Schweden hat weit mehr zu bieten als rostfreien Stahl, Kiefernmöbel zum Selberbauen und stabile Lastwagen. Schon seit den frühen 1920er Jahren ersannen schwedische Unternehmen neue Methoden, um den Boden mittels elektromagnetischer Impulse zu untersuchen.
Die Firmen Aktiebolaget Elektrisk Malmletning (ABEM) und Sveriges Geologiska Undersökningar (SGU), aus der später die Malå GeoScience AB wurde, erlangten bald weltweite Bekanntheit durch ihre bahnbrechenden Entwicklungen, darunter den ersten Detektor für Metalle und Erze. Ursprünglich lag der Fokus auf der Suche nach Bodenschätzen, besonders für die Ölindustrie. Später, im Jahr 1990, fusionierten ABEM und Malå zur Guideline Geo AB, was zu einer veränderten Anwendung dieser Technologie führte.
Während Bodenschätze heute oft einfacher mit Hilfe von Satelliten oder Fluggeräten gesucht werden können, hat sich die Anwendung des Ground Penetrating Radar (GPR), auch bekannt als Bodenradar, auf andere Bereiche verlagert. Diese Technologie ist heute für zahlreiche Branchen unverzichtbar.
Das Baugewerbe steht ganz oben auf der Liste der GPR-Anwender. Bevor der erste Bagger anrückt, müssen Hindernisse im Boden lokalisiert werden – seien es Rohre, Kabel, Fundamente oder Abwasserkanäle. Bodenradar ermöglicht eine präzise Ortung und verhindert, dass wertvolle Infrastrukturen beschädigt werden.
Auch außerhalb des Baugewerbes wird Bodenradar vielfältig eingesetzt. Vermessungsämter erstellen detaillierte Karten des Untergrunds, während Archäologen mit GPR den Boden nach potenziellen Funden untersuchen können, bevor die Grabungen beginnen. Geologen setzen GPR ein, um verborgene Felsen, Risse, Grundwasser oder Eis zu lokalisieren. In der Forensik hilft Georadar dabei, verscharrte Leichen oder versteckte Waffen aufzuspüren.
Ein weiteres wichtiges Einsatzgebiet ist die Kampfmittelräumung, wo die Technologie zur Ortung von Sprengstoffen und Munition genutzt wird, bevor mechanische Arbeiten im Boden beginnen.
Das Grundprinzip des Ground Penetrating Radar (GPR) basiert auf der Abstrahlung elektromagnetischer Wellen in den Boden. Diese Wellen werden von unterirdischen Objekten und Strukturen reflektiert und von einem Empfänger aufgezeichnet. Anschließend werden die reflektierten Signale analysiert und als Radargramm dargestellt.
Ein punkt- oder linienförmiges Objekt erscheint im Radargramm als eine umgedrehte Parabel. Schon bevor das Georadar direkt über das Objekt fährt, treffen die ersten Radarwellen auf das Objekt und werden reflektiert. Da die Radarstrahlen in alle Richtungen ausgesendet werden, werden die reflektierten Signale nach und nach in die Tiefe abgetragen – so entsteht der erste Schenkel der umgedrehten Parabel. Am Scheitelpunkt der Parabel ist der Abstand zwischen Georadar und Objekt am geringsten. Hier befindet sich das Georadar direkt über dem Objekt. Bewegt sich das Gerät weiter, empfängt es die Radarwellen, die von dem Objekt hinter dem Georadar reflektiert werden. Dadurch entsteht der zweite Schenkel der Parabel.
Das Prinzip funktioniert natürlich auch, wenn mehrere Objekte im Boden vorhanden sind. Besonders bei vielen unterirdischen Strukturen ist eine sorgfältige Analyse nötig, um genau zu unterscheiden, was tatsächlich eine Parabel ist und was lediglich wie eine Parabel aussieht, aber durch die Überlagerung der Schenkel anderer Parabeln entsteht.
Mit zunehmender Übung in der Interpretation von Radargrammen wird man immer schneller und treffsicherer darin, Parabeln korrekt zu identifizieren und die unterirdischen Strukturen zuverlässig zu erkennen.
Wird mit dem Georadar ein sehr feines Netz an Bahnen abgefahren, kann mithilfe der Auswertesoftware ein 3D-Volumen des Untergrunds berechnet werden. Voraussetzung dafür ist jedoch eine hohe Datendichte. Dies wird hauptsächlich mit Georadarsystemen erreicht, die über mehrere eng beieinanderliegende Antennen verfügen. Bei solchen Systemen spricht man auch von Array Systemen. Die Auswertung kann anschließend auch in der Draufsicht (Vogelperspektive) erfolgen, wodurch die Ergebnisse weniger abstrakt und deutlich anschaulicher dargestellt werden.
Videolink: Entdeckung eines Vikingerschiffs
Die Beschaffenheit des Untergrunds beeinflusst die Effektivität von Georadar (GPR) erheblich. Trockene Böden wie Sand, Sandstein, Fels oder Beton sind ideal für Georadarmessungen, da sie nur wenig von der eingebrachten Energie absorbieren. In nassen, lehmhaltigen Böden, die eine hohe elektrische Leitfähigkeit aufweisen, wird die Signalqualität jedoch stark eingeschränkt.
Auch das Material des gesuchten Objekts und des umgebenden Untergrunds hat einen wesentlichen Einfluss auf die Klarheit der Radar-Daten. Je größer der Kontrast zwischen den Materialien ist, desto mehr Radarwellen werden am Übergang reflektiert und desto deutlicher treten die Parabeln im Radargramm hervor.
Einige Materialkombinationen sind schwieriger zu detektieren als andere. Ein Beispiel dafür wäre eine alte Drainage aus Ton in einem lehmigen Boden. Aus Georadar-Sicht ähneln sich die Eigenschaften des umgebenden Materials und des Rohrs, was die Erkennung erschwert. Vorteilhaft ist jedoch, wenn das Rohr mit Luft gefüllt ist, da dies den Kontrast erhöht – in diesem Fall erkennt man primär die Luft im Rohr und nicht das Rohr selbst.
Metalle sind im Boden relativ gut sichtbar, da Radarwellen an metallischen Objekten nahezu vollständig reflektiert werden. Befinden sich sowohl metallische als auch nicht-metallische Objekte im Untergrund, stechen die Parabeln der metallischen Objekte deutlich hervor.
Moderne Georadarsysteme wie der Malå Easy Locator Core und der Malå Mira Compact von Guideline Geo AB bieten mobile, hochpräzise Lösungen für eine Vielzahl von Anwendungen. Diese Geräte ermöglichen es, 2D- und 3D-Daten zu erfassen und diese in Echtzeit zu analysieren.
Der Malå Easy Locator Core wurde für eine einfache Bedienung entwickelt und ermöglicht es einem einzelnen Mitarbeiter, schnell und präzise den Untergrund zu untersuchen. Durch die Integration der Malå AI erfolgt die Datenverarbeitung in Echtzeit, sodass keine teuren Spezialisten mehr notwendig sind. Die Daten können außerdem mit GPS-Daten verknüpft und in die Cloud gespeichert werden.
Die Malå Controller App ist ein auf dem Betriebssystem Android basierendes Softwareprogramm für die Ortung von Versorgungsleitungen mit dem Malå Easy Locator Core. In Verbindung mit der Malå AI wird die Interpretation der Daten bis hin zum vollständigen Bild des Untergrundes zum einfachen Unterfangen. Sobald Gain und Kontrast eingestellt, und die Rauschunterdrückung aktiviert sind, können Marker (Markierungen) für das Objekt live im Feld gesetzt werden. Den Rest erledigt die Software.
Die gewonnenen Daten können in Google Maps oder in OpenLayers geladen werden oder in Verbindung mit Satellitenkarten bzw. StreetView-Daten betrachtet werden. Es ist selbstverständlich auch möglich, die Ergebnisse in verschiedene Dateiformate zu exportieren. Verfügbare Formate: Ausgedruckte Karten, dxf oder kmz.
Das mobile GPR-Gerät Malå Mira Compact verschafft dem Bediener ein detailgenaues 3D-Bild des Untergrundes in mittlerer bis geringer Tiefe. Der Mira Compact ist eine absolute Neuheit, und seit Oktober 2023 verfügbar.
Der Malå Mira Compact ist ein fortschrittliches 3D-Georadarsystem, das mit einem breiten Frequenzband arbeitet, um hochdetaillierte Bilder des Untergrunds zu erstellen. Die Softwarelösungen Mira Controller und Malå Vision Desktop machen das System zu einer benutzerfreundlichen Lösung, die auch von Laien bedient werden kann.
“Jeder, der in der Lage ist, einen Kinderwagen zu schieben, kann auch Georadarmessungen durchführen.” Diese Aussage mag eine Übertreibung sein, aber sie verdeutlicht, wie unkompliziert die Datensammlung mit einem modernen Georadar-System ist. Die Handhabung der Geräte ist intuitiv, und nach einer kurzen Schulung sind die Anwender in der Lage, eigenständig verlässliche Daten zu erfassen.
Die Bedienung der Georadar-Hardware ist dank ergonomischer Designs und benutzerfreundlicher Software unkompliziert. Nach kurzer Einarbeitung lassen sich die Messungen effizient durchführen. Doch bevor man loslegt, ist eine sorgfältige Planung entscheidend. Je nach Anwendungsfall sollten Messstrategien festgelegt werden:
Die Georadar Auswertung der gesammelten Daten kann sowohl im Feld als auch später im Büro erfolgen, abhängig von den Anforderungen des Projekts und der Art der Untersuchung:
Im Feld: Bei schnellen Entscheidungen, etwa um unmittelbar während der Messung zu überprüfen, ob kritische Objekte vorhanden sind, ist eine direkte Analyse der Daten vor Ort sinnvoll. Moderne Softwarelösungen bieten hier bereits zahlreiche Hilfsmittel, um erste Ergebnisse direkt anzuzeigen. Hier hilft z.B. die Mala AI, die automatisch auffällige Objekte markiert. Durch ein visuelles Symbol im Radrgramm, sowie ein akustisches Signal währen der Datensammlung kann man direkt eine Markierung mittels Fähnchen oder Sprühdose setzen.
Im Büro: Für detailliertere Auswertungen, wie bei der genauen Untergrundkartierung, bietet es sich an, die Daten am Computer in Ruhe auszuwerten. Hier können komplexe Strukturen besser analysiert und interpretiert werden.
Nachdem die Georadardaten gesammelt und ausgewertet wurden, bieten sich verschiedene Möglichkeiten zur Visualisierung der Ergebnisse. Je nach Anwendungszweck und gewünschtem Detailgrad stehen folgende Optionen zur Verfügung:
Screenshots von 2D- oder 3D-Ansichten: Die einfachste Form der Darstellung sind direkte Screenshots der Auswertungssoftware. Diese zeigen eine anschauliche Übersicht der erfassten Daten und bieten schnelle Einblicke in die unterirdischen Strukturen.
Markierung und Export von Objekten: Für detailliertere Analysen können erfasste Objekte (punkt- oder linienförmig) mit Markern versehen werden. Diese Marker lassen sich dann in verschiedenen Formaten exportieren, etwa als CAD-Datei. Besonders hilfreich ist die Möglichkeit, die Daten in unterschiedlichen Koordinatensystemen zu exportieren, was die Weiterverarbeitung in gängigen Planungs- und Konstruktionssoftwarelösungen erleichtert.
Falls die Datensammlung mit einem hochpräzisen GNSS RTK Empfänger am Georadar oder einem Tachymeter mit Prisma durchgeführt wurde, sind die erfassten Objekte äußerst präzise verortbar. In diesen Fällen können die Ergebnisse im Feld mit einer Genauigkeit von wenigen Zentimetern wiedergefunden werden. Das ist besonders wichtig für Anwendungen, bei denen es auf höchste Präzision ankommt, wie etwa bei Bauprojekten oder bei der Vermeidung von Kollisionen mit unterirdischen Leitungen.
Im folgenden Video zeigen wir, wie Ergebnisse mit einem GNSS Rover visualisiert werden und wie die erfassten Daten im Feld wieder lokalisiert werden können.
Wir sind überzeugt, dass die zerstörungsfreie Untergrundkartierung mittels Georadar eine große Zukunft hat. Die Hardware entwickelt sich stetig weiter, und besonders die Software hat ein Niveau erreicht, das diese Technologie für eine breite Anwenderschaft zugänglich macht. Zukunftsthemen wie Bauen im Bestand, der Ausbau der Netzinfrastruktur (Glasfaser, Strom und Fernwärme) sowie der immer größer werdende Zeitdruck bei Bauvorhaben werden der Georadar-Technologie zusätzlichen Auftrieb verleihen.
Während Länder wie Frankreich, England, die USA oder Australien bereits deutlich weiter in der Nutzung von Georadar und Kabelortung sind, bieten sich in Deutschland noch enorme Chancen, diese Technologie für neue Geschäftsbereiche zu nutzen. Wichtig ist dabei: Obwohl die Hardware und Software auf höchstem Niveau sind, bleibt Erfahrung der entscheidende Erfolgsfaktor. Fange also so früh wie möglich an.
Du bist Unternehmer und fühlst Dich angesprochen, dann nimm gerne Kontakt zu uns auf. Lass uns gemeinsam das Thema Georadar in Deutschland groß machen.
Die technologischen Entwicklungen für den Bausektor und andere, mit ähnlichen Problemen konfrontierte Branchen, sind atemberaubend. Mit den beiden Geräten des Weltmarktführers Guideline Geo AB, Malå Mira Compact und Malå Easy Locator Core, bieten wir Dir und Deinem Team die Unterstützung, die euch in Zukunft viel Zeit – und vor allem viel Ärger ersparen wird.
Wenn wir Dein Interesse geweckt haben, dann nimm gleich Kontakt mit uns auf. Wir beraten Dich gerne und bieten Dir ein interessantes Gesamtpaket mit anderen Geräten aus unserem Sortiment.
Georadar (Ground Penetrating Radar, GPR) ist eine zerstörungsfreie Untersuchungsmethode, die elektromagnetische Wellen nutzt, um unterirdische Strukturen zu detektieren. Das Gerät sendet Radarstrahlen in den Boden, die von verschiedenen Objekten und Materialien reflektiert werden. Diese Reflexionen werden als Signale aufgezeichnet und können anschließend zu einem Radargramm verarbeitet werden, das die Lage und Tiefe der Objekte im Untergrund darstellt.
Die Messtiefe eines Georadars hängt von mehreren Faktoren ab, wie z.B. der Bodenbeschaffenheit und der verwendeten Frequenz. Trockenen, nicht-leitfähigen Böden wie Sand, Fels oder Beton sind ideal für tiefe Messungen. In leitfähigen Böden, wie nassen oder lehmhaltigen Untergründen, ist die Reichweite jedoch deutlich eingeschränkt, da das Signal schneller absorbiert wird und die reflektierten Signale es aus tieferen Schichten nicht mehr bis zum Empfänger schaffen.
Diese physikalische Limitierungen lassen sich nicht austricksen und gelten für alle GPR Systeme auf dem Markt.
Der Georadar Mala Easy Locator Core aus unserem Portfolio hat eine Mittenfrequenz von 450MHz. Damit lassen sich Objekte bei für uns typische Böden bis in 2m detektieren.
Der Georadar Mala Mira Compact kann mit seiner Mittenfrequenz von 500MHz ebenfalls in Bereiche bis 2m vordringen. Der Unterschied in den Frequenzen von 50MHz ist in Realität nicht spürbar.
Die wichtigsten Faktoren, die die Reichweite und Genauigkeit von Georadar-Messungen beeinflussen, sind:
Georadare messen in erster Linie die Laufzeit des Signals, also die Zeit vom Aussenden bis zum Empfang. Man kann sich Georadare daher wie hochpräzise Stoppuhren vorstellen. Aus der Laufzeit der Radarwellen wird die Tiefe des Objekts berechnet. Allerdings ist Vorsicht geboten, da sich die Radarwellen in unterschiedlichen Böden unterschiedlich schnell ausbreiten. Für exakte Tiefenmessungen muss daher die Bodenbeschaffenheit mit einbezogen werden.
Eine einfache Methode zur Berücksichtigung der Bodengeschwindigkeit ist das sogenannte Parabola Fitting. Dabei wird eine Parabelschablone über das detektierte Objekt gelegt. Je nach Ausbreitungsgeschwindigkeit der Radarwellen im jeweiligen Boden sind die Schenkel der Parabel steiler oder flacher. Dieser Prozess wird softwaregestützt durchgeführt, und die Tiefe der Objekte kann so mit einer Toleranz von etwa 10 % der gemessenen Tiefe bestimmt werden.
Die Größe eines detektierbaren Objekts hängt in erster Linie von der Antennenfrequenz des Georadars ab. Allgemein gilt: Je niedriger die Frequenz, desto tiefer kann der Georadar in den Boden blicken, aber desto größer müssen die Objekte sein, um erkannt zu werden. Wie klein ein Objekt minimal sein darf ist anhand der Antennefrequenz berechenbar und gilt für alle Georadarsysteme gleichermaßen.
Auch besteht der Zusammenhang: Je niedriger die Frequenz, desto unschärfer/gröber ist das Radargramm.
Ganz klares Jein! Der Boden wirkt wie ein Tiefpassfilter. Arbeitet ein Georadar mit einer Mittenfrequenz von 500MHz (z.B. Mala Mira Compact), so ist das Frequenzband im Bereich von 200MHz bis 800MHz (120% Bandbreite von der Mittenfrequenz gerechnet). Der Frequenzbereich, der für die Detektion kleiner Objekte relavant ist, kommt nicht in die tiefe Strukturen und wird vorher absorbiert. Sehr kleine Objekte können deshalb nur im oberen Bereich erkannt werden.
Georadar findet Anwendung in einer Vielzahl von Bereichen:
Die Dauer einer Georadar-Messung hängt von der Größe des zu untersuchenden Gebiets, der erforderlichen Detailgenauigkeit und den Gegebenheiten vor Ort ab. Bei größeren Flächen kann ein Quad, mit dem das Georadar gezogen, hilfreich sein.
Mit dem Mala Mira Compact, der mit seinen 10 parallele Antennen eine Messbreite von 60cm abdeckt, sind bis zu 5000 Quadratmeter Kartierung unter guten Umgebungsbedingungen im Schiebebetrieb realistisch.
Wichtig ist, dass die Arbeit mit dem Einfahren der Daten in der Regel nicht erledigt ist. Pro Messtag muss mit einem Auswertungstag gerechnet werden.
Georadare mit mehreren Antennen ermöglichen eine flächendeckende Untergrundkartierung. Dank der hohen Datendichte kann ein Großteil der Auswertung in der Draufsicht (Vogelperspektive) erfolgen. Diese Systeme eignen sich ideal für die detaillierte Erfassung großer Flächen.
Bild links: Typisches 2D Radargramm bei Systemen mit einer Antenne. Die Interpretation erfolgt anhand der Radargramm Seitenansicht.
Bild rechts: Messung mit einem 3D-Array System. Es kann Schicht für Schicht von oben auf die Messung geschaut werden. Strukturen werden dann in den jeweiligen Schichten sichtbar.
Georadare mit einer Antenne hingegen sind besonders einfach und schnell in der Handhabung. Sie werden vor allem eingesetzt, wenn der exakte Verlauf eines bekannten Objekts präzise kartiert werden soll. Hier steht weniger die großflächige Kartierung im Vordergrund, sondern die schnelle Detektion von Objekten direkt vor Ort und in Echtzeit.
Um Objekte exakt in der Welt verorten zu können, werden die Daten in der Regel mit einem GNSS RTK Emfpänger eingefahren. Unter schwierigen Bedingungen kann auch eine automatisierte Totalstation verwendet werden.
Aus Sicht eines Vertrieblers: JA!
Aus Sicht eines Ingenieurs: NEIN!
Ein Georadar ist zweifellos ein äußerst leistungsstarkes Werkzeug, das – bei richtiger Anwendung – erheblich Zeit und Kosten sparen kann. Es sollte jedoch nicht als Allheilmittel gesehen werden, sondern als eines von vielen Werkzeugen. Um ein erfolgreicher Untergrundkartierer zu sein, sind folgende Werkzeuge und Fähigkeiten entscheidend:
Du hast Interesse? Gerne sind wir Dein Ansprechpartner wenn es um Georadare, Kabelortungsgeräte, GNSS-Rover und Software geht.
Die Kosten einer Georadar-Messung hängen von mehreren Faktoren ab:
Erkundungsziel: Das Erkundungsziel bestimmt, welches Gerät verwendet wird. Soll beispielsweise der Verlauf einer einzelnen Leitung ermittelt werden, kommt der Malå Easy Locator Core zum Einsatz. Für die großflächige Kartierung des gesamten Untergrunds wird ein Array-System wie der Malå Mira Compact verwendet.
Größe der Messfläche: Je größer die zu messende Fläche oder die Länge des Gebiets, desto höher fallen die Kosten der Untersuchung aus.
Zusätzliche Dienstleistungen: Oft werden ergänzend folgende Leistungen angeboten:
Je nach Anwendungsfall und den genannten Faktoren können die Kosten zwischen 1 € und 4 € pro Quadratmeter liegen. Neben der Abrechnung nach Quadratmeter gibt es häufig auch Tagespauschalen, die ab 2.300 € aufwärts beginnen.
Inhaltsübersicht
Mathias Taube
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