Princip a historie od Lozy k ROTEGu

Georadar LOZA byl v 90. letech minulého století vyvinut na základě požadavku ruského kosmického výzkumu pro průzkum Marsu. Bylo potřeba vyhovět několika protichůdným technickým požadavkům. Georadar měl být lehký, výkonný, spolehlivý a s dosahem stovek metrů. Všechny georadary do té doby byly stavěny podle stejného principu s výkony několka Wattů. Zjednodušeně se takový georadar skládal ze tří celků. Vysílač - přijímač - antény. Všechny tyto díly byly podrobeny důkladné analýze. Zvětšení hloubky dosahu je evidentně možné zcela jednoduchým způsobem, a to zvýšením citlivosti přijímače nebo zvýšením výkonu vysílače. Georadar pracuje nejčastěji na frekvencích od 12 MHz do 500 MHz, to jsou ale frekvence, kde na Zemi pracuje spousta amatérských vysílačů, rozhlas i televize.

Přijímač LOZA

Zvyšovat citlivost přijímače a zvyšovat tak dosah je celkem jednoduché, to by mělo význam jen pro použití na Marsu. Zde na zemi citlivost kolem 10 uV zcela dostačuje, jinak bychom měli přijímač zahlcený místními vysílači. Střídavou složku rušení můžeme do určité míry snížit průměrováním několika desítek odražených vln (Stacking). Zvyšování citlivosti má tedy svůj limit a nejde zde libovolně zvyšovat hloubkový dosah.

Vysílač

V koncových výkonnových stupních georadarů jsou používány většinou MOS a LDMOS tranzistory. Dosavadní výrobní technologie ale neumožňuje dát těmto tranzistorům takové napájecí napětí, abychom zvýšili hloubkový dosah nad 50 m. V georadaru Loza je jako zdroj vln unikátní jiskřiště, na které jsou přímo napojeny antény. Princip je velmi jednoduchý, malý kondenzátor o hodnotě do 1nF se nabije na napětí asi 5kV a pak se vybije do jiskřiště, na které jsou napojeny antény, ty vyzáří tu frekvenci, na kterou jsou naladěny. Jiskřiště je ve vodíkové atmosféře a puls trvá kolem 3 ns. Energie impulsu je W=1/2.C.U2 , při nabíjecím napětí 5 kV to je při těchto hodnotách impuls kolem 1 MW (pokud by puls byl dlouhý 1 vteřinu). K georadaru jsou již dnes dodávány vysílače s napětím 20 kV a ještě silnější jsou ve vývoji (100 kV).

Synchronizace a záznam dat LOZA

U drtivé většiny ve světě používaných georadarů je výsledek měření v podstatě stroboskopický záznam. Vysílač neustále vysílá nepřetržitou řadu pulsů a přijímač ty odražené přijímá pokaždé v jiném časovém okamžiku a z těchto přijatých impulsů se skládá celá odražená vlna, z jednotlivých vln je pak složen celý radarogram. Synchronizace pracující v oblasti desítek GHz s sebou nese řadu technických problémů ohledně mechanické i teplotní stability, přenos vlnovody apod.. Znáte to, jako když chcete stroboskopickou výbojkou zastavit točící se kolo, nikdy se to pořádně nepodaří, zastavený obraz se pomalu otáčí, vynechává...Tento princip časové synchronizace je u georadaru Loza zcela vypuštěn. Byl nahrazen mnohem jednodušším způsobem. Data se zaznamenávají podle několika zvolených úrovní v celém časovém rozpětí záznamu vlny. I tak je ale třeba na záznam jedné odražené vlny několik stovek impulzů z vysílače. Úrovní měření je 128. Záznam jedné vlny tak trvá u antén nad 100 MHz asi 1 vteřinu. Pro antény 25 MHz a při použití 20 kV vysílače je doba záznamu asi 6 vteřin, souvisí to také s frekvencí generování pulsů ve vysílači.

Antény

Běžně používané antény jsou různé dipóly, stíněné nebo nestíněné. Georadar Loza si může díky velkému energetickému potenciálu dovolit použít širokopásmové dipóly. Přijímač u Lozy N zpracuje frekvence 1-50 MHz a druhý typ Loza V frekvence 50-500 MHz. Soupravu Loza jsem zakoupil v roce 2008, nesplnila celkem moje očekávání, pomalý postup měření, malé rozlišení a nepostačující hloubkový dosah mě donutil nastudovat podrobněji principy měření georadarem a za pár let jsem se rozhodl pro ...

Vývoj nového typu přijímače s názvem ROTEG

V roce 2012 jsme zahájili v naší firmě práce na novém typu přijímače, naší snahou je zvýšit rychlost měření a zlepšit rozlišení i hloubkový dosah. Pípat po 10 cm každý bod na měřícím pásmu mě už opravdu nebaví.

Používáme velmi rychlý A/D převodník od TI. Bohužel na tyto převodníky je embargo, musí se vyplnit několik protokolů a nedodává se k nim příslušný SW. Téměř 6 měsíců jsme pracovali na analýze příkazů pro řízení dat na dodaném pokusném boardu.

Ty se podařilo rozklíčovat koncem roku 2012 a nyní jsme schopni na jeden puls vysílače zaznamenat celou vlnu. Doba záznamu vlny může být teoreticky až 64000 ns (to je přibližně hloubka 3200 m). Časové rozlišení jsme oproti ruské verzi s 4 ns zlepšili na 0,6 ns, rozlišení měření amplitudy jsme zvýšili ze 128 hodnot na 4048.

Rychlost měření se zvýšila 100x, časové rozlišení 6x, amplitudové rozlišení 30x, maximální doba záznamu vlny 10.000 ns. Teoreticky jsme schopni měřit každých 5cm profilu při rychlosti antén po povrchu 8 km/hod.

Rok 2013 - pracujeme na analogové vstupní části přijímače, rozsah vstupních hodnot 120 dB si vyžádá elektronické řízení zesílení při šířce pásma 1 GHz. O vývoj projevil zájem i ruský výrobce.

Únor 2013- je částečně hotov SW pro PC na sběr dat. Je hotova zkušební verze přijímače. Odstranili jsme nežádoucí limitace signálu pro povrchová měření, zlepšilo se výrazně rozlišení do hloubek 4 m při záznamu do stovek metrů.

Záznam vlny z Lozy a dole z nového přijímače (zatím jen 8bit), zobrazení oscoloskopem. Odstraněna limitace a časové nasrovnalosti v záznamu vlny.

 

Červenec 2013 - s novým přijímačem již zkušebně měříme. Vstupní signál zpracováváme v rozsahu 12 bit, zatím máme rychlost 100 měření za vteřinu při záznamu do 4000ns.

Výsledky daleko předčily naše očekávání. Radarogram je ostrý od prvních metrů hloubky i při frekvenci 25 MHz!  Používáme širokopásmové dipóly.

Příklad měření na vápenci s horní asi 2 m vrstvou jílů. Stejný profil měřený Lozou a novým přijímačem RTG. 25MHz, vysílač "Berta". Puls 20 kV. Vzdušná vlna na vstupu přijímače má 95 V.

Dole jsou ukázky radarogramů pro antény s centrální frekvencí 150 MHz.

V hloubce  2 m je již vápencová hornina.

 Pro registraci dat jsme vyvinuli nový program Spirio, umožňující sledovat naměřená data se základním procesingem již v terénu na přenosném počítači.

.

Komunikace zatím probíhá po USB, připravujeme bezdrátový přenos.

V příštích týdnech plánujeme měření s využitím maximálního hloubkového dosahu, jakmile dokončíme STACKING měřených hodnot.

Připravujeme i měření na známém geologickém profilu pro ověření naměřených hodnot s fakultou geofyziky ČSAV v Praze.

Srpen 2013 - měření proběhlo v Chebské pánvi. Hlíny a jíly jsou materiály s největším útlumem, pro georadar jedno z nejhorších prostředí z hlediska hloubkového dosahu. Na frekvenci 25 MHz jsme zaznamenali ve větší hloubce jen jednu kontrastní vrstvu. Nechá se na ní rozpoznat několik zlomů, které vznikají v důsledku poklesu celé pánve a to bylo také cílem měření. Oblast je seismicky jednou z nejaktivnějších v celé republice.

Listopad 2013 - vylepšený SW zvládá průměrování vln. To nám zvýšilo hloubkový dosah a radarogram se vyčistil po celé hloubce záznamu.

Žula, antény 100 MHz, struktura je patrná místy až do hloubky 100 m. Vpravo nahoře asi štola.

Prosinec 2013 - měření v Českém Středohoří, Chrámce, porcelanity, 25 MHz, nahoře hlíny a jíly, pod nimi snad vápence, v levé části asi zvětralá trhlina. Časový záznam do hloubky 500 m při rychlosti vlny 10 cm/ns.

Rok 2014

Leden - nový georadar po elektrické i SW stránce funguje. Teď se jen musíme někde přesvědčit, že opravdu měříme to, co je pod zemí je a hledáme nějaký dobře zmapovaný geologický profil, prozkoumaný jinou geofyzikální metodou a s vrty do hloubek kolem 500 m, snad to nebude problém.....nevíte někdo o nějakém?

Duben - tak takový profil asi u nás není nebo se nám ho nepodařilo najít. Česká geologická služba na mé nabídky měření neodpovídá. Věnujeme se tedy zdokonalení HW a ovládacího programu. Obsluhovat georadar teď může pouze jeden člověk. Umístili jsme PC přímo na přijímač, komunikace jde stále po USB, vzdálenost odměřuje kolečko.

   

Černá krabička na horní části je GPS s přesnostií asi 1 m. Souřadnice se vkládají do naměřených dat každou vteřinu. Dosažená rychlost měření 100 pulsů za vteřinu umožňuje tahat antény za autem. Při rychlosti 10 km/hod  můžeme měřit s krokem 15mm nebo můžeme nastavit krok 15cm a v něm průměrovat 10 naměřených pulsů. Takto je možné táhnout antény i kolmo k měřenému profilu. To bylo v původním uspořádání velmi obtížné, na obsluhu bylo potřeba 5 lidí, 4 přenášeli antény po několika cm po nataženém měřícím pásmu a pátý tisknul tlačítko. Toto uspořádání je vhodné na vyhledávání podzemních chodeb, velkých dutin, zlomů kolmých na směr měření apod.

Červen 2014 - přišly nové díly z USA: 3,5 GHz převodník a deska s procesorem. Je navržen osmivrstvý plošný spoj na propojení obou dílů. Základní naprogramování obvodů FPGA zadáváme odborníkům na univerzitu. Na sběr dat již nestačí USB, celý výpočetní výkon stěhujeme do chassi přijímače. Jeden 100 m dlouhý profil má asi 40 -100 MB dat dle nastavené dobu záznamu jedné vlny. Ovládání bude po WiFi a do monitoru se přenese jen část dat pro základní zobrazení podloží.

Srpen 2014 - rychlost měření jsme zvýšili na 800 pulsů za vteřinu, to je maximální rychlost vyslaných pulsů z vysílače. Jsme tedy schopni zachytit a zpracovat všechny impulsy vyslané vysílačem. Radarogramy jsou ostřejší, můžeme si dovolit více průměrovat (STACKING), jsou dobře patrné drobné odrazy blízko pod povrchem i struktury z větších hloubek. Při rychlé chůzi můžeme měřit po 2 cm a zprůměrovat v tomto kroku třeba 10 pulsů. Časový zázna zatím funguje do 10.000 ns.

Příklad: Měření na hlínách a štěrcích, 50 MHz, 3 m antény, Volyně.

Nahoře data zpracovaná programem Krot, dole stejná data zpacovaná v programu Reflex.

Program Krot pracuje s principy filtrace používané třeba na 3D tomografech, je založen na použití sin a cos filtrů, derivacích a logaritmování dat. Je tedy více zaměřen na zpracování samotného obrazu. Program Reflex je v nastaveních mnohem obsáhlejší. Vychází více z frekvenční analýzy a umožňuje např. jednotlivé frekvence filtrovat a zesilovat. Umožní zesílit i drobné odrazy při jemně navzorkované vlně. Spojení obou výsledků přináší novou kvalitu při vyhodnocování radarogramů.

Září - prosinec 2014 - prototyp přijímače pracuje na výbornou, podzemní chodby lezou z hloubek do 15 m jako houby po dešti. Pracujeme na novém vstupním anténním zesilovači s možností řízení zesílení v časech 100-1000 nanosekund. Naší snahou je zachytit nezkresleně první odrazy s amplitudou až 80 V a hned po nich zesílit vlnu z větší hloubky s úrovní pod 0,001V. Zatím jsme to řešili záznamen dvou souborů dat s různým zesílením. Pokud se podaří řídit zesílení v reálném čase, můžeme zvýšit na dvojnásobek vertikální rozlišení z 0,6 ns na 0,3 ns. To je při měření do hloubky vzorkování po 15 mm!

Je vyřešeno dálkové ovládání georadaru po WiFi se sběrem všech dat do monitorovacího PC.

 

 

 

Přes zimu 2014-15 byl čas na vylepšení antén. Podařilo se zkrátit na 1/4 délky antény vysílače, přitom se podařilo více než zdvojnásobit širokopásmovost a odstranili jsme na anténách přechodové jevy, které způsobovaly rozmazané přechody na rozhraních materiálů. Vzrostl asi 5x výkon, který jsme schopni vyzářit do země. To se pak odrazí na vyšší intenzitě odrazů a zvětšení hloubového dosahu.

Níže je radarogram s anténami 150 MHz. První 1m vrstva hlíny, pak žlutá spraš a na 3 m hloubky vápencové (slíny, opuka) skalní podloží až do 100m. Levý sloupec s originálními anténami od výrobce, vpravo nově vyvinuté. Zlepšení rozlišení v prvních metrech hloubky! Ostrá rozhraní a několikanásobně vyšší intenzita odražených signálů. Omezení vzdušných odrazů v levé části radarogramu. Měření záměrně začíná u velké kovové kostrukce.

Stejné úpravy lze provést i pro antény na ostatních frekvencích 20-500 MHz. Zkrácení vysílacích antén otvírá cestu k jejich snadnějšímu odstínění, aby méně vyzařovaly do okolí.

Duben 2015 - k naměřeným datům jsme připojili data z GPS, umístěné na přijímači georadaru. V programu Google Earth pak vidíme celou trajektorii a lze snadno zobrazit na mapě v radarogramech nalezené anomálie. Se čtyřkolkou lze najezdit za hodinu 5 -10 km profilů. Ideální pro archeologii, trasování inženýrských sítí i pro průzkum geologických struktur.

V dubnu proběhlo i testovací hloubkové měření v Moravském krasu s časem záznamu do 6000ns. Dobře čitelné odrazy jsme registrovali v hloubce až 230 m ((3800 ns). Antény 25 MHz, krok měření 20 cm, vertikální vzorkování 0,6 ns. Vlevo radarogram s řadou dutin, jedna veliká na hloubce 50 m. Vpravo úzká trhlina, zpracováno v kombinaci s programem Krot.

Duben 2016 - je postaven nový prototyp s přenosem dat po WiFi. Proměnná rychlost přenosu dat je kompenzována bufrováním v přijímači a následném odesláním dat při lepších podmínkách. Celé ovládání georadaru je bezdrátové, dosah WiFi asi do 100 m. Vzorkování vlny na 3,6 GHz zlepšilo verikální rozlišení na 0,27 ns. Podloží tedy měříme teoreticky po 12 mm do hloubky. Řízené zesílení vlny v reálném čase přineslo nezkreslenou vlnu od povrchu až do maximální hloubky. Připravujeme atesty a sériovou výrobu. 

Poslední měření v dubnu 2016 nám potvrdilo odrazy od známých dutin ve Slovinsku v Postojné z hloubky 200-230 m. Stupnice pro hloubku je vpravo. Radarogramy s takovými dosahy se na internetu nevyskytují kromě měření na ledovcích, tam jsou ale zcela jiné podmínky.

Červen 2016 - už rok nestíháme zakázky  pro měření georadarem, ale stále pracujeme na zrychlení celého systému měření. Zpracování dat v procesoru je příliš pomalé, přecházíme na nový systém. Plánujeme prodloužit dobu záznamu na 20.000 ns při současném naměření a zprůměrování všech pulzů, které vyšle vysílač. Vstupní převodník dělá 3.600.000.000 měření napětí  za vteřinu, to je těžko představitelná rychlost. Tyto data se musí uložit v reálném čase, matematicky zpracovat a zaslat po WiFi do tabletu, zobrazit, přidat data z GPS a data výškového profilu. Začíná se projevovat pomalá rychlost šíření elektřiny ve vodičích, potřebovali bychom ji zvýšit, ale nejde to. Pomáhá jen kalibrace přenosu dat mezi jednotlivými prvky. Jsme na mezi fyzikálních možností daných součástek. Pro zlepšení bychom museli vyřadit desku propojující jednotlivé komponenty a vše postavit na jednom plošném spoji. Pro frekvence 3,6 GHz je to ale trochu alchymie a při cenách součástek přes 100.000,- se mi do toho moc nechce.

Listopad 2016 - měřením u Hranické propasti jsme s poslední verzí dosáhli rekordní hloubky 500 m. To patrně nemá ve světě obdoby pro frekvenci antén 25 MHz.

Leden 2017 - blíží se dokončení nového SW, zbývá odstranit několik chybiček. Zadali jsme výrobu nových chassi s lepším chlazením přijímače, jsou dokončeny vodotěsné vyměnitelné akumulátory. Připravujeme prodejní stránky v anglické verzi. Přijímač dostává typové označení ROTEG.

Březen 2017 - nová mechanika přijímače s GPS a WiFi, vyměnitelné akumulátory.

Duben 2017 - pokoušíme větší hloubkový dosah s anténami 25 MHZ. Měříme v lomu Malá dohoda, přímo na vápencové skále. Nastavený rozsah do 15.900 ns jsem opět podcenil. Máme čitelné rozhraní vrstev v hloubkách přes 900 m! Prezentuji výsledky měření na mezinárodním sympoziu o georadarech. Po skončení přednášky nikdo neměl jediný dotaz, jsem tam za blázna, padly i náznaky, že jsem si to vše dokreslil v nějakém programu. Pouze jediný geofyzik pak projevil zájem, když to tak pěkně funguje, tak to pojďme s odbornými institucemi ověřit. Dobrý nápad!

Červen 2017 - odmítají nám uveřejnit články v odborných časopisech o geofyzice. "Georadary přeci fungují tak maximálně do 30 m, tak co nám to tady vyprávíte, nějakých 500 m nebo snad 900 m,  jste se asi zbláznili!" No, Pastéra také vyloučili z univerzity, když tvrdil, že se bakterie šíří vzduchem, taková blbost, vždyť nemají křídla...

Červenec 2017 - mapujeme ve Slovinsku celý týden z povrchu průběhy jeskyní v hloubce 150-200 m anténami na frekvenci 25 MHz. Objevujeme nové dutiny a nacházíme propojení jeskyň v místech, kam jiné georadary nedosáhly. Jeskyňáři potvrzují naše výsledky na známých prostorách a my jim ukazujeme, jak dutiny pokračují za závaly a za sifony.

Říjen 2017 - je hotové bufrování dat GPS při výpadku spojení WiFi. Můžeme volit vzorkovací frekvenci 1:7. To umožňuje podrobné měření v archeologii a při měření do velkých hloubek se sníží objem přenesených dat, čas záznamu teď může být do 500.000 ns. To je teoreticky do 25 km. Možné využití je pouze při měření na ledovcích nebo bychom museli používat blesky jako zdroj pulzů pro měření do největších hloubek.

V principu je tedy vývoj georadaru po 5 letech ukončen, ladit se budou jen drobnosti a vylepšovat můžeme ovládací program, přesnost GPS a pod..

Listopad 2017- dosud se nám nepodařilo prosadit v odborných časopisech ani jediný článek o tomto vyjímečném georadaru. Agentura TAČR pro podporu vývoje a výzkumu nemá pro následující rok 2018 vypsaný program, který by mi umožnil ověřit mimořádný hloubkový dosah georadaru. Nejsem totiž "výzkumný ústav", tak mám smůlu. Bez nějaké ověřené certifikace se georadar bude těžko prodávat. Vývoj stál několik miliónů a není o něj moc zájem. Splnil jsem si ale sen - jedu dnes autem po poli, táhnu za koulí antény,  na palubní desce mám barevný monitor a koukám se do hloubky 200 m, co všechno tam v té zemi je...úžasné!

Únor 2018 - je sestaveno několik přístrojů a začínají se projevovat potíže s kompaktibilitou jednotlivých nakupovaných dílů. Ne vždy to funguje spolu, i když jednotlivé díly jsou v pořádku.  Každé 20. měření se zasekne, příčinou je velmi pomalá rychlost elektřiny ve vodičích. Musíme navrhnou všechny datové vodiče stejně dlouhé a zlepšit musíme impedanční přizpůsobení datových linek, jsme na hranici fyzikálních možností, měříme a zaznamenáváme 3,6 miliardy dat za vteřinu. Musím tedy udělat to, do čeho se mi moc nechce. Navrhnout jeden plošný spoj pro všechny rychlé komponenty, t.j. převodník, procesor a paměti.

Duben 2019 - povedlo se, máme první dva funkční prototypy, vše je na 10 vrstvém plošném spoji.  Absolvujeme s nimi asi 50 měření včetně hloubkových ve Slovinsku, tam si nás mezitím oblíbili, takže měříme jeskyně i průběhy vrstev v tamních lomech do stovek metrů. Vše funguje bez chyb. Opravili jsme několik drobností ve schematu a v září zadáváme výrobu konečné verze.

Březen 2020 - na konci minulého roku jsme vyrobili 5 ks přijímačů ROTEG, snad už poslední verze. Vše funguje jak má. Přístroje se po zapnutí sami kalibrují. Hardverová část je bez chyb. Doladil se vstupní anténní díl, zlepšilo se několik parametrů jen pomocí lepšího odladění programu. Např. můžeme průměrovat až 500 hodnot měření, více již nemá smysl. Přehlednější je i ovládací program Spirio pro sběr dat, doplnili jsme obrázkové ikony a zvětšili texty. Píší se návody, doporučené postupy měření a pod.. Spirio už běží v češtině, angličtině a ruštině, další jazyky se nechají jednoduše přidat. Po tři roky také již probíhá vývoj vlastních vysílačů, jsou téměř hotové. Připravujeme vše na atestaci v certifikovaném zkušebním ústavu. V minulém roce jsme měřili na hradech, zámcích, klášterech, kostelích, hradištích, hledali jsme zasypané studny, sklepy, štoly, skalní podloží, jeskyně... s nedostatkem vody v ČR se rozvíjí spolupráce s několika hydrogeology a s úspěchem se nám daří vyhledávat zdroje vody pro obce do hloubek až 100 m.

Duben 2020 - stále je co vylepšovat, změnil jsem geometrické uspořádání anténích prvků u 3 m dlouhé antény s frekvencí 50 MHz a s našim vysílačem s pulsem 22 kV máme čitelné odrazy z hloubky 300 m, nemohl jsem tomu uvěřit. Jsou to vápence na Blanensku, dutiny jsou tam od 60 m do 160 m, pak jsou vidět jen vrstvy v hornině.

Co takhle sestrojit stejným způsobem antény na 12 MHz, to by mohl být hloubkový dosah 1-2 km.

Srpen 2020 - zásadní průlom ve vyhodnocování radarogramů, rozšířili jsme program Spirio o nový dynamický filtr pro vyhledávání transverzálních singularit. Můžeme mnohem komplexněji zpracovat všechna data zaznamenaná příjímacími anténami na celém spektru frekvencí. Dutiny v horninách s velkým útlumem, které jsme dřív neviděly, jsou teď nepřehlédnutelné. Odrazy kopírují tvar dutin, můžeme zkontrolovat znovu všechny radarogramy za posledních 7 roků...asi tak 15.000. Běžné programy tento filtr nemají, pouze částečné náhražky a takto čistý odraz, jako je dole nedokáží získat i když jsem si s tím dal několika hodinovou práci v běžném vyhodnocovacím programu.

Snímek štoly po těžbě stříbra v okolí Tábora v hloubce 14 m. Inverzní barevná stupnice.

Břidlice, dutina na hloubce kolem 100 m. Břidlice má řadu drobných trhlin, které vlnu cupují při cestě dolů a pak rozptylují odrazy cestou nahoru. To je malý zázrak, že jsme dostali z takové hloubky takto dobře čitelný odraz.

Do  Spiria lze vkládat i vlasní barevné spektrum pro zobrazení hodnot. Zlepšilo se rozlišení a obrázky to i trochu oživilo.

Detail radarogramu s podrobněji děleným spektrem barev. Konec trhliny na hloubce 120 m. Archeologie pak vypadá úplně jinak, než jsme byli doposud zvyklí.

Říjen 2020 - zase je tu Covid, méně se měří a je čas na ladění programu. Reagujeme na poptávku z Číny s požadavkem měřit na silnicích georadarem 350 měření za vteřinu, aby auto při měření mohlo jet 80 km rychlostí a měřit každých 5 cm. Podařilo se nám zvýšit rychlost z dosavadních 220 na 800 měření za vteřinu a je tam ještě nějaká rezerva. Hloubka je při tomto měření omezena na 50 m (limituje nás rychlost datového přenosu WiFi,optický kabel by to zvládnul), ale zákazníkovy prý stačí jen do 5 m hloubky. Prověřili jsme i možnost zvýšení počtu impulzů z vysílače a při těchto menších hloubkách můžeme generovat až 3.000 impulzů za vteřinu. Lze tak zprůměrovat i několik pulzů za jedno měření v délce 5 cm. Rychlost měření tak může náš zákazník zvednout na 140 km/hod, pokud si k tomu vyrobí příslušný vozík za auto.

V průběhu léta proběhlo několik vrtů a čerpacích zkoušek na lokalitách, kde jsme předpokládali výskyt vody v hloubkách do 80 m. V kombinaci s vyhledáním trhlin to opravdu funguje! Proměřili jsme i několik míst, kde byla zaměřena voda ze satelitu, shoda s georadarem je neuvěřitelná, jen georadar je v tomto případě asi 50x levnější.

Listopad 2020 - jsou dokončeny 12 m dlouhé antény s centrální frekvencí 12 MHz, použili jsme novou technologii podle zkušeností s 3 m anténami. Snad před zimou stihnem ještě několik měření do hloubky 1-2 km. Před dokončením je i 40 kV vysílač, sice nám v něm ještě srší výboje, ale zkusíme ho celý potopit do transformátorového oleje, to by mohlo pomoci.

Během roku 2020 nám vyšel první článek v odborném časopise pro Moravu a Slezko.

Ostatní časopisy se zatím bojí. Zajímavý je ten postup zveřejnění článku. Redakce vás většinou sama neosloví, to tam musíte napsat o nějakém zajímavém měření a ta redakce dá ten příspěvek několika recenzentům, kteří posoudí odborně kvalitu toho příspěvku. Jak můžou ale posuzovat něco, co nikdy neviděli? Soudí tak tedy podle toho, co už někde viděli, ale to je absurdní. Cyklista nedokáže popsat zážitek z formule 1, pokud v ní nejel. Recence jsou tedy většinou zamítavé, s tím, že jsme data upravili nebo, že používáme při zpracování dat postupy, které nám tam vykreslí nesmysly a podobně. Radarogram do hloubky 500 m, kdo to kdy viděl!! V podstatě mne tak označí v té recenzi za podvodníka. Zatím mne nikdo neoslovil, že by se mnou provedl nějaké měření, nebo si nechal alespoň zaslat data, aby si je sám zpracoval, podle svých postupů ve svých vyzkoušených programech. Nikoho to nezajímá.

Vzpomínám na rok 1982, kdy jsem v Praze archeologům nabízel pomoc při průzkumech s tehdy špičkovým detektorem kovů Garet. Stál 3.300 DM, za to bylo tehdy nové auto. Řekli mi, že to nepotřebují, protože mají mnohem lepší metody, jak hledat malé drobné kovové věci, mince a pod., mají na to prý specialisty. Pak jsem tam byl ještě jednou v roce 2020, že jim mohu pomoci při průzkumech s georadarem. Odpověď jak jistě tušíte byla stejná "My to nepotřebujeme, máme jiné vyzkoušené metody...také máme detektory kovů.". Proč já blbec chodím 10-20 let dopředu. Je to těžké prosadit něco nového a nedej bože i úspěšného. Geofyzici se mi tedy zatím smějí a říkají " Najděte nám něco o čem nikdo neví, ukažte nám to nejdříve na radarogramu a pak to vykopejte, to bude důkaz". To mají sice pravdu, ale kdo zaplatí to kopání do 100 metrů? Já už něco vymyslím...třeba Štechovický poklad...

2021 leden Testujeme vlastní pulsní vysílače a zjišťujeme, že ten běžně používaný princip není vhodný pro antény na nízké frekvence. Našli jsme ale nové řešení, které při stejném napětí vysílače dokáže dostat do země asi 10x větší elektromagnetický pulz. To by znamenalo minimálně 2x větší hloubkový dosah. Zatím je to otestované na místě - bez pohybu antén. Jak sleze sníh, hned to ověříme. Ta práce snad nemá konec.... Program Spirio, který jsme začli dělat někdy v roce 2012 má už asi 100 verzí a stále je co zlepšovat. Je ušitý přímo na ROTEG a na rychlé zpracování dat s výsledky, o kterých se nám před 8 roky ani nezdálo.

Roteg i s vysílači doslal nový design.

Video jak rychle měříme.

Březen 2021 - stále žádné zakázky i díky Covidu. Vylepšujeme tedy SW na vyhodnocení dat. Řada programů používá hlavně frekvenční filtraci ke zvýraznění užitečných dat a k potlačení těch nežádoucích. Existule i zpracování dat samotného obrázku radarogramu, používají to ruské programy, je to podobné vyhodnocení jaká se používají u zpracování dat z tomografů. Lze tam například zaostřovat, vyhledávat velmi malé změny na silných signálech atd.. Pokoušíme se spojit oba tyto systémy do jednoho programu.

Červen 2021 - spojili jsme do jednoho programu frekvenční a obrazové filtry. Výsledky jsou vynikající. To co bylo dříve maskováno silnými signály se nyní vyhouplo na povrch. Doplnili jsme volitelné izolinie.

Srpen 2011 - je zhotoven nový unikátní typ vysílače pulzů, který nepoužívá anténu pro přenos signálu do země. Účinnost přenosu můžeme jen odhadnout na asi 50 násobek. Radarogramy do 500 m i v horninách mimo vápence jsou dobře čitelné.

Listopad 2011- vrátili jsme se k měření nad podzemní továrnou Richard u Litoměřic. Známé štoly po těžbě vápence v hloubce 60-70 m stále odolávaly nalezení i když jsme použili 6 m antény a nejsilnější vysílač, čitelnost radarogramů byla tak do 20 m, útlum slínovců je zde nezvykle vysoký. Nešlo tak prověřit okolí podzemního lomu, kde je na koncích štol spousta závalů, zda nevedou nějaké štoly mimo známé plány. S novým vysílačem a novým SW to nyní na většině míst jde. Propálili jsme to místy do stovek metrů až na čedičové podloží v hloubce okolo 250 m.

 

Prosinec 2021. Tak výkonný vysílač a velmi dobrý přijímač už máme. Vidíme do velkých hloubek, ale na radarogramech jsou stále velké plochy, ve kterých nejsou vidět žádné struktury. Jak je to možné, záznam dat jde přeci po milimetrech. Problém je v tom, že signál má stejnosměrnou složku, která způsobí při větším zesílení  vychýlení celé vlny do modré nebo červené oblasti a tam narazíme na omezení. Dalo to trochu práce a podařilo se udělat fitr, který dokáže stejnosměrnou složku odstranit, drobné změny na vlně až 250x zesílit a přitom si zachová informaci o fázi původní vlny.

Na radarogramu to pak vypadá takto: Vlevo původní, vpravo upravený filtrem. Je to rozhraní dvou typů hornin s trhlinou. V pravém obr. je mnohem více podrobností.

Pak přibyl ještě jeden filtr na sledování změn permitivity. Ten nám dokáže přesněji určit rozhraní vrstev a shodně vykreslí stejné typy materiálů na radarogramu.

Tak zkusíme ještě derivační filtr na změny v permitivitě a můžeme i přidat zobrazení maxim a minim vlny. Zajímavé by bylo i měnit pořadí filtrů, jak jdou za sebou....Pozn. Tak pořadí filtrů v podstatě nemá vliv na výsledný obrázek a to je vlastně správně. Různými cestami zpracování dojdeme ke stejnému výsledku.

Konec prosince 2021. Stačilo zprogramovat gradienty permitivit a výsledkem je zobrazení neskutečných podrobností. Zem se stává průsvitnou... Níže je stejný radarogram jako nahoře, ale do hloubky 600 m.

A to není vše, pokud si uděláme detail té fialové oblasti na hloubce 200 m, tak můžeme usoudit, že ta horní černá oblast nad ní se skládá z horizontálních vrstev nějakého velmi drobného materiálu a ta fialová oblast bude asi z nějakých kamenů, nebo dutin. Detail je dole.

Stále ještě nejsme na základním rozlišení měření. Tento radarogram je měřen do hloubky po bodech v rastru 10x10 cm (lze to i zjemnit až na 2x2 cm), zde je plocha obrázku 440x100 m. Body mezi sebou jsou průměrovány, dva vedle sebe a čtyři nad sebou, nejsou to tedy žádné matematické výmysly, sledujeme stále jen změny fáze vlny a její intenzitu a hodnotám přiřazujeme barvy.

Jen pro srovnání, stejná oblast po vyhodnocení před 2 roky by vypadala asi takto:

... až se z toho trochu vzpamatuji, tak mohu znovu projít několik tisíc radarogramů ve svém archivu, co všechno jsem přešel a neviděl ....

 

Únor 2022 - odeslal jsem mail na ředitelství České geologické služby s nabídkou předvedení georadaru ROTEG. Formou konzultace, přednášky nebo měření v terénu. Po třech měsících a urgenci přišla trochu váhavá odpověď, tak uvidíme jestli se rozvine nějaká spolupráce...tak nic (listopad 2022), nemají zájem ani o informace ani o měření, georadary vlastně prý ani moc nepoužívají, nepotřebují je...to jsem už někde slyšel....

Březen 2022 - přednáška o ROTEGu  v Ostravě na konferenci geofyziků způsobila velký rozruch. Část geofyziků říká, že to není možné dosahovat do tak velkých hloubek. Druhá část je opatrnější "Jestli je to pravda, co nám tady říkáte, pak je to revoluce v georadarovém průzkumu..", tak snad časem uvidíme, kdo je blíže k pravdě.

ROTEG vlastně už podle definice není georadarem, nemá vysílací anténu. Ve světe zatím není srovnatelný přístroj.

Duben 2022 - zapracovali jsme na programu Spirio, doplnili jsme měření rychlosti vlny v podloží pomocí hyperbol. Např. při změně tvaru hyperboly kolečkem na myši se zároveň mění hloubková stupnice a za to jsme sklidili již několik závistivých pochval.

Květen 2022 - v radarogramech lze označovat a popisovat jednotlivé anomálie, lze vybírat z desítek grafických ikon, lze tvořit i vlastní ikony. V exportu dat přibyly další tři možnosti pro zobrazení anomálií v mapách gpx a kmz. Lze exportovat data do přesných GPS přístrojů pro zpětné vyhledání anomálií v terénu. Do topografie jsme přidali možnost korekce barometrických dat pro upřesnění nadmořské výšky. Lze importovat topografii pro profily, např. z ArcGisu.

Červen-září 2022- kromě běžných zakázek měříme pro firmy a instituce, které projevily zájem na ověření vlastností Rotegu na již dobře proměřených lokalitách (konečně..). Výsledky by mohly být známy začátkem roku 2023

Říjen 2022 -odjíždíme měřit uhelné sloje do Mongolska. Pro velký úspěch jsme tam georadar museli nechat, neprodali jsme ho, ale pronajali. Vyhodnocení dat budeme provádět v ČR. Narychlo se staví nové antény a oživujeme rezervní přijímač. V provozu je nový vysílač 2x20 kV. První test v Moravském krasu našel neznámou obrovskou dutinu v hloubce kolem 100 m. Změřili jsme i štolu s přivaděčem vody z Josefovské nádrže, je v hloubce kolem 130 m, šířka štoly dole 3 m, štola má tvar paraboly s vrcholem nahoře. Byla vidět už v surových datech, po zesílení se objevil její skutečný tvar. Dáme ji do příkladů měření až nám uvolní data pro zveřejnění. Běžná geofyzika takovou štolu dokáže najít asi do 30 m hloubky, takže máme další potvrzený rekord.

Listopad 2022- stále vyrábíme antény, nejde to tak rychle, jak jsme si představovali. Do vyhodnocovacího programu Spirio jsme doplnili možnost zadat ručně maximálně v 30 bodech průběh zesílení na vlně, za body se nechá "tahat" a zesílení se ihned změní. Bezva doplněk k lineárnímu a log. zesílení. Ne vždy se s nimi dříve nechal požadovaný půběh zesílení nastavit.

Leden 2023 - do tabulky filtrů jsme doplnili obrazové filtry pro detekci a zaostřování hran. Pomáhají nám zobrazit velmi slabé přechody mezi různými materiály a vykreslit jejich rozhraní. Do programu lze nyní naimportovat nejen data z georadaru , ale i jakýkoliv obrázek JPG. Jak filtry pracují, je vidět na serii tří obrázků níže. Vlevo je originální obrázek typu JPG, uprostřed je stejný obrázek upravený, velmi slabý a v běžném kreslícím programu rozmazaný, naimportovaný do programu Spirio 6. Vpravo je použit  filtr pro zesílení a detekci přechodů hodnot a filtr pro zaostření hran. Podařilo se zpětně získat původní kontury a je zde vidět i postup, jak kreslící program rozmazává obraz.

Takto se nechá zpracovat jakýkoliv obrázek typu JPG nebo třeba starší radarogram, ke kterému scházejí původní naměřená data a dochoval se jen obrázek.

https://georadar.rtg-tengler.cz/protiletecky-kryt-praha-sarka,  https://georadar.rtg-tengler.cz/patom

Březen 2023 - přijímač i sada vysílačů prošla certifikací ve zkušebním ústavu

Duben 2023 - postavili jsme další přijímač, který šifruje naměřená data. Po odeslání na zpracování je můžeme dešifrovat a vyhodnotit. To otvírá možnost k dlouhodobému pronájmu měřící soupravy do jiných zemí.

Květen 2023 - data dosud zpracovávaná v celých číslech +- 2047 hodnot,  jsme nahradili zpracováním v desetiných číslech. Rozsah pro zobrazení amplitudy se tím rozšířil na +- 32.767 hodnot. Zlepšil se kontrast mezi malými hodnotami a přineslo to také prodloužení hloubkového dosahu asi o 1/3.

Antény 150 MHz, spodní část radarogramu od 19 m do  35 m.

Červen 2023- umíme v určitých mezích tvarovat pulz vyslaný do země. Můžeme ho obohatit o nízké frekvence a tak dosáhnout velkého hloubkového dosahu nebo energii nasměrovat k vyšším frekvencím a získat více podrobností ve středních až velmi malých hloubkách. Spodní obrázek má vedle sebe 4 měření stejného úseku o délce asi 16 m. Přijímací anténa je 50 MHz a nemění se, vyslaný pulz má napětí vždy 10 kV. Měníme jen tvar pulzu se spektrem od nízkých po vysoké kmitočty. Sloupec zcela vpravo má jen obsah vyšších kmitočtů, to je vhodné tak na archeologii nebo hledání inženýrských sítí. Tím, že zvýšíme podíl nízkých kmitočtů (sloupec zcela vlevo)  pro větší hloubkový dosah, nemusíme zvyšovat výkon vysílače, jeho energii mnohem lépe využijeme a navíc značně omezíme vzdušné odrazy od objektů na povrchu.

 

Duben 2022 až březen 2024 - po kontroverzní přednášce na sympoziu geofyziků v Ostravě jsme se s několika našimi předními geofyzikálními firmami domluvily na kontrolních měřeních, abychom prokázali schopnosti georadaru Roteg.

Firma Geotechnika nám zadala najít rozhraní jílů a skalního podloží v předpokládaných hloubkách do 50 m. Taková vrstva jílů s vodou o rezistivitě místy 1-10 Ohm na metr je pro elektromagnetickou vlnu téměř zkrat. Je to nejhorší prostředí, jaké může být snad kromě slané vody. Kontrola rozhraní byla pomocí několika vrtů. Běžné georadary zde mají dosah asi do 2 metrů. My jsme s Rotegem rozhraní jílů a skály na hloubkách 20-50m nenašli. Otázkou je, zda to rozhraní je kontrastní a rozdíl permitivit jíl - skála způsobí odraz vlny a pak zda je rovinné, aby se alespoň čtvrtina vlny od něj odrazila s měřitelnou intenzitou. Georadar na změnu permitivity citlivě reaguje a tvarovaný odraz jsme dostali na frekvencích 25 MHz a ještě lepší na 12 MHz. To ale bylo v rozporu s předpokládaným průběhem rozhraní jíl-skála. Gradientový filtr pak na začátku profilu nalezl na nízkých frekvencích svislá rozhraní, které nebyly zaregistrovány měřeními ERT ani seismikou firmy Geotechnika. V místě by se měl razit tunel a tam se svislými rozhraními je problém. Snad se nám podaří v budoucnu získat nějaké poznatky z ražby.

Firma INSET nám zadala štolu v hloubce 20-100 m. Šířka oblasti pro hledání asi 200 m délka 1200 m, možnost měření čtyřmi profily, které byly od sebe vzdáleny asi 300 m, oblast v Českém středohoří. To je hledání jehly v kupce sena. Neznáme hloubku ani velikost štoly, nemůžeme správně zvolit typ antén. Nejdříve jsme našli velkou trhlinu plnou vody v hloubce asi 120 m, to ale nebyla hledaná štola.Našli jsme pak na profilech množství anomálií, protože tam byly silné vrstvy hlín a v nich bodové anomálie, možná i balvany. To se jevilo jako oblasti s nízkou permitivitou - možné dutiny. Bylo jich ale mnoho a spojovat je  s jinými anomáliemi na vzdálenosti 300 m je nesmysl. Po konzultaci s Insetem se podařilo po výběru jen symetrických anomálií přisoudit nalezené odrazy k předpokládanému průběhu štoly. Geofyzik Insetu přiznal, že zadání nebylo optimální a jen těžko splnitelné. Georadar Insetu štolu ani ve 20 m nenaměřil.

Firma G IMPULS zadala dvě měření. První měření bylo na Hradčanském náměstí. Tam se podařilo identifikovat zásyp teréní nerovnosti na hloubce kolem 18 m. K naměřeným vrstvám do hloubky 300 m jsme vyjádření dostali nebo nedostali, nevím, přečtěte si vyjádření G Impulsu. Druhé měření byla štola, přivaděč vody v Jizerských horách. Šířka štoly asi 2 m hloubka asi 130 m, dodnes hloubku v místě měření přesně neznám. Pro současnou geofyziky je nalezení takové štoly v hloubce 130 m naprosto nesplnitelné, maximum hloubky je tak kolem 20-30 m. Štola na radarogramu byla vidět už na monitoru při měření Rotegem jen po základním zesílení. Geofyzik G Impulsu prohlásil na místě, že mi to nevěří a po proběhlé schůzce s vyhodnocením dat v únoru 2024 opět prohlásil, že tam štolu na radarogramu nevidí. Chápu, že to byl jeho první radarogram na nízkých frekvencích, který vyhodnocoval. Já jsem jich vyhodnotil tisíce a za mne tam ta štola zcela jasně je. Je to symetrický odraz, má šířku 2 m, pod odrazem je zeslabený signál, je v místě, kde ta štola má být.

Firma Geotest si zadala 4 km měření v Krušných horách nad ložisky lithia. Neurčila žádná specifika, co se má hledat. Vyhodnocení jsem provedl jen orientačně s poukazem na další možnosti zpracování dat. Firma se nezúčastnila závěrečného vyhodnocení.

K hloubkovému dosahu georadaru se vyjadřovali i zástupci z Přírodovědecké fakulty UK. Po vyjasnění vstupních podmínek pro určení dynamického rozsahu georadaru jsme, alespoň si to myslím, došli ke vzájemné shodě. Teoretický dosah do houbek stovek metrů je možný, pokud tomu nebrání vysoký útlum v hornině a máme dostatečný napěťový (není potřeba výkonnový) pulz z vysílače. Zdálo se, že prezentované výsledky oba zástupce příjemně překvapily.

 

Všechny materiály z měření, vyjádření zadávajících firem i má vyjádření k měření, které proběhlo pod záštitou ČAAG jsou přístupná na tomto odkazu: 

https://drive.google.com/drive/folders/1dNli5_QWLyjjBKUVP8Nz6oIX2mHHz3Sb

 

Za zápisu závěrečného semináře plyne, že geofyzici nedošli ke shodě v oblasti zpracování a interpretace dat a ani nezaujali stanovisko k hloubkovému dosahu georadaru.

Ten hloubkový dosah je vždy sporný, já říkám, že georadar vidí do takové hloubky, kde je ještě možno rozpoznat nějaké smysluplné odrazy. A to může být pro každý materiál jiné. Ke srovnání dosahu s jinými georadary na jednom místě nedošlo. Snaha geofyziků vyhodnotit data v Reflexu, nevedla k dobrým výsledkům. Měření a vyhodnocení dat na nízkých frekvencích je diametrálně jiné než měření na frekvencích nad 25 MHz. Odrazy od známých modelů tam vypadají jinak a je potřeba mít s vyhodnocením nějaké zkušenosti. Proto jsme také vyvinuli program Spirio, který s těmito daty umí pracovat. Pokud něco hodnotím, měl bych tomu především rozumět. Program Spirio si od nás žádná ze zúčastněných firem nevyžádala, nebo ho nepoužila. Takže 2 leté měření za několk stovek tisíc přineslo jen povědomí o tom, že tu nějaký výkonnější georadar je, nějak měří, ukazuje jinak, než jsme zvyklí, asi bychom těch měření potřebovali vidět víc a naučit se pracovat s novým SW....no, uvidíme.

Dalším testům se nebráním, uvítám je.

Květen 2024 - potřeboval jsem udělat měření georadarem ve vrtu 80 m hlubokém. Poptal jsem ho a zjistil jsem, že je tu jen jeden georadar a to pouze do 50 m. Pustil jsem se tedy do stavby Rotegu do trubky o průměru 70 mm. Vzal jsem odpadní šedou PVC rouru s 2 mm stěnou, napohled docela pevnou, dal jsem tam dvě víčka a celou jsem ji dal do 200 mm roury s vodou a víčky, zajištěnými pevnou kurtou. Nechali jsme tam asi 10 cm vzduchu a přes ventilek jsme rouru natlakovali kompresorem na auto na 3 bary. To byla šlupka! To větší víčko se změnilo v plastický materiál a mezerou asi 3 cm vyletělo ven. Trochu mě to polilo, ale větší překvapení bylo, že ta trubka uvnitř byla promáčklá. Pokud je vrt 80 m hluboký a je tam voda, tak tlak je tam 8 barů. To není legrace udělat těsnění a průchodky pro kabely pro takový tlak. Takže volba padla na 100 mm rouru z Meduru s vnitřním otvorem 70 mm, stěny 15 mm. Do jednoho tubusu jsme dali antény s vysílačem a s akumulátory. Ten pracuje zcela autonomně. Druhý tubus má pouze přijímací anténu a koaxiální kabel k přijímači. Délka kabelu 100 m, ve vrtech není žádný rušivý signál, takže se tam nedával ani zesilovač. Antény jsou na frekvenci 200 MHz. Test ve vrtu 80 m byl bez problémů, uvnitř tubusů ani kapka vody, naměřená data ve skále do vzdálenosti 30 m od vrtu - bez VF rušení, nádhera.