ITPI20130038A1 - Metodo e dispositivo per rilevare la posizione e l'orientamento di corpi allungati sotterranei - Google Patents

Description

“METODO E APPARECCHIATURA PER LA LOCALIZZAZIONE DI TUBAZIONI E CAVIDOTTI INTERRATIâ€

DESCRIZIONE

Ambito dell’invenzione

La presente invenzione riguarda un metodo per la rilevazione, mediante tecnica GPR (Ground Penetrating Radar), di tubazioni interrate e la determinazione della loro direzione di giacitura.

Inoltre, l’invenzione riguarda un’apparecchiatura che attua tale metodo.

Descrizione della tecnica nota

Sono noti dispositivi di ispezione che prevedono l'uso di energia a frequenza radio per la ricerca con tecnica radar di oggetti presenti nel sottosuolo, in pareti di edifici, o in altri siti nascosti, con varie applicazioni nel campo dell’ingegneria civile, geologia, archeologia. Questi dispositivi hanno il pregio di non interferire con le caratteristiche fisiche, chimiche e meccaniche delle strutture e del materiale che le circonda.

Tra tali dispositivi, noti come georadar o con gli acronimi GPR (Ground Penetrating Radar) o SPR (Surface Penetrating Radar), molti prevedono almeno una antenna ricevitrice/emettitrice a radiofrequenza (sensore GPR) ed una unità di controllo remota comprendente un PC ed una scheda di interfaccia con l’antenna/le antenne. Il principio di funzionamento di questi dispositivi à ̈ quello tipico del radar di emettere un segnale RF e di elaborare un segnale di ritorno riflesso dagli oggetti investiti dal segnale emesso (eco). Il sensore GPR viene spostato sulla superficie del materiale da investigare, e, una volta avviata la trasmissione, i segnali di ritorno ricevuti, e opportunamente filtrati, sono in genere visualizzati sotto forma di immagini bi-dimensionali, rappresentando con una opportuna codifica di colore l’ampiezza in funzione del tempo (ordinata) e dello spazio (ascissa).

I principi di funzionamento di questi Georadar sono descritti per esempio in “Surface penetrating radar 2nd edition†a nome D. J. Daniels, in “The Institution of Electrical Engineers, Stevenage (UK), 2004†, in “IDS Radar Products For Utilities Mapping And Ground Classification†a nome Guido Manacorda e in “Proceedings of 20th International NO-DIG Conference and Exhibition Copenhagen Denmark, May 28-31, 2002†disponibile anche in www.idscorporation.com.

Normalmente, i georadar di tecnica nota impiegati nelle operazioni di individuazione e mappatura di tubazioni e cavidotti interrati, vengono operati effettuando scansioni lungo direzioni tra loro perpendicolari, ovvero lungo un grigliato di punti di misura. Questa operazione à ̈ lunga e laboriosa, ma à ̈ imposta dalla necessità di individuare oggetti sepolti la cui direzione non à ̈ nota né determinabile a priori. Un georadar à ̈ infatti in grado di rilevare con accuratezza solo tubazioni e cavidotti interrati di giacitura perpendicolare rispetto alla direzione di scansione.

Per ovviare a questo problema, alcuni dei georadar noti utilizzano una schiera (array) di sensori GPR, in modo da rendere più speditiva l’ispezione grazie alla diminuzione del numero di scansioni da effettuare.

Tuttavia, anche in questo caso, l’individuazione della direzione di giacitura dei corpi sotterranei non à ̈ immediata, ma occorre effettuare numerose scansioni per seguire tutto il percorso di giacitura del corpo sotterraneo.

Sintesi dell’invenzione

È quindi scopo della presente invenzione fornire un metodo che, mediante tecnica GPR (Ground Penetrating Radar), permetta l’individuazione della direzione di giacitura di un corpo allungato sotterraneo effettuando una sola scansione.

È inoltre scopo della presente invenzione fornire un metodo che permetta l’individuazione di tale direzione di giacitura in tempo reale durante la scansione.

È un ulteriore scopo della presente invenzione fornire un metodo che permetta di seguire il corpo allungato sotterraneo lungo tutto il suo percorso di giacitura, in modo da rilevare, lungo il percorso, eventuali variazioni della direzione di giacitura.

È ancora scopo della presente invenzione fornire un metodo che permetta di visualizzare il suddetto percorso di giacitura su una mappa riferita ad un sistema di riferimento terrestre e/o un sistema di riferimento locale.

È inoltre scopo della presente invenzione fornire un metodo che permetta l’individuazione di tale percorso di giacitura in maniera automatizzata e senza necessità di un utente esperto.

È un ulteriore scopo della presente invenzione fornire un’apparecchiatura che permetta l’applicazione di tale metodo.

Questi ed altri scopi sono raggiunti da un metodo per l’individuazione di una direzione di giacitura Î ́ di almeno un corpo allungato sotterraneo mediante tecnica GPR (Ground Penetrating Radar) comprendente le fasi di:

- movimentazione di un primo sensore GPR lungo una prima traiettoria s formata da una pluralità di punti P, detta prima traiettoria s avendo origine in un predeterminato punto P0ed avendo come tangente, in ciascun punto P di detta pluralità, una determinata direzione y;

- movimentazione di un secondo sensore GPR, solidalmente al primo sensore GPR, in modo che il secondo sensore GPR percorra una seconda traiettoria s’ formata da una pluralità di punti P’, detta seconda traiettoria s’ avendo origine in un predeterminato punto P0’ ed essendo parallela alla prima traiettoria s, detta seconda traiettoria s’ avendo come tangente, in ciascun punto P’ di detta pluralità, una determinata direzione y’, detto secondo sensore GPR essendo disposto nello spazio in modo tale che la retta congiungente il primo sensore GPR e il secondo sensore GPR definisca una determinata direzione ε non parallela alle direzioni y e y’;

- rilevamento di una prima pluralità di segnali di presenza mediante il primo sensore GPR, ciascun segnale di presenza di detta prima pluralità essendo rilevato in corrispondenza di almeno un punto P della traiettoria s, detta prima pluralità di segnali di presenza essendo associata ad informazioni riguardanti la presenza di almeno un eventuale corpo allungato sotterraneo lungo una direzione sostanzialmente verticale passante per il punto P;

- acquisizione di un primo set di coordinate spaziali per ciascun punto P della traiettoria s in corrispondenza del quale viene rilevato un segnale di presenza di detta prima pluralità;

- rilevamento di una seconda pluralità di segnali di presenza mediante il secondo sensore GPR, ciascun segnale di presenza di detta seconda pluralità essendo rilevato in corrispondenza di almeno un punto P’ di detta traiettoria s’, detta seconda pluralità di segnali di presenza essendo associata ad informazioni riguardanti la presenza di almeno un eventuale corpo allungato sotterraneo lungo una direzione sostanzialmente verticale passante per il punto P’;

- acquisizione di un secondo set di coordinate spaziali per ciascun punto P’ della traiettoria s’ in corrispondenza del quale viene rilevato un segnale di presenza di detta seconda pluralità;

- ricezione da parte di un’unità di controllo di della prima e della seconda pluralità di segnali di presenza e di ciascun primo e secondo set di coordinate spaziali;

elaborazione delle informazioni riguardanti la presenza di eventuali corpi allungati sotterranei e di ciascun primo e secondo set di coordinate spaziali, in modo da:

- identificare, fra tutti i punti P e P’ nei quali à ̈ stato rilevato un segnale di presenza, i punti P1e P1’ in corrispondenza dei quali à ̈ maggiore la probabilità di presenza di un corpo allungato sotterraneo; e

- confrontare tra loro i set di coordinate spaziali corrispondenti ai punti P1e P1’;

- individuazione, sulla base della fase di elaborazione, della direzione di giacitura Î ́ di almeno un corpo allungato sotterraneo in funzione dei set di coordinate spaziali corrispondenti ai punti P1e P1’.

Il metodo, secondo l’invenzione, consente quindi che la direzione di giacitura di un corpo allungato sotterraneo possa essere individuata con una sola scansione, grazie al fatto che vengono acquisite e confrontate le coordinate spaziali dei punti P1e P1’.

In particolare, la fase di elaborazione può essere eseguita mediante mezzi a programma residenti nell’unità di controllo, consentendo che tale fase di elaborazione venga automatizzata e l’individuazione della direzione di giacitura Î ́ venga eseguita in tempo reale durante la scansione.

Vantaggiosamente, la fase di elaborazione comprende una fase di calcolo di un angolo α compreso tra una direzione x ortogonale alle direzioni y e y’ ed una presunta direzione di giacitura Î ́1del corpo allungato, detta presunta direzione di giacitura Î ́1essendo determinata per confronto di set di coordinate spaziali dei punti P1e P1’ in cui sono state rilevate informazioni relative alla presenza di un medesimo corpo allungato sotterraneo.

In particolare, sono inoltre previste le fasi di:

- riposizionamento dell’apparecchiatura in modo tale che la direzione y risulti ortogonale alla presunta direzione di giacitura Î ́1;

iterazione delle fasi di:

- rilevamento della prima pluralità di segnali di presenza;

- acquisizione del primo set di coordinate spaziali di ciascun punto P;

- rilevamento della seconda pluralità di segnali di presenza;

- acquisizione del secondo set di coordinate spaziali di ciascun punto P’;

- ricezione della prima e della seconda pluralità di segnali di presenza e del primo e del secondo set di coordinate spaziali;

- calcolo dell’angolo α;

detta fase di iterazione essendo prolungata fino a che l’angolo α non risulti nullo;

- identificazione, quando l’angolo α risulta nullo, della presunta direzione di giacitura Î ́1con l’effettiva direzione di giacitura Î ́.

Tale processo iterativo consente di ridurre efficacemente ed in tempi brevi eventuali errori di misurazione occorsi durante il primo rilevamento dei segnali di presenza e/o la prima acquisizione dei set di coordinate spaziali.

Vantaggiosamente, nel caso la fase di elaborazione venga compiuta da mezzi a programma, à ̈ inoltre prevista una fase di filtraggio e amplificazione della prima e della seconda pluralità di segnali di presenza, in modo da consentire una identificazione più precisa e veloce dei punti P1e P1’.

Vantaggiosamente, nel momento in cui sia stata individuata la direzione di giacitura Î ́ nella zona ispezionata, il metodo, secondo l’invenzione, prevede una fase di traslazione in cui l’apparecchiatura viene fatta traslare lateralmente in una zona subito adiacente in modo da verificare che tale direzione di giacitura Î ́ sia la medesima della zona precedente o, alternativamente, in modo da individuare la direzione di giacitura Î ́ nella nuova zona ispezionata. Tale operazione può essere ripetuta più volte in modo da seguire il corpo sotterraneo lungo tutto il suo percorso di giacitura.

In particolare, in tale fase di traslazione dell’apparecchiatura nella nuova zona da ispezionare, la direzione y viene mantenuta ortogonale alla direzione Î ́ individuata nella zona precedente, in modo da facilitare il confronto con la zona precedente e individuare con facilità la direzione Î ́ dell’oggetto sotterraneo nella nuova zona da ispezionare. Il mantenimento dell’ortogonalità tra la direzione y e la direzione di giacitura Î ́ può essere facilitato, ad esempio, da un dispositivo di navigazione.

In particolare, il set di coordinate spaziali di ciascun punto P Ã ̈ riferito ad un sistema di riferimento scelto tra:

- un sistema di riferimento relativo avente origine in detto predeterminato punto P0;

- un sistema di riferimento terrestre;

- o una loro combinazione;

In particolare, il set di coordinate spaziali di ciascun punto P’ à ̈ riferito ad un sistema di riferimento scelto tra:

- un sistema di riferimento relativo avente origine in detto predeterminato punto P0’;

- un sistema di riferimento terrestre;

- o una loro combinazione.

Secondo un altro aspetto dell’invenzione, un’apparecchiatura per l’individuazione di una direzione di giacitura Î ́ di almeno un corpo allungato sotterraneo comprende un primo sensore GPR atto a rilevare una prima pluralità di segnali di presenza associata ad informazioni riguardanti la presenza di almeno un eventuale corpo allungato sotterraneo;

la cui caratteristica à ̈ di comprendere inoltre:

un secondo sensore GPR disposto solidalmente al primo sensore GPR in modo tale che la retta congiungente il primo sensore GPR e il secondo sensore GPR definisca una determinata direzione ε non parallela alle direzioni y e -’, detto secondo sensore GPR (110’) essendo atto a rilevare una seconda pluralità di segnali di presenza associata ad informazioni riguardanti la presenza di almeno un eventuale corpo allungato sotterraneo;

- almeno un sensore di posizione atto ad acquisire un primo set di coordinate spaziali per ciascun punto P della traiettoria s in corrispondenza del quale viene rilevato un segnale di presenza di detta prima pluralità, detto o ciascun sensore di posizione essendo inoltre atto ad acquisire un secondo set di coordinate spaziali per ciascun punto P’ della traiettoria s’ in corrispondenza del quale viene rilevato un segnale di presenza di detta seconda pluralità;

- un’unità di controllo disposta per ricevere la prima e la seconda pluralità di segnali di presenza dal primo e dal secondo sensore GPR e ciascun primo e secondo set di coordinate spaziali da detto o ciascun sensore di posizione.

Vantaggiosamente, sono inoltre compresi mezzi a programma residenti nell’unità di controllo e configurati per elaborare ciascun primo e secondo set di coordinate spaziali e le informazioni riguardanti la presenza di eventuali corpi allungati sotterranei, detta unità di controllo essendo inoltre configurata per:

- identificare, fra tutti i punti P e P’ nei quali à ̈ stato rilevato un segnale di presenza, i punti P1e P1’ nei quali à ̈ maggiore la probabilità di presenza di detto o ciascun corpo allungato sotterraneo; e per

- confrontare tra loro i set di coordinate spaziali corrispondenti ai punti P1e -1’;

- determinazione, sulla base della fase di elaborazione, della direzione di giacitura Î ́ di almeno un corpo allungato sotterraneo in funzione dei set di coordinate spaziali corrispondenti ai punti P1e P1’.

In tal modo, l’individuazione della direzione di giacitura Î ́ viene effettuata in maniera automatizzata e in tempo reale, necessitando di una sola scansione.

In particolare, i mezzi a programma sono inoltre atti a filtrare e amplificare i segnali di presenza, in modo da consentire una identificazione più precisa e veloce dei punti P1e P1’

Vantaggiosamente, à ̈ inoltre previsto un dispositivo di navigazione, operativamente connesso all’unità di controllo, e atto a guidare il primo sensore GPR e il secondo sensore GPR in modo tale che le direzioni y e y’ risultino parallele o ortogonali alla direzione di giacitura Î ́ di detto o ciascun corpo allungato. In tal modo, l’apparecchiatura può individuare facilmente tutto il percorso di giacitura di detto o ciascun corpo allungato.

In particolare, il dispositivo di navigazione à ̈ scelto tra:

- una bussola analogica;

- una bussola digitale;

- un accelerometro;

- un dispositivo GPS;

- una stazione totale;

- un giroscopio;

- una stazione inerziale;

- una loro combinazione.

Vantaggiosamente, il dispositivo di navigazione à ̈ configurato per guidare il primo sensore GPR e il secondo sensore GPR ortogonalmente ad una presunta direzione di giacitura Î ́1e i mezzi a programma sono configurati per determinare, sulla base della fase di elaborazione eseguita dai detti mezzi a programma, una direzione di giacitura Î ́, e verificare che essa coincida con la presunta direzione di giacitura Î ́1.

In tal modo à ̈ possibile impostare un processo iterativo che permetta di migliorare l’accuratezza nell’individuazione della direzione di giacitura Î ́, riducendo efficacemente ed in tempi brevi eventuali errori di misurazione occorsi durante il primo rilevamento dei segnali di presenza e/o la prima acquisizione dei set di coordinate spaziali.

In particolare, detto o ciascun sensore di posizione à ̈ scelto tra:

- un encoder rotativo;

una ruota metrica;

- un dispositivo GPS;

una stazione totale;

- un giroscopio;

- un dispositivo GPS;

- una stazione inerziale;

- un dispositivo di misurazione della distanza percorsa;

- una loro combinazione.

In particolare, il primo e/o il secondo sensore GPR sono scelti tra:

- un’antenna a elementi (ad es. monopolo, dipolo, bow-tie, ecc.);

- un’antenna “frequency independent†(ad es. Logperiodica, a spirale, Vivaldi, ecc.);

- un’antenna horn;

- un’antenna non dispersiva a banda ultra-larga (ad es. antenna ad onda viaggiante, travelling wave TEM horn, Impulse Radiating Antenna, antenna rod, ecc.)

una loro combinazione.

Vantaggiosamente, Ã ̈ inoltre previsto un supporto mobile atto a supportare il primo sensore GPR e il secondo sensore GPR per facilitare il fatto che detti sensori GPR siano movimentati solidalmente fra loro.

In particolare, il supporto mobile à ̈ anche atto a supportare gli altri componenti dell’apparecchiatura.

Breve descrizione dei disegni

Ulteriori caratteristiche e/o vantaggi dell’invenzione risulteranno più chiari con la descrizione che segue di alcune sue forme realizzative, fatte a titolo esemplificativo e non limitativo, con riferimento ai disegni annessi in cui:

- la figura 1 mostra una possibile forma realizzativa di un’apparecchiatura, secondo l’invenzione, per l’individuazione di una direzione di giacitura Î ́ di almeno un corpo allungato sotterraneo;

- la figura 2 mostra una fase di movimentazione dell’apparecchiatura su una superficie da ispezionare;

- in figura 3 à ̈ mostrata una fase di individuazione di un primo punto P1in corrispondenza del quale vi à ̈ un’alta probabilità di presenza di un corpo sotterraneo;

- in figura 4 à ̈ mostrata una fase di individuazione di un secondo punto P1’ in corrispondenza del quale vi à ̈ un’alta probabilità di presenza di un corpo sotterraneo, con conseguente individuazione di una presunta direzione di giacitura Î ́1;

- in figura 5 à ̈ mostrata una fase di riposizionamento dell’apparecchiatura 100 per verificare la presunta direzione di giacitura Î ́1del corpo sotterraneo;

- in figura 6 à ̈ mostrata una fase di traslazione in cui l’apparecchiatura viene fatta traslare lateralmente in una zona subito adiacente per seguire il percorso di giacitura del corpo sotterraneo;

- in figura 7A sono mostrati degli esempi di visualizzazioni dei segnali di presenza rilevati, in caso di α ≠ 0;

- in figura 7B sono mostrati degli esempi di visualizzazioni dei segnali di presenza rilevati, in caso di α = 0;

- in figura 8 à ̈ mostrato un diagramma di flusso che riassume le varie fasi del metodo di individuazione della direzione di giacitura Î ́ di corpi allungati sotterranei, secondo l’invenzione.

Descrizione di una forma realizzativa preferita Con riferimento alla figura 1, una possibile forma realizzativa di un’apparecchiatura 100, secondo l’invenzione, per l’individuazione di una direzione di giacitura Î ́ di almeno un corpo allungato sotterraneo 50 comprende un primo e un secondo sensore GPR 110 e 110’ montati su un supporto mobile 130.

I sensori GPR 110 e 110’ permettono di rilevare la presenza di eventuali corpi allungati sotterranei mediante l’immissione nel sottosuolo e la successiva ricezione di segnali di presenza formati da brevi impulsi elettromagnetici ad alta frequenza.

Il supporto mobile 130, a cui i sensori GPR 110 e 110’ sono solidali, permette di facilitare la movimentazione di tutta l’apparecchiatura 100 sull’area da ispezionare, e contemporaneamente rende tali sensori GPR tra loro solidali, in modo che essi percorrano traiettorie parallele durante la fase di rilevamento dei segnali.

Al supporto mobile 130, in tale forma realizzativa, à ̈ inoltre connessa un’unità di controllo 150, in particolare un computer, ed un sensore di posizione 120.

All’unità di controllo 150 può essere inoltre collegato un dispositivo di navigazione 160 atto, ad esempio, a visualizzare la direzione di giacitura Î ́ in modo che un utente possa seguire l’oggetto sotterraneo lungo tutto il suo percorso di giacitura.

Nelle figure 2,3,4,5,6 sono mostrate schematicamente le fasi successive del metodo, secondo l’invenzione, per l’individuazione di una direzione di giacitura Î ́ di almeno un corpo allungato sotterraneo50.

Con riferimento alla figura 2, quando l’apparecchiatura 100 viene movimentata su una superficie da ispezionare sostanzialmente parallela al piano Ï€, i due sensori GPR 110 e 110’ tracciano su tale piano Ï€ due traiettorie parallele s e s’, le quali sono formate da due pluralità di punti P e P’ e hanno origine nei punti P0e P0’. Inoltre, le due traiettorie s e s’ hanno come tangenti, punto per punto, le direzioni y e y’. Tali direzioni y e y’ risultano tra loro parallele, essendo le tangenti di due traiettorie parallele, e risultano inoltre parallele alla direzione di avanzamento di tutta l’apparecchiatura 100. Il verso di avanzamento à ̈ indicato dalla freccia sottostante l’apparecchiatura 100.

I due sensori GPR 110 e 110’ sono tra loro solidali e posti ad una distanza d costante. La retta che unisce i due sensori GPR 110 e 110’ ha una determinata direzione ε, la quale forma, in ogni posizione dell’apparecchiatura 100, un angolo β non nullo con la direzione y. La distanza d ha proiezione h1sulla direzione y e proiezione D su una direzione x ortogonale alla direzione y e giacente anch’essa sul piano π.

Semplici considerazioni trigonometriche permettono di scrivere le seguenti relazioni:

h1= d*cos(β) ;D = d*sin(β)

Durante la movimentazione dell’apparecchiatura 100 sulla superficie da ispezionare, i sensori GPR 110 e 110’ rilevano continuativamente segnali di presenza che riportano informazioni riguardo la presenza di eventuali oggetti allungati sotterranei. Contemporaneamente, il sensore di posizione 120 acquisisce un set di coordinate sul piano π per ogni punto P o P’ in corrispondenza del quale viene rilevato un segnale di presenza dai sensori GPR 110 e 110’. Ciascun set di coordinate può essere riferito ad un sistema di riferimento avente origine in P0o, alternativamente, ad un sistema di riferimento terrestre. Nel secondo caso, il sensore di posizione potrebbe essere, ad esempio, un sensore GPS (Global Positioning System) basato sul sistema di posizionamento satellitare.

I set di coordinate acquisiti, insieme ai segnali di presenza, vengono trasmessi, in particolare in tempo reale, all’unità di controllo 150, che ne consente l’elaborazione da parte di un utente e/o di mezzi a programmi residenti nella stessa unità di controllo 150.

Grazie all’acquisizione delle coordinate delle posizioni coperte in successione dai due sensori GPR 110 e 110’, i mezzi a programma e/o l’utente sono in grado di determinare le due traiettorie s e s’ percorse dai sensori GPR stessi, e dunque anche le direzioni tangenti y e y’ punto per punto.

In figura 3 à ̈ mostrato il momento in cui uno dei due sensori GPR 110 e 110’ rivela la presenza di un corpo sotterraneo.

Nello specifico, nel momento in cui l’unità di controllo 150 riceve i segnali di presenza rilevati dal primo sensore GPR 110 nel punto P1e nei punti adiacenti, i mezzi a programma e/o l’utente elaborano tali segnali e individuano il punto P1come il punto in corrispondenza del quale vi à ̈ un’alta probabilità di presenza di un oggetto sotterraneo. Le coordinate del punto P1sul piano Ï€ sono già state acquisite dal sensore di posizione 120, mentre la coordinata che fornisce la profondità dell’oggetto sotterraneo in corrispondenza del punto P1à ̈ determinabile dal segnale di presenza. È dunque univocamente determinato spazialmente un primo punto della giacitura dell’oggetto allungato sotterraneo.

In figura 4 à ̈ mostrato il momento in cui l’elaborazione dei segnali di presenza rilevati dal secondo sensore 110’ permette l’individuazione del punto P1’ come punto in corrispondenza del quale vi à ̈ un’alta probabilità della presenza di un oggetto sotterraneo. Tale fase di elaborazione dei segnali di presenza permette sia di individuare la profondità di tale oggetto, sia di determinare se l’oggetto sotterraneo rilevato in corrispondenza del punto P1’ sia il medesimo rilevato in corrispondenza del punto P1.

Nel caso l’oggetto rilevato sia il medesimo, à ̈ a questo punto determinabile la presunta direzione di giacitura Î ́1dell’oggetto allungato sotterraneo 50, dato che per i due punti P1e P1’ può passare una sola retta. In particolare, la presunta direzione di giacitura Î ́1viene individuata dal calcolo di un angolo α tra la suddetta direzione Î ́1e la direzione x, ortogonale alla direzione di avanzamento.

Nel caso semplificato in figura 4, in cui la direzione di avanzamento dell’apparecchiatura 100 sia stata mantenuta costante nel breve lasso di tempo tra l’individuazione del primo punto P1e quella del secondo punto P1’, la presunta direzione di giacitura Î ́1à ̈ determinabile semplicemente conoscendo la proiezione h2su y del segmento P1P1’, ovvero conoscendo la distanza percorsa dall’apparecchiatura 100 nel suddetto lasso di tempo.

In tal caso, infatti, l’angolo α à ̈ determinabile, mediante semplici considerazioni trigonometriche, dalla seguente relazione:

in cui β e d sono noti, e h2à ̈ l’unica variabile.

In figura 5 à ̈ mostrata una fase di riposizionamento dell’apparecchiatura 100 per verificare la presunta direzione di giacitura Î ́1del corpo allungato sotterraneo 50.

In particolare, una volta che sia stata individuata una presunta direzione di giacitura Î ́1dell’oggetto sotterraneo 50, l’apparecchiatura 100 viene riposizionata in maniera tale che la direzione y risulti ortogonale alla direzione Î ́1. Questo può essere fatto, in particolare, mediante un dispositivo di navigazione 160, ad esempio collegato all’unità di controllo 150 (vedi fig. 1).

L’apparecchiatura viene poi fatta avanzare lungo la nuova direzione y reiterando le fasi di rilevamento dei segnali di presenza, acquisizione delle coordinate ed elaborazione delle informazioni, fino a calcolare il nuovo angolo α tra la nuova direzione x ed una nuova presunta direzione di giacitura Î ́1.

Se tale angolo α risulta nullo, allora la nuova presunta direzione di giacitura Î ́1viene confermata essere coincidente con la presunta direzione di giacitura Î ́1calcolata in precedenza e dunque anche con la reale direzione di giacitura Î ́, la quale risulta essere individuata rispetto al sistema di riferimento scelto in precedenza.

Se invece l’angolo α risulta non nullo, e questo può avvenire ad esempio in caso di errori di misura compiuti durante la prima stima di Î ́1, allora si procede ad un ulteriore posizionamento e ad una reiterazione della fase di verifica, dando luogo sostanzialmente ad un processo iterativo che termina nel momento in cui l’angolo α calcolato non risulti effettivamente nullo.

Con riferimento alla figura 6, nel momento in cui sia stata individuata la direzione di giacitura Î ́ nella zona ispezionata, il metodo, secondo l’invenzione, prevede una fase di traslazione in cui l’apparecchiatura 100 viene fatta traslare lateralmente in una zona subito adiacente in modo da verificare che tale direzione di giacitura Î ́ sia la medesima della zona precedente o, alternativamente, in modo da individuare la direzione di giacitura Î ́ nella nuova zona ispezionata. Tale operazione può essere ripetuta più volte in modo da seguire il corpo sotterraneo 50 lungo tutto il suo percorso di giacitura.

In particolare, nello spostare l’apparecchiatura 100 nella nuova zona da ispezionare, la direzione y viene mantenuta ortogonale alla direzione Î ́ individuata nella zona precedente, in modo da facilitare il confronto con la zona precedente e individuare con facilità la direzione Î ́ dell’oggetto sotterraneo 50 nella nuova zona da ispezionare.

In una possibile forma realizzativa, la direzione di giacitura Î ́ può essere visualizzata sul display del dispositivo di navigazione 160 (vedi figura 1), ad esempio su una mappa orientata rispetto alla direzione di avanzamento dell’apparecchiatura 100. In tal modo un utente può direzionare l’avanzamento dell’apparecchiatura 100 e contemporaneamente visualizzare sul display il percorso di giacitura individuato fino a quel momento. Sebbene nelle figure dalla 2 alla 6, sia sempre mostrato il supporto mobile 130, esso non à ̈ indispensabile ai fini della attuazione della presente invenzione, in quanto i sensori GPR 110 e 110’ possono essere anche movimentati mediante altri dispositivi e/o manualmente da un utente, senza con questo compromettere l’effetto tecnico come rivendicato.

Con riferimento alle figure 7A e 7B, i segnali di presenza rilevati dai sensori GPR 110 e 110’ possono essere visualizzati, ad esempio, come rami di iperbole i cui vertici corrispondono alle posizioni dei punti, in particolare P1e P1’, in corrispondenza dei quali vi à ̈ un’alta probabilità di presenza di un oggetto allungato sotterraneo.

In particolare, in figura 7A sono mostrate le visualizzazioni 10 e 10’ dei segnali di presenza rilevati in un caso semplificato, come quello di figura 4, in cui la direzione di avanzamento dell’apparecchiatura 100 à ̈ stata mantenuta costante, e parallela alla direzione y, nel lasso di tempo tra l’individuazione del primo punto P1e quella del secondo punto P1’. Il verso di avanzamento dell’apparecchiatura 100 durante la rilevazione dei segnali di presenza à ̈ indicato dalla freccia laterale. Analogamente alla figura 4, proiettando su y il segmento P1P1’ si ottiene la grandezza h2, la quale à ̈ necessaria per il calcolo dell’angolo α che definisce la presunta direzione di giacitura Î ́1dell’oggetto allungato sotterraneo 50.

In figura 7B sono mostrate invece le visualizzazioni 20 e 20’ dei segnali di presenza rilevati durante una fase di verifica, come ad esempio quella mostrata in figura 5, in cui l’apparecchiatura 100 viene movimentata lungo una direzione y perpendicolare alla presunta direzione di giacitura Î ́1.

In particolare, il caso di figura 7B mostra un allineamento dei vertici dei due rami di iperbole lungo la presunta direzione di giacitura Î ́1. Tale allineamento comporta un annullamento della proiezione h2e dunque dell’angolo α, permettendo la verifica che tale presunta direzione di giacitura Î ́1coincide effettivamente con la reale direzione di giacitura Î ́ del corpo allungato sotterraneo.

Sia l’individuazione dei vertici dei rami di iperbole, e dunque dei punti P1e P1’, sia la correlazione tra due segnali di presenza per stabilire se appartengano al medesimo oggetto sotterraneo sono operazioni che possono essere effettuate visivamente da un utente, a partire da visualizzazioni come quelle mostrate nelle figure 7A e 7B.

Alternativamente, per automatizzare la fase di elaborazione, si possono predisporre mezzi a programma all’interno dell’unità di controllo 150. In tal caso, l’individuazione dei vertici può essere effettuata mediante l’utilizzo di un algoritmo per il riconoscimento dell’immagine che, a partire dalle suddette visualizzazioni, costruisce curve vettoriali di cui à ̈ possibile, ad esempio, ricavare i punti di massimo e/o minimo.

Inoltre, i mezzi a programma possono effettuare anche una correlazione tra due segnali di presenza mediante, ad esempio, un filtro di pattern recognition e/o un filtro di image processing.

Più in generale, quando l’elaborazione dei segnali di presenza à ̈ compiuta dai mezzi a programma, può essere prevista anche una fase di filtraggio e/o un amplificazione di tali segnali, al fine di facilitare il riconoscimento e la correlazione delle immagini visualizzate.

In figura 8 à ̈ mostrato un diagramma di flusso che riassume le varie fasi del metodo di individuazione della direzione di giacitura Î ́ di corpi allungati sotterranei, secondo l’invenzione.

In particolare, à ̈ prevista una fase di movimentazione dell’apparecchiatura 100 su una superficie da ispezionare (201), durante la quale i sensori GPR 110 e 110’ tracciano due traiettorie s e s’ rilevando continuativamente segnali di presenza riguardanti la presenza di eventuali corpi sotterranei (202). Contemporaneamente un sensore di posizione 120 acquisisce le coordinate spaziali, rispetto ad un riferimento assoluto o relativo, di ciascun punto delle traiettorie s e s’ in corrispondenza dei quali à ̈ stato ricevuto un segnale di presenza (203).

I segnali di presenza e le coordinate spaziali sono trasmesse ad un’unità di controllo 150, affinché vengano elaborati da un utente e/o da mezzi a programmi residenti nell’unità di controllo stessa. La fase di elaborazione permette l’individuazione di un primo punto P1in corrispondenza del quale à ̈ molto probabile la presenza di un corpo sotterraneo 50 (204), e successivamente l’individuazione di un secondo punto P1’ in corrispondenza del quale à ̈ molto probabile la presenza del medesimo corpo sotterraneo 50 (205).

Calcolando la retta passante per i punti P1e P1’ à ̈ quindi possibile individuare una presunta direzione di giacitura Î ́1del suddetto corpo sotterraneo 50 (206), e conseguentemente calcolare l’angolo α tra la direzione x, ortogonale alla direzione di avanzamento dell’apparecchiatura 100, e la suddetta direzione Î ́1(207).

Tipicamente, l’angolo α risulterà non nullo (207’), essendo casuale la traiettoria scelta durante la movimentazione dell’apparecchiatura 100.

In tal caso, dunque, l’apparecchiatura 100 à ̈ riposizionata in modo che la direzione y, tangente alla traiettoria dell’apparecchiatura, sia perpendicolare alla presunta direzione di giacitura Î ́1precedentemente individuata. Tale riposizionamento può essere fatto, ad esempio, con l’ausilio di un dispositivo di navigazione 160.

Sono poi reiterate tutte le fasi precedentemente descritte (201-207), fino a che l’angolo α non risulti nullo (207’’). Nel momento in cui l’angolo α risulta nullo, l’ultima presunta direzione di giacitura Î ́1calcolata viene confermata essere l’effettiva direzione di giacitura Î ́ (208).

A questo punto, l’apparecchiatura 100 viene fatta traslare in una zona adiacente a quella appena ispezionata, mantenendo la direzione y perpendicolare alla direzione Î ́ appena trovata (210).

La descrizione di cui sopra di una forma realizzativa specifica à ̈ in grado di mostrare l’invenzione dal punto di vista concettuale in modo che altri, utilizzando la tecnica nota, potranno modificare e/o adattare in varie applicazioni tale forma realizzativa specifica senza ulteriori ricerche e senza allontanarsi dal concetto inventivo, e, quindi, si intende che tali adattamenti e modifiche saranno considerabili come equivalenti della forma realizzativa specifica. I mezzi e i materiali per realizzare le varie funzioni descritte potranno essere di varia natura senza per questo uscire dall’ambito dell’invenzione. Si intende che le espressioni o la terminologia utilizzate hanno scopo puramente descrittivo e per questo non limitativo.

Claims (10)

1. RIVENDICAZIONI 1. Un metodo per l’individuazione di una direzione di giacitura Î ́ di almeno un corpo allungato sotterraneo (50) mediante tecnica GPR (Ground Penetrating Radar), detto metodo essendo caratterizzato dal fatto di comprendere le fasi di: - movimentazione di un primo sensore GPR (110) lungo una prima traiettoria s formata da una pluralità di punti P, detta prima traiettoria s avendo origine in un predeterminato punto P0ed avendo come tangente, in ciascun punto P di detta pluralità, una determinata direzione y; - movimentazione di un secondo sensore GPR (110’), solidalmente a detto primo sensore GPR (110), in modo che detto secondo sensore GPR (110’) percorra una seconda traiettoria s’ formata da una pluralità di punti P’, detta seconda traiettoria s’ avendo origine in un predeterminato punto P0’ ed essendo parallela a detta prima traiettoria s, detta seconda traiettoria s’ avendo come tangente, in ciascun punto P’ di detta pluralità, una determinata direzione y’, detto secondo sensore GPR (110’) essendo disposto nello spazio in modo tale che la retta congiungente detto primo sensore GPR (110) e detto secondo sensore GPR (110’) definisca una determinata direzione ε non parallela a dette direzioni y e y’; - rilevamento di una prima pluralità di segnali di presenza mediante detto primo sensore GPR (110), ciascun segnale di presenza di detta prima pluralità essendo rilevato in corrispondenza di almeno un punto P di detta traiettoria s, detta prima pluralità di segnali di presenza essendo associata ad informazioni riguardanti la presenza di almeno un eventuale corpo allungato sotterraneo (50) lungo una direzione sostanzialmente verticale passante per detto punto P; - acquisizione di un primo set di coordinate spaziali per ciascun punto P di detta traiettoria s in corrispondenza del quale viene rilevato un segnale di presenza di detta prima pluralità; - rilevamento di una seconda pluralità di segnali di presenza mediante detto secondo sensore GPR (110’), ciascun segnale di presenza di detta seconda pluralità essendo rilevato in corrispondenza di almeno un punto P’ di detta traiettoria s’, detta seconda pluralità di segnali di presenza essendo associata ad informazioni riguardanti la presenza di almeno un eventuale corpo allungato sotterraneo (50) lungo una direzione sostanzialmente verticale passante per detto punto P’; - acquisizione di un secondo set di coordinate spaziali per ciascun punto P’ di detta traiettoria s’ in corrispondenza del quale viene rilevato un segnale di presenza di detta seconda pluralità; - ricezione da parte di un’unità di controllo (150) di detta prima e detta seconda pluralità di segnali di presenza e di ciascun detto primo e detto secondo set di coordinate spaziali; - elaborazione di dette informazioni riguardanti la presenza di eventuali corpi allungati sotterranei (50) e di ciascun detto primo e detto secondo set di coordinate spaziali, in modo da: - identificare, fra tutti i punti P e P’ nei quali à ̈ stato rilevato un segnale di presenza, punti P1e P1’ in corrispondenza dei quali à ̈ maggiore la probabilità di presenza di detto o ciascun corpo allungato sotterraneo (50); e - confrontare tra loro i set di coordinate spaziali corrispondenti a detti punti P1e P1’; - individuazione, sulla base di detta fase di elaborazione, di detta direzione di giacitura Î ́ di almeno un corpo allungato sotterraneo (50) in funzione di detti set di coordinate spaziali corrispondenti a detti punti P1e P1’.
2. 2. Il metodo come da rivendicazione 1, in cui detta fase di elaborazione comprende una fase di calcolo di un angolo α compreso tra una direzione x ortogonale a dette direzioni y e y’ ed una presunta direzione di giacitura Î ́1di detto o ciascun corpo allungato (50), detta presunta direzione di giacitura Î ́1essendo determinata per confronto di set di coordinate spaziali di detti punti P1e P1’ in cui sono state rilevate informazioni relative alla presenza di un medesimo corpo allungato sotterraneo (50).
3. 3. Il metodo come da rivendicazione 2, in cui sono inoltre previste le fasi di: - riposizionamento di detta apparecchiatura (100) in modo tale che detta direzione y risulti ortogonale a detta presunta direzione di giacitura Î ́1; - iterazione di dette fasi di: - rilevamento di detta prima pluralità di segnali di presenza; - acquisizione di detto primo set di coordinate spaziali di ciascun punto P; - di detta seconda pluralità di segnali di presenza; - acquisizione di detto secondo set di coordinate spaziali di ciascun punto P’; - ricezione di detta prima e detta seconda pluralità di segnali di presenza e di detto primo e detto secondo set di coordinate spaziali; - calcolo di detto angolo α; detta fase di iterazione essendo prolungata fino a che detto angolo α non risulti nullo; - identificazione, quando detto angolo α risulta nullo, di detta presunta direzione di giacitura Î ́1con detta direzione di giacitura Î ́.
4. 4. Il metodo come da rivendicazione 1, in cui detto set di coordinate spaziali di ciascun punto P à ̈ riferito ad un sistema di riferimento scelto tra: - un sistema di riferimento relativo avente origine in detto predeterminato punto P0; - un sistema di riferimento terrestre; - o una loro combinazione; e in cui detto set di coordinate spaziali di ciascun punto P’ à ̈ riferito ad un sistema di riferimento scelto tra: - un sistema di riferimento relativo avente origine in detto predeterminato punto P0’; - un sistema di riferimento terrestre; - o una loro combinazione.
5. 5. Un’apparecchiatura (100) per l’individuazione di una direzione di giacitura Î ́ di almeno un corpo allungato sotterraneo (50), detta apparecchiatura (100) comprendendo: - un primo sensore GPR (110) atto a rilevare una prima pluralità di segnali di presenza associata ad informazioni riguardanti la presenza di almeno un eventuale corpo allungato sotterraneo (50); detta apparecchiatura (100) essendo caratterizzata dal fatto di comprendere inoltre: - un secondo sensore GPR (110’) disposto solidalmente a detto primo sensore GPR (110) in modo tale che la retta congiungente detto primo sensore GPR (110) e detto secondo sensore GPR (110’) definisca una determinata direzione ε non parallela a dette direzioni y e y’, detto secondo sensore GPR (110’) essendo atto a rilevare una seconda pluralità di segnali di presenza associata ad informazioni riguardanti la presenza di almeno un eventuale corpo allungato sotterraneo (50); - almeno un sensore di posizione (120) atto ad acquisire un primo set di coordinate spaziali per ciascun punto P di detta traiettoria s in corrispondenza del quale viene rilevato un segnale di presenza di detta prima pluralità, detto o ciascun sensore di posizione (120) essendo inoltre atto ad acquisire un secondo set di coordinate spaziali per ciascun punto P’ di detta traiettoria s’ in corrispondenza del quale viene rilevato un segnale di presenza di detta seconda pluralità; - un’unità di controllo (150) disposta per ricevere detta prima e detta seconda pluralità di segnali di presenza da detto primo e detto secondo sensore GPR (110,110’) e ciascun detto primo e detto secondo set di coordinate spaziali da detto o ciascun sensore di posizione (120).
6. 6. L’apparecchiatura (100) come da rivendicazione 5, in cui sono inoltre compresi mezzi a programma residenti in detta unità di controllo (150) e configurati per elaborare ciascun detto primo e detto secondo set di coordinate spaziali e dette informazioni riguardanti la presenza di eventuali corpi allungati sotterranei (50), detta unità di controllo (150) essendo inoltre configurata per: - identificare, fra tutti i punti P e P’ nei quali à ̈ stato rilevato un segnale di presenza, punti P1e P1’ nei quali à ̈ maggiore la probabilità di presenza di detto o ciascun corpo allungato sotterraneo (50); e per - confrontare tra loro i set di coordinate spaziali corrispondenti a detti punti P1e P1’; - determinazione, sulla base di detta fase di elaborazione, di detta direzione di giacitura Î ́ di almeno un corpo allungato sotterraneo (50) in funzione di detti set di coordinate spaziali corrispondenti a detti punti P1e P1’.
7. 7. L’apparecchiatura (100) come da rivendicazione 5, in cui à ̈ inoltre previsto un dispositivo di navigazione (160), operativamente connesso a detta unità di controllo (150), e atto a guidare detto primo sensore GPR (110) e detto secondo sensore GPR (110’) in modo tale che dette direzioni y e y’ risultino parallele o ortogonali a detta direzione di giacitura Î ́ di detto o ciascun corpo allungato (50), in modo da consentire l’individuazione di tutto il percorso di giacitura di detto o ciascun corpo allungato (50), in particolare detto dispositivo di navigazione (160) essendo scelto tra: - una bussola analogica; - una bussola digitale; - un accelerometro; - un dispositivo GPS; - una stazione totale; un giroscopio; - una stazione inerziale; - una loro combinazione.
8. 8. L’apparecchiatura (100) come rivendicazione 6 e 7, in cui detto dispositivo di navigazione à ̈ configurato per guidare detto primo sensore GPR (110) e detto secondo sensore GPR (110’) ortogonalmente ad una presunta direzione di giacitura Î ́1e detti mezzi a programma sono configurati per determinare, sulla base di detta fase di elaborazione eseguita da detti mezzi a programma, una direzione di giacitura Î ́, e verificare che essa coincida con detta presunta direzione di giacitura Î ́1.
9. 9. L’apparecchiatura (100) come da rivendicazione 5, in cui detto o ciascun sensore di posizione (120) à ̈ scelto tra: - un encoder rotativo; - una ruota metrica; - un dispositivo GPS; - una stazione totale; un giroscopio; - una stazione inerziale; - un dispositivo di misurazione della distanza percorsa; - una loro combinazione; ed in cui detto primo e/o detto secondo sensore GPR (110,110’) sono scelti tra: - un’antenna a elementi (ad es. monopolo, dipolo, bow-tie, ecc.); - un’antenna “frequency independent†(ad es. Logperiodica, a spirale, Vivaldi, ecc.); - un’antenna horn; - un’antenna non dispersiva a banda ultra-larga (ad es. antenna ad onda viaggiante, travelling wave TEM horn, Impulse Radiating Antenna, antenna rod, ecc.) - una loro combinazione.
10. 10. L’apparecchiatura (100) come da rivendicazione 5, in cui à ̈ inoltre previsto un supporto mobile (130) atto a supportare detto primo sensore GPR (110) e detto secondo sensore GPR (110’) per facilitare il fatto che detti sensori GPR siano movimentati solidalmente fra loro.