explosive Devices and Landmine Detection». IEEE Access. 8: 165927–165943. ISSN 2169-3536. doi:10.1109/ACCESS.2020.3022624. Besøkt 31. mai 2023.
