Round Penetrating Radar (GPR) wird häufig verwendet, um den flachen Untergrund abzubilden und die unterirdische Infrastruktur zu untersuchen. Häufig übersehene flache Strukturen sind die Tunnel und Höhlen, die von grabenden Tieren ausgegraben werden. Ein einzelnes, miteinander verbundenes Tunnelnetz hat möglicherweise einen Durchmesser von nur Zentimetern und kann sich über mehrere hundert Meter erstrecken. Daher trägt es zum Porenraum bei, beeinflusst die Hydrologie unter der Oberfläche und / oder destabilisiert Böschungen und andere Erdarbeiten.
Es ist bekannt, dass GPR die höchste Bildauflösung von Untergrundstrukturen in relativ kurzer Vermessungszeit liefert. Aufgrund ihrer potenziell komplexen Struktur und geringen Größe stellen Tiertunnel ein besonders anspruchsvolles Ziel für alle verfügbaren geophysikalischen Methoden dar. Im Gegensatz zu anderen Methoden, z. B. Ausgrabungen des Tunnelnetzes, bleiben bei einer GPR-Untersuchung die Tiere und der Untergrund völlig ungestört. Daher ermöglicht die Durchführung von GPR-Untersuchungen, die Ausdehnung und – bei wiederholter Anwendung – die zeitliche Entwicklung des Tunnelnetzes abzubilden, ohne die Tiere und den Untergrund unnötigen Störungen auszusetzen.
Um die Eignung von GPR für die Bildgebung und Überwachung solcher kleinräumiger Merkmale zu demonstrieren, führten wir eine GPR-Untersuchung auf einem Feld mit deutlich sichtbarer Maulwurfsaktivität in Tubney, Oxfordshire, Großbritannien durch (Abbildung 1). Maulwurfstunnelsysteme sind oft weitläufig und die Tunnel haben einen kleinen Durchmesser (ca. 0.05 m), was Maulwurfstunnelsysteme ideal zum Testen der Anwendbarkeit von GPR zur Abbildung und Überwachung der Geometrie solcher Merkmale macht. Um diese GPR-Fähigkeiten zu testen, führten wir im Abstand von einem Jahr zwei Umfragen mit einem pulsEKKO PRO®-System und einem Satz Wandler mit einer Mittenfrequenz von 1000 MHz durch. In früheren Umfragen haben wir herausgefunden, dass ein hochpräzises Positionierungssystem für eine solche Anwendung unerlässlich ist. Daher verwendeten wir eine selbstverfolgende Totalstation (Abbildung 1), die die GPR-Antennen verfolgt und Echtzeitkoordinaten an das GPR-Erfassungssystem überträgt. Mit diesem Aufbau wurden beide 3D-GPR-Datensätze mit einem Inline-Spurabstand von etwa 1 cm und einem Linienabstand von etwa 5 cm erfasst.
Wir haben eine erweiterte GPR-Verarbeitung auf die aufgezeichneten Daten angewendet. Dazu gehörten Hintergrundentfernung, Bandpassfilterung, Amplitudenkorrektur, Datengridding in ein regelmäßiges Vermessungsgitter mit 2 cm Knotenabstand und ein auf Kirchhoff basierendes Migrationsschema. Das Ergebnis dieses Verarbeitungsschemas ist ein dicht beabstandetes 3D-GPR-Volumen, das unterirdische Strukturen bis zu einer Tiefe von etwa 1 Meter zeigt. Bei der Interpretation der migrierten GPR-Profile (z. B. Abbildung 2) fanden wir einen ziemlich gleichmäßigen Sedimenthintergrund mit wenigen sichtbaren geologischen Strukturen. Allerdings beobachteten wir in den obersten 5 ns des Profils (das sind ~0.2 m) kleinräumige Merkmale mit hohen Amplituden, die das ansonsten kontinuierliche GPR-Bild unterbrechen.
Um unsere Beobachtungen zu kalibrieren, haben wir eine Erdgrube ausgehoben (Abbildung 3). Bei dieser Ausgrabung wurde ein Maulwurfstunnelnetz in einer Tiefe zwischen ca. 0.05 m und ca. 0.25 m entdeckt, das wir durch Messung ausgewählter Tunnelpositionen und Kreuzungen kartierten (in Abbildung 4 als rote Punkte dargestellt). Wir gruben weiter bis zu einer Tiefe von ca. 0.70 m und fanden, wie auch aus den GPR-Ergebnissen hervorgeht, keine tieferen Tunnel. Beim Betrachten einer Zeitscheibe (Abbildung 4), einer horizontalen Karte durch das GPR-Volumen, identifizieren wir ein komplexes Netzwerk von Anomalien mit hoher Amplitude, die gut mit den Bodenwahrheitsinformationen unserer Ausgrabung übereinstimmen.
Mit dieser Fallstudie haben wir die Anwendbarkeit von GPR für die Abbildung kleiner und komplexer Tiertunnel im flachen Untergrund demonstriert. Wir glauben, dass unser Bildgebungs- und Überwachungsansatz, einschließlich der hochpräzisen Erfassung und wiederholbaren GPR-Datenerfassung, die Untersuchung und Überwachung von Tieraktivitäten ermöglichen wird, die mit anderen Methoden nur schwer zu untersuchen sind.
Weitere Informationen, einschließlich der Überwachungsergebnisse sowie Datenerfassungs- und -verarbeitungsstrategien, finden Sie im veröffentlichten Artikel. Kontakt Sensoren & Software als Referenz.
Geschichte mit freundlicher Genehmigung von Niklas Allroggen, Jens Tronicke (Universität Potsdam), Adam Booth (Universität Leeds), Sandra E. Baker, Stephen Ellwood (Universität Oxford)
