Badania metodą georadarową miały na celu:
- ocenę wpływu parametrów pomiarowych metody GPR na jakość rozpoznania struktur podłoża,
- ocenę porównawczą aparatury georadarowej różnych producentów w zakresie zbieżności wyników rozpoznania struktur podłoża,
- ocenę skuteczności wyznaczenia prędkości metodą WARR i CMP,
- ocenę procedur przetwarzania wyników badań georadarowych na wynik rozpoznania struktur podłoża,
- ocenę skuteczności obrazowania granic litologicznych, budowy geologicznej i rozkładu jej zmienności przy zastosowaniu metody georadarowej w relacji do innych metod geofizycznych,
- ocenę skuteczności i niezawodności bieżącego wyznaczania pozycji anteny georadaru z zastosowaniem metod geodezyjnych: systemu GNSS oraz tachimetrów zrobotyzowanych z opcją automatycznego śledzenia pryzmatu dalmierczego.
W prace z tego zakresu zaangażowane był zespół z AGH z dwóch wydziałów: Wydziału Geologii, Geofizyki i Ochrony Środowiska (Katedry Geofizyki) oraz Wydziału Geodezji Górniczej i Inżynierii Środowiska (Katedry Geodezji Inżynieryjnej i Budownictwa), w składzie dr inż. Łukasz Ortyl, dr inż. Jerzy Karczewski, mgr inż. Ewelina Mazurkiewicz (doktorantka).
Wykonano badania na obszarze 10 poligonów badawczych:
10-M Mydlniki,
11-Z Zakrzówek,
1-A1 Rząsawa-Pyrzowice (Częstochowa),
2-S61 Szczuczyn-Raczki,
3-S19_1, 3-S19_2, 3-S19_3, 3-S19_4 Kraśnik-Janów Lubelski (4 poligony),
5-S7 Straszyn-Koszwały–Nowy Dwór Gdański (Żuławy),
6-S7 Lubień-Rabka.
Poligony 10-M Mydlniki i 11-Z Zakrzówek zostały potraktowane w Projekcie w szczególny sposób z uwagi na skrajnie różne warunki pomiarowe i sąsiedztwo AGH co umożliwiało sprawne przeprowadzenie wielu sesji badawczych. Na poligonach tych wykonano całe serie badań w różnych porach roku (od października 2016 r. do listopada 2017 r.), podczas eksperymentów dobierano optymalne parametry nastawcze dla różnych typów anten i częstotliwości od 50 MHz do 500 MHz a nawet 1600 MHz (Zakrzówek). Metodyka wypracowana na tych dwóch poligonach była następnie stosowana w pozostałych miejscach.
Pozostałe poligony badawcze na których zrealizowano profilowania georadarowe zlokalizowano w obszarze istniejących bądź planowanych dróg krajowych: autostrad i dróg ekspresowych.
Na każdym poligonie wykonano refleksyjne profilowania georadarowe przy użyciu różnorodnych anten, przy zastosowaniu różnych parametrów pomiarowych oraz profilowania prędkości WARR. Podczas pomiarów zastosowano różne systemy pozycjonowania anten georadarowych: kółko pomiarowe, nitkę pomiarową, a także metody geodezyjne: system GNSS oraz tachimetry zrobotyzowane z opcją automatycznego śledzenia pryzmatu dalmierczego i bieżącego wyznaczania pozycji anteny georadaru.
Badania terenowe trwały łącznie 50 dni.
Wykonano około 16500 mb profili.
Pozyskano i przetworzono łącznie 270 echogramów.
 |
 |
 |
 |
Pomiary georadarowe na różnych poligonach i w różnych konfiguracjach sprzętowych.
W dalszej części przedstawiono zakres prac na poszczególnych poligonach. W pierwszej kolejności opisano badania wykonane georadarami szwedzkiej firmy Mala GeoScience, których właścicielem jest Akademia Górniczo-Hutnicza w Krakowie. W drugiej opisano pomiary innymi georadarami wykonane na poligonach w Mydlnikach i na Zakrzówku w Krakowie.
10-M Mydlniki i 11-Z Zakrzówek
Badania na poligonie 10-M Mydlniki wykonano podczas 5 sesji pomiarowych, a na poligonie 11-Z Zakrzówek podczas 7 sesji pomiarowych. Pomiary wykonano w różnych warunkach pogodowych na jesienią 2016 oraz wiosną, latem i jesienią 2017.
Posłużono się dwoma modelami georadarów firmy Mala GeoScience: RAMAC/GPR CU II i ProEx System. Podczas pomiarów stosowano następujące anteny:
nieekranowane o częstotliwościach: 50, 100 i 200MHz,
ekranowane o częstotliwościach: 100, 250, 500 i 800MHz,
oraz antenę RTA 100MHz (o specjalnej konstrukcji),
a nawet antenę wysokiej częstotliwości 1600MHz.
Na poligonie 10-M Mydlniki wykonano łącznie 21 profili georadarowych (z tego 8 profilowań prędkości WARR), a na poligonie 11-Z Zakrzówek 51 profili georadarowych (z tego 11 profilowań prędkości WARR i CMP), zmieniając następujące parametry pomiarowe:
Okno czasowe,
Liczbę próbek na trasie,
Częstotliwość próbkowania sygnału,
Składanie sygnału,
Odległość pomiędzy trasami.
 |
 |
 |
 |
Pomiary georadarowe w różnych konfiguracjach sprzętowych.
Należy podkreślić, że poligon w Mydlnikach wybrano ze względu na trudne warunki pomiarowe (obecność w nadkładzie utworów silnie tłumiących fale elektromagnetyczną). Podczas pomiarów na poligonie 10-M Mydlniki wykonano łącznie około 2500mb profili georadarowych.
Przykładowy echogram zarejestrowany na poligonie w Mydlnikach, a następnie przetworzony w programie ReflexW.
Poligon w Zakrzówku jest to obszar, na którym występują różne formy krasowe, od jaskiń począwszy (Jaskinia Twardowskiego, Jaskinia Niska i inne), aż do lejów i studni krasowych. Z uwagi na warunki geologiczne Zakrzówek jest wyjątkowo dogodnym miejscem na wykonywanie testów i pomiarów georadarowych. Podczas pomiarów na poligonie 11-Z Zakrzówek wykonano łącznie około 3700mb profili georadarowych.
Echogramy zarejestrowane na poligonie w Zakrzówku antenami tej samej częstotliwości (100MHz), ale różnych konstrukcji, a następnie przetworzone w programie ReflexW.
Dla zobrazowania wyników prac na pozostałych poligonach zestawiono poniżej przykładowe echogramy z przetworzonych profilowań pozyskanych na tychże poligonach.
Podczas pomiarów zastosowano metodykę wypracowaną na Zakrzówku i w Mydlnikach w Krakowie. Posłużono się georadarem ProEx System i RAMAC/GPR CU II (firmy Mala GeoScience). Podczas pomiarów zastosowano anteny ekranowane o częstotliwościach: 100MHz, 250MHz i nieekranowane 100MHz, 200MHz oraz system pozycjonowania z zastosowaniem zrobotyzowanego tachymetru z opcją automatycznego śledzenia pryzmatu dalmierczego i bieżącego wyznaczania pozycji anteny georadaru. Georadarowe prace pomiarowe prowadzono przy zmiennych parametrach pomiarowych:
Okna czasowego,
Liczby próbek na trasie,
Częstotliwości próbkowania sygnału,
Składania sygnału,
Odległości pomiędzy trasami.
Na wszystkich poligonach realizowano profilowania prędkości WARR.
Bieżącego wyznaczania pozycji anteny georadaru odbywało się z zastosowaniem tachimetru zrobotyzowanego z opcją automatycznego śledzenia pryzmatu dalmierczego.
1-A1 Rząsawa-Pyrzowice (Częstochowa)
Zarejestrowano łącznie 6 profili georadarowych o łącznej długości około 800mb.
 |
 |
Pomiar WARR wykonany antenami o częstotliwości 200MHz na poligonie w Częstochowie.
Przykładowy echogram zarejestrowany na tym poligonie (niekorzystne warunki pomiarowe).
2-S61 Szczuczyn-Raczki
Wykonano łącznie 6 profili georadarowych o łącznej długości około 1040mb.
Pomiar wykonany antenami nieekranowaną o częstotliwości 100MHz oraz tachimetrem zrobotyzowanym z opcją automatycznego śledzenia pryzmatu dalmierczego i bieżącego wyznaczania pozycji anteny georadaru na poligonie w Szczuczyn-Raczki.
Przykładowy echogram zarejestrowany na tym poligonie.
3-S19 Kraśnik-Janów Lubelski
Poligon Kraśnik-Janów Lubelski obejmował cztery rejony nazwane:
3-S19-1 (dolina),
3-S19-2 (rzeka),
3-S19-3 (pole),
3-S19-4 (las).
W rejonach tych panowały odmienne warunki geologiczne mające wpływ na rejestrowany obraz georadarowy. Na poligonie tym, we wszystkich rejonach wykonano łącznie 24 profile georadarowe o łącznej długości około 2400mb.
Pomiar wykonany antenami o częstotliwości 100MHz na poligonie Kraśnik – Janów Lubelski oraz tachimetrem zrobotyzowanym z opcją automatycznego śledzenia pryzmatu dalmierczego i bieżącego wyznaczania pozycji anteny georadaru.
Przykładowy echogram zarejestrowany antenami nieekranowanymi 100MHz na tym poligonie i jego sprzęgniecie z NMT.
5-S7 Straszyn-Koszwały–Nowy Dwór Gdański
Wykonano łącznie 6 profili georadarowych o łącznej długości około 920mb.
Pomiar wykonany antenami ekranowanymi o częstotliwości 250MHz na poligonie Żuławy Wiślane oraz tachimetrem zrobotyzowanym z opcją automatycznego śledzenia pryzmatu dalmierczego i bieżącego wyznaczania pozycji anteny georadaru.
Przykładowy echogram zarejestrowany na tym poligonie (antena 250MHz, okno czasowe 300nsec).
6-S7 Lubień-Rabka
Wykonano łącznie 7 profili georadarowych o łącznej długości około 810mb
 |
 |
Pomiar wykonany antenami nieekranowanymi o częstotliwości 100MHz na poligonie Lubień-Rabka przy użyciu tachimetru zrobotyzowanego z opcją automatycznego śledzenia pryzmatu dalmierczego i bieżącego wyznaczania pozycji anteny georadaru.
Przykładowy echogram zarejestrowany na tym poligonie (antena 100MHz, okno czasowe 400nsec).
INNE GEORADARY
W ramach Projektu wykonano niezwykle istotne badania porównawcze georadarami różnych producentów. Badania te zrealizowano na poligonach 11-Z Zakrzówek i 10-M Mydlniki w sierpniu i wrześniu 2017 r.
Badania wykonano:
- Georadarem VIY ukraińskiej firmy Transient Technologies z antenami o częstotliwości 70, 125 i 300MHz,
- Włoskimi radarami firmy IDS: RIS MF-HiMod z anteną 200/600MHz i RIS One z anteną ekranowaną 80MHz,
- Georadarem Ground Explorer szwedzkiej firmy Mala GeoScience wyposażonym w anteny ekranowane o częstotliwości 160MHz i 450MHz,
- Amerykańskim georadarem SIR-20 wyposażonym w anteny ekranowane 200 i 400MHz,
- Rosyjskim georadarem LOZA wyposażonym w anteny o częstotliwości 25MHz,
Dla porównania, w tych samych dniach wykonano ponownie pomiary georadarem ProEx system wyposażonym w anteny ekranowane 250MHz.
 |
 |
 |
 |
 |
 |
Różne georadary na poligonach na Zakrzówku i w Mydlnikach (kolejno: SIR-20, Ground Explorer, dwa radary firmy IDS, georadar VIY-70 i georadar LOZA).
Pomiary wykonano wzdłuż tego samego odcinka o długości ok. 120m, o przebiegu zgodnym z poprzednio wykonywanymi. W celu jak najlepszego porównania wyników, podczas pomiarów dobrano podobne anteny i zbliżone parametry pomiarowe. Z uwagi na różną budowę georadarów, jak i odmienne programy do akwizycji, nie zawsze było to jednak możliwe. Dane zostały następnie przetworzone w programach producentów sprzętu georadarowego, jak również w programie ReflexW.
Echogram zarejestrowany na poligonie 11-Z Zakrzówek włoskim georadarem RIS HiMod antena o częstotliwości 200MHz.
Echogram zarejestrowany 11-Z Zakrzówek ukraińskim georadarem VIY wyposażonym w anteny 700MHz. Echogram przetworzono w programie ReflexW.
Echogram zarejestrowany na poligonie 10-M Mydlniki georadarem Ground Explorer wyposażonym w antenę ekranowaną 450MHz, przetworzony w programie ReflexW.
Echogram zarejestrowany na poligonie 10-M Mydlniki georadarem SIR-20 wyposażonym w antenę ekranowaną o częstotliwości 200MHz, przetworzony w programie ReflexW.
Pozyskane na wszystkich poligonach echogramy zostały poddane walidacji z wynikami profili geologicznych uzyskanych z odwiertów oraz z innych metod geofizycznych. Poniżej próbka takiego porównania:
Przekrój geologiczny na poligonie 3-S19_4 Kraśnik-Janów Lubelski (PIG wykonawcy: W. Szlasa, M. Sokołowska).
Echogram zarejestrowany na poligonie 10-M Mydlniki georadarem SIR-20 wyposażonym w antenę ekranowaną o częstotliwości 200MHz, przetworzony w programie ReflexW.
Korelacja wyników profilowań georadarowych (100MHz nieekranowana i 250MHz ekranowana) i tomografii elektoroporowej (AGH wykonawcy: Jerzy Mościcki, Grzegorz Bania, Michał Ćwiklik) na poligonie 3-S19
Analizie poddano również wyniki profilowań prędkości WARR które pozyskiwano na poszczególnych poligonach:
Profilowanie prędkości WARR i jego wynik.
 |
 |
Szczegółowe wyniki walidacji przekazano w formie sprawozdania do NCBiR a cześć przeprowadzonych i planowanych analiz dla metody georadarowej i pomiędzy metodami inwazyjnymi i nieinwazyjnymi będą podstawą przygotowania publikacji.
Na obecną chwilę zapraszamy do lektury trzech pozycji:
- Karczewski Jerzy, Mazurkiewiecz Ewelina, Ortyl Łukasz, Ocena wpływu wybranych parametrów profilowań georadarowych w badaniach podłoża gruntowego na potrzeby budownictwa na przykładzie zrębu Zakrzówka — Evaluation of the influence of selected parameters of GPR profiling in the study of bedrock for construction needs on the example of the Zakrzówek horst, Przegląd Geologiczny ; ISSN 0033-2151. — 2017 vol. 65 nr 10/2, s. 796–802. — Bibliogr. s. 801–802.
Link:
- Ortyl Łukasz, Karczewski Jerzy, Mazurkiewicz Ewelina, Importance of selecting parameters of georadar profiles in karst area, 17 international multidisciplinary scientific geoconference : science and technologies in geology, exploration and mining : 29 June–5 July, 2017, Albena, Bulgaria: Conference proceedings. Vol. 17 iss. 14, Applied and environmental geophysics oil and gas exploration. — Sofia - publikacja (indeksowana Web of Sciences)
- Mazurkiewiecz Ewelina, Ortyl Łukasz, Karczewski Jerzy, Application of geodetic techniques for antenna positioning in a ground penetrating radar method. E3S Web of Conferences Conference Proceedings: IV International Conference. “Scientific-Research Cooperation between Vietnam and Poland”,20 – 22 November 2017 Krakow - publikacja (indeksowana Web of Sciences).
Link: