DE4340130A1

DE4340130A1 - Locating structures underground

Info

Publication number: DE4340130A1
Application number: DE19934340130
Authority: DE
Inventors: Wolfgang Dipl Ing Miegel; Joerg Czarnowski
Original assignee: CZARNOWSKI JOERG DIPL GEOPHYS
Current assignee: CZARNOWSKI JOERG DIPL GEOPHYS
Priority date: 1993-11-25
Filing date: 1993-11-25
Publication date: 1995-06-01

Abstract

At least one signal source (4) emits a signal and at least one receiver (5) detects a signal from which the distance to the detected structure (2) is derived. In addition to the evaluation of the underground signal component a position measurement of at least one above ground reference point (8) is conducted using a satellite arrangement (9). The results of both above ground and underground measurements are fed to an evaluation unit and combined to derive an absolute structure depth independent of the contours of the Earth's surface. The signal source and receiver can be above ground, or the source can be underground.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Ortung von Strukturen unterhalb der Erdoberfläche, insbesondere zur Ortung von Hohlräumen im Erdbereich, bei dem über mindestens eine Signalquelle ein Sendesignal ausgesandt und über mindestens einen Empfänger ein Empfangssignal detektiert wird und bei dem aus dem Empfangssignal mindestens die Entfernung der Struktur zur Erdober fläche bestimmt wird.The invention relates to a method for locating Structures below the surface of the earth, in particular for locating cavities in the earth area, in which over at least one signal source emits a transmission signal and a reception signal via at least one receiver is detected and in which from the received signal at least the distance of the structure to the ground area is determined.

Ein bekanntes derartiges Verfahren arbeitet in der Weise, daß im Bereich der Erdoberfläche ein Sender installiert wird, der ein elektromagnetisches Signal in Richtung auf den Erdboden abstrahlt. Ein gleichfalls im Bereich der Erdoberfläche installierter Sender detek tiert Reflexionen, die von Strukturänderungen im Be reich des Erdbodens erzeugt werden. Aus der jeweiligen Signallaufzeit sowie aus Phasen- und Frequenzänderungen des Empfangssignals relativ zum Sendesignal können Auf schlüsse auf die Strukturen unterhalb der Erdoberfläche gewonnen werden. Insbesondere ist es dabei auch möglich, aufeinander folgende Signale mit unterschied lichen Frequenzspektren auszusenden und ein sich gegebenenfalls einstellendes unterschiedliches Re flexionsverhalten auszuwerten.A known such method works in the Way that in the area of the earth's surface a transmitter is installed, the an electromagnetic signal in Radiates direction to the ground. A likewise in Area of the earth surface of installed transmitters reflections caused by structural changes in the Be rich in the earth. From the respective Signal runtime as well as from phase and frequency changes of the received signal relative to the transmitted signal can infer the structures below the surface of the earth be won. In particular, it is possible consecutive signals with difference emit frequency spectra and get yourself possibly setting different Re evaluate inflection behavior.

Die bekannten Verfahren arbeiten relativ genau, die Ergebnisse beziehen sich jedoch stets auf den Kontur verlauf der Erdoberfläche. Bei einer Vielzahl von Anwendungen ist jedoch nicht die Entfernung einer jeweiligen Struktur zur Erdoberfläche entscheidend, sondern es ist ein Verlauf in horizontaler Richtung bezogen auf eine Normallinie zu bestimmen. Gemäß den herkömmlichen Verfahren ist es deshalb erforderlich, nachträglich und relativ aufwendig den Konturverlauf der Erdoberfläche zu berücksichtigen.The known methods work relatively accurately However, results always refer to the contour course of the earth's surface. With a variety of However, removal is not an application relevant structure to the earth's surface, it is a course in the horizontal direction to determine based on a normal line. According to the conventional processes it is therefore necessary the contour course afterwards and relatively complex the earth's surface.

Dies ist beispielsweise insbesondere dann proble matisch, wenn im Bereich des Erdbodens verlegte Rohre bezüglich ihrer Lage und ihres Gefälles überprüft werden sollen oder wenn Hohlräume im Bereich des Erd bodens hergestellt werden sollen, die zur Aufnahme von Rohren, insbesondere von Kanalrohen, vorgesehen sind. Der Transport von Flüssigkeiten innerhalb der Kanal rohre erfolgt in der Regel ausschließlich durch Strömungsvorgänge ohne Einschaltung von Pumpen. Zur Gewährleistung eines gleichmäßigen Fließens der Flüssigkeiten muß deshalb für ein exakt definiertes Gefälle gesorgt werden. Insbesondere müssen Senkungen vermieden werden, da diese zum einen die Strömung behindern und zum anderen dazu neigen, Sinkstoffe an zusammeln, die zu einer Querschnittverengung führen.This is particularly problematic, for example Matic if pipes are laid in the area of the ground checked for their location and gradient should be or if there are voids in the area of the earth Soil are to be produced, which are used to accommodate Pipes, in particular sewer pipes, are provided. The transport of liquids within the channel pipes are usually made exclusively by Flow processes without switching on pumps. For Ensuring an even flow of the Liquids must therefore be used for a precisely defined Slopes are taken care of. In particular, cuts must be made can be avoided, as this firstly the flow hinder and on the other hand tend to sink substances collect that lead to a narrowing of the cross-section.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es daher, ein Verfahren der einleitend genannten Art derart zu ver bessern, daß die Aussagefähigkeit der Meßergebnisse verbessert wird.The object of the present invention is therefore a Methods of the type mentioned in the introduction to ver improve the meaningfulness of the measurement results is improved.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß zusätzlich zur Signalauswertung der unterirdisch über tragenen Signalanteile eine Positionsbestimmung mindestens eines oberirdisch angeordneten Bezugspunktes durch Ortung mittels einer Satellitenanordnung erfolgt, sowohl die Meßergebnisse der unterirdischen Messung als auch die Meßergebnisse der oberirdischen Messung einer Auswertungseinheit zugeführt werden und daß im Bereich der Auswertungseinheit eine Kombination der Meßer gebnisse derart erfolgt, daß mindestens eine absolute Tiefe des Hohlraumes unabhängig von der Kontur der Erdoberfläche bestimmt wird.This object is achieved in that in addition to the signal evaluation of the underground carried signal components a position determination at least one reference point arranged above ground by means of location using a satellite arrangement, both the measurement results of the underground measurement as also the measurement results of the above-ground measurement of a Evaluation unit are supplied and that in the area the evaluation unit a combination of the knives results such that at least one absolute Depth of the cavity regardless of the contour of the Earth's surface is determined.

Gegenwärtig allgemein verfügbare Satellitensysteme zur Ortung von Gegenständen im Bereich der Erdoberfläche sind bereits in der Lage, Auflösungen von ca. vier Millimeter zu realisieren. Für spezielle Anwendungen sind darüber hinaus bereits Satellitensysteme bekannt, bei denen eine Auflösung von vier Millimeter noch erheblich übertroffen wird. Durch die Kombination der unterirdischen Meßergebnisse und der oberirdischen Positionsbestimmung ist es in einfacher Weise möglich, die jeweilige absolute Geländehöhe bei der Auswertung der Meßergebnisse zu berücksichtigen. Bei einer An peilung des Bezugspunktes aus dem Orbit aus vier ver schiedenen Richtungen läßt sich bei einer ent sprechenden Auflösung eine ausreichend genaue Positionsbestimmung durchführen. Die Auswertung kann derart schnell durchgeführt werden, daß nicht nur eine Erfassung vorhandener Konturverläufe möglich ist, sondern daß die Meßergebnisse unmittelbar einer Regeleinrichtung zugeführt werden können, die bei spielsweise einen Bohrkopf einer Vortriebseinrichtung steuert, die einen tunnelartigen Hohlraum im Bereich des Erdreiches herstellt.Currently generally available satellite systems for Locating objects in the area of the earth's surface are already capable of resolutions of approximately four To realize millimeters. For special applications are also known satellite systems, which still have a resolution of four millimeters is significantly exceeded. By combining the underground measurement results and the above-ground Position determination is possible in a simple way the respective absolute terrain height in the evaluation of the measurement results. With an arrival bearing of the reference point from the orbit of four ver different directions can be speaking resolution a sufficiently accurate Carry out position determination. The evaluation can be carried out so quickly that not only one Detection of existing contours is possible, but that the measurement results immediately one Control device can be supplied at for example a drill head of a jacking device that controls a tunnel-like cavity in the area of the earth.

Ein leicht zu installierender Aufbau kann dadurch be reitgestellt werden, daß sowohl die Signalquelle als auch der Empfänger oberirdisch angeordnet sind.An easy to install structure can be be provided that both the signal source and also the receiver are arranged above ground.

Eine direkte Messung kann dadurch erfolgen, daß die Signalquelle unterirdisch angeordnet ist. Hierdurch ist es insbesondere nicht erforderlich, lediglich Re flexionssignale auszuwerten.A direct measurement can be made in that the Signal source is arranged underground. This is in particular it is not necessary to just Re evaluate inflection signals.

Eine weitere Ausgestaltung besteht darin, daß der Empfänger unterirdisch angeordnet ist.Another embodiment is that the Receiver is located underground.

Eine weitere Vereinfachung besteht darin, daß die Satelliten aufweisende Satellitenanordnung die ober irdisch angeordnete Signalquelle detektiert. Insbe sondere ist dabei daran gedacht, den Bezugspunkt in einen apparativen Aufbau des Senders zu integrieren. Hierdurch werden exakt definierte geometrische Zu sammenhänge bereitgestellt.Another simplification is that the Satellite arrangement comprising satellites the upper earthly arranged signal source is detected. In particular special is thought of the reference point in to integrate an apparatus structure of the transmitter. This creates precisely defined geometric features connections provided.

Alternativ oder ergänzend ist es aber auch möglich, daß die Satellitenanordnung den oberirdisch angeordneten Empfänger detektiert.Alternatively or in addition, it is also possible that the satellite arrangement arranged above ground Receiver detected.

Eine Überprüfung und Erfassung von Strukturen kann dadurch erfolgen, daß als Struktur unterirdische Dis kontinuitäten geortet werden, die bereits vor der Ortung vollständig existierten.A review and recording of structures can in that underground dis Continuities that are identified before the Location completely existed.

Für eine Überwachung oder Steuerung laufender Vorgänge ist es aber auch möglich, daß als Struktur unterirdische Diskontinuitäten geortet werden, die zum Zeitpunkt der Ortung gerade hergestellt werden.For monitoring or controlling ongoing processes but it is also possible that as a structure underground discontinuities are located that lead to Are currently being established.

Eine typische Anwendung im Bereich der meßtechnischen Erfassung von Kanalleitungssystemen besteht darin, daß bei einer als Hohlraum ausgebildeten Struktur eine den Hohlraum mindestens bereichsweise begrenzende Hohlraum auskleidung geortet wird.A typical application in the field of metrological Detection of sewer system is that in the case of a structure designed as a cavity, the Cavity delimiting at least some areas lining is located.

Insbesondere ist bei der Signalauswertung daran gedacht, daß mindestens eine Laufzeit, eine Phasenlage, oder eine Wellenlänge einer elektromagnetischen Welle bei der unterirdischen Messung ausgewertet wird.This is particularly important when evaluating signals thought that at least one runtime, one phase position, or a wavelength of an electromagnetic wave is evaluated during the underground measurement.

Eine Nutzung externer Signalquellen kann dadurch er folgen, daß ein systemzugehöriger Empfänger und eine systemunabhängige Signalquelle verwendet wird.He can use external signal sources follow that a system-related receiver and a system-independent signal source is used.

Die Meßgenauigkeit kann dadurch verbessert werden, daß zur Optimierung der Meßergebnisse eine adaptive Durch führung mehrerer Meßabläufe erfolgt.The measuring accuracy can be improved in that an adaptive through to optimize the measurement results several measurement processes are carried out.

Zur Durchführung einer zweckmäßigen Datenverarbeitung wird ′vorgeschlagen, daß die oberirdischen Meßdaten der Satellitenanordnung und die unterirdischen Meßdaten des Empfängers direkt miteinander verknüpft und verarbeitet werden.To carry out appropriate data processing 'is proposed that the above-ground measurement data of Satellite arrangement and the underground measurement data of the Recipient directly linked and processed become.

Eine schnelle Übertragung der Daten kann dadurch er folgen, daß zur Durchführung einer Echtzeitverarbeitung die Daten des Satellitensystems und die Daten des Empfängers über eine optimierte Telemetrie übertragen werden.This enables the data to be transferred quickly follow that to perform real time processing the data of the satellite system and the data of the Transmitted via an optimized telemetry become.

Zur Gewährleistung einer ausreichenden Flexibilität der Datenverarbeitung wird vorgeschlagen, daß die Optimierung und Auswertung der Meßdaten mit Hilfe eines Digitalrechners erfolgt.To ensure sufficient flexibility of the Data processing is proposed that the Optimization and evaluation of the measurement data with the help of a Digital computer.

Eine Anwendung im Bereich der Bautechnik wird dadurch erschlossen, daß die verarbeiteten Daten direkt in ein Steuersystem zum lagegenauen Herstellen von unter irdischen Hohlräumen eingespeist werden.An application in the field of construction technology is thereby tapped that the processed data directly into a Control system for the precise manufacture of under earthly cavities can be fed.

Eine Aufbereitung der Daten kann derart erfolgen, daß die ermittelten Daten aufbereitet und in mindestens einem Informationssystem bevorratet werden. Insbe sondere ist daran gedacht, ein geologisches Infor mationssystem auszubilden, das beispielsweise als Kanaldatenbank konkretisiert ist.The data can be prepared in such a way that the determined data processed and in at least be stored in an information system. In particular special is thought of a geological information training system, for example as Channel database is specified.

In der Zeichnung sind Ausführungsbeispiele der Erfindung schematisch dargestellt. Es zeigen:In the drawing, embodiments of the Invention shown schematically. Show it:

Fig. 1 eine Prinzipdarstellung eines zu ortenden Hohlraumes im Erdboden mit zugeordneten Sender und Empfänger sowie einer korrespondierenden Satellitenortung, Fig. 1 is a schematic representation of a cavity to be localized in the ground with associated transmitter and receiver and a corresponding satellite positioning,

Fig. 2 ein stark vereinfachtes Blockschaltbild zur Signalauswertung und Fig. 2 is a greatly simplified block diagram for signal evaluation and

Fig. 3 einen Querschnitt durch einen Erdbodenbereich mit mehreren übereinander angeordneten und teilweise gefüllten Hohlräumen sowie einer Trennschicht. Fig. 3 shows a cross section through a ground region having a plurality of stacked and partially-filled cavities as well as a release layer.

Ein prinzipieller Aufbau der Vorrichtung zur Durch führung des Verfahrens ergibt sich aus der Darstellung in Fig. 1. Im Bereich eines Erdbodens (1) ist unter irdisch eine Struktur (2) angeordnet, die hier als ein Hohlraum ausgebildet ist. Im Bereich einer Erdober fläche (3) sind beim Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 1 eine Signalquelle (4) und ein Empfänger (5) angeordnet. Die Signalquelle (4) emittiert ein Sendesignal (6) und der Empfänger (5) detektiert ein Reflexionssignal (7), das von der Struktur (2) zurückgeworfen wird. Im Bereich des Empfängers (5) und der Signalquelle (4) sind Bezugspunkte (8) angeordnet, deren Position von Satelliten (9) geortet wird. Insbesondere ist daran gedacht, daß die Satelliten (9) Teile eines geo physikalischen Satellitensystems (GPS) ausbilden.A basic structure of the device for carrying out the method results from the illustration in FIG. 1. In the area of a ground ( 1 ), a structure ( 2 ) is arranged below ground, which is designed here as a cavity. In the area of an earth surface ( 3 ) in the embodiment of FIG. 1, a signal source ( 4 ) and a receiver ( 5 ) are arranged. The signal source ( 4 ) emits a transmission signal ( 6 ) and the receiver ( 5 ) detects a reflection signal ( 7 ), which is reflected by the structure ( 2 ). Reference points ( 8 ) are arranged in the area of the receiver ( 5 ) and the signal source ( 4 ), the position of which is located by satellites ( 9 ). In particular, it is contemplated that the satellites ( 9 ) form parts of a geophysical satellite system (GPS).

Eine stark vereinfachte Darstellung einer Signal auswertung ist in Fig. 2 dargestellt. Die Signalquelle (4) und der Empfänger (5) sind an eine Auswertungs einheit (10) angeschlossen, die über eine Antenne (11) mit dem Satelliten (9) kommuniziert. An die Aus wertungseinheit (10) sind eine Protokolleinrichtung (12) sowie eine Steuereinheit (13) angeschlossen. Mit Hilfe der Protokolleinrichtung (12) erfolgt eine Protokollierung der ermittelten Meßergebnisse. Die Steuereinheit (13) dient zur Steuerung und Regelung von Einrichtungen, die mit Hilfe der ermittelten Meßer gebnisse positioniert werden.A greatly simplified representation of a signal evaluation is shown in Fig. 2. The signal source ( 4 ) and the receiver ( 5 ) are connected to an evaluation unit ( 10 ) which communicates with the satellite ( 9 ) via an antenna ( 11 ). A protocol device ( 12 ) and a control unit ( 13 ) are connected to the evaluation unit ( 10 ). With the help of the log device ( 12 ), the determined measurement results are logged. The control unit ( 13 ) is used to control and regulate devices that are positioned with the help of the measured results.

Ein Beispiel für eine relativ komplexe Strukturierung im Bereich des Erdbodens (1) ist in Fig. 3 dargestellt. Dem Erdboden (1) zugewandt ist eine erste Struktur (2), die als ein Hohlraum ausgebildet ist, der teilweise mit Wasser gefüllt ist. In lotrechter Richtung nach unten folgt eine als Trennschicht ausgebildete Struktur (2), die eine bestimmte Erdformation darstellen kann. An example of a relatively complex structuring in the area of the ground ( 1 ) is shown in FIG. 3. A first structure ( 2 ), which is designed as a cavity and is partially filled with water, faces the ground ( 1 ). A structure ( 2 ) designed as a separating layer, which can represent a specific earth formation, follows in the vertical direction downwards.

Unterhalb dieser Struktur (2) ist eine weitere als Hohlraum ausgebildete Struktur (2) angeordnet, die teilweise mit einem festen Material ausgefüllt ist.Below this structure (2) has a further cavity formed as a structure (2) is arranged, which is partly filled with a solid material.

Grundsätzlich sind eine Vielzahl von Strukturen (2) denkbar, die mit Hilfe des erfindungsgemäßen Verfahrens geortet werden können. Beispielsweise sind dies natürliche Hohlräume im Bereich der Erde, die bei spielsweise mit Luft, Wasser, Gas oder Öl gefüllt sind. Es können dies aber auch bestimmte geologische Sedi mente im Bereich des Erdbodens (1) sein. Insbesondere ist auch daran gedacht, Strukturen (2) zu orten, die als bereits vorhandene oder im Bauzustand befindliche Kanalleitungssysteme ausgebildet sind. Mit Hilfe des Verfahrens kann dabei ein Hohlraum oder eine Aus kleidung des Hohlraumes geortet werden. Ortbar sind generell Grenzschichten zwischen Bereichen mit unter schiedlichen Materialzusammensetzungen.In principle, a large number of structures ( 2 ) are conceivable, which can be located using the method according to the invention. For example, these are natural cavities in the area of the earth, which are filled with air, water, gas or oil, for example. But it can also be certain geological sediments in the area of the ground ( 1 ). In particular, it is also contemplated to locate structures ( 2 ) which are designed as already existing or under construction duct systems. With the help of the method, a cavity or a clothing from the cavity can be located. Boundary layers between areas with different material compositions can generally be located.

Eine typische Ortungstiefe bei Kanalrohrsystemen beträgt etwa sechs Meter. Bei geeigneten geophysi kalischen Meßverfahren sind mit elektromagnetischen Messungen aber Ortung bis in Tiefen von etwa einhundert Metern und mit seismischen Meßverfahren Ortungen bis in eine Tiefe von etwa tausend Metern möglich. Eine An wendung im Bereich natürlicher Strukturen (2) kann auch zur Überwachung von Bodensenkungsgebieten oder zur Durchführung von Messungen im Bereich von sich auf faltenden Gebirgen erfolgen.A typical location depth for sewer pipe systems is around six meters. With suitable geophysical measuring methods, however, location measurements down to depths of approximately one hundred meters are possible with electromagnetic measurements and location positions down to a depth of approximately 1000 meters are possible with seismic measuring methods. An application in the area of natural structures ( 2 ) can also be used to monitor subsidence areas or to carry out measurements in the area of folding mountains.

Bei den bislang beschriebenen Ausführungsformen waren sowohl die Signalquelle (4) als auch der Empfänger (5) im Bereich der Erdoberfläche (3) angeordnet. Grund sätzlich ist es aber auch möglich, die Signalquelle (4) oder den Empfänger (5) im Bereich der Struktur (2) anzuordnen und lediglich das korrespondierende Bauelement im Bereich der Erdoberfläche (3) vorzusehen. Statt einer separaten Signalquelle (4) ist es bei be stimmten Anwendungen auch möglich, natürliche Signal quellen zu verwenden, beispielsweise Stoßwellen von Erdbeben oder anderen seismischen Phänomenen.In the embodiments described so far, both the signal source ( 4 ) and the receiver ( 5 ) were arranged in the region of the earth's surface ( 3 ). In principle, however, it is also possible to arrange the signal source ( 4 ) or the receiver ( 5 ) in the area of the structure ( 2 ) and only to provide the corresponding component in the area of the earth's surface ( 3 ). Instead of a separate signal source ( 4 ), it is also possible in certain applications to use natural signal sources, for example shock waves from earthquakes or other seismic phenomena.

Bei einer Anwendung im Bereich des Kanal- oder Tunnel baues ist es möglich, über die Positionierung ge eigneter Signalquellen (4) und Empfänger (5) eine Vor triebssteuerung eines Bohrkopf es durchzuführen. Soll beispielsweise ein genau definiertes Gefälle sowie eine Vortriebsrichtung eingehalten werden, so können die entsprechenden Antriebsmotoren exakt über die er mittelten Meßergebnisse gesteuert werden. Bei einer Erfassung bereits vorhandener Kanalsysteme ist es möglich, aufgrund der Meßdaten ein als Kanaldatenbank ausgebildetes Informationssystem bereitzustellen.In an application in the field of sewer or tunnel construction, it is possible to perform a drive control of a drill head via the positioning of suitable signal sources ( 4 ) and receiver ( 5 ). If, for example, a precisely defined gradient and a direction of advance are to be maintained, the corresponding drive motors can be controlled precisely via the measurement results obtained. If existing channel systems are recorded, it is possible to provide an information system designed as a channel database on the basis of the measurement data.

Die Ortung der Strukturen (2) im Bereich des Erdbodens (1) kann mit einer Vielzahl unterschiedlicher geo physikalischer Verfahren erfolgen. Die typischen geo physikalischen Verfahren, die erfindungsgemäß zur An wendung gelangen können, werden nachfolgend kurz skizziert.The structures ( 2 ) can be located in the area of the ground ( 1 ) using a large number of different geophysical methods. The typical geophysical methods that can be used according to the invention are briefly outlined below.

Für Ortungen in größeren Tiefen sind insbesondere seismische Verfahren geeignet. Diese Verfahren basieren auf der Elastizität des Erdbodens (1). Grundsätzlich gilt, daß auftretende Spannungen zu auftretenden De formationen proportional sind. Bei einer Anregung des Untergrundes durch seismische Wellen, beispielsweise durch Hammerschlag, Fallgewicht, Vibratoren oder Sprengung, hängt die Ausbreitungsgeschwindigkeit der Wellen von den elastischen Eigenschaften und der Dichte der jeweils durchlaufenen Materialien ab. Aufgrund einer Vielzahl von unterschiedlich wirksamen Kräften im Bereich des Gesteins entstehen unterschiedliche Typen von Wellen. Insbesondere hervorzuheben sind unter schiedlich schnell laufende Kompressionswellen und Scherwellen. Die Messung der unterschiedlichen Wellengeschwindigkeiten ermöglicht es, Rückschlüsse auf die elastischen Eigenschaften und die Dichte des Unter grundes zu ziehen.Seismic methods are particularly suitable for location at greater depths. These methods are based on the elasticity of the soil ( 1 ). Basically, the stresses that occur are proportional to the deformations that occur. If the subsurface is excited by seismic waves, for example by hammer blow, falling weight, vibrators or blasting, the speed of propagation of the waves depends on the elastic properties and the density of the materials passed through. Due to a multitude of differently acting forces in the area of the rock, different types of waves arise. Of particular note are compression waves and shear waves that run at different speeds. The measurement of the different shaft speeds makes it possible to draw conclusions about the elastic properties and the density of the subsoil.

Bei der Ausbreitung einer Welle wird ihre Energie auf eine ständig wachsende Kugelfläche verteilt, so daß die Energie pro Flächeneinheit mit dem Quadrat des Radius abnimmt. Ebenso verringert sich die Wellenamplitude mit zunehmenden Abstand zum Anregungszentrum sowohl durch sphärische Divergenz als auch durch Absorptionen.When a wave propagates, its energy increases distributed a constantly growing spherical surface, so that the Energy per unit area with the square of the radius decreases. The wave amplitude also decreases with increasing distance to the excitation center through both spherical divergence as well as by absorption.

Zusätzlich zu sphärischen Divergenzen und Absorptionen werden die seismischen Wellen im Bereich von Grenz schichten weiteren Beeinflussungen unterworfen. Ins besondere treten hier Reflexion und Refraktion auf.In addition to spherical divergences and absorptions the seismic waves are in the range of limit layers subjected to further influences. Ins reflection and refraction occur particularly here.

Bei der Refraktionsseismik laufen Wellen an Grenz flächen zweier Gesteinsschichten entlang und strahlen dabei ständig Energie in Richtung auf die Erdoberfläche ab. Die Richtungsänderung eines seismischen Strahles liegt bei jeder Brechung unterhalb von 90°, so daß in der Regel mehrere Refraktionen erforderlich sind, bis der Strahl die Erdoberfläche wieder erreicht. Unter der Voraussetzung, daß die seismische Geschwindigkeit in der tiefer liegenden Schicht größer ist, als in der überlagerten Schicht, erreicht eine refraktierte Welle die Oberfläche ab einen bestimmten Abstand von der Erzeugerquelle schneller als eine immer zusätzlich vorhandene horizontal laufende Welle. Bei einer Detektion der beiden Wellen mit Hilfe von Geophonen können aus den unterschiedlichen Laufzeiten Rück schlüsse auf Grenzschichten und Dichteverhältnisse des Erdbodens (1) gewonnen werden. With refraction seismics, waves run along the interfaces of two rock layers and continuously radiate energy towards the surface of the earth. The direction change of a seismic beam is below 90 ° with each refraction, so that several refractions are usually required until the beam reaches the surface of the earth again. Provided that the seismic velocity is greater in the deeper layer than in the superimposed layer, a refracted wave reaches the surface faster than a horizontally running wave from a certain distance from the source. If the two waves are detected with the aid of geophones, conclusions can be drawn about boundary layers and density ratios of the ground ( 1 ) from the different transit times.

Bei der Reflexionsseismik werden von einer seismischen Quelle an der Erdoberfläche abgestrahlte seismische Wellen an Diskontinuitäten im Untergrund teilweise reflektiert. Als seismische Quelle kann beispielsweise eine Apparatur eingesetzt werden, die energiereiche Luftschallsignale erzeugt. Diese Luftschallsignale werden an der Geländeoberfläche in Körperschall umge wandelt, der sich sowohl im lockeren Material als auch im festen Gestein ausbreitet. Mit Hilfe von Geophonen werden auch hier Reflexionen an Grenzschichten erfaßt.Reflection seismics are characterized by a seismic Source seismic radiated from the surface of the earth Partial waves of discontinuities reflected. For example, as a seismic source an apparatus can be used that is high in energy Airborne sound signals generated. These airborne sound signals are converted to structure-borne noise on the site surface that changes both in the loose material as well spreads out in solid rock. With the help of geophones reflections at boundary layers are also recorded here.

Geoelektrische Verfahren nutzen die elektrischen Eigen schaften des Eidbodens (1) aus. Bei der Gleichstrom geoelektrik wird dem Untergrund über zwei Elektroden, zwischen denen sich eine Gleichspannungsquelle be findet, ein Gleichstrom zugeführt. Der Stromkreis wird durch den Untergrund geschlossen, in dem sich ein Potentialfeld ausbildet. Die Gestaltung des Potential feldes ist sowohl von der Position der Elektroden als auch von der Form der Erdoberfläche und von der Ver teilung des spezifischen Widerstandes im Untergrund abhängig. Aus Messungen des Potentialunterschiedes zwischen den Elektroden mit Hilfe von Meßsonden im Bereich der Erdoberfläche (3) ist es möglich, Rück schlüsse auf die Verteilung leitfähiger Strukturen im Untergrund zu gewinnen. Aus den Abständen der Elektroden können Rückschlüsse auf die Tiefenlage der elektrisch leitfähigen Strukturen (2) gewonnen werden. Ausgewertet werden können hier sowohl sich statisch einstellende Felder, als auch Ein- und Ausschalt effekte, bei denen zusätzlich induktive und kapazitive Eigenschaften des Erdbodens (1) erfaßt werden können.Geoelectric methods take advantage of the electrical properties of the oath ( 1 ). In direct current geoelectrics, a direct current is supplied to the ground via two electrodes, between which there is a direct voltage source. The circuit is closed by the underground, in which a potential field is formed. The design of the potential field depends on the position of the electrodes as well as the shape of the earth's surface and the distribution of the specific resistance in the subsurface. From measurements of the potential difference between the electrodes with the aid of measuring probes in the area of the earth's surface ( 3 ), it is possible to draw conclusions about the distribution of conductive structures in the subsurface. Conclusions about the depth of the electrically conductive structures ( 2 ) can be drawn from the distances between the electrodes. Both statically adjusting fields and on and off effects can be evaluated here, in which inductive and capacitive properties of the ground ( 1 ) can also be detected.

Bei Wechselstromverfahren wird ausgenutzt, daß eine induktive Einkopplung in das Erdreich möglich ist. Es werden hierzu Sendespulen eingesetzt, die unterschiedliche Frequenzen abgeben. Die derart erzeugten Primärfelder überlagern sich mit den im elektrisch leitenden Untergrund entstehenden Sekundär feldern zu einem resultierenden Feld, das von einer Empfängerspule aufgenommen wird. Aus den ermittelten Felddifferenzen können Rückschlüsse auf die elektrische Leitfähigkeit, die Dielektrizitätskonstante und die magnetische Permeabilität gezogen werden. Auch kann wieder eine Zuordnung zu bestimmten Strukturen (2) im Bereich des Erdbodens (1) erfolgen.AC methods take advantage of the fact that inductive coupling into the ground is possible. For this purpose, transmitter coils are used that emit different frequencies. The primary fields generated in this way overlap with the secondary fields arising in the electrically conductive underground to form a resulting field, which is received by a receiver coil. Conclusions regarding the electrical conductivity, the dielectric constant and the magnetic permeability can be drawn from the determined field differences. An assignment to specific structures ( 2 ) in the area of the ground ( 1 ) can also be made.

Elektromagnetische Ortungsverfahren arbeiten ent sprechend einem Bodenradar. Eine Sendeantenne strahlt elektromagnetische Wellen im Frequenzbereich von 10 MHz bis 3 GHz ab. Die Energieabgabe erfolgt impulsförmig. An Grenzflächen der Struktur (2) erfolgt eine Re flexion, Brechung, Beugung oder Streuung der Wellen. Darüber hinaus können Resonanzeffekte auftreten. Die entsprechenden resultierenden Wellen können mit Hilfe einer Empfangsantenne detektiert werden.Electromagnetic location methods work according to a ground radar. A transmitting antenna emits electromagnetic waves in the frequency range from 10 MHz to 3 GHz. The energy is emitted in pulses. A reflection, refraction, diffraction or scattering of the waves occurs at interfaces of the structure ( 2 ). In addition, resonance effects can occur. The corresponding resulting waves can be detected with the aid of a receiving antenna.

Ein weiteres geophysikalisches Meßverfahren nutzt die Geomagnetik aus. Die Erdoberfläche wird von einem Magnetfeld überzogen, dessen Ursprung zu etwa 99% innerhalb des Erdkörpers liegt. Dieser innere Anteil des Feldes ändert sich ständig in Abhängigkeit von der Zeit. Zusätzlich zum globalen Erdmagnetfeld erzeugen insbesondere ferromagnetische Materialien im regionalen Magnetfeld Effekte. Dies kann beispielsweise durch Erzkörper oder durch Ausfällung von eisenhaltigen Mineralien erfolgen. Andere Effekte werden durch Objekte hervorgerufen, die in oberflächennahen Schichten abgelagert sind. Dies können beispielsweise Eisenfässer, metallische Leitungen oder andere Gegenstände aus Metall sein. Zur Ermittlung der Tiefe von magnetisierbaren Materialien werden mindestens zwei Messungen in verschiedenen Höhenlagen durchgeführt.Another geophysical measuring method uses the Geomagnetics. The surface of the earth is one Magnetic field coated, the origin of which is about 99% lies within the earth's body. This inner part of the field changes constantly depending on the Time. Generate in addition to the global earth magnetic field especially ferromagnetic materials in the regional Magnetic field effects. This can be done, for example Ore bodies or by precipitation of ferrous ones Minerals are made. Other effects are through Objects evoked that are near the surface Layers are deposited. For example Iron drums, metallic pipes or others Objects made of metal. To determine the depth at least two of magnetizable materials Measurements carried out at different altitudes.

Mit Hilfe von geothermischen Verfahren können Unter grundströmungen und Leitungen geortet werden, die Wärme transportieren. Geothermische Meßverfahren beruhen darauf, daß Wärmeenergie stets das Bestreben hat, sich gleichmäßig auszubreiten. Dies führt dazu, daß eine Wärmeströmung von wärmeren zu kälteren Bereichen hervorgerufen wird. Derartige thermische Meßverfahren werden insbesondere mit Hilfe von Infrarot-Sensoren durchgeführt. Bereits eine flächendeckende Erfassung von Oberflächentemperaturen der Erdoberfläche (3) liefert Rückschlüsse auf unterirdische Energie transporte. Die Auflösung ist abhängig von der Wärme leitfähigkeit des Erdbodens (1). Geothermische Ver fahren sind insbesondere dafür geeignet, undichte Rohrleitungen zu lokalisieren. Darüber hinaus ist es möglich, Ausbreitungswege von Medien zu verfolgen, die aus undichten Rohrleitung austreten.Geothermal methods can be used to locate underground currents and pipes that transport heat. Geothermal measuring methods are based on the fact that thermal energy always strives to spread evenly. This results in heat flow from warmer to colder areas. Such thermal measuring methods are carried out in particular with the aid of infrared sensors. A comprehensive coverage of surface temperatures of the earth's surface ( 3 ) already provides conclusions about underground energy transports. The resolution depends on the thermal conductivity of the ground ( 1 ). Geothermal processes are particularly suitable for locating leaky pipes. In addition, it is possible to trace media propagation paths that emerge from leaky piping.

Ein weiteres Verfahren stellt die Isotopenphysik dar. Hierbei wird ausgenutzt, daß einige Stoffe radioaktive Strahlung abgeben. Darüber hinaus ist es aber auch möglich, durch entsprechende Anregungen gezielt eine Strahlenemission hervorzurufen. Mit einer Neutronen- Gamma-Sonde können gezielt Neutronen in einen zu untersuchenden Bodenbereich gesandt werden. Die Materie wird hierdurch angeregt, Gammastrahlen auszusenden. Die durch die Anregung hervorgerufene Strahlung ist abhängig vom Material im Bereich des Erdbodens (1). Nach einem Entfernen der Anregungsquelle klingt die Radioaktivität sehr schnell ab, so daß bereits kurz nach einem Ende der Messung die durch die Anregung hervorgerufene zusätzliche Radioaktivität unter der natürlichen Radioaktivität des Erdbodens (1) liegt. Another method is the isotope physics. This exploits the fact that some substances emit radioactive radiation. In addition, however, it is also possible to specifically induce radiation emission by appropriate suggestions. With a neutron gamma probe, neutrons can be sent to a specific area of the soil to be examined. This stimulates matter to emit gamma rays. The radiation caused by the excitation depends on the material in the area of the ground ( 1 ). After removal of the excitation source, the radioactivity decays very quickly, so that shortly after the end of the measurement the additional radioactivity caused by the excitation is below the natural radioactivity of the ground ( 1 ).

Der Vollständigkeit halber soll auch noch das Meßver fahren der Gravimetrie erwähnt werden. Es wird hierbei das an jedem Ort der Erde unterschiedlich große Schwerefeld ausgewertet. Messungen werden überwiegend mit Hilfe von statischen Gravimetern durchgeführt, deren Grundprinzip einer Waage entspricht.For the sake of completeness, the measuring ver driving gravimetry. It will be here different sizes in every place on earth Gravity field evaluated. Measurements are predominant carried out with the help of static gravimeters, whose basic principle corresponds to a scale.

In Spezialfällen können auch noch weitere geophysi kalische Meßverfahren zur Anwendung kommen. Mit Hilfe von optischen Verfahren, beispielsweise der Fotografie oder Spektroskopie, können über eine mittelbare Be trachtung Rückschlüsse auf vorhandene Kontaminationen durchgeführt werden. Akustische Verfahren zur Ortung von Leckstellen in Druckrohrleitungen sind haupt sächlich im Bereich von Trinkwassersystemen anwendbar. Mit Hilfe eines Geophones wird anhand des Geräusches des strömenden Wassers beziehungsweise des Luftaus trittes aus der Leitung eine mögliche Leckstelle geortet.In special cases, other geophysi calic measuring methods are used. With help of optical processes, for example photography or spectroscopy, can be via an indirect loading consideration of existing contamination be performed. Acoustic location procedures of leaks in pressure pipes are major mainly applicable in the area of drinking water systems. With the help of a geophone, based on the noise of the flowing water or air dew a possible leak occurs from the line located.

Bei markierungstechnischen Verfahren werden unter irdische Hohlräume ausgenutzt, die oft im Boden vor handen sind. In diese Hohlräume werden Ausbreitungs stoffe, beispielsweise Gas oder Flüssigkeit, einge bracht. Diese Stoffe breiten sich unterschiedlich schnell in verschiedenen Richtungen aus und erlauben aufgrund ihrer Ausbreitungsgeschwindigkeit Rückschlüsse auf Strukturen und Impedanzen des Untergrundes. Es können auch bestimmte Isotope in das Erdreich einge bracht werden, die über geeignete Meßverfahren leicht zu verfolgen sind.In the case of marking techniques, under earthly cavities are exploited, often in the ground are available. These cavities become spreading substances, for example gas or liquid brings. These substances spread differently quickly in different directions and allow draw conclusions based on their speed of propagation on structures and impedances of the underground. It can also have certain isotopes in the ground be brought up easily using suitable measuring methods are to be followed.

Durch geo- und hydrochemische Verfahren können Leckagen in undichten Kanälen ermittelt werden. Hierzu ist es entweder möglich, Bohrungen im Bereich des Erdbodens (1) vorzusehen oder zerstörungsfrei eine Laser- oder Infrarotabsorptionsspektroskopie durchzuführen.Leakages in leaky channels can be determined using geochemical and hydrochemical methods. For this purpose, it is either possible to drill holes in the area of the ground ( 1 ) or to carry out laser or infrared absorption spectroscopy without destruction.

Zur Ermittlung von spezifischen Ausgasungen von Leitungen, die ein Medium führen, können Bodenluft messungen durchgeführt werden. Die Bodenluft wird hierbei im Vakuumverfahren von der Erdoberfläche (3) abgesaugt und einen Gaschromatographen zugeführt.Soil air measurements can be carried out to determine the specific outgassing of pipes carrying a medium. The soil air is extracted from the earth's surface ( 3 ) in a vacuum process and fed to a gas chromatograph.

Schließlich kann mit Hilfe der Thermometrie eine Temperaturverteilung im Erdreich bestimmt werden. Diese erfolgt mit Hilfe von Temperaturfühlern, die in das Erdreich eingebracht werden. Bei entsprechenden Temperaturunterschieden zum vorhandenen Erdreich können Flüssigkeits- oder Gasaustritte aus dem Bereich von Rohrleitung detektiert werden.Finally, with the help of thermometry Temperature distribution in the soil can be determined. This is done with the help of temperature sensors that are in the soil can be introduced. With appropriate Temperature differences to the existing soil can Liquid or gas leaks from the range of Pipeline can be detected.

Im Bereich der Anregung mit Wechselfeldern können somit eine Vielzahl von unterschiedlichen Schwingungen verwendet werden. Ausgehend von Körperschall- und akustischen Schwingungen können Radiowellen, Mikro wellen, Infrarotlicht und sichtbares Licht verwendet werden. In höheren Frequenzbereichen sind dann ultra violettes Licht, X-Strahlen und Gamma-Strahlen an wendbar.In the field of excitation with alternating fields can thus a variety of different vibrations be used. Starting from structure-borne and acoustic vibrations can radio waves, micro waves, infrared light and visible light are used become. In higher frequency ranges are then ultra violet light, X-rays and gamma rays reversible.

Claims

1. A method for locating structures below the surface of the earth, in particular for locating cavities in the ground, in which a transmission signal is emitted via at least one signal source and a reception signal is detected via at least one receiver, and in which at least the distance of the structure from the earth is obtained from the reception signal Area is determined, characterized in that in addition to the signal evaluation of the signal portions transmitted underground, a position determination of at least one reference point ( 8 ) arranged above ground is carried out by location using a satellite arrangement, both the measurement results of the underground measurements and the measurement results of the above-ground measurement are fed to an evaluation unit and that in the area of the evaluation unit ( 10 ) a combination of the measurement results takes place in such a way that at least an absolute depth of the structure is determined independently of the contour of the earth's surface ( 3 ).

2. The method according to claim 1, characterized in that both the signal source ( 4 ) and the receiver ( 5 ) are arranged above ground.

3. The method according to claim 1, characterized in that the signal source ( 2 ) is arranged underground.

4. The method according to claim 1, characterized in that the receiver ( 5 ) is arranged underground.

5. The method according to any one of claims 1 to 4, characterized in that the satellite ( 9 ) having satellite arrangement detects the above-ground signal source ( 4 ).

6. The method according to any one of claims 1 to 4, characterized in that the satellite arrangement detects the above-ground receiver ( 5 ).

7. The method according to any one of claims 1 to 6, characterized in that as a structure ( 2 ) underground discontinuities are located that existed completely before the location.

8. The method according to any one of claims 1 to 6, characterized in that underground discontinuities are located as the structure ( 2 ), which are currently being produced at the time of the location.

9. The method according to any one of claims 1 to 8, characterized in that in a structure formed as a cavity ( 2 ) is located at least partially delimiting the cavity liner cavity.

10. The method according to any one of claims 1 to 9, characterized characterized in that at least one term, one Phase, or a wavelength of an electro magnetic wave in underground measurement is evaluated.

11. The method according to any one of claims 1 to 10, characterized in that a system-associated receiver ( 5 ) and a system-independent signal source ( 4 ) are used.

12. The method according to any one of claims 1 to 11, there characterized in that to optimize the measurement results an adaptive implementation of several measurements processes take place.

13. The method according to any one of claims 1 to 12, characterized in that the above-ground measurement data of the satellite arrangement and the underground measurement data of the receiver ( 5 ) are directly linked and processed.

14. The method according to any one of claims 1 to 13, characterized in that the data of the satellite system and the data of the receiver ( 5 ) are transmitted via an optimized telemetry to carry out real-time processing.

15. The method according to any one of claims 1 to 14, there characterized by that optimization and off evaluation of the measurement data using a digital computer is done.

16. The method according to any one of claims 1 to 15, characterized in that the processed Data directly into a control system for precise location Manufacturing underground cavities turned on be fed.

17. The method according to any one of claims 1 to 16, characterized in that the determined data edited and in at least one information system can be stored.