Tobias Jokisch

UndergrunnskartleggingGeoradar (GPR) i anvendelse

INTRODUKSJONTEORI OG ANVENDELSEDATAEKSEMPLEROPPSUMMERING / DISKUSJON

INTRODUKSJONTEORI OG ANVENDELSEDATAEKSEMPLEROPPSUMMERING / DISKUSJON

Introduksjon 2018

• Terratec gjennomfører ikke-destruktiv undergrunnskartlegging ved hjelp av georadar (3D-radar) i dag

• Innsamlingen av data kan utføres på vei uten å forstyre trafikken (dvs. vanlig kjørehastighet)

• Undersøkelsen fremskaffer et 3D bildet av undergrunnen som kan tolkes med hensyn til installasjoner i bakken.

• Det leveres georefererte objekter i undergrunnen i form av .sosi, .dwg eller lignende fil.

Introduksjon

INTRODUKSJONTEORI OG ANVENDELSEDATAEKSEMPLEROPPSUMMERING / DISKUSJON

Metode georadar (GPR) En energipuls blir sendt ut.Refleksjoner blir målt i tid (ns).

Refleksjoner oppstår ved grenseflater mellom lag med ulike elektriske egenskaper.

Diffraksjoner oppstår ved lokal begrensede objekter i undergrunnen

Asfalt

Betong

Sand

Silt

Grunnfjell

Opprinnelig signalog refleksjon

Grenseflate – endring i relativ permittivitet

Transmittert signal

Hva påviker signalen?

• Relativ permittivitet

MaterialeRelativ permittivitet/

dielektrisk konstant

Luft 1

Ferskvann 80Saltvann 80

Is 3 - 4

Tørr sand 3 – 5

Vannmettet sand 20 – 30

Leire 25 – 40

Betong 4.5

Asfalt 4-6.5

MaterialeRelativ permittivitet/

dielektrisk konstant Konduktivitet

Luft 1 0

Ferskvann 80 0,5

Saltvann 80 3000

Is 3 - 4 0,01

Tørr sand 3 – 5 0,01

Vannmettet sand 20 – 30 0,1 - 1,0

Leire 25 – 40 2 – 1000

Betong 4.5

Asfalt 4-6.5

Hva påviker signalen?

• Relativ permittivitet• Konduktivitet

Høyere konduktivitet medfører at signalet blir dempet.

Penetrasjonsdybden forringes dermed betydelig.

Steg-frekvens radar

Før:En radar antenne dekket bare et lite frekvensbånd - man måtte velge mellom oppløsning og penetrasjonsdybde.

Nå:Steg-frekvens radar gjør det mulig å dekke et bredt frekvensbånd fra 200MHz til 3 GHz i samme målesekvens

Kilde: 3d-radar.com

300MHz

Dårlig oppløsning

God penetrasjonsdybde

0

1.2

2.4

3.6

dybde [m]

500MHz

Bedre oppløsning,men fortsatt langsignallengde

0

1.2

2.4

3.6

dybde [m]

900MHz

Bra oppløsning

Dårlig penetrasjonsdybde:Dype grenseflater synes ikke

0

1.2

2.4

3.6

dybde [m]

300-3000MHz

Ja takk,begge deler!

0

1.2

2.4

3.6

dybde [m]

• 3 dimensjonal radar. Måler X,Y og Z (tid/dybde).

• Tilkoblet GPS-antenne og PC som styrer radaren.

• Kobles typisk til kjøretøy for effektiv innsamling over avstander

Prinsipp 3D-RADAR

Kilde: 3d-radar.com

1 kanal0

1.2

2.4

3.6

dybde [m]

20 kanaler – full 3D

20 kanaler – full 3D

• Underjordiske kummer, ståltanker, armeringer etc.

• Underbygg av vei, asfalttykkelse, stratigrafi

• Rør og ledninger med en diameter på mer enn ca. 5cm

• Kulturminner

• …

Hva kan kartlegges?

• Penetrasjonsdybden er avhengig av grunnforhold. 2-4m dybde kan vanligvisavdekkes. Heterogen undergrunn kan gjøre det utfordrende å tolkeinfrastruktur.

• Innsamling foregår i tid og må konverteres til dybde avhenig av undergrunnens materialet. Usikkerheten i absolutt dybde på +/-5cm ervanlig.

• En lateral oppløsning på 7.5cm er mulig. Den teoretiske vertikaleoppløsningen er på 2-3cm rett under bakkenivå, men vil være mindreavhengig av materialet og dybde.

Hvilken dybde og nøyaktighet oppnås?

• Innsamlingen i felt støttes av GNSS mottaker og programvare som viser kjørtestrekninger.

• Posisjoneringen av dataene bliretterprosessert på kontor. Dataene frabilens GNSS, IMU og DMI etterprosesseres sammen med kartverkets referansestasjoner for å fremskaffe en best mulig kontinuerlig, bevegelig posisjon og orientering.

• Data fra bilbåren laserscanning kan brukes til å øke nøyaktigheten i posisjoneringen

Hvordan georeferenseres dataene?

• Oppstart og planlegging- Definere målsetting / vurdere kundekrav- Henter inn a priori informasjon om aktuell grunn / objekt- Vurdering av forhold

• Innsamling i felt- Realtime posisjonering med tilstrekkelig nøyaktighet- Realtime kvalitets kontroll av dataen- Grov prosessering

• På kontor:- Prosessering av posisjonering – øke nøyaktigheten til cm nøyaktighet- Prosessering av Georadardata- Tolkning av Georadardata- Produkter / Sluttrapport

Hvordan ser et vanlig prosjekt ut?

Innsamlingen av georadardata er fort gjennomført, mens tolkning av dataene er mer tidskrevende.

Hva er tidsbruken?

Planlegging Data innsamling

Prosessering og tolkning

Rapportering og produkter

INTRODUKSJONTEORI OG ANVENDELSEDATAEKSEMPLEROPPSUMMERING / DISKUSJON

Eksempel: Bergen sentrum

Rør

Kunde: Bergen bydrift

Målsetting: Kartlegging av infrastruktur før skyting av rør / boring under sentrumsgater

Omfang: To større veikryss med bybanespor og sykkelvei og en gate (500m)

Tidsbruk: 1 dag innsamling, 3 dager prosessering og tolkning

Resultat: Borerigg ble posisjonert lenger ned i gropa for å unngå å treffe en gassledning

Eksempel: MajorstuenKunde: Sporveien

Målsetting: Viser at GPR har potensial til å kartlegge Infrastruktur under bakken

Resultat: Tolkningen stemmer overens med resultat fra prøvegravinger. GPR kunne redusert tidsbruk i prosjekteringsfasen.

Fra tolkning til virtuell grøft- georeferert!

X Y Z

Eksempel: Gjøvik

Kunde: Norconsult

Målsetting: Avdekke dybde til kabelkanal (høyspentkabel)

Resultat: Tolkningen stemmer overens med resultat fra prøvegravinger. GPR resultat blir brukt i prosjektering.

Prøvegravinger

INTRODUKSJONTEORI OG ANVENDELSEDATAEKSEMPLEROPPSUMMERING / DISKUSJON

Oppsummering

• Georadar er en rask og effektiv metode til å få en 3D fremstilling av undergrunnen

• Metoden er ikke-destruktiv og innsamling på vei kan gjennomføres uten å hindre trafikken

• Egner seg utmerket til f. eks. å georeferere objekt som rør og ledninger i undergrunnen

• Sluttprodukter kan tilpasses kundenes behov

Takk for oppmerksomheten

Ta gjerne kontakt for en prat!

Tobias JokischTelefon : 90 20 96 86

epost : tobias.jokisch@terratec.no