GEORADAR PRINCIP RADA

1 Uvod
Detekcija objekata podzemne infrastrukture (DOPI) predstavlja postupak otkrivanja, georeferenciranja i identifikacije objekata podzemne infrastrukture. Objekti podzemne infrastrukture su izuzetno značajna oblast interesovanja kako geodezije tako i cijelog urbanističkog tima jednog grada. Za većinu građevinskih radova i radova na održavanju mreže podzemnih intalacija, neophodno je poznavanje njihovog položaja. U tom cilju se izrađuje katastar podzemnih instalacija, pri čijoj izradi DOPI ima ključnu ulogu. Pod objektima podzemne infrastrukture podrazumijevaju se sve u zemlju položene infrastrukturne instalacije izrađene od različitih materijala:
• Metalne i nemetalne instalacije – cijevi: gasovod, vodovod (u novije vrijeme PVC cijevi), toplovod, naftovod, kanalizacija (u novije vrijeme PVC, stare azbest-betonske cijevi)
• Kablovi: elektroenergetski vodovi (metalni), telekomunikacijski vodovi
Takođe pod objektima podzemne infrastrukture se podrazumijevaju i podzemni objekti.
Prilikom polaganja vodova moraju se poštovati određena pravila kao što je dubina polaganja instalacije, obezbjeđenje mreže od sopstvenih uticaja, obezbjeđenje mreže od spoljašnjih uticaja, poštovanje tehničkih zahtjeva za polaganje vodova i dispozicija vodova (opšti redoslijed polaganja vodova) [1]. Kada su ova pravila u velikoj mjeri poštovana detekcija objekata podzemne infrastrukture je znatno olakšana i tačna.
Postupak DOPI počinje od katastarskog plana koji sadrži pozicije vodova na zadatoj lokaciji. Plan sadrži grafički prikaz trase kojom vod prolazi, položaj pratećih elemenata vodova (šahtovi, ventili, mijerno regulacione stanice, hidranti..), relativna odmjeravanja u odnosu na stalne objekte i saobraćajnice.
Postoji više tehnika DOPI od kojih je po svojim karakteristikama izdvaja tehnika skeniranja georadarom (GPR).

2 Georadar. Princip rada
Georadar (Ground Penetrating Radar – GPR) predstavlja uređaj za snimanje podpovršinskih slojeva zemljišta. Koristi širok spektar aplikacija. Tokom prethodnih 30 godina, georadar se koristi uspiješno pri rješavanju problema u arheologiji, hidrologiji, rudarstvu, geologiji i mnogim drugim disciplinama među kojima je i geodezija.
Georadar koristi prostiranje elektromagnetnih (EM) talasa koji reaguju na promjene u elektromagnetnim svojstvima zemljišta. Brzina prostiranja EM talasa, koja je glavni faktor stvaranja refleksije, određena je relativnim permitivnim kontrastom između pozadinskih materijala i „mete“ (ili kontrastom između slojeva) [2].
Relativna permitivnost (dielektrična konstanta) se definiše kao mogućnost materijala da sačuva i propusti EM energiju.
Tipična jedinica georadara se sastoji od dipolne antene sa predajnim (transmiter) i prijemnim (receiver) dijelom, gdje predajni dio generiše EM puls koji putuje u podpovršinske slojeve zemljišta i reflektuje se od objekat i/ili različite slojeve zemljišta (što je uslovljeno kontrastom u dielektričnoj konstanti različitih materijala) [2].
Reflektovana energija putuje nazad na površinu, prema prijemnom dijelu antene, gdje se skladišti (slika 1). Vrijeme potrebno talasu da pređe put od predajnog dijela antene do objekta od interesa i nazad do prijemnog dijela antene naziva se vrijeme pređenog puta, i koristi se da odredi trenutnu brzinu prostiranja talasa kroz podpovršinske slojeve. Brzina (pređeni put / proteklo vrijeme) za EM talas u vakuumu je 30 cm/ns. Zato što je dielektrična konstanta svih materijala u zemlji veća od dielektrične konstante vazduha, brzina EM talasa u svim materijalima će biti manja nego brzina prostiranja EM talasa u vazduhu – najčešće u opsegu između 0,05 i 0,20 cm/ns [2].

Slika 1. Emitovanje, reflektovanje i primanje EM talasa [2].
Brzina prostiranja EM talasa je zavisna od dielektične konstante, kao i magnetne permeabilnosti materijala, dok slabljenje amplitude talasa najviše zavisi od električne provodljivosti materijala. Magnetna permeabilnost je mogućnost materijala da se magnetizuje kada je formirano EM polje. Povećanjem magnetne permeabilnosti, pojačava se slabljenje amplitude talasa, što znači da će se dobiti lošiji kvalitet prikupljenih podataka i/ili veća dubina prostiranja talasa. Električna provodljivost takođe utiče na prostiranje EM talasa. Materijali sa visokom električnom provodnošću slabe EM talase, što kao posljedicu ima smanjivanje dubine prostiranja talasa i dobijanje podataka lošijeg kvaliteta [2].
Tipična shematska refleksija je prikazana na slici 1. Dijagram pokazuje zrak koji putuje do granice materijala i vraća se na površinu pod specifičnim uglom. Kada se EM talas prostire kroz podpovršinske slojeve i stupi u interakciju sa objektom različitih elektromagnetnih svojstava od okolnog zemljišta, dio talasa koji pogađa objekat će promijeniti pravac kao posledica mehanizma rasipanja („scattering“). Postoje 4 glavna tipa rasipanja:
1) refleksija (odbijanje EM talasa),
2) difrakcija (prividna promjena pravca prostiranja EM talasa),
3) eho, i
4) refrakcija (prelamanje EM talasa usled promjene brzine)
Slika 2 prikazuje osnovne principe refleksije na horizontalnu ravan, što je primarni tip refleksije prilikom većine mjerenja.