Георадар что это такое
Что такое георадар и каков его принцип действия
Для проведения георадиолокационного исследования используется специальный прибор – георадар, представляющий из себя электронное устройство. При использовании георадара ученые имеют возможность получить непрерывный разрез той среды, которая подлежит изучению. Глубина действия устройства достигает 20 метров, оно оснащено флэш-памятью, на которую и записываются данные измерений, что дает возможность в дальнейшем проводить детальный анализ данных с помощью специализированного программного обеспечения.
Принцип действия прибора полностью основывается на радиолокации, что следует уже из названия устройства: это излучение и последующая фиксация отраженных от изучаемой поверхности электромагнитных сигналов. Источником импульса является сам георадар, и при помощи излучателя, или антенны, он направляется в сторону изучаемой поверхности. Эта поверхность может быть любым материалом: бетоном, металлом, грунтом, кирпичом и т.д. Изучаемая среда также может быть неоднородной, что прибор тоже зафиксирует. С помощью георадара имеется возможность исследовать различные пустоты и вкрапления в один материал другого.
Георадиолокация – это неразрушающий метод исследования. Его использование во многих случаях может намного снизить затраты на исследования. Например, с помощью георадара поиск подземных кабелей значительно упрощается, особенно с учетом того, что на многих предприятиях документация, относящаяся к проложенным на их территории трубопроводам и кабельным лоткам, утеряна.
Чаще всего при проведении георадиолокационных исследований блок излучателей георадара перемещается по поверхности изучаемой среды. Излучение импульса и его последующий прием осуществляется через определенное расстояние, которое получило название «шаг зондирования». Минимальное значение шага лежит в пределах нескольких миллиметров.
После того, как антенны зафиксируют отраженный сигнал, он направляется в устройство регистрации информации, чаще всего приемником выступает ноутбук, или любой другой носитель информация. Запись данных производится в файл. После компьютерной обработки массива данных инженер-диагност получает разрез среды. Другое название этого разреза – георадиолокационный профиль.
Самым распространенным форматом этого профиля является радиограмма, которая представляет собой ряд глубин отраженного сигнала. Другое название радиограммы – волновая картина.
Преимущества георадара
В последнее время особой популярностью стало пользоваться проведение георадиолокационной экспертизы. Этот метод исследования характеристик изучаемой среды считается самым многообещающим и информативным. Прибор с успехом может использоваться и в геофизических исследованиях.
В качестве несомненных преимуществ георадара можно отметить его высокую разрешающую способность по сравнению с аналогами, его помехоустойчивость к различным искажающим сигналам, скорость и экономичность проведения исследований. Все эти свойства устройства делают его весьма привлекательным для руководителей предприятий различных отраслей.
Проведя с помощью георадара комплексную георадиолокационную экспертизу территории, можно получить достоверную информацию о свойствах грунтов, их составе, о наличии опасных пустот под зданиями или вблизи от них и многое другое.
Георадар может выявить трещины в монолитных бетонных изделиях, что особенно важно для сейсмоопасных территорий.
Доля проведения георадиолокационных исследований не требуется наличие больших производственных площадей, поскольку прибор отличается компактными размерами. Это позволяет проводить исследования в стесненных условиях, например, в подвалах.
Применение георадара значительно удешевляет проведение буровых работ, поскольку позволяет составить представление о подстилающих слоях грунта и его структуре. Область возможных точек бурения значительно снижается, что оказывает существенный экономический эффект.
Область применения георадара очень широка, но условно ее можно разделить на две группы, для каждой из которых характерны свои методы обработки информации.
1. Гидрологические и гидрогеологические работы:
2. Поиск отдельных предметов и инженерных сооружений в форс-мажорных ситуациях:
Как работает георадар
Принцип действия георадара
Как работает георадар
С помощью георадара проводят неразрушающие обследования
Суть метода, используемое оборудование
Георадарный профиль. По нему специалист может определить, через какие среды проходила волна
Работа с георадаром, область применения
Георадар может работать в различных режимах – вести непрерывное зондирование, активироваться только при перемещении, постоянно сохранять радарограмму или просто выводить ее на экран компьютера. Выбор того или иного режима зависит от поставленной задачи и особенностей исследуемой среды. Так, например, при поиске утечек, инженерных сетей и коммуникаций удобнее наблюдать радарограмму в режиме реального времени. Для построения геологического разреза строительной площади необходимо камеральная обработка данных, поэтому данные георадиолокационного обследования необходимо сохранить на цифровом носителе.
При решении задач подповерхностного зондирования данные радарограммы важно привязать к плану местности, карте, проектным чертежам. У георадар имеется дополнительное оборудование для позиционирования (GPS-приемник, измеритель пути, датчик движения), но сам процесс зондирования объекта также должен проводиться с максимальной точностью. Чтобы обеспечить необходимую точность при сканировании земельного участка, его размечают линиями или сеткой (в зависимости от разрешения зондирования и площади территории), по которой производят пешие проходы. При обследовании фундаментов, стен, колонн, перегородок, кровельных и иных конструкций используются специальные разметочные коврики и лазерный указатель.
Георадарное зондирование автомобильной дороги
Перед началом работ георадар необходимо собрать и последовательно включить все блоки. После самодиагностики прибор будет сигнализировать световыми индикаторами и специальными звуками. После включения георадара необходимо запустить программное обеспечение и провести все необходимые настройки и калибровку прибора. На этом этапе оператор задает разрешение (количество точек по глубине), количество трасс, режим сканирования, а также активирует (при необходимости) GPS-модуль, корректирует иные параметры.
Далее производятся проходы, либо георадар перемещается транспортом. После завершения прохода или достижения конечной точки следования необходимо сохранить данные на накопитель, так как во время зондирования все данные сохраняются в памяти компьютера. По завершении работы с прибором необходимо выйти из программного обеспечения, выключить компьютер, отключить все блоки и батарею питания, после чего разобрать георадар и упаковать в транспортные сумки все его компоненты. Детальная обработка данных производится в камеральных условиях, после чего составляется итоговый отчет.
При решении различных задач подповерхностного зондирования важно учитывать такой параметр как разрешающая способность. Ее обеспечивают сменные антенные блоки – высокочастотные способны сканировать верхние разделы среды в высоком качестве, низкочастотные позволяют увеличить глубину зондирования до 25 метров и более.
Применение георадара
Как это работает
Применение георадара
Неразрушающие методы исследования сред
Неразрушающие методы обследования различных сред применяются практически во всех областях. В медицине используется ультразвуковое исследование (УЗИ) для диагностирования различных заболевание, обнаружения опухолей, новообразований. Этот же метод активно применяется в производстве металлоконструкций для контроля качества сварных швов в ответственных конструкциях.
В геологоразведке имеется целое направление прикладных дисциплин – разведочная геофизика, это различные технологии изучения строения Земли при помощи физических методов. К ним относятся гравиметрия, сейсморазведка, скважинный каротаж, термометрия и прочее. Основными проблемами неразрушающих методов являются узкая специализация, масштабность и сложность интерпретации данных. Это ограничивает сферу применения геофизических методов – они чаще всего используются при разведке полезных ископаемых, но в строительстве, инженерных изысканиях и прочих сферах их применение в большинстве случаев является невозможным или экономически нецелесообразным.
Геофизики обследуют фундамент жилого дома
Но так было до появления современных георадаров – это специализированные комплексы для подповерхностного зондирования грунтов и различных сред, в том числе неоднородных. По принципу действия георадар схож с радиолокационными станциями, которые используются для сканирования воздушного пространства и обнаружения самолетов, а также прочих летающих объектов. Но в отличие от последних георадар работает не с короткими волнами (сантиметрового или миллиметрового диапазона), а со сверхширокополосными электромагнитными импульсами метрового и дециметрового диапазона. Эти сигналы способны пронизывать различные среды, в том числе обладающие высокой диэлектрической проницаемостью. Как и радиолокационная станция георадар обладает излучателями сигналов и принимающими антеннами. Для удобства пользования у георадара пары антенн объединены в отдельные блоки, работающие в различных диапазонах частот. Меняя эти блоки, оператор может увеличить глубину зондирования, либо повысить качество сканирования верхних разделов изучаемой области.
Радарограмма во время подповерхностного зондирования сохраняется на цифровом накопителе, так же ее можно наблюдать на экране регистрирующего устройства в режиме реального времени. По окончании работ радарограмма более детально исследуется в камеральных условиях, после чего составляется официальный отчет. Этот документ может использоваться как исходные данные для проектирования или разработки обоснования инвестиций, в судебных спорах, в качестве основания для принятия решений о технической возможности и экономической целесообразности строительства искусственного сооружения в заданной местности, либо разработки карьера с полезными ископаемыми (строительными материалами).
Георадар что это такое
Принцип работы и использование георадара
На протяжения долгого времени человеку было всегда интересно, что и как происходит на земле и в её недрах. Нас интересует, что и где, а главное как лежит, даже если не мы туда положили. Для удовлетворения этих потребностей производятся специальная техника и приборы. На сегодняшний день существует множества приборов для изучения, поиска, исследования земной поверхности и её недр. Также разрабатываются приборы для обеспечения безопасности жизни деятельности человека. Таким приборам является «АБ-400» создан на основе георадара.
Так что же представляет собой георадар?
Георадар — это прибор радиолокационного зондирования (GPR), для подповерхностных исследований направленных на получение детальной информации об объекте в реальном режиме времени. Работа георадара основана на явлении отражения высокочастотного электромагнитного сигнала от границ объектов с отличными от среды их нахождения электрическими характеристиками.
Георадар является уникальным геофизическим прибором, ведь георадар позволяет подготовленному оператору «видеть» сквозь камень, землю и воду. Практически не существует такой среды, которая могла бы скрыть от георадара свои тайны: пустоты и инородные тела, изменения плотности и структуры, скрытые внутренние конструкции, вообще практически любые аномалии – всё это для георадара страницы открытой книги. Границы успешного использования георадара огромны:
— геология и добыча полезных ископаемых;
— экспертиза и строительство автомобильных дорог;
— экспертиза железобетонных сооружений и трубопроводов;
— исторические и археологические исследования;
— поиск, картографирование и исследование подземных коммуникаций;
— исследование и ремонт мостов;
— проведение экологической оценки почв и сооружений;
— поиск грунтовых вод и подземных резервуаров;
— исследования водоёмов, изучение характеристик снежных и ледовых покровов;
— экспертиза железнодорожных путей;
— горизонтальное направленное бурение – и это далеко не полный спектр для применения георадара.
Основные преимущества георадара над другими методами:
Что такое георадар и принцип его действия
Георадиолокационное (георадарное) обследование производится при помощи специального инструмента – георадара, который представляет собой электронный прибор. С помощью георадара исследователи получают непрерывный разрез той среды, в которой производится диагностика. Глубина исследования при этом может достигать 20 метров. Запись данных экспертизы осуществляется в файл, что позволяет в дальнейшем проводить изучение и документирование материала при помощи компьютерного оборудования.
Принцип действия георадара целиком и полностью основывается на радиолокации: излучение и фиксация отраженных электромагнитных импульсов. Импульс производится самим прибором и при помощи излучателя (антенны) направляется в изучаемую среду. Средой может быть любой материал: бетон, грунт, кирпичная стена и пр. Среда может иметь неоднородную структуру, что и отражает прибор. На основании таких исследований выявляются различные пустоты и вкрапления других материалов.
Георадиолокация — неразрушающий метод исследования и контроля. Применение его может значительно сократить затраты. К примеру, поиск кабельных трасс под землей при помощи георадара значительно упрощается, а если учесть тот факт, что на многих действующих ныне заводах нет документации о проложенных когда-то трубопроводах и кабельных лотках, то эффект от использования георадара значительно возрастает.
Как правило, при георадиолокационном исследовании блок антенн георадара перемещается по поверхности среды. Излучение и прием отраженных средой сигналов происходит через определенное расстояние. Эта дистанция носит название «шаг зондирования». Минимальное значение шага может измеряться всего несколькими миллиметрами.
После того, как антеннами будет принят отраженный сигнал, он поступает на устройство регистрации информации; как правило, в качестве регистратора используется ноутбук. На данном устройстве производится запись полученных данных в файл. После анализа записанной информации и ее структурирования инженер-диагност компании, проводящей георадиолокационную экспертизу, получает «разрез исследуемой среды». Другое название данного разреза – георадиолокационный профиль.
Чаще всего такого рода профиль выполнен в виде радиограммы. Радиограмма представляет собой массив глубин отраженных сигналов. Еще одно название радиограммы – волновая картина.
В последнее время стало очень популярно проведение георадиолокационной экспертизы. Такой метод диагностики является самым многообещающим способом определения характеристик исследуемой среды. Это перспективное направление развития в области геофизических исследований. Преимущества георадара и георадиолокационного способа диагностики
Область применения георадара весьма широка, но ее можно условно подразделить на две группы мероприятий. Каждой из таких групп характерны свои методики и способы обработки информации:
Обследование карьеров и геологические изыскания
Как вы уже могли услышать или прочитать, георадар — это прибор, который обеспечивает быстрое и детальное сканирование грунта. Высокая мобильность георадара в сочетании с возможностью проведения неразрушающего сканирования грунта (без контрольного бурения) с высокой детализацией делают георадар уникальным среди другого оборудования, используемого в геофизике. Благодаря полученным данным, появляется возможность принять правильное решение при проведение работ, в результате чего инженерные изыскания становятся менее затратной. При георадарных исследованиях существует возможность отобразить результаты проведенного сканирования грунта в виде 3D-модели изучаемой среды.
Благодаря георадарным исследованиям стало возможно построение геологических разрезов, поиск и разведка запасов месторождений полезных ископаемых, определение положения уровня грунтовых вод, толщины льда, глубины и профиля дна водоёмов, положения карстовых воронок и пустот, гляциологические исследования – вот далеко не полный перечень тех задач, которые геология решает с помощью сканирования грунта георадаром. Но ряд задач геология решает только георадаром. Например, проведение картирования геологических структур, то есть определение контактов горных пород с различной диэлектрической проницаемостью возможно только с использованием георадара.
При инженерно-геологических изысканиях используются возможности георадара по сканированию грунта при исследованиях в области инженерной геологии, гидрогеологии и геокриологии; инженерно-геологических изысканиях для строительства; определения уровня грунтовых вод, зон повышенной обводненности; выявления участков развития опасных геологических процессов (карста, оползания и др.).
Применение георадара при обследовании и оценке карьеров позволяет сэкономить большие средства, поскольку разработка грунта при добыче полезных ископаемых может вестись благодаря георадару непрерывно, с максимизацией полезной выработки, так как георадар обеспечивает четкое определение границ между разными породами и минералами.
Поиск скрытых объектов
Современные георадары просвечивают грунт на глубину до 100 метров. Искомый объект должен быть сопоставим по своим размером с глубиной залегания, а также должен быть контрастен по своим свойствам с окружающей средой.
Как правило в георадиолокации используются частоты сигналов от 50 до 1500 МГц, благодаря этому расширяются возможности поиска скрытых объектов как в конструкциях так и в грунтах на самых больших глубинах.
Как показывает практика, при различных условиях окружающей среды георадар позволяет обнаружить:
Основное достоинство георадара по сравнению с другими используемыми в геофизике приборами — его универсальность, которая позволяет использовать георадар не только непосредственно в геофизике, для решения её различных задач. Георадар используется в геологии, строительстве, экологии, археологии, и многих других сферах деятельности, другими словами везде, где требуется осуществить эффективный поиск скрытых объектов.
Использование георадара в поисковых работах имеет огромный потенциал, что сегодня позволяет геофизике успешно выполнять поиск георадаром скрытых объектов в самых сложных для этого ситуациях.
Обследование строительных конструкций и фундаментов
Когда появился прибор — георадар, стало ясно, какого помошника получила в связи с этим строительная отрасль а особенно железобетонное строительство. Георадар, использующий неразрушающий метод подповерхностного зондирования является незаменимым прибором для обследования внутреннего состояния железобетона. Георадар не нарушает при этом общей целостности конструкций. При работе с железобетоном георадаром определяется качество и внутреннее состояние бетонных конструкций (мостов, зданий, фундаментов, свай и др.).
Благодаря георадарным обследованиям появилась возможность исследования эксплуатационных характеристик строительных конструкций. Георадар сканирует внутреннее строение и определяет деформационное состояние зданий и инженерных конструкций. Также с помощью георадара определяются геометрические и физические параметры подземных частей фундаментов строений, оснований и свай.
При проведении обследования железобетонных конструкций и сооружений георадар производит общее сканирование, определяет места нахождения арматуры, инженерных сетей, закладных, толщины ж/б плит, наличие полостей и пустот, наличие/отсутствие гидроизоляции (особенно георадар помогает в тех случаях когда нужно обследовать ж/б конструкцию не нарушив защитного слоя). Также георадар используется в строительстве для контроля качества и обнаружения объектов в конструкциях перед сверлением или бурением. Георадиолокационное обследование позволяет заранее обнаружить инженерные сети и потому исключить возможность их повреждения и последующего дорогостоящего ремонта.
Обнаружение и обследование коммуникаций
На сегодняшний день, обнаружение скрытых коммуникаций (кабелей, трубопроводов, коллекторов, баков, резервуаров, септиков и т.д.) в городских условиях георадаром приобретает большую популярность. Объясняется это тем, что часто имеющиеся в наличии схемы и планы коммуникаций имеют значительные расхождения с действительностью, а иногда попросту отсутствуют. В этом случае, работать без предварительного георадарного обследования территории крайне не желательно, георадар даёт возможность избегать неизбежных аварий.
Повышенный спрос на георадарные исследования для поиска коммуникаций обычно исходит от организаций, занимающихся бестраншейной прокладкой подземных коммуникаций в условиях города (горизонтально-направленное бурение). Полученная с помощью георадара информация о наличии и положении в плане и по глубине подземных коммуникаций на осях горизонтального бурения обеспечивают безаварийную работу, выполненную в кратчайшие сроки и с минимальными затратами.
Коммунальными и ремонтными службами георадар используется для определения местоположения и глубины залегания скрытых коммуникаций, обследования участков местности перед проведением земляных работ, а также для обнаружения мест прорывов в трубопроводах. Использование георадара позволяет вести успешный поиск мест утечки жидкости из подземных и скрытых в стенах трубопроводов.
Благодаря георадарному зондированию возможен поиск даже наиболее сложных для обнаружения пластиковых, бетонных и других неметаллических труб. В отличие от георадара металлоискатели и трассоискатели здесь бессильны.
Экспертиза автомобильных дорог
Для качественного производства ремонтных работ, как правило, требуется предварительное обследование. Обычно это контрольное бурение, отбор проб грунта и статические нагрузки. Но все эти методики довольно дорогостоящи, а самое главное не дают целостной картины состояния дорожного покрытия и подстилающих его грунтов. А главное само по себе применение этих методов ослабляет дорожное покрытие. Поэтому в условиях, когда средства, выделяемые на оценку состояния дорожного покрытия, ограничены в размерах, на первое место выходит экономичность методик диагностирования. И в этой связи особую актуальность и рациональность приобретает георадарное обследование.
По характеристикам полученного георадиолокационного профиля (разреза дорожного пирога) оператор георадара делает выводы о толщине слоев различной плотности, наличие в них пустот, переувлажнений, т.е. о состоянии дорожного покрытия. В процессе интерпретации георадиолокационных профилей можно выявлять наличие, а также прогнозировать появление и распространение опасных физико-химических процессов (суффозии, карсты), зон просадок и разуплотнения грунтов, зон размытия грунтов, инфильтрации грунтовых вод и т.д.
Георадиолокационный профиль, выполненный по участку автомобильной дороги, для определения причин разрушения и просадок дорожного полотна, для определения толщин конструктивных слоев.
Для определения мощности и количества и качества слоев дорожной одежды, а также проведении комплексного исследования конструкции дорожного полотна, в нашей компании используются георадары, имеющие различные типы антенн с разными частотными диапазонами (400 – 1700МГц). Для определения границ и состояния асфальта и а/б – применяются высокочастотные антенные блоки георадара (1000, 1700МГц); для определения толщины слоев основания полотна дороги используются антенные блоки с низким частотным диапазоном (150 – 250МГц).
В результате комплексной неразрушающей георадарной экспертизы автомобильных и железных дорог можно быстро, экономично и надежно получать самые точные данные о состоянии дорожного покрытия, количестве и качестве использованных материалов, прогнозировать места разрушений и многое другое.
Обнаружение мест утечек жидкости
Коммунальными и ремонтными службами георадар используется для определения местоположения и глубины залегания скрытых коммуникаций, обследования участков местности перед проведением земляных работ, а также для обнаружения мест прорывов в трубопроводах.
Благодаря георадарному зондированию возможен поиск даже наиболее сложных для обнаружения пластиковых, бетонных и других неметаллических труб.
Использование георадара позволяет вести успешный поиск мест утечки жидкости из подземных трубопроводов, скрытых систем водоснабжения, отопления, канализации. С помощью георадара возможно обнаружить влажные и обводненные участки внутри бетона или грунта, а также увидеть направление распределения жидкости и как следствие локализовать место протечки.
Горизонтально направленное бурение
Горизонтальное направленное бурение (ГНБ) является новейшей технологией, выгодно отличающейся от классической прокладки коммуникаций тем, что её воздействие на окружающую среду минимально, оно используется для строительства новых инженерных сетей и ремонта изношенных коммуникаций. Эта технология не имеет аналогов и не заменима в случаях, когда необходимо прокладывать инженерные сети под действующими транспортными магистралями, реками и другими преградами, где открытый способ прокладки сетей крайне затруднён или вовсе невозможен. Но буровые установки не могут действовать «в слепую», так как крупных в городах под поверхностью асфальта и газонов находится огромное количество коммуникаций, схемы расположения многих из которых утеряны либо неточны. Поэтому перед тем как начинать бурение, надо в обязательном порядке уточнять истинное местоположение этих коммуникаций, и удостовериться в отсутствии археологически ценных объектов, особенно если работа ведется в исторической части города.
В связи с этим для экономичного использования технологии горизонтально направленного бурения решающее значение имеет предварительное детальное изучение грунта. Георадарное обследование позволяет провести послойное вертикальное или горизонтальное изучение грунтов на предмет выявления таких преград, как трубопроводы, кабельные трассы, фундаменты, шахты и т. д. Использование георадара при горизонтально направленном бурении позволяет выбрать правильное направление движения бура.
Георадар позволяет вести прокладку инженерных коммуникаций под дном водоемов и под сооружениями ниже их фундамента. Благодаря георадару возможна сложнейшая прокладка коммуникаций над, под или между другими трубопроводами и кабелями без вскрытия пересекаемых сетей, бурение из колодца в колодец. Также возможно применение георадара для контроля качества после выполнения работ по прокладке коммуникаций, проверки скрытых работ и т.д.
Фрагмент георадиолокационного профиля. Красными линиями отмечены выявленные коммуникации на глубинах до 3м.