Георадарное обследование

Радиолокационные технологии изначально применялись для мониторинга воздушного пространства, поиска и идентификации летающих объектов, наведения систем противовоздушной обороны. Первые радиолокационные станции излучали электромагнитные волны, которые распространяясь в воздушном пространстве сталкивались с объектами, обладающими эффективной площадью рассеивания, отражались от них, после чего улавливались принимающими антеннами. Информация о работе антенны и отраженных волнах передавалась на экран в виде изображения, синхронизированного с движением антенны. Позднее радиолокационные технологии нашли применение в метеорологии и геологоразведке. Сегодня благодаря развитию технологий существуют мобильные радиолокационные комплексы, которые могут производить локальное подповерхностное зондирование любых неметаллических (в том числе неоднородных) сред. Таким оборудованием является георадар – это портативный прибор, состоящий из следующих компонентов:

• Сменные антенные блоки, способные работать на различных частотах. Эти модули представляют собой ударопрочные герметичные контейнеры, внутри которых имеются пары излучающих и принимающих антенн.
• Блок управления – это главный модуль, к которому подключаются антенные блоки, компьютер и дополнительное оборудование.
• Встроенный или мобильный компьютер (ноутбук, планшет, смартфон).
• Дополнительное оборудование – измеритель пути, транспортная тележка, подвеска для закрепления на транспорте, разгрузки и прочее.

Георадиолокационное зондирование проводится по заранее подготовленной и разбитой на местности геодезической сети (или по профилям, в зависимости от особенностей участка и целей исследования). Георадар достаточно компактный прибор – с ним может справиться 1 оператор, но следует знать, что при больших объемах работ, комплекс может закрепляться на водном, автомобильном или железнодорожном транспорте. В большинстве случаев при проведении георадарного обследования участка прибор перемещается вручную при помощи специальной штанги с телескопической ручкой. Оператор делает пешие проходы по профилям, данные подповерхностного зондирования можно наблюдать как в режиме реального времени на экране регистрирующего устройства (компьютера), так и исследовать их позже в камеральных условиях, поскольку запись данных производится непрерывно на цифровой накопитель.

Данные георадиолокационного зондирования представлены в виде радарограммы – это ортогональный профиль, на котором изображен разрез исследуемой области. На данном изображении можно отчетливо видеть все разделы, включения и неоднородности, содержащиеся в исследуемой области. Так, при обследовании грунтов на радарограмме отчетливо видны геологические пачки слоев, в стенах зданий можно видеть кладочные материалы, утеплитель, облицовку, армирующие элементы.

Принцип работы георадара схож с радиолокационными станциями, но в отличие от последних он генерирует не электромагнитные волны, а непродолжительные по времени (наносекунды) сверхширокополосные импульсы метрового и дециметрового диапазона. При каждом положении георадара компьютер при помощи специального программного обеспечения активирует антенные излучатели при помощи блока управления. Сгенерированные электромагнитные сигналы направляются в исследуемую область, пронизывают одни среды, а сталкиваясь с границами разделов других (отличных по электрофизическим свойствам) отражаются, после чего улавливаются принимающими антеннами. Полученный сигнал передается в блок управления, где усиливается и преобразуется в графическое изображение – трассу (вертикальная линия, каждый пиксель которой отображается собственным цветом в зависимости от амплитуды сигнала в определенный момент времени). Из совокупности полученных трасс (от каждой антенны, при каждом положении георадара) при помощи специального программного обеспечения компьютер строит радарограмму – это плоскостной ортогональный профиль, вертикальная ось которого показывает время распространения сигнала (с момента отправки), а горизонтальная – расстояние (в метрах) пройденное георадаром. В настройках программы (GeoScan32) можно изменить настройки отображения различных сред – сделать цветными или монохромными. Также следует знать, что при помощи дополнительного оборудования, такого как GPS-приемник, измеритель пути и датчик движения георадар можно привязать к начальной точке отсчета (реперу). Если дальнейшие проходы георадара будут осуществляться по намеченным профилям или геодезической сети, то данные радарограммы можно будет привязать к плану местности и создать трехмерную проекцию обследуемой местности. Это существенно облегчает поиск определенных скрытых предметов, позволяет определить глубину залегания и мощность определенных геологических пачек слоев.

Следует знать, что на блок управления от каждой антенной пары приходит 2 сигнала – принятый сразу после излучения и отраженный от границы раздела или включения. Имея эти данные можно определить скорость распространения электромагнитных импульсов в изучаемых средах и величину удельного затухания сигнала. На основании этих сведений производится расчет параметров относительной диэлектрической проницаемости и электропроводимости среды. Это в свою очередь позволяет определить химические, физико-механические и прочие свойства исследуемой области. Например, показатель относительной диэлектрической проницаемости воздуха равен 1, у глины он варьируется от 2,4 до 18,6 (в зависимости от влажности), у пресной воды – 81. Зная также параметры удельного затухания сигнала и скорости его распространения в среде можно достаточно точно определить тип как самой среды, так и ее отдельных разделов. При проведении георадиолокационного обследования грунтовых оснований можно достоверно обнаружить карстовые пустоты, обводненные участки, скрытые предметы, такие как валуны, инженерные сети и коммуникации, погребенные фундаменты и прочее.