Čtení radarogramu

Jak georadar měří a co vše je možné z radarogramu vyčíst.

Georadar má vysílač impuzů a přijímač. V okamžiku vyslání impulsu do půdy přijímač okamžitě přijímaná data začne ukládat tak, jak přicházejí. Odražený puls přichází ve formě elektromag. vlny, která mění fázi a velikost amplitudy. Vlna mění fázi (barvu) pouze pokud prochází prostředím, kde se mění permitivita, vodivost nebo obojí najednou. Z tvaru této přicházející křivky lze usoudit, jakým prostředím vlna prochází, zda rozhraní vlastností je náhlé (skála-vzduch) nebo pozvolné (suchý písek-mokrý písek).Tuto vlnu si můžeme zobrazit v jakémkoliv bodě měření.

Radarová vlna procházející prostředím

Záznam této vlny je vlastně jeden velmi úzký svislý sloupeček, převedený do barev, a z těchto sloupečků se skládá celý radarogram. Další parametr, který dokážeme změřit je čas. Zdálo by se poměrně jednoduché zjistit hloubku, ve které nějaké objekty leží. Problém je v tom, že rychlost vlny se mění v závislosti na materiálu, kterým vlna prochází. V řadě měření je situace usnadněna tím, že jednotlivé vrstvy jsou uloženy vodorovně. Pokud takové souvrství najdeme, je jednoduché změřit v této oblasti rychlosti šíření v jednotlivých vrstvách (lze určit i jednotlivé permitivity vrstev) a tím se dopracovat k hloubce hledaných objektů. Nemůžeme ale změřit tyto vlastnosti v nejspodnější vrstvě, paprsek tam  nemá možnost odrazit se od další rovné vrstvy. Pak se tato rychlost šíření musí odhadnout z tabulek pro daný typ horniny v tomto místě. Pokud to není možné, musí se provést vrt. Ten nám samozřemně určí také tloušťky všech horních vrstev v místě vrtu.

Měříme -li nějakou rovnou geologickou vrstvu např pod 5 m vrsvou navážky, ve které se mění často rychlost šíření vlny - nebude z těchto důvodů spodní vrstva nikdy zobrazena jako rovná. V horním obrázku je vidět, jak je červená vrstva na 100m v hloubce 4,5m pod objektem posunuta nahoru stejně jako další vrstvy dole, to znamená, že v horní oblasti 1-4 m došlo ke zrychlení šíření vlny - prostor je např. sušší než okolí. Pokud by byla vrstva vychýlena dolů, je to důsledkem prodloužení doby průchodu materiálem (např. mokrá hlína v suchém písku).

Další úskalí ve vyhodnocení radarogramu je v tom, že my vlnu zaznamenáváme v obrázku jako svislý sloupec bodů kolmo pod georadarem, ale vlna se v zemi šíří jako rozšiřující se kužel s polokulovým vrchlíkem a my zaznamenáváme změny v celém vrchlíku tohoto kuželu jako jeden bod (v určitém čase). Není možné pro měření v zemi používat takové směrové antény, jako pro zaměřování polohy letadel, které mají mnohem užší vyzařovací diagram. Výhodou v tomto případě je, že anténami georadaru můžeme po zemi posouvat a tak zjistit, jestli se k hledanému objektu přibližujeme nebo se od něj vzdalujeme, ale to jestli je ten objekt vlevo nebo vpravo od směru pohybu měření, nedokážeme určit. Nezbývá než provést několik rovnoběžných měření, nebo udělat jedno měření kolmo na původní směr v místě nalezené anomálie.

Protože dokážeme vyhodnotit pouze změny vlastností materiálu v určité ploše, ve výsledném obrázku nikdy nenajdeme např. hledanou štolu jako ostře ohraničený obdélník. Velmi dobře uvidíme strop, někdy náznak stěn a málokdy dno. Navíc obraz pod stropem štoly se zdeformuje, prohne se směrem nahoru, protože se nám po průchodu stropem ve vzduchu několikrát zrychlí šíření vlny a ke dnu štoly vlna vzduchem dorazí mnohem dříve než skálou ke skále, která je v úrovni tohoto dna. To nám ale zase pomůže takový objekt lépe zviditelnit. Zaurčitých podmínek se vlna může odrážet i mezi dnem a stropem, pak vzniká řada rezonančních odrazů, které se časově zapisují pod první odraz od stropu.

Deformace obrazu radarogramu dle materiálu

Hyperboly u výrazných objektů vznikají proto, že georadar je ještě kus před objektem, ale vlivem kuželové charakteristiky antény již od tohoto objektu dostává odraz, ale s delším časem a tím i větší hloubkou, než odpovídá skutečné hloubce objektu a s malou intenzitou, a zakresluje tento objekt kolmo pod místo měření. Pokud se k objektu georadar blíží, narůstá nám z těchto odrazů před objektem hyperbola, která má vrchol v místě, kde jsme objektu nejblíže (nemusíme být přímo nad objektem, jsme jen k němu nejblíže! ), při dalším pohybu georadaru hyperbola opět klesá a snižuje se intenzita odrazu. Na obrázku dole jsou kořeny v jílových sedimentech. Našly si místo přesně tam, kde je nejvíce vody, těsně nad skalním podložím.

Radarogram kořenů v jílových sedimentech

Tak to byly vodorovné vrstvy a teď jsou tady ještě změny ve vodivosti a permitivitě svislých vrstev, které nám způsobí to, že ten kuželový paprsek nám začne uhýbat do stran nebo se začne měnit jeho šířka. Pokud máme v mokré hlíně ve  2m výkopu kabel, zasypaný suchým pískem, je chyba lokalizace do stran až 1 m. To je jistě extrémní případ, ale i tato odchylka může nastat, zejména při zaměřování objektů ve větší hloubce pod zemí.


Postup měření

Celý postup měření se nechá přirovnat k tomu, jako bychom v kalné vodě měli najít objekty na dně a měli bychom k dispozici pouze nafukovací balónek, který můžeme v každém místě postupně nafukovat a zjišťovat, kdy se dotkne pevné překážky. Pokud vrstvu vody nahradíme vrstvou oleje, vody a rtuti (ve skutečnosti je to spíše obráceně - a to se nám ten balonek pak pěkně zdeformuje), tak dostaneme velmi reálnou představu o tom, co georadar vlastně měří a jak. Ještě že máme na pomoc grafické zobrazení na PC a SW na vyhledávání objektů.

Od výrazných vrstev pod povrchem se signál při průchodu zespodu může částečně odrazit zpět pod zem a znovu dojít k anomálii, od které se odrazil. Protože k přijímací anténě dojde se značným zpožděním, zapíše se v radarogramu pod tuto anomálii jako řada slábnoucích odrazů v pravidelných rozestupech (tlumená rezonance).

Signál z vysílací antény se také šíří vzduchem do okolního prostoru a od větších nebo vodivých předmětů se opět může odrazit a být přijat anténou. Tyto objekty v radarogramu vidíme jako velmi široké hyperboly, nebo přímky, podle toho jak se s radarem vůči tomuto objektu pohybujeme. Ze známého času odrazu a z rychlosti šíření vlny ve vzduchu se nechají tyto objekty snadno rozpoznat a určit v prostoru.


Potlačení nedostatků radarogramu softwarem

Program na zpracování radarogramů má různé filtry, jak výše uvedené nedostatky v radarogramu potlačit. Můžeme zdůraznit pouze některé frekvence, ty rušivé zase potlačit. Můžeme omezit zrcadlové odrazy, vyfiltrovat vzdušné odrazy atd. To nám pomáhá zviditelnit i malé rozdíly v chování této vlny a zjistit nevýrazné a hluboko uložené objekty.

Tak to je základní kurz pro čtení radarogramů a teď již můžete "odborným" okem prohlížet jakékoliv výsledky našich měření.