Cenni sulle Prospezioni Georadar

La prospezione georadar (Ground Probing Radar o G.P.R.), è una metodologia di indagine del sottosuolo, che permette l’acquisizione di informazioni e di facile interpretazione all’interno del mezzo indagato. Caratteristiche distintive dell’utilizzo di tale metodologia di indagine geofisica sono:

• economia dei costi,

• velocità di esecuzione,

• tipologia di indagine non distruttiva e non invasiva,

• restituzione di dati di facile interpretazione.

Il georadar è sostanzialmente costituito da un’apparecchiatura ricetrasmittente in grado di inviare impulsi multifrequenza nel sottosuolo e di ricevere le riflessioni generate dalla da ciò che li circonda.

Cenni alla Teoria del georadar

Tutti i mezzi reali assorbono le onde elettromagnetiche in misura dipendente dalle loro caratteristiche elettriche. Un mezzo omogeneo parzialmente conduttore è definito da un punto di vista elettrico da una coppia di valori:

• costante dielettrica relativa (er)

• conduttività (σ)

• Il sottosuolo è costituito da un mezzo eterogeneo le cui caratteristiche dielettriche sono determinanti per la individuazione di segnali ben definiti ed interpretabili.

• L’onda elettromagnetica generata dal radar viene emessa nel sottosuolo mediante un trasmettitore (TX) presente all’interno dell’antenna. Quando le onde elettromagnetiche incontrano una discontinuità fisica, parte dell’energia incidente viene riflessa, generando un impulso di forma simile a quello trasmesso ma attenuato e distorto in fase e frequenza, che viene raccolto da un ricevitore (RX).

• La forma dell’impulso trasmesso è opportunamente calibrata in modo da ottenere una distribuzione spettrale di tipo gaussiano con il valore centrale che rappresenta la frequenza caratteristica, o frequenza centrale dell’antenna, la quale corrisponde alla frequenza dominante dell’impulso. La frequenza centrale dell’antenna determina le caratteristiche di risoluzione e di massima profondità di esplorazione ottenibile.

• Le antenne possono operare in tre modi principali:

• disposizione monostatica;

• disposizione bistatica;

• disposizione cross-polare.

Con la disposizione monostatica, trasmettitore (TX) e ricevitore (RX) sono assemblati in un’unica struttura, permettendo di ottenere informazioni in tutta l’area indagata e di determinare la profondità di bersagli. Tale disposizione è consigliata per ottenere informazioni superficiali quali servizi e reperti archeologici con antenne a frequenza medio-alta (500-1000 MHz).
Con la disposizione bistatica, trasmettitore (TX) e ricevitore (RX) sono separati e messi ad una certa distanza l’uno dall’altro. Il vantaggio consiste in una risposta più dettagliata nelle zone più profonde, mentre lo svantaggio consiste nell’assenza di risposta in una porzione di terreno d funzione della distanza reciproca dei due componenti. Tale disposizione è consigliata per ottenere informazioni da zone profonde ed è generalmente impiegata con antenne a frequenza medio-bassa (80-300 MHz) e finalità geologiche.
Con la disposizione cross-polare, trasmettitore e ricevitore sono ortogonali tra loro. Tale disposizione risulta particolarmente utile nel riconoscimento di bersagli inclinati obliqui rispetto alla direzione di trascinamento delle antenne ed inoltre per particolari applicazioni scientifiche in genere.

 

La gestione dei dati radar

Le sezioni radar rappresentano i risultati delle indagini georadar.
L’asse orizzontale riproduce la direzione di avanzamento dell’antenna, mentre l’asse verticale rappresenta la direzione di penetrazione degli impulsi.
Tale distanza è espressa sotto forma di ritardo tra l’impulso emesso e quello riflesso ed è quindi pari a due volte la distanza antenna-bersaglio.
Il valore del ritardo viene convertito in valore metrico tramite la conoscenza della velocità di propagazione del segnale nel mezzo.
La visualizzazione radar di un bersaglio presente nel sottosuolo è mostrata in Fig. 1

L’elaborazione del segnale

Il segnale radar ricevuto dall’antenna risulta sempre caratterizzato dalla presenza di rumore (“noise”) che deve essere rimosso al fine di enfatizzare il più possibile la visibilità dei bersagli ricercati.
Numerosi sono quindi i processi di elaborazione a cui il segnale viene sottoposto prima della fase di interpretazione dei dati. Di seguito sono indicati alcuni dei principali processi utilizzati:

• Filtraggio verticale: Ogni singola traccia radar contiene un insieme di picchi che presentano un determinato periodo. Lo scopo del filtraggio nel dominio del tempo (filtraggio verticale) è quello di rimuovere tutte le frequenze spurie, cioè non connesse a bersagli presenti nel sottosuolo.

• Filtraggio orizzontale: L’insieme delle tracce connesse con una determinata struttura definisce una frequenza orizzontale; l’obiettivo del filtraggio orizzontale (dominio spaziale) è quello di rimuovere le basse frequenze (bande parallele) che non sono connesse ad alcuna struttura, ma che si generano nella zona tra antenna e superficie.

• Migrazione: Questa operazione è particolarmente adatta alla ricerca servizi. Infatti a causa della spiccata sensibilità periferica delle antenne radar, i sottoservizi generano riflessioni ad andamento iperbolico ed il processo di migrazione consente di rimuovere le code di queste iperboli conservando solo il punto di vertice che corrisponde alla posizione del bersaglio. In questo modo è possibile la detezione di servizi anche molto vicini, che altrimenti fornirebbero una riflessione molto confusa a causa delle riflessioni multiple.

Attrezzature, Strumenti e Mezzi

• nr. 1 Georadar RIS-2K/MF: Sistema Radar per mappatura dei sottoservizi e analisi del terreno.

Descrizione: II sistema RIS-2K/MF è composto da 6 antenne multifrequenza a diversa polarizzaione per un totale di 8 canali (A1 con unità multiplexer integrata composta da: antenna monostatica da 600 MHz, antenna monostatica da 200 MHz e ricevitore da 200 MHz crosspolare; A2 composta da: antenna monostatica da 600 MHz e ricevitore da 200 MHz; A3 composta da: antenna monostatica da 600 MHz e trasmettitore da 200 MHz). Tale soluzione rappresenta la configurazione ottimale che permette di raggiungere alte prestazioni in termini di detezione dei tubi nei primi 3 metri di terreno indagato (la profondità è variabile in funzione delle caratteristiche di attenuazione del terreno) e di ottenere, contemporaneamente, la classificazione del terreno. Il sistema comprende inoltre un potente software (IDSGrasWin2) di acquisizione ed elaborazione dati in situ.
Inoltre:

• Software IDSGRED/IN/ROAD: Software di elaborazione dati radar acquisiti con il sistema RIS per mappatura sottoservizi.

Descrizione: Il Software di Elaborazione IDSGRED/IN/ROAD opera in modo dedicato con il sistema CAD (AutoCad) corredato dall'applicativo IDSGeoMap opportunamente sviluppato per automatizzare le procedure di gestione dei vari processi cartografici, consentendo di referenziare tutte le scansioni radar rispetto alla cartografia di base, rilevata al momento dell'acquisizione campale. Inoltre al fine di ottenere una gestione efficiente dell'elevato numero di informazioni di una missione radar, il sistema di elaborazione dispone di un Data Base interno (Access), il quale permette di gestire in modo efficace tutte le selezioni richieste dall'utente.

• Software IDSSubReM V. 1.0: Software di elaborazione dati radar acquisiti con il sistema RIS per mappatura litologie.

Descrizione: II Software di Elaborazione IDSSubReM è dedicato alla mappatura delle litologie presenti nel sottosuolo dell'area indagata, secondo alcune macroclassi. Inoltre consente di visualizzare la mappa di segmentazione e layering, finalizzate alla visualizzazione dell'attenuazione del segnale in profondità e quindi per il riconoscimento di eventuali transizioni indotte dalla litologia presente.

• nr. 1 Stazione totale GPT – 6003 della TOPCON matricola WU 0244;