HYPERION 3D – ΤΡΙΣΔΙΑΣΤΑΤΟ ΜΟΝΑΞΟΝΙΚΟ ΜΑΓΝΗΤΙΚΟ ΒΑΘΜΙΔΟΜΕΤΡΟ

HYPERION GEOPHYSICAL

Τα μαγνητόμετρα είναι συσκευές οι οποίες  μετρούν την ένταση του μαγνητικού πεδίου της γης. Τα Βαθμιδόμετρα είναι ποιό εξειδικευμένες συσκευές που αποτελούνται από δύο ή περισσότερα  μαγνητομέτρα σε κατάλληλη διάταξη ώστε να μετρούν τον ρυθμό μεταβολής του γήινου μαγνητικού πεδίου.Το Hyperion είναι ένα βαθμιδόμετρο υψηλής ευαισθησίας με το οποίο είναι δυνατή η ανίχνευση αυτών των μεταβολών και  κατ  επέκταση την  χαρτογράφιση του υπεδάφους. Οπως είναι γνωστό, η γη περιβάλεται από ένα μαγνητικό πεδίο το οποίο σε μία μικρή περιοχή έρευνας μπορεί να  θεωρηθεί ομοιογενές.  Το πεδίο αυτό,  διαταράσεται και δημιουργεί ανωμαλίες που προέρχονται από μεταλλικά αντικείμενα ,κενά,  πετρώματα κτλ που βρίσκονται κοντά στην επιφάνεια του εφάδους.Το Hyperion ανιχνεύει  με μεγάλη ακρίβεια τις μεταβολές αυτές  καΙ  μέσω κατάλληλου λογισμικού επεξεργάζεται  τις μετρήσεις  και δημιουργεί  3D και 2D γραφικές απεικονίσεις του υπεδάφους.  Ενας έμπειρος  χειριστής μπορεί να αντιληφθεί  τι και που βρίσκεται στο υπέδαφος από τις εικόνες αυτές.

ΑΠΟ ΤΙ ΑΠΟΤΕΛΕΙΤΑΙ

To  Hyperion αποτελείται από το μπαστούνι  με τους αισθητήρες (probe),  την κεφαλή που περιλαμβάνει  τις  ηλεκτρονικές μονάδες της συσκευής και  ενα net book από το οποίο γίνονται η καταγραφή των μετρήσεων καθώς και οι απαραίτητοι  χειρισμοί. Η διασύνδεση τους  γίνεται   ενσύρματα μέσω θύρας USB για να αποφεύγονται  οι ηλεκτρομαγνητικές παρεμβολές της ασύρματης διασύνδεσης πχ του Bluetooth.

ΠΩΣ ΓΙΝΕΤΑΙ ΜΙΑ ΓΕΩΜΑΓΝΗΤΙΚΗ ΕΠΙΣΚΟΠΙΣΗ ΥΠΕΔΑΦΟΥΣ

Η περιοχή έρευνας χωρίζεται σε μικρά τετράγωνα  (βήματα) της τάξης των 30×30 εκτατοστών. Μέσω του προγράμματος ξεκινάμε μία νέα επισκόπιση και πρώτα ορίζουμε πόσα  βήματα χρειάζονται στον Χ και στον Υ άξονα αντίστοιχα ώστε να καλύψουμε το πεδίο της έρευνας.  Προαιρετικά ρυθμίζουμε την κατεύθυνση και την πορεία που θέλουμε να ακολουθήσουμε.Πατάμε την επιλογή Εναρξη και ξεκινάμε την έρευνα. Ολοι οι χειρισμοί γίνονται  εύκολα πατώντας την αντίστοιχη επιλογή στην οθόνη  touch screen του Net Book. Τοποθετούμε το μπαστούνι σε καθε τετράωνο διαδοχικά ακολουθώντας τις φωνητικές ή οπτικές  οδηγίες.Το μπαστούνι θα πρέπει να τοποθετείτε κάθετα στο έδαφος για να πάρουμε την σωστή μέτρηση. Το  κλισίμετρο μας βοηθά να τοπετήσουμε το μπαστούνι κατάκορυφα και όταν πετύχουμε την σωστή θέση μπορούμε να πάρουμε την μέτρηση πατώνατς το αντίστοιχο button διακόπτη.Αλλοι αισθητήρες καταγράφουν την θερμοκρασία και την υγρασία ώστε να έχουμε την εικόνα των συνθηκών κατά την διάρκεια της έρευνας. Το ενσωματομένο GPS καταγράφει τις γεωγραφικές συντεταγμές ώστε να είναι δυνατή η προβολή των σημείων έρευνας στο Google Earth και σε άλλα προγράμματα.

ΠΑΡΑΔΕΙΓΜΑ ΓΕΩΜΑΓΝΗΤΙΚΗΣ ΕΠΙΣΚΟΠΙΣΗΣ ΜΕ ΤΟ HYPERION

Στο παράκατω παράδειμα αναζητούμε το μεταλικό καπάκι παλαιάς δεξαμενής η οποία είναι θαμένη σε βάθος περίπου 50 cm. Η περιοχή έρευνας έχει οριστεί  σε 20 τετράγωνα 5 στον άξονα Χ και 4 στον άξονα Υ.

Εικόνα 1. Η οθόνη νέας Γεωμαγνητικής επισκόπισης.

Το κλισίμετρο φαίνεται στο κέντρο της οθόνης και οδηγεί τον ερευνητή να τοποθετήσει το μπαστούνι  κατακόρυφα ώστε να πάρει σωστή μέτρηση του μαγνητικού πεδίου.

Εικόνα 2.  Αποτελέσματα μαγνητικής Επισκόπισης

Μετά την ολοκλήρωση της επισκόπισης οι μετρήσες εμφανίζονται στην Εικόνα2. Ολες αναφέρονται σε μΤ και μπορούμε να δούμε τις τιμές του Βαθμιδόμετρου και του πάνω και κάτω μαγνητόμετρων σε διαφορετικές σελίδες.

Στην Εικόνα 3  εμφανίζεται η στατιστική ανάλυση των μετρήσεων από την οποία μπορούν να βγούν πολλά συμπεράσματα.

Εικόνα 3.  Στατιστική ανάλυση αποτελέσματων μαγνητικής Επισκόπισης

Η  Τυπική απόκλειση  από των μέσο όρο των μετρήσεων του Βαθμιδόμετρου (4,3545 μΤ) είναι ιδιαίτερα υψιλή άρα υπάρχει μαγνητική ανωμαλία και πιθανός στόχος στο πεδίο της έρευνας.Η τυπική απόκλειση  του κάτω μαγνητόμετρου είναι υψηλή (4,6813 μτ) ενώ του πάνω μαγνητόμετρου (0,9694 μΤ). Αυτό μας οδηγεί στο συμπέρασμα οτι πρόκειτε για στόχο κοντά στην επιφάνεια του εδάφους αφού το πάνω μαγνητόμετρο δεν επηρεάστηκε ιδιαίτερα (0,9694).Στα διαγράμματα που ακολοθούν  (Εικόνες 4 και 5)  απεικονίζονται οι τιμές των μαγνητόμετρων στο ίδιο σύστημα αξόνων ώστε να είναι εύκολα συγκρίσημες και του  βαθμιδόμετρου ξεχωριστά. Εύκολα διακρίνεται η ανωμαλία στα τετράγωνα 22 και 21 όπου βρίσκεται ο στόχος. Αυτό αντιστοιχεί στην κάτω δεξία γωνία του πεδίου έρευνας όπως φαίνεται από την Εικόνα 2.

Εικόνα 4.  Συγκριση αποτελέσματων μαγνητικής Επισκόπισης

Μικρότεροι στόχοι εμφανίζονται ακόμα  στα βήματα 3-4, 6-7,15-16. Για καλύτερη αξιολόγιση των στόχων αυτών,  θα πρέπει να γίνει νέα  έρευνα όπου θα αποκλειστούν τα  τετράγωνα 20 -21.

Εικόνα 5.  Σύγκριση αποτελέσματων μαγνητικής  επισκόπισης με ραβδογράμματα

ΑΞΙΟΛΌΓΗΣΗ ΕΠΙΣΚΟΠΙΣΗΣ ΜΕ 2D ΠΕΡΙΓΡΑΜΜΑΤΑ (CONTOURS)

Η Εικόνα 6 δίχει το 2D περίγραμμα (contour) του βαθμιδόμετρου. Οι γραμμές αντιπροσωπέουν  τις περιοχές που το μαγνητικό πεδίο έχει την ίδια ενταση και για αυτό ονομάζονται ισοδυναμικές. Οι μπλε γραμμές αντιπροσωπεόυν τις χαμηλότερες  τιμές, ενώ πηγαίνοντας προς το κόκκινο τις υψηλότερες. Στο κάτω δεξί τμήμα παρατηρούμε πως υπάρχουν πλε και κόκκινες γραμμές που αντιπροσωπέουν μία χαμηλή τιμή δίπλα σε μία υψηλή τιμή. Από την Εικόνα 1 βλέπουμε πως αντιστοιχούν στα τετράγωνα 20 όπου έχουμε μέτρηση -14,5734 μΤ και στο τετράγωνο 21 όπου έχουμε μέτρηση  13,1206 μΤ. Πηγαίνοντας από μία χαμηλή τιμή απότομα σε μία υψηλή όπως στο παράδειγμα είναι ένδειξη σιδηρούχου στόχου.  Ο σίδηρος μαγνητίζεται από το γήινο μαγνιτικό πεδίο και έτσι αποκτά δύο μαγνητικούς πόλους Βόρειο και Νότιο και ονομάζεται μαγνητικό δίπολο. Παρατηρούμε ότι οι ισοδυναμικές γραμμές είναι ιδιαιτέρα πυκνές και αυτό δείχνει ότι υπάρχει μέγαλη μεταβολή από μία μικρή τιμή σε μία μεγάλη.

Εικόνα 6.  2D Περίγραμα Βαθμιδόμετρου

Η γραμή στην αριστερή πλευρά δίχνει τα όρια της δεξαμενής και  ο κύκλος κάτω δείχνει άλλο στόχο πολύ μικρότερο σε μέγεθος.

Εικόνα 7.  2D Περίγραμα επάνω μαγνητόμετρου

 Η Εικόνα 7 δείχνει το αντίστοιχο περίγραμμα του επάνω μαγνητόμετρου. Παρατηρώντας την εικόνα βλέπουμε πως δεν υπάρχουν εμφανείς μεταβολές όπως στην Εικόνα 6. Από αυτό φαίνεται πως το πάνω μαγνητόμετρο δεν επιρεάστηκε άρα ο στόχος είναι επιφανειακός

Εικόνα 8.  2D Περίγραμα κάνω μαγνητόμετρου

Η Εικόνα 8 δείχνει το περίγραμμα του κάτω μαγνητόμετρου. Σε αντίθεση με το πάνω μαγνητόμετρο, παροουσίαζει  παρόμοια εικόνα με αυτήν του Βαθμιδόμετρου όπως φαίνεται στην Εικόνα 6.  Αυτό  συμβαίνει επειδή ο στόχος είναι κοντά στην επιφάνεια του εδάφους (περίπου μισό μέτρο)  επιρεάζει μόνο το κάτω μαγνητόμετρο.

Η Εικόνα 8 δείχνει το περίγραμμα του κάτω μαγνητόμετρου. Σε αντίθεση με το πάνω μαγνητόμετρο, παροουσίαζει  παρόμοια εικόνα με αυτήν του Βαθμιδόμετρου όπως φαίνεται στην Εικόνα 6.  Αυτό  συμβαίνει επειδή ο στόχος είναι κοντά στην επιφάνεια του εδάφους (περίπου μισό μέτρο)  επιρεάζει μόνο το κάτω μαγνητόμετρο.

ΑΞΙΟΛΌΓΗΣΗ ΕΠΙΣΚΟΠΙΣΗΣ ΜΕ 3D ΠΕΡΙΓΡΑΜΜΑΤΑ

Εικόνα 9.  3D Περίγραμα Βαθμιδόμετρου με χρήση MAS2B

Η Εικόνα 9 δίχει το 3D διάγραμα του βαθμιδόμετρου. Σε αντίθεση με τα 2D διαγράματα δεν εμφανίζονται ισοδυναμικές γραμμές αλλά η εικόνα εμφανίζεται τρισδιάστατη. Στην κάτω δεξία γωνία είναι εμφανέστατο το μαγνητικό δίπολο που έχει δημιουργήσει ο στόχος (καπάκι) που βρίσκεται κάτω από τα τεράγωνα 20 και 21. Επίσης φαίνεται ένα ‘βαθούλωμα’ στην πάνω αριστερή γωνία που αντιστοιχεί με την αριστερή γραμμή της Εικόνας 6.  Αυτό δείχει το σημείο που ξεκινάει η δεξαμενή στο υπέδαφος.Το Hyperion μπορεί να επεργαστεί τις μετρήσεις των μαγνητόμετρων με τρεις διαφορετικούς μαθηματικούς αλγοριθμούς τους ΚΤ2D,MAS2B, QSHEP2D. Οι αλγόριθοι αυτοί δημιουργούν από τα δεδόμενα των μετρήσεων πολλές ενδιάμεσες τιμές ώστε να μπορούν να δημιουργηθούν γραφικές παραστάσεις υφηλής ευκρίνειας. Ολα τα παραδείγματα ως τώρα χρησιμοποιούν τον MAS2B αλλά και οι άλλοι αλγόριθμοι μπορούν να χρησιμοποιθούν για να εντοπιστούν κάποες μικροδιαφορές. Για παράδειγμα η Εικόνα 10 δείνει ακριβώς την ίδια πληροφορία με την Εικόνα 9 αλλά επεξεργαμένη με τον αλγόριθμο ΚΤ2D. Εδώ βλέπουμε κάποιες λεπομέριες ποιό έντονα όπως το βαθούλεμα γύρω από το μαγνητικό δίπολο. Ο ΚΤ2Δ δίνει τονίζει περισότερο τις διαφορές ενώ ο ΚΤ2D δίνει πιο μαλακά αποτελέσματα.

Εικόνα 10.  3D Περίγραμα Βαθμιδόμετρου με χρήση ΚΤ2D

Εικόνα 11.  3D Περίγραμα πάνω μαγνητόμετρου με χρήση ΚΤ2D

Η Εικόνα 11 δείχνει  το 3D περίγραμα του πάνω μαγνητόμετρου επεξεργασμένου με τον αλγόριθμο KT2D.  Το επάνω μαγνητόμετρο δείχει την βαθύτερη κατάσταση του υπεδάφους.  Στην συγκεκριμένη εικόνα βλέπουμε τα όρια της δεξαμενής που εμφανίζονται με πράσινο χρώμα. Το χρώμα σην συνέχεια  γίνεται κίτρινο και στην συνέχεια κόκκινο πρός το κέντρο όπου αντιστοιχεί στο κενό που υπάρχει.

ΑΞΙΟΛΌΓΗΣΗ ΕΠΙΣΚΟΠΙΣΗΣ ΜΕ ΠΟΡΤΡΑΙΤΑ

Η εφαρμογή Hyperion διαθέτει μία επιπλέον λειτουργία αξιολόγησης των αποτελεσμάτων μιας Επισκόπισης όπως φαίνεται στην Εικόνα 12. Τα δεδομένα των μαγνητόμετρων επεξεργάζονται από ειδικούς αλγοριθμούς που εκτιμούν την θέση και το βάθος του στόχων που ανιχνεύτικαν.Το κάτω μέρος της οθόνης υπάρχει μια μπάρα χρωμάτων που ξεκινά από αριστερά με χρώμα μπλέ και διαδοχικά  γίνεται κόκκινη προχωρώντας προς τα δεξία. Η μπάρα αντιστοιχεί σε χρωμματική κλίμακα όπου στόχοι σε μεγάλο βάθος εμφάνιζονται προς το μπλέ ενώ στόχοι σε μικρό βάθος προς το κόκκινο.Για την συγκεριμένη επισκόπιση μπορούμε να συμπεράνουμε τα εξής. Ο μεγάλος στόχος που εντοπίστηκε στα τετράγωνα 20-21 εμφανίζεται κόκκινος που θα πει ότι θα είναι επιφανειακός. Το ίδιο ισχύει και για τον μικρότερο στόχο στο τεράγωνο 2. Το επάνω μαγνητόμετρο έχει έντοπίσει το κενό της δεξαμενής σε πολύ μεγαλύτερο βαθός το οποίο έμφανίζεται σαν ανοιχτό μπλε.  Στην στήλη Εκτιμηση Βάθους αριστερά, φαίνονται το κενό ο μεγάλος στόχος και ο μικρότερος με τα ανάλογα χρώματα.

Εικόνα 12.  Πορτραίτο Επισκόπισης

ΤΕΧΝΙΚΑ ΧΑΡΑΚΤΗΡΙΣΤIKΑ ΣΥΣΚΕΥΗΣ  HYPERION

ΤΕΧΝΙΚΑ ΧΑΡΑΚΤΗΡΙΣΤΙΚΑ ΠΡΟΓΡΑΜΜΑΤΟΣ HYPERION v1.00