Georadar para drone SPH Engineering
Use o georadar para drones e obtenha dados subterrâneos precisos nos seus projetos. Ideal para arqueologia, construção e muito mai
A tecnologia GPR multifrequência garante alta precisão, oferecendo uma solução eficiente para grandes áreas.
Os georradares (GPR) integrados com drones oferecem uma solução GPR aérea avançada para mapeamento subterrâneo.
Os georradares (GPR) integrados com drones oferecem uma solução GPR aérea avançada para mapeamento subterrâneo em diversas aplicações, como estudos geofísicos e geofísica arqueológica. Estes sistemas permitem a deteção de serviços subterrâneos e a exploração subterrânea ambiental, sendo ideais para projetos de infraestrutura e análise do subsolo. Graças à integração de drones com GPR, otimiza-se a recolha de dados em terrenos difíceis. A tecnologia GPR multifrequência assegura uma elevada precisão, oferecendo uma solução eficiente para grandes áreas e estudos complexos.
O Radar de Penetração Terrestre (GPR, na sua sigla em inglês) utiliza impulsos de radar para detetar e imaginar objetos e características subterrâneas.
Um transmissor de GPR emite energia eletromagnética no solo.
Quando a energia encontra um objeto enterrado ou um limite entre materiais com diferentes permitividades dielétricas (uma propriedade que define a velocidade das ondas eletromagnéticas), pode refletir-se em direção à antena recetora do GPR. A eletrónica do GPR pode então registar as variações no sinal de retorno.
Os dados do GPR provêm do sensor em forma digital e não se destinam à interpretação direta por humanos, ao contrário das fotos das câmaras. Requerem software especializado para o seu processamento e interpretação.
Estes métodos de representação de dados de GPR são os mais populares, mas existem muitas opções adicionais, incluindo a exportação para formatos que podem ser importados em sistemas CAD e GIS.
Perfil GPR que atravessa um gasoduto com interpretação. Os dados foram recolhidos com o sistema GPR Zond Aero 500, processados e interpretados com o software Prism2 da Radar Systems.
Os resultados dos estudos GPR podem apresentar-se de diferentes formas. O formato mais comum e «natural» para os dados GPR é um «perfil» – um corte vertical de dados ao longo da linha de estudo.
Corte horizontal do subsolo para visualizar a trajetória das infraestruturas de serviços públicos. Os dados foram recolhidos com o sistema GPR Zond Aero 500 e processados em Geolitix.
Outra forma popular são os cortes horizontais, pois permitem compreender melhor onde se encontram os objetos detetados sob a superfície e a forma dos mesmos.
Representação em 3D das mesmas infraestruturas que na imagem com cortes horizontais. Captura de ecrã de Geolitix.
Muitos clientes preferem ver reconstruções em 3D do mundo subterrâneo, e isso também é possível. Exigirá mais passos de processamento e preparação, mas como este método oferece a máxima compreensão em situações complexas, é cada vez mais popular, graças aos modernos programas de processamento de GPR que simplificam radicalmente essa tarefa.
Grelha de espessura do gelo. Os dados foram recolhidos com o sistema GPR Zond Aero 1000 e processados em Geolitix.
Um método mais popular consiste em gerar grelhas de espessura, por exemplo, para responder a perguntas como «Qual é a espessura da camada de areia que cobre o leito rochoso» ou «Qual é a espessura do gelo»..
Existem vários métodos padrão para realizar prospeções com GPR, cada um com as suas próprias vantagens e inconvenientes. Nenhum método é universalmente aplicável; a abordagem apropriada ou mais adequada deve ser escolhida em função do objetivo do estudo e das condições ambientais. Apresenta-se a seguir uma revisão dos métodos mais populares.
Sistemas de radar Os sistemas GPR da Zond Aero estão concebidos para serem totalmente versáteis e suportarem o método de prospeção mais otimizado para um trabalho ou projeto concreto. Isto significa que investindo uma vez no sistema GPR, os clientes podem utilizar o mesmo GPR da forma mais eficiente.
Método mais tradicional e comum para explorações GPR, especialmente em estradas pavimentadas ou qualquer superfície dura.
+ Método simples e bem conhecido + Adequado para espaços reduzidos em ruas de cidades e ambientes semelhantes + Permite interpretar os dados «em tempo real» para marcar as anomalias detetadas na superfície
– Não é adequado para superfícies moles ou pegajosas onde o uso de carrinhos com rodas é complicado – Produtividade limitada, a velocidade de prospeção é <1m/s
Um método mais tradicional. Pode utilizar-se em situações em que a capacidade de carga da superfície do solo não é adequada para um carrinho com rodas. A aplicabilidade do método está restringida pela acessibilidade da zona de prospeção a pé.
+ Método simples e conhecido + Adequado para espaços confinados onde não funcionam outros métodos, por exemplo numa floresta + Permite interpretar os dados «em tempo real» para marcar as anomalias detetadas na superfície
– Não é adequado para superfícies demasiado moles ou pegajosas em que o operador não pode caminhar sem fazer um esforço excessivo – A qualidade dos dados depende da possibilidade de caminhar com uma orientação estável da antena do GPR. – Produtividade limitada, a velocidade de prospeção é <1m/s – Pode supor um desafio físico, já que o operador deve carregar com todo o equipamento.
Zond Aero 500 NG e Zond Aero 1000 NG vêm na caixa com uma bateria integrada e um router WiFi de série. O GPR pode ligar-se a uma bateria e a um router WiFi, o que permite realizar levantamentos arrastando a caixa atrás do operador. Este método é adequado para superfícies mais ou menos planas em que não é possível utilizar carrinhos com rodas (sobre neve, areia, solos moles) mas que continuam a ser acessíveis a pé.
+ Método simples + Permite interpretar os dados «em tempo real» para marcar as anomalias detetadas na superfície
– Não é adequado para superfícies demasiado moles ou pegajosas em que o operador não pode caminhar sem realizar esforços excessivos – Adequado apenas para superfícies mais ou menos planas – Produtividade muito limitada, a velocidade de prospeção é <0,5 m/s – Pode supor um desafio físico
O GPR montado em drone põe em prática o lema «mais seguro, mais barato, mais rápido».
+ A única forma de realizar o trabalho sem entrar na zona de prospeção + Adequado para zonas com riscos para a segurança ou a saúde do operador (glaciares com fendas, solos contaminados, etc.) + Produtividade extremamente alta em grandes áreas sem obstáculos onde a produtividade dos levantamentos terrestres não seria economicamente razoável (por exemplo, varrimento de enormes campos para quintas de painéis solares para determinar a profundidade do leito rochoso e a presença de rochas). + Adequado para terrenos acidentados em que as prospeções terrestres podem resultar impossíveis (solos cobertos de gelo e neve, terrenos rochosos e irregulares, através de rios e em zonas propensas a avalanches). + Seguimento automático muito preciso de linhas de prospeção pré-programadas
Modelos de georradar SPH
Sabemos que enfrenta desafios complexos e a necessidade de conhecer o que se oculta sob a superfície. Por isso, criámos esta secção para mostrar-lhe como o georradar transforma as suas operações, oferecendo-lhe uma visão clara do que se encontra debaixo dos seus pés.
O georradar permite-lhe obter uma visão clara do que se oculta sob a superfície, sem necessidade de escavações destrutivas, reduzindo custos, tempo e riscos. Com esta tecnologia, poderá planear os seus projetos com maior precisão e confiança. Deixe de escavar às cegas.
O georradar permite-lhe detetar objetos pequenos e estruturas profundas, revelando detalhes que outros métodos não conseguem ver, oferecendo-lhe uma visão completa e detalhada do que se esconde sob a terra. Não se conforme com o superficial.
O georradar oferece-lhe dados precisos e fiáveis, com uma apresentação clara e fácil de interpretar, o que lhe permite tomar decisões informadas e com total confiança. Com o georradar, a incerteza será coisa do passado. Deixe de arriscar os seus projetos com dados imprecisos.
O georradar permite-lhe explorar qualquer tipo de terreno, incluindo zonas remotas e de difícil acesso, sem necessidade de escavações ou equipamentos pesados. Com este equipamento, nenhum terreno será inacessível. Chegue onde ninguém chegou antes.
O georradar integra-se facilmente com um software de processamento de dados avançado que simplifica a geração de mapas subterrâneos e relatórios detalhados, permitindo-lhe obter resultados de forma rápida e eficiente. Com esta tecnologia, a análise de dados será mais rápida do que nunca. Simplifique a análise de dados com o software intuitivo de georradar.
O georradar oferece-lhe uma solução rentável a longo prazo ao melhorar a eficiência, a produtividade e a qualidade dos seus projetos. Ao reduzir o tempo de exploração, evitar erros dispendiosos e reduzir a necessidade de escavações desnecessárias, o georradar permite-lhe aumentar a sua rentabilidade e melhorar o retorno do seu investimento. Deixe de gastar às cegas e comece a investir de forma inteligente.
Penetração mais profunda possível: até algumas dezenas de metros em solos de muito baixa condutividade (areia seca ou rochas), ou centenas de metros em gelo, o que torna este sistema uma ferramenta excelente para a glaciologia e o varrimento profundo.
O Zond Aero LF em drones como o DJI M350/M300 RTK pode usar-se com antenas no intervalo de frequência de 75…400 MHz, o que permite selecionar a frequência adequada para uma aplicação particular. Mudar a antena demora um par de minutos.
Um sistema bastante universal com uma antena blindada, capaz de penetrar o suficiente para muitas aplicações de geofísica de engenharia e detetar objetos relativamente pequenos ou infraestruturas de serviços públicos finas.
A melhor resolução possível e a capacidade de detetar alvos pequenos, mas a penetração sob a superfície em condições normais será inferior a 0,5 m.
A tabela fornece um resumo do que podemos esperar dos sistemas GPR disponíveis para uso em drones e as suas aplicações recomendadas. Aqui, listámos os sistemas GPR fabricados pela Radar Systems Inc., Letónia, já que esta linha de GPR cobre todas as possíveis aplicações para radares de penetração terrestre montados em drones. Qualquer outro sistema GPR com uma frequência central semelhante terá mais ou menos os mesmos parâmetros práticos quanto à penetração e resolução.
Tenha em conta que a penetração e a resolução em certos locais dependem da composição do solo, da humidade, da temperatura, etc. Na tabela abaixo, utilizamos os parâmetros de um “solo médio” típico: uma substância com uma permitividade dielétrica relativa de 9, baixa condutividade e baixo teor de água.
Sob pedido, os sistemas GPR Zond Aero LF podem vir com antenas para frequências centrais personalizadas.
Especificações
Estes são os conselhos para utilizar eficazmente o sistema GPR. Não se trata de uma lista exaustiva, e estamos sempre disponíveis para discutir a sua solução específica em detalhe.
Dado que, no caso da utilização aérea (quando a antena GPR não está em contacto com a superfície), uma parte significativa da energia do impulso GPR pode refletir-se na superfície, espera-se que a penetração a partir de um drone seja metade da alcançada com um levantamento terrestre na superfície. A altitude recomendada (ou a distância entre a antena e a superfície) no caso de um levantamento aéreo deve ser menor do que o comprimento da onda eletromagnética no ar correspondente à frequência central da antena.
A penetração em boas condições, como areia muito seca no deserto após a época seca, pode ser até 2 vezes melhor. Em condições ideais (neve e gelo), a penetração pode ser de 3 a 4 vezes melhor. Condições como areia seca ou neve/gelo também são muito boas para o uso aéreo. Se se mantiver a altitude recomendada, não vemos qualquer degradação significativa da penetração máxima em gelo ou neve em comparação com o uso terrestre.
O tamanho mínimo de um objeto detetável é o diâmetro da superfície plana superior de um objeto subterrâneo orientado horizontalmente. Por vezes (dependendo da direção de deslocação do GPR), é impossível detetar uma folha de metal mesmo que tenha o dobro do tamanho mínimo exigido se, por exemplo, estiver posicionada num ângulo de 45 graus.
“Tamanho mínimo” ou “diâmetro mínimo” significa que é extremamente pouco provável detetar objetos mais pequenos. Mas não se garante que será possível detetar objetos maiores; isso dependerá de dezenas de outros fatores.
O diâmetro do refletor plano detetável é estimado utilizando uma “regra geral” como sendo 10% da distância entre a antena e o objeto (elevação da antena + profundidade) OU metade do comprimento de onda no material hospedeiro, o que for maior.
O diâmetro mínimo de tubos de plástico vazios detetáveis é estimado como sendo o comprimento de onda da frequência central do GPR no ar dividido por 2.
O diâmetro mínimo de objetos condutores detetáveis (tubagens metálicas, tubagens de plástico cheias de água) é estimado em 40% do comprimento de onda da frequência central do GPR num material hospedeiro (fonte: Ground‐Penetrating Radar for Geoarchaeology, Lawrence B. Conyers).
NUNCA planeie levantamentos utilizando estimativas próximas dos limites de penetração, tamanho de objetos detetáveis, etc. Utilize sempre valores mais conservadores.
Um erro típico dos novos utilizadores de GPR é pedir um sistema de GPR com a máxima penetração e tentar detetar objetos subterrâneos mais pequenos com ele. Lembre-se: uma boa penetração máxima significa uma má resolução/capacidade para detetar objetos pequenos.
Ao pedir um novo sistema de GPR para uma aplicação particular, considere que penetração é necessária, ou seja, não a exceda demasiado. Os clientes potenciais pedem frequentemente um sistema para procura de infraestruturas com uma penetração máxima de até 20 m. No entanto, a profundidade habitual de tubagens/cabos é de 1-2 m. É muito melhor pedir um sistema de 500 MHz, que permitirá a deteção de objetos mais pequenos/finos.
Uma camada de argila, mesmo com uma pequena quantidade de água, arruinará a imagem adquirida. Se houver argila ou solo argiloso na área do levantamento, este deve ser planeado para depois de uma época seca ou de um longo período de tempo seco.
As ondas eletromagnéticas não penetram através da água salgada. Portanto, o GPR não pode ser utilizado para batimetria em mar/água salgada.
La calculadora de GPR pode ser utilizada para estimar a detetabilidade de alvos a uma profundidade e altitude de voo (elevação da antena) particulares. Insira informações sobre a Elevação da Antena, o tipo de sistema GPR, a Profundidade Estimada do Alvo e o tipo de Material/Solo para obter os resultados.
O sistema de ecossonda para UAV consta de múltiplos componentes. Para sua comodidade, todos os componentes, software e serviços necessários são combinados em pacotes de ecossondas.
Drones compatíveis: DJI M300/M350/M600, Inspired Flight IF1200A, Harris Aerial H6, e Wispr Ranger Pro e UAV semelhantes.
GPR integrado com suportes para o drone
Atua como registador de dados do magnetómetro e implementa o modo True Terrain Following
Altímetro laser ou radar para voar automaticamente em modo de seguimento do terreno
Software para uma recolha de dados precisa
Programas para o tratamento inicial (limpeza e filtragem de dados) e a geração de resultados.
FAQ
Em teoria sim, na prática não. O principal problema é a altíssima taxa de falsos positivos no ambiente real. Consulte o nosso relatório sobre o campo de testes UXO/minas terrestres. A única aplicação viável do GPR aqui é utilizá-lo como um sensor auxiliar para recolher mais informações (profundidade, tamanho) sobre os alvos detetados utilizando sensores que utilizam diferentes princípios físicos (magnetómetros, detetores de metais).
Fisicamente, o GPR mede o tempo (em nanossegundos – ns) em que um sinal refletido foi recebido, utilizando como ponto zero o momento em que o sinal foi enviado. Esse período de tempo denomina-se tempo bidirecional (TWT). O software de processamento de dados GPR pode recalcular o tempo em profundidade se informar ao software que tipo de solo/meio existia na sua área de estudo.
Tão baixa quanto possível; por favor, tenha em conta a zona morta dos sistemas de uma só antena como o Zond Aero LF.
Alguns sistemas GPR (por exemplo, Zond Aero LF) utilizam uma única antena para transmitir e receber sinais. Durante o ciclo de transmissão e algum tempo depois, o GPR não consegue receber sinais refletidos. A zona morta das antenas de baixa frequência pode ser bastante ampla, até alguns metros sob a superfície. A calculadora de GPR online da SPH Engineering pode ser utilizada para estimar a zona morta sob a superfície para um determinado tipo de GPR e elevação da antena.
Não. Em teoria, é possível utilizar sistemas GPR com transmissores muito potentes e antenas de feixe estreito. Ainda assim, não existem e, de qualquer modo, não serão adequados para UAV pequenos e médios devido ao grande tamanho das antenas direcionais para a baixa frequência do GPR. Além disso, a potência dos transmissores GPR é muito limitada em quase todos os países.
As hipérboles no perfil do GPR correspondem a objetos pequenos ou lineares atravessados por linhas de sondagem. As antenas GPR têm um feixe bastante largo e começam a «perceber» as reflexões do objeto antes de a antena GPR passar por cima do objeto e algum tempo depois. As reflexões registadas formarão hipérboles se a antena se mover de forma mais ou menos constante. O vértice da hipérbole estará no ponto em que a antena do GPR esteja exatamente por cima do objeto.
Não. O GPR em veículos aéreos não tripulados não é adequado para espaços reduzidos. Em todas as situações mencionadas, é melhor utilizar o GPR com um carrinho da forma tradicional. Fornecemos carrinhos GPR terrestres para os sistemas GPR Zond Aero 500 e Zond Aero 1000.
Neve e gelo. Em termos de propagação de ondas EM, o gelo e a neve são quase iguais ao ar. Isso faz com que os estudos de neve e gelo sejam uma aplicação muito popular do GPR (tanto montado em drones como terrestre). A areia seca e os solos arenosos também são muito favoráveis para o GPR.
Qualquer meio e solo com alta condutividade, como argila ou solo argiloso, campos de cultivo com muitos fertilizantes, água do mar ou água contaminada.
Na maioria dos casos, não se pode utilizar o GPR montado em drone depois de chover ou quando a camada superior do solo está saturada de água e se houver vegetação alta ou árvores na zona de prospeção.
Em muitos países, existe um limite para a elevação da antena GPR sobre o solo, normalmente 1 m. Se a elevação da antena quando se utiliza num UAV estiver dentro deste limite, não há problema. Mas de outro ponto de vista – na maioria dos casos, exceto neve/gelo/solos muito secos, o GPR montado em drones é inútil quando a antena está elevada a mais de 1m. Portanto, temos normas estritas, mas não limitam o uso prático do GPR montado em drones.
Para isso pode utilizar-se a calculadora online de GPR da SPH Engineering. Selecione o modelo de GPR, a elevação da antena, a profundidade estimada do alvo e o tipo de solo/meio. A calculadora GPR estimará e mostrará muita informação útil. Tenha em conta que todos estes números são para condições favoráveis e não são garantidos para nenhuma condição em particular.
Na maioria das situações, o processamento de dados é simples e direto e requer apenas algumas operações: 1. Carregar os dados RAW do sensor no software de processamento 2. Eliminar o sinal de fundo (ruídos constantes) que oculta os reflexos dos objetos ou características de interesse 3. Aumentar o ganho (amplificação) do sinal para tornar mais visíveis os reflexos do subsolo e descobrir anomalias fracas. Se não vir os seus alvos de interesse depois destes passos simples, o mais provável é que o que procura não esteja lá, ou a qualidade dos dados seja má, ou as condições do subsolo não permitam que a energia eletromagnética penetre suficientemente fundo e volte à antena recetora do GPR. Os passos de processamento mais complexos podem aumentar o contraste das anomalias e permitir extrair informações adicionais sobre os alvos, mas não podem ajudar a encontrar algo em dados «inúteis».
