概要: IceMap GPR システムは、北部地域の氷の厚さをマッピングするために 20 年以上使用されてきましたが、その間に革新的な顧客がこの技術の他の興味深い用途を発見しました。
Sensors & Software IceMap システムは、地中レーダー (GPR) 技術を使用して、カナダと米国の北部地域で冬季道路として使用される凍った湖や川の氷の厚さを測定し、マップします。
IceMap は、ノースウェスト準州 (カナダ) 運輸省と数冬にわたって緊密に連携した後、2011 年に初めて導入されました。過去 20 年間で、GPR 技術は、氷の道路を安全に構築、監視、閉鎖する手順を完全に変えました。これには、高密度で正確な氷の厚さの測定を提供して氷の重量容量の計算を改善し、安全に可能な限り長く氷の道路シーズンを延長することが含まれます。
IceMap の典型的な用途は、氷の「橋」を監視することです。氷の橋は、その名前が示すように、川を渡る短い氷の道です。遠隔地に恒久的な橋を建設するのは通常現実的ではありませんが、氷の橋は、冬季にかなりの時間と輸送コストを節約できる近道を提供します。
そのような氷の橋の一つは、アルバータ州ラクレテ近くのピース川を渡る橋である。 （図1a） 暖かい季節にはフェリーで渡ることになりますが、毎年冬になると、この地域を通る車の時間を節約するために、700メートル（0.5マイル）の氷の橋が建設されます。ピース川を渡る最も近い恒久的な橋は、75km離れたフォートバーミリオンにあります。 （図1b）ただし、道路では 100 km (60 マイル) です。
タイムラプス動画 図1c and 1d 40 月初旬から 170 月下旬にかけて氷が厚くなり、厚さが約 XNUMX cm から XNUMX cm 以上にまで変化していることがわかります。氷が厚くなるほど、より重いトラックを支える重量容量が高くなります。
IceMap は、凍った道路や橋の氷の厚さを測定するという特定の用途向けに設計されましたが、長年にわたり、当初開発したときには考えもしなかった他の用途に IceMap を使用するお客様もいらっしゃいます。以下に、それらの用途の一部を紹介します。
接地した氷の検出
「着氷」とは、氷が水域の底に凍りついた状態を意味します。氷の道路にとって、着氷は 1 つの理由で有益です。2) 氷は下から支えられているため、浮氷のように特定の厚さに加工する必要がないこと、XNUMX) 安全性の点では、氷が着氷していれば、車両が氷を突き抜けて深い水域に落ちる危険がないことです。
幸いなことに、好ましい物理特性のおかげで、IceMapは通常、着地した氷の領域を簡単に検出できます。これは、水に浮かんでいる氷の底部の反射率がはるかに高いためです（K氷 3、Kの水 = 80、R = 0.68）よりも、氷が水域の底の堆積物や岩に凍っている場合（K氷 3、Kの岩 = 5、R = 0.13）。この反射率の違いにより、GPRデータでは接地した氷の領域が目立つようになります。 （図2a）IceMapシステムにGPSが統合されており、EKKO_Projectソフトウェアを使用してポイントの解釈を追加した後、接地された氷の位置をGoogle Earthにプロットできます。 （図2b）.
氷の品質を分析する
氷の重量容量の測定は「純粋な」氷に基づいています。氷の中に気泡、水泡、有機物、内部の未凍結層などの「汚染物質」が含まれている場合、 （図3a）氷はもはや純粋ではなくなり、氷の重量容量に影響を与える可能性があります。
マニトバ・インフラストラクチャがアイスマップデータを分析する際、彼らは特に氷の質を低下させる物質に関連する内部反射体を探します。純粋な氷は均質な物質であり、GPR反射を引き起こす物質のコントラストがないことを意味します。 （図3b右）しかし、氷の中に内部の物体や層が存在する場合、GPRはそれらを検出できることが多い。 （図3b左）.
以下の例では、マニトバ州のインフラストラクチャは、氷上の安全性を損なう可能性のある内部汚染物質を含む氷を避けるために、細心の注意を払って氷の道路のルートを変更しました。
全文については以下をご覧ください: https://www.sensoft.ca/blog/evaluating-ice-road-quality-icemap/
貯水池容積計算
アイスランドのIceMapの顧客は、このシステムを使用して、広大な集水域の積雪の厚さを測定し、地元の貯水池に流出すると予想される水量の計算を改善しました。 （上の写真 and 図4）：
IceMap は集水域からの連続的な積雪データを提供するために使用され、従来の「ポイント」測定を改善し、積雪範囲と冬季の積雪量に関する知識を追加しました。合計 65 の横断面が陸上で調査され、集水域の積雪の厚さと空間分布が評価されました。IceMap により、はるかに高い空間解像度の水分含有量データを取得できるため、水力発電システムの運用に関してより情報に基づいた決定を下すことができます。
全文については以下をご覧ください: https://www.sensoft.ca/wp-content/uploads/2016/01/2015-07-Subsurface-Views.pdf/
環境的に敏感な地域の氷の厚さ
沼地、湿原、湿地などの湿地帯 （図5a） 環境的に敏感な地域であるため、作業は地域が凍結し、植物が休眠し、動物が冬眠する冬に行われることが多いです。
ある顧客は、湿地を破壊したり損傷したりすることなく氷が支えることができる建設車両の最大重量を決定するために、IceMap を使用して氷の厚さを測定しました。
氷の質が埋め込まれた物質によって影響を受けるという上記の応用と似ていますが、より極端です。湿地の氷は有機物でいっぱいで、GPR信号の散乱と減衰により氷の厚さを正確に測定することがより困難になります。ただし、氷の反射板の底を見ることは可能です。 （図5b）.
底まで凍った氷の中の水たまりを検出する
このアプリケーションは、IceMapを使用して地上の氷を見つけるという上記のアプリケーションとは逆のものです。この場合、顧客であるAgnico Eagle Miningは、探査穴を掘るための液体の水を見つける必要がありました。 （図6a）問題は、探査プロジェクトが真冬に行われ、周囲の気温が-40⁰C（-40⁰F）だったため、地元の水域はすべて底まで凍っていたことです。
幸運なことに、IceMapのオペレーターはGPR、特にIceMap GPRの物理を理解していました。水に浮かんでいる氷の底の反射率ははるかに高くなります（K氷 3、Kの水 = 80、R = 0.68）よりも、氷が水域の底の堆積物や岩に凍っている場合（K氷 3、Kの岩 = 5、R = 0.13）。この反射率の違いにより、GPRデータでは氷の下の水域が目立つようになります。 （図6b）.
弊社の GPR 製品を使用するお客様の創意工夫を拝見するのは、私たちにとって喜びです。IceMap やその他の GPR システムを、本来の用途ではないが効果的な用途に使用した例が他にもありましたら、 お問い合わせ.
IceMapの詳細については、 IceMap製品ページ.
アイスブリッジデータはアルバータ州マッケンジー郡提供
接地氷データ画像は Lithogen Inc. 提供。
氷質データの分析（マニトバ・インフラストラクチャ提供）
IceMap システムの写真と積雪の様子は、アイスランドの Landsvirkjun 提供
氷の下の水の検出データと写真はカナダのAgnico Eagle Mines Ltd提供
