ГЕОСТРОЙИЗЫСКАНИЯ
Генеральный дистрибьютор компаний TOPCON и SOKKIA
  
+7 (495) 921-22-08
КАТАЛОГ
БАЗОВЫЕ СТАНЦИИ
СЕРВИСНЫЙ ЦЕНТР
ПОДДЕРЖКА
О НАС
 

ГЕОРАДАР КАК УНИВЕРСАЛЬНЫЙ ПОИСКОВЫЙ ПРИБОР


Помозов В.В., Семейкин Н.П.

 

1. Принцип действия георадара.

Работа радиолокационного прибора подповерхностного зондирования (в общепринятой терминологии - георадара) основана на использовании классических принципов радиолокации. Передающей антенной прибора излучаются сверхкороткие электромагнитные импульсы (единицы и доли наносекунды), имеющие 1,0-1,5 периода квазигармонического сигнала и достаточно широкий спектр излучения. Центральная частота сигнала определяется типом антенны.

Выбор длительности импульса определяется необходимой глубиной зондирования и разрешающей способностью прибора. Для формирования зондирующих импульсов используется возбуждение широкополосной передающей антенны перепадом напряжения (ударный метод возбуждения).

Излучаемый в исследуемую среду импульс отражается от находящихся в ней предметов или неоднородностей среды, имеющих отличную от среды диэлектрическую проницаемость или проводимость, принимается приемной антенной, усиливается в широкополосном усилителе, преобразуется в цифровой вид при помощи аналого-цифрового преобразователя и запоминается для последующей обработки. После обработки полученная информация отображается на индикаторе.

 

2. Область применения.

Интерес за рубежом к использованию подповерхностного радиолокационного зондирования (Ground Penetrating Radar, в дальнейшем GPR), судя по кругу работ за последние 20 лет, не являлся стабильным. Выйдя из стадии лабораторных разработок, GPR в семидесятые годы привлёк к себе внимание, которое потом ослабло примерно на 10 лет. Затем в середине 80-х годов в связи с бурным развитием электроники, вычислительной микропроцессорной техники и одновременным ростом потребностей в инженерной разведке интерес к GPR снова возрастает, но, натолкнувшись на несовершенную технику обработки, снова несколько снижается. За последние три года интерес к использованию GPR находится в стадии постоянного бурного роста. Если раньше радару были посвящены отдельные редкие публикации в научных журналах, то теперь целые разделы конференций международных геофизических и инженерно-геофизических обществ типа SEG, EEAG, EEPG, EEGS и других организаций посвящены радарным исследованиям верхней части разреза. Прошло уже пять международных конференций, посвящённых только GPR. Бурно развивается аппаратурная база. В настоящее время кроме георадаров широкого применения выпускается специализированная аппаратура для узких целей - работа в скважинах, шахтах, для дефектоскопии конструкций и т.д.

Для георадаров характерна универсальность, позволяющая использовать данные прибора в геологии, транспортном строительстве, промышленном и гражданском строительстве, экологии, археологии, оборонной промышленности и т.д.

В геологии георадары применяются для построения геологических разрезов, определения положения уровня грунтовых вод, толщины льда, глубины и профиля дна рек и озёр, границ распространения полезных ископаемых в карьерах, положения карстовых воронок и пустот.

В транспортном строительстве (автомобильные и железные дороги, аэродромы) георадары используются для определения толщины конструктивных слоёв дорожной одежды и качества уплотнения дорожно-строительных материалов, изыскания карьеров дорожно-строительных материалов, оценки оснований под транспортные сооружения, определения глубины промерзания в грунтовых массивах и дорожных конструкциях, содержания влаги в грунте земляного полотна и подстилающих грунтовых основаниях, эрозии грунтов на участках мостовых переходов.

В промышленном и гражданском строительстве помимо всего вышеперечисленного георадары нашли применение для определения качества и состояния бетонных конструкций (мостов, зданий и т.д.), состояния дамб и плотин, выявления оползневых зон, месторасположения инженерных сетей (металлических и пластиковых труб, кабелей и других объектов коммунального хозяйства).

В решении вопросов охраны окружающей среды и рационального использования земель георадары используются для оценки загрязнения почв, обнаружения утечек из нефте- и водопроводов, мест захоронения экологически опасных отходов.

В археологии при помощи георадаров устанавливают места нахождения археологических объектов и границы их распространения.

В оборонной промышленности георадары могут быть использованы для обнаружения мест заложения мин, расположения подземных тоннелей, коммуникаций, складов, техники. Хорошие результаты по обезвреживанию мин различного вида даёт комплексирование георадарных технологий с индукционными, тепловизионными и другими методами, а также с нелинейными локаторами и ЯКР-обнаружителями.

В таможенных органах георадары используются для обнаружения контрабандных вложений в гомогенных однородных грузах.

 

3. Разработчики георадаров

Ведущими фирмами, занимающимися производством георадаров, являются GSSI (Нью Гемпшир, США), Sensor and Software Inc. (Канада), Era Technology (Великобритания) и MALA (Швеция), Radar Systems (Латвия), OYO corporation (Япония), Geozondas (Литва).

Крупная компания Geophysical Systems, Inc. (GSSI) с 1970 года занимается исследованиями, разработкой и производством георадарных систем, уделяя большое внимание усовершенствованию технологии работ с георадарами. Оборудование GSSI имеет маркировку Sir systems.

Известен целый ряд модификаций георадаров данной фирмы: Sir systems -2, -2Р, -3, -3R, -31, -10А, -10Н, -10В.

В СССР первый наземный радиолокатор с ударным возбуждением антенн был разработан в 1976-1977 годах в проблемной лаборатории Рижского Краснознаменного института инженеров гражданской авиации (РКИИГА). Подобные работы велись также в Ленинградском Арктическом и Антарктическом Научно-исследовательском институте (ЛААНИИ).

В настоящее время компания Radar Systems из Латвии (г. Рига) выпускает георадар "Зонд-12с" с различными антенными блоками, а также предлагает программное обеспечение для обработки результатов зондирования.

В середине 90-х годов НПО "ИНФИЗПРИБОР" (г. Троицк, Московская область) разработало переносной георадар "Грот", характеризующийся повышенной мощностью и имеющий дипольные неэкранированные антенны.

Правдинским заводом радиорелейной аппаратуры малой серией выпускался георадар "Локас-2", который базировался на шасси грузового автомобиля.

 

4. Георадары совместной разработки ГП НИИП и ООО "ЛОГИС"

С конца 80-х годов начались работы по созданию портативных георадаров в ООО "Логические системы" совместно с НИИ Приборостроения им. В. В. Тихомирова (г. Жуковский, Московская обл.). В разработке антенн георадаров приняли участие специалисты кафедры распространения радиоволн МФТИ.

За это время было выполнено несколько НИР и ОКР в интересах различных ведомств. Среди них можно выделить разработку портативного георадара для обследования однородных грузов в таможенных органах РФ (шифр ОКР "ОКО" и "ЗОНД"). Созданный прибор представлял собой портативный георадар со сменными антенными блоками АБ-700 и АБ-1200, имеющими средние частоты 700 и 1200 МГц соответственно. Эта разработка послужила основой, на базе которой в дальнейшем был разработан и начал выпускаться ряд георадаров сначала типа "ОКО-М" с антенными блоками АБ-500, АБ-400, АБ-250, АБ-150 и АБД (дипольный вариант, шифр ОКР "ГЕОН"), а затем ряд георадаров "ОКО-М1".

Отличительной особенностью георадаров ряда "ОКО-М1" от предыдущего поколения "ОКО-М" является наличие полной оптической развязки по информационным и синхронизирующим цепям. Введение оптической развязки позволяет устранить помехи по кабельным цепям, а также уменьшает возможную паразитную модуляцию сигнала при перекосах антенн относительно зондируемой поверхности, связанных с неровностями верхнего слоя грунта.

В таблице приведена краткая информация о ряде георадаров последней модификации "ОКО-М1".

 

Антенные блоки Габариты АБ (мм) д/ш/в Централь-ная частота (МГц) Глубина зондирова-ния до (м)* Разрешающая способность (м) Масса АБ (кг) Потребляемая мощность (Вт)
АБД - 25-100 30 2,0-0,5 6,0 8,0
АБ-90 2500/1050/290 90 16 0,5 30,0 8,0
АБ-150 1580/620/160 150 12 0,35 22,0 7,0
АБ-250 1040/430/110 250 8 0,25 14,0 7,0
АБ-400 680/275/120 400 5 0,15 4,2 6,0
АБ-700 470/160/170 700 3 0,1 2,2 5,0
АБ-1200 205/165/135 1200 1.5 0,05 0,8 5,0
АБ-1700 205/165/135 1700 1 0,03 0,8 5,0

 

Приёмная и передающая антенны оснащаются отдельными легкосъёмными аккумуляторными блоками питания ёмкостью 2,2 А*ч и напряжением 12 Вольт. Для снижения энергопотребления включение всех основных узлов в приборе происходит только в те промежутки времени, когда осуществляется зондирование. Ёмкости аккумуляторов хватает более чем на 4 часа непрерывной работы.

В экранированных антенных блоках большого размера АБ-250 и АБ-150 в целях удобства транспортировки предусмотрена расстыковка приёмной и передающей антенн для перевозки их в специальной транспортной таре. Разъёмная конструкция приёмной и передающей антенн позволяет работать в режиме зондирования, когда передающая антенна неподвижна, а приёмная перемещается. В этом случае для запуска передатчика используется дополнительный оптический кабель.

Ниже на рисунках приведен внешний вид некоторых георадаров из ряда "ОКО-М1".

ОКО-М1   ОКО-М1

 

Использование датчика перемещений двух типов и пакета программного обеспечения GeoScan обеспечивает получение площадных массивов данных с последующей обработкой и визуализацией этой информации в трёхмерном виде.

Все варианты георадаров "ОКО-М1" в качестве устройства управления и отображения информации используют Note Book любого типа. При этом для них изготавливается индивидуальная подвеска. Для работы в полевых условиях вместо Note Book предусмотрен специальный блок обработки, с помощью которого можно осуществлять запись и первичную обработку полученных георадилокационных профилей.

Блок обработки работает со всеми типами антенн георадара серии "ОКО". Обмен данными между блоком обработки и персональным компьютером осуществляется через высокоскоростной порт Ethernet.

В настоящее время ведется разработка полнофункциональной версии блока обработки, оснащенного высококонтрастным цветным TFT-экраном, позволяющим работать даже в условиях яркого солнечного света. В такой модификации блок обработки позволит осуществить сбор, полную обработку и анализ полученных радарограмм.

По сравнению с традиционными компьютерами типа Note Book, блок обработки имеет ряд преимуществ:

  • влагозащищенный корпус
  • герметичные кнопки управления
  • высококонтрастный экран
  • возможность работы при низких (до -20 ° С) температурах
  • отсутствие операционной системы Windows и, как следствие, отсутствие потерь информации, вызванных сбоем (зависанием) процессора

Базовая версия пакета программного обеспечения GeoScan обеспечивает управление георадаром во всех режимах и обработку информации с использованием наиболее универсальных методов обработки без использования трёхмерной графики.

Профессиональная версия пакета GeoScan обеспечивает управление георадаром и предоставляет возможность провести практически все известные методы обработки георадарной информации, включая трёхмерную визуализацию.

Результаты представления результатов зондирования нескольких параллельных профилей можно отображать на экране монитора в виде трехмерных изображений или в виде трех ортогональных проекций любого заданного объема. Пример такого отображения приведён на рис.

Результаты представления результатов зондирования нескольких параллельных профилей

Все выпускаемые георадары имеют гигиенические сертификаты и сертификаты соответствия.

В настоящее время георадары активно используются силовыми и правоохранительными структурами для выполнения разного рода задач, связанных с поиском и обнаружением тайников и захоронений, а также выявления подкопов к особо охраняемым объектам.

В МВД и Генеральной прокуратуре георадар "ОКО-М1" включён в качестве основного в набор поисковых приборов, так как он позволяет оперативно получить информацию на большой площади поиска.

Генеральная прокуратура и МВД используют георадары как штатный поисковый инструмент для обнаружения криминальных захоронений.

В местах выявления подозрительных объектов иногда производится дополнительное обследование с применением приборов, работающих на иных физических принципах (газоанализаторы, магнитометры и т.д.).

В ноябре 2002г. принято решение международной научно-практической конференции о разработке совместно с ГП РОСДОРНИИ методических рекомендаций по проведению георадарных обследований автодорог. К настоящему времени в этом направлении накоплен большой научно-практический опыт.

В настоящее время разработаны модификации георадаров высокого разрешения серии "ОКО" диаметром 5 см для использования в скважинах.

Специально для обследования строительных конструкций разработан антенный блок АБ-1700, позволяющий обнаруживать и документировать расположение арматуры и прочих протяжённых и точечных объектов из металлических и неметаллических материалов, а также производить дефектоскопию строительных конструкций. Наличие встроенного датчика перемещения позволяет точно локализовать обнаруженные объекты.

АБ-1700 также применяется для определения толщины асфальтового покрытия и выделения слоёв в толще асфальта.

 

Перспективным направлением использования георадара является проект по созданию линейки из нескольких георадаров (многоканальный георадар). Причем, при этом обеспечивается приём сигналов от одного передатчика на всю линейку приёмников. Такой метод позволит за один проход получить многомерное томографическое изображение подповерхностного слоя земли высокого разрешения. Получение многомерной информации подповерхностного слоя позволяет существенно улучшить возможности обнаружения подповерхностных объектов.

 

Подобная многоканальная система может стать основной системой обнаружения мин роботизированного комплекса по обнаружению и обезвреживанию мин.

В последнее время георадары серии "ОКО-М1" стали активно использоваться археологами в различных регионах страны.

В настоящем сезоне был проведён ряд работ совместно с Архангельским государственным техническим университетом по обследованию автомобильных дорог и песчаных карьеров.

Работы по обследованию причальных сооружений в Новороссийском порту показали перспективность применения георадаров для решения задач диагностики состояния причалов.

 

Кирпичная стена с арматурой
Кирпичная стена с арматурой
       Кузов камаза с контрабандным вложением
Кузов камаза с контрабандным вложением

СТАТЬИ

 
Обратная связь
Обратная связь