요약: IceMap GPR 시스템은 20년 이상 북부 지역의 얼음 두께를 지도화하는 데 사용되어 왔지만 그동안 혁신적인 고객들은 이 기술에 대한 다른 흥미로운 응용 프로그램을 발견했습니다.
센서 및 소프트웨어 IceMap 시스템은 지상 투과 레이더(GPR) 기술을 사용하여 캐나다 북부 지역과 미국에서 겨울 도로로 사용되는 얼어붙은 호수와 강의 얼음 두께를 측정하고 지도로 표시합니다.
IceMap은 원래 노스웨스트 준주(캐나다) 교통부와 긴밀히 협력한 여러 겨울 이후인 2011년에 처음 소개되었습니다. 지난 20년 동안 GPR 기술은 얼음 도로를 안전하게 건설, 모니터링 및 폐쇄하는 절차를 완전히 바꾸어 놓았습니다. 여기에는 얼음 무게 용량 계산을 개선하기 위해 고밀도의 정확한 얼음 두께 측정을 제공하고 얼음 도로 시즌을 가능한 한 안전하게 연장하는 데 도움이 됩니다.
IceMap의 일반적인 응용 프로그램은 얼음 "다리"를 위해 얼음을 모니터링하는 것입니다. 이름에서 알 수 있듯이 얼음 다리는 강을 가로지르는 짧은 얼음 도로입니다. 외딴 지역의 영구 다리는 일반적으로 건설하기에 실용적이지 않지만 얼음 다리는 겨울철에 상당한 시간과 운송 비용을 절약할 수 있는 지름길을 제공합니다.
그러한 얼음 다리 중 하나는 앨버타주 라크레트 근처의 피스 강을 가로지르는 다리입니다. (그림 1a) . 따뜻한 계절에는 페리로 건널 수 있지만 매년 겨울이면 이 지역을 지나는 차량의 시간을 절약하기 위해 700m(0.5마일) 길이의 얼음 다리가 건설됩니다. Peace River를 가로지르는 가장 가까운 영구 다리는 75km 떨어진 Fort Vermillion에 있습니다. (그림 1b), 하지만 도로로는 100km(60마일)입니다.
타임랩스 영상 피규어 1c 1d 40월 초부터 170월 말까지 얼음이 두꺼워지는 모습을 보여 주는데, 두께가 약 XNUMXcm에서 XNUMXcm 이상으로 늘어났습니다. 얼음이 두꺼울수록 더 무거운 트럭을 지탱할 수 있는 중량 용량이 커집니다.
IceMap은 얼음길과 다리의 얼음 두께를 측정하는 이 특정 애플리케이션을 위해 설계되었지만, 수년에 걸쳐 고객이 IceMap을 우리가 처음 개발했을 때는 생각지도 못했던 다른 애플리케이션에 사용하는 경우가 있었습니다. 그러한 애플리케이션 중 일부는 아래에 설명되어 있습니다.
접지된 얼음 감지
"접지된 얼음"은 얼음이 수역 바닥까지 얼었다는 것을 의미합니다. 얼음 도로의 경우 접지된 얼음은 두 가지 이유로 좋은 것입니다. 1) 얼음은 아래에서 지지되므로 떠 있는 얼음처럼 특정 두께로 엔지니어링할 필요가 없으며, 2) 안전 측면에서 얼음이 접지되면 차량이 얼음을 통과하여 깊은 물로 들어갈 위험이 없습니다.
다행히도 유리한 물리학 덕분에 IceMap은 일반적으로 접지된 얼음 영역을 쉽게 감지할 수 있습니다. 이는 얼음이 물 위에 떠 있을 때 바닥의 반사율이 훨씬 더 높기 때문입니다(K얼음 3 중, K물 = 80, R = 0.68)은 얼음이 수역 바닥의 퇴적물이나 바위에 얼어붙은 경우보다얼음 3 중, K록 = 5, R = 0.13). 반사율의 이러한 차이로 인해 GPR 데이터에서 접지된 얼음 영역이 두드러지게 나타납니다. (그림 2a). IceMap 시스템에 GPS가 통합되어 있고 EKKO_Project 소프트웨어를 사용하여 지점 해석을 추가한 후 접지된 얼음의 위치를 Google Earth에 표시할 수 있습니다. (그림 2b).
얼음 품질 분석
얼음 위의 중량 용량 측정은 "순수한" 얼음을 기준으로 합니다. 얼음에 공기 방울, 물 방울, 유기물, 내부 얼지 않은 층과 같은 "오염 물질"이 묻어 있는 경우 (그림 3a), 더 이상 순수하지 않으며 얼음의 무게 용량에 영향을 미칠 수 있습니다.
매니토바 인프라가 IceMap 데이터를 분석할 때, 그들은 특히 얼음 품질을 저하시키는 재료와 관련된 내부 반사체를 찾습니다. 순수한 얼음은 균질한 재료이므로 GPR 반사를 일으킬 재료의 대비가 없습니다. (그림 3b 오른쪽). 그러나 얼음 속에 내부 물체나 층이 존재하는 경우 GPR은 종종 이를 감지합니다. (그림 3b 왼쪽).
아래의 예에서, 매니토바 인프라는 얼음 위에 있는 내부 오염 물질이 얼음 위의 안전을 해칠 수 있으므로, 각별한 주의를 기울여 얼음 길을 다른 길로 변경했습니다.
전체 내용은 다음을 참조하세요. https://www.sensoft.ca/blog/evaluating-ice-road-quality-icemap/
물 저장고 용량 계산
아이슬란드의 IceMap 고객은 이 시스템을 사용하여 대규모 유역의 눈 두께를 측정하여 지역 저수지로 유출될 것으로 예상되는 물의 양을 계산하는 데 도움을 얻었습니다. (위 사진 그림 4):
IceMap은 유역에서 지속적인 눈 데이터를 제공하는 데 사용되어 기존의 "포인트" 측정을 개선하고 적설량 범위와 겨울 눈 축적에 대한 지식을 추가했습니다. 총 65개의 횡단면을 육지에서 조사하여 유역 지역의 눈 두께와 공간 분포를 평가했습니다. IceMap은 훨씬 더 높은 공간 해상도의 수분 함량 데이터를 수집하여 수력 발전 시스템 운영에 대한 보다 정보에 입각한 의사 결정을 내릴 수 있게 합니다.
전체 내용은 다음을 참조하세요. https://www.sensoft.ca/wp-content/uploads/2016/01/2015-07-Subsurface-Views.pdf/
환경적으로 민감한 지역의 얼음 두께
늪, 습지, 습지대와 같은 습지 (그림 5a) 환경적으로 민감한 지역이므로 작업은 종종 해당 지역이 얼고, 식물이 휴면 상태에 있으며, 동물이 동면하는 겨울에 수행됩니다.
한 고객은 IceMap을 사용하여 얼음 두께를 측정하여 습지를 깨거나 손상시키지 않고 얼음이 지탱할 수 있는 건설 차량의 최대 중량을 파악했습니다.
얼음의 질이 매립된 물질에 의해 영향을 받는다는 위의 적용과 비슷하지만 더 극단적인 경우, 습지의 얼음은 유기물로 가득 차 있어서 GPR 신호의 산란과 감쇠로 인해 얼음 두께를 정확하게 측정하기가 더 어렵습니다. 그러나 얼음 반사경의 바닥을 볼 수 있는 경우가 많습니다. (그림 5b).
바닥까지 얼어붙은 얼음 속 물주머니 감지
이 애플리케이션은 IceMap을 사용하여 접지된 얼음을 찾는 위의 애플리케이션과는 정반대입니다. 이 경우 고객인 Agnico Eagle Mining은 탐사 구멍을 뚫기 위한 액체 물을 찾아야 했습니다. (그림 6a)문제는 탐사 프로젝트가 한겨울에 진행되었고 주변 온도가 -40⁰C(-40⁰F)에 달했기 때문에 모든 지역 수역이 바닥까지 얼어붙어 있었다는 것입니다.
다행히도 IceMap 운영자들은 GPR의 물리, 특히 IceMap GPR을 이해했습니다. 물 위에 떠 있을 때 얼음 바닥의 반사율은 훨씬 더 높습니다(K얼음 3 중, K물 = 80, R = 0.68)은 얼음이 수역 바닥의 퇴적물이나 바위에 얼어붙은 경우보다얼음 3 중, K록 = 5, R = 0.13). 반사율의 이러한 차이로 인해 GPR 데이터에서 얼음 아래의 물 영역이 두드러지게 나타납니다. (그림 6b).
저희는 GPR 제품을 사용할 때 고객의 독창성을 보는 것을 좋아합니다. IceMap 또는 다른 GPR 시스템을 정확히 설계된 것은 아니지만 효과적인 애플리케이션에 사용한 다른 예가 있으면, 최대한 빨리 여기를 클릭해주세요..
IceMap에 대한 자세한 내용은 다음을 참조하세요. IceMap 제품 페이지.
Ice Bridge 데이터는 앨버타주 맥켄지 카운티에서 제공
접지된 얼음 데이터 이미지는 Lithogen Inc.에서 제공되었습니다.
Manitoba Infrastructure에서 제공하는 얼음 품질 데이터 분석
IceMap 시스템 사진 및 적설량 스토리는 아이슬란드 Landsvirkjun 제공
얼음 아래 물 감지 데이터 및 사진 제공: Agnico Eagle Mines Ltd, Canada
