Георадар EASYRAD GPR

 Портативный многоцелевой сканирующий георадар –
георадиолокатор подповерхностного зондирования,
для задач инженерной геологии, гидрогеологии, археологии и экологии.

Эксклюзивные функциональные характеристики:

# простота и легкость в использовании прибора при зондировании объектов;
# отображение информации, доступное для понимания пользователю, прошедшему самую минимальную самостоятельную теоретическую подготовку;
# «живое видео» - индикация результатов зондирования в реальном времени на экране монитора;
# возможность дальнейшей обработки сохраненных результатов зондирования в различных графических пакетах и форматах 2D, 3D, video.
# возможность оперативно разнести антенны передатчика и приемника на значительное расстояние для детального обследования глубинных и «затененных» объектов;
# возможность подповерхностного зондирования объектов с борта автомобилей, летательных аппаратов (версия -Pro), на льду и воде;
# возможность анализа электрических характеристик, влажности и скорости распространения радиоволн в слоях грунта с точностью до 10%, что cущественно повышает точность определения глубины залегания границ неоднородностей грунта;
# определение физических характеристик неоднородностей подповерхностной структуры грунта и распределения влажности по глубине с точностью до 15%;
# возможность выделения сигналов, отраженных от слабоконтрастных слоев (уровень грунтовых вод, слой с жидкими нефтепродуктами и др.) на глубинах до 15 (30-50, версия -Pro) метров;
# использование комплексной радиофизической и гидрогеологической информации в виде моделей физических процессов при интерпретации результатов зондирования.

Решаемые инженерно-геологические задачи.

# Неразрушающая диагностика состояния грунта под поверхностью городских территорий, промплощадок и отдельных уникальных сооружений (оценка влажности слоев, обнаружение и картографирование зон распространения верховодок, оценка подтопления, обнаружение пустот и разуплотнений грунта).
# Оценка состояния подповерхностной структуры грунта плотин, дамб, береговых укреплений, набережных (оценка степени увлажнения слоев грунта, степени разуплотнения).
# Контроль состояния дорожных покрытий, грунта и насыпей под железнодорожным полотном;
# Оценка и диагностика подповерхностной структуры и состояния грунта оползней, картографирование их зоны распространения и оценка устойчивости.
# Картографирование зон распространения жидких нефтепродуктов (линз) в результате несанкционированных утечек и аварий под поверхностью промышленных и техногенных районов.
# Картографирование подземных коммуникационных сооружений (прокладки кабелей, трубопроводов, тоннелей);
# Определение состояния фундаментов и строительных конструкций действующих сооружений;
# Обнаружение неоднородностей подповерхностной структуры грунта, связанные с археологическими артефактами;
# Обследование местности во время саперных и поисково-спасательных работ.

Принципы работы георадара.

Прибор относится к классу моноимпульсных георадиолокаторов подповерхностного зондирования (ГРЛПЗ, GPR) категории ультраширокополосных устройств (UWB) и является одним из инструментов для зондирования структуры грунта на глубину нескольких десятков метров с целью обнаружения и определения пространственных границ залегания различного рода подповерхностных неоднородностей (предметов, имеющих отличные от окружающей среды электрические характеристики: диэлектрическую проницаемость и проводимость, например, зоны повышенной влажности, разуплотнения грунта – пустоты, вкрапления менее/более плотного вещества и др.).
Принцип действия ГРЛПЗ основан на зондировании физической среды электромагнитными импульсами амплитудой 1 (5-10, версия -Pro) КВольт длительностью порядка 2-8 наносекунд и регистрации амплитуды и временной задержки отраженных сигналов от границ раздела сред с различной диэлектрической проницаемостью. ГРЛПЗ способен зондировать грунт на глубину до 15 (30-50, версия -Pro) метров.
Зондирующий сигнал, излучаемый антенной ГРЛПЗ, распространяется под поверхность земли, затухая по мере распространения, и, встречая неоднородность, частично отражается в разных направлениях, в том числе и в направлении приемной антенны. Уровень принимаемых сигналов зависит от коэффициента отражения сигнала от подповерхностной неоднородности. Коэффициент отражения зависит от того, насколько электрические параметры неоднородностей отличаются от параметров окружающей среды. Чем больше это отличие, тем больше отраженный сигнал. Часть сигнала проходит дальше и отражается от следующей неоднородности и т.д., до полного затухания сигнала.
В таблице 1.1 представлены электрические характеристики, скорость распространения радиоволн и коэффициент затухания сред, наиболее часто встречаемых на практике.
Расстояние до неоднородности определяется по времени задержки принимаемого сигнала относительно излучаемого.

 ГРЛПЗ может комплектоваться различного типа антеннами для решения различных задач. Простейшими в малобюджетном варианте комплектации являются дипольные антенны.
В качестве излучающей системы для профессионалов разработана специализированная антенна (опция, версия -Pro), обладающая меньшим излучением в верхнее полупространство и пониженными лепестками диаграммы направленности вдоль земной поверхности. В основу антенны положена магнитная щелевая антенна на основе открытой резонаторной структуры. Диаграмма направленности антенны ГРЛПЗ имеет ширину, не превышающую 25 градусов.
Использование указанного типа зондирующего сигнала дало возможность сравнительно легко применять методы, приводящие к выигрышу в соотношении сигнал/помеха и, в конечном итоге, достигать значительно большей глубины зондирования.


Основные параметры ГРЛПЗ:



Мощность, потребляемая прибором, Вт 2,8

Максимальное напряжение зондирующего импульса, В 1000

Частота следования зондирующего импульса, кГц 100

Длительность зондирующего импульса, нс 2-8

Максимальная глубина зондирования, м 24

Разрешающая способность в вертикальном направлении, см <50

Разрешающая способность в горизонтальном направлении, см <10

Точность анализа электрических постоянных и скорости распространения радиоволн в грунте, % 15-20

Точность анализа влажности слоев грунта, % 20-30

Интерфейс персонального компьютера USB

Скорость передачи данных, бит в секунду 115200

Время непрерывной работы от аккумуляторов не менее , час 8

Диапазон рабочих температур прибора, град. Цельсия -10…+50

Габаритные размеры прибора в рабочем состоянии (макс.):
длина, мм 1050±5
ширина, мм 520±5
высота, мм 750±10

Масса прибора без батареи питания, не более, кг 1.5

Метод георадиолокационного зондирования дает возможность:
# анализ электрических постоянных, влажности и скорости распространения радиоволн в слоях грунта;
# адаптации параметров зондирующего (ширины спектра и положение на оси частот) сигнала к типу грунта и глубине мониторинга;
# использовать комплексную радиофизическую и гидрогеологическую информацию при интерпретации результатов мониторинга;
Преимуществами георадиолокационного зондирования, по сравнению со стандартными методами геоэлектроразведки (метод электрокаратажа, частотного и пространственного профилирования и др.), являются:
# более высокая разрешающая способность по всем трем координатам - глубине и в горизонтальной плоскости;
# значительное ослабление сигналов помех, возникающих вследствие воздействий отражений от различных объектов, расположенных на поверхности земли и под ее поверхностью (инженерные коммуникационные сооружения, здания, электропровода и пр.).

Методика проведения зондирования ГРЛПЗ.

Методика проведения зондирования состоит в следующем.
Оператор осуществляет передвижение прибора вдоль поверхности земли по выбранному профилю, исходя из необходимой разрешающей способности в горизонтальном направлении.
В каждой дискретной точке излучается зондирующий сигнал, и принимаются отраженные неоднородностями подповерхностной структуры сигналы, которые обрабатываются и запоминаются в памяти компьютера.
Основной формой представления результатов является построение радиолокационных изображений сечений грунта по профилям движения прибора, в которых по оси ординат откладывается глубина, по оси абсцисс – расстояние в метрах вдоль выбранного профиля.
При построении радиолокационных изображений используются специальные алгоритмы обработки сигналов для вывода результата на монитор.
При выводе изображения на экран монитора степень затемнения и цветовая гамма участков изображения, соответствующих неоднородностям подповерхностной структуры, прямо пропорциональна амплитуде радиолокационных сигналов, отраженных от этих объектов. Так как амплитуда радиолокационных сигналов, отраженных от подповерхностных объектов, пропорциональна коэффициентам отражения от границ этих объектов, а сами коэффициенты отражения определяются степенью отличия физических свойств этих объектов от окружающей среды, то в указанном случае мы можем наблюдать степень отличия наблюдаемых объектов от окружающей среды. Чем больше указанное отличие (чем больше радиолокационные сигналы), тем больше степень различия участков изображения, соответствующих указанным объектам. Таким образом, степень отражающей способности границ подповерхностных объектов (например, границ слоев грунта) представляется цветовой гаммой и затемнениями (чернениями) или цветовой насыщенностью областей рисунка, соответствующих неоднородностям.
Слабо контрастные границы некоторых объектов или слоев в данном случае подавляются отражениями от объектов с сильно выраженными отличиями их физических свойств от окружающей среды.

 На анимационном рис. 1.2 показан механизм формирования в реальном времени радиолокационных изображений сечений грунта на примере небольшого участка профиля, на котором наблюдаются отраженные сигналы от двух трубопроводов.

Преимущества по сравнению с аналогичными георадарами, работающими на принципе импульсного зондирующего сигнала:

# уникально низкая стоимость + гибкие варианты комплектации: от малобюджетного прибора для широкого круга потребителей, до профессионального комплекта, достойного высококвалифицированных специалистов;
# минимальный вес и габариты, обеспечивающие максимальную портативность и проходимость на пересеченной местности;
# уникально минимальное энергопотребление, облегчающее комплект, носимый оператором и увеличивающее время работы без зарядки/замены батарей электропитания;
# простота и легкость в использовании прибора при зондировании объектов;
# отображение информации, доступное для понимания пользователю, прошедшему самую минимальную самостоятельную теоретическую подготовку;
# возможность оперативно разнести антенны передатчика и приемника на значительное расстояние для детального обследования глубинных и «затененных» объектов;
# «живое видео» - индикация результатов зондирования в реальном времени на экране монитора компьютера (в комплекте поставляется программная система EasyRad v.XX для визуализации и обработки радарной информации);
# возможность дальнейшей обработки сохраненных результатов зондирования в различных графических пакетах и форматах 2D, 3D, video.
# возможность подповерхностного зондирования объектов с борта автомобилей, летательных аппаратов (версия -Pro), на льду и воде;
# возможность анализа электрических характеристик, влажности и скорости распространения радиоволн в слоях грунта (версия -Pro);
# возможность адаптации параметров зондирующего сигнала (ширины спектра и положение на оси частот) к типу грунта и глубине мониторинга;
# повышенная точность анализа границ слоев грунта и объектов по сравнению с классическими (импульсными) радиолокаторами подповерхностного зондирования за счет компенсации искажений сигналов, вызванных дисперсионными свойствами среды (версия -Pro);
# возможность выделения сигналов, отраженных от слабоконтрастных слоев (уровень грунтовых вод, слой с нефтепродуктом) на глубинах до 15-20м (30-50 м версия –Pro);
# использование комплексной радиофизической и гидрогеологической информации при интерпретации результатов мониторинга.

Комплектность поставки.

Базовый комплект георадара EASYRAD GPR - это минимальный набор оборудования, комплектующих и программного обеспечения для осуществления зондирования и обработки результатов.
В базовый комплект поставки прибора входит:
- георадар EASYRAD GPR (модуль Tx, модуль Rx, антенна Tx, антенна Rx, штанга-ручка);
- кабель для подключения георадара к компьютеру;
- документация;
- базовый набор программного обеспечения (EasyRad x.xx, драйверы интерфейса RS232/USB, обучающая программа Demo_rus и др.).


Дополнительно к базовому комплекту могут поставляться:
- блок аккумуляторов питания георадара;
- зарядное устройство аккумуляторов питания георадара;
- кабель для подключения к зарядному устройству;
- персональный компьютер с кейсом для ношения при зондировании с предустановленным программным обеспечением.


Требования к персональному компьютеру (ПК).
Для эксплуатации с георадаром EASYRAD GPR необходим ПК (например, notebook) с операционной системой Windows 98 и выше, ОЗУ не менее 64 MB, не менее 100 MB свободного места на жестком диске для хранения получаемых данных, последовательным портом USB.
Для нормальной работы в жестких условиях вне помещений рекомендуется использовать так называемые «защищенные» ноутбуки. Главная особенность защищенных ноутбуков – способность устойчиво работать и сохранять данные при эксплуатации в полевых и экстремальных условиях. В холод и жару, под дождем и снегом такой ПК обеспечит стойкость к внешним воздействиям и настоящую мобильность, что безусловно важно для эксплуатации в полевых условиях.

Опционально могут поставляться дополнительные аксессуары, расширяющие возможности работы георадара EASYRAD GPR. Например, различного типа антенны для решения различных задач.

Что нужно помнить при работе с георадаром и любым другим оборудованием для подповерхностного зондирования.

# Реальные условия работы могут сильно отличаться от идеальных (модельных на полигонах), на которых тестируется, проверяется и демонстриуется работа прибора.
# Результаты анализа могут изменяться в зависимости от различных факторов: типа грунта на разных глубинах, замусоренности местности, погодных условий и электромагнитной обстановки.
# Запись сигналов содержит большое количество информации.
# Правильная интерпретация данных зондирования во многих случаях является результатом опыта. Но даже эксперты в области геоинформационных систем и технологий могут ошибаться в конечной интерпретации.
# Интерпретация результатов обследования зависит от контекста (одно и то же изображение можно интерпретировать по-разному, в зависимости от места, среды обследования…)