@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@ÚÓ‘Ój�n€a@Î@Úœäñ€a@‚Ï‹»‹€@·rÓ:a@Âig@Ú‹©@Ü‹1a26@@ÖÜ»€a@I2@‚b«@H2013 Ibn Al-Haitham Jour. for Pure & Appl. Sci. Vol. 26 (2) 2013 اسـتخدام رادار االختـراق االرضـي في الكشـف عن الھیاكل العظمیة دراسـة حـسن علوان عـطار حیـدر عـبد الزھـرة علوان احـمد عمران عـبد الكریم رشید ھاشم جبار ریاض احمد حنون وزارة العلوم والتكنولوجیا / مركز الجیوفیزیاء والموارد المائیة 2012تموز 16ل البحث في ، قب 2012شباط 12استلم البحث في : الخالصة مختلفة األشكال واألحجام بوساطة الكشف عنھا باستخدام رادار نماذج من أجزاء عظمیة تفي ھذا البحث درس وذلك بدفنھا في أوساط وأعماق مختلفة، ودراسة خصائص الموجة الراداریة الناتجة ، (GPR)االختراق األرضي ومقارنتھا في حال اختالف الوسط واختالف العمق. یصعب تمییزھا في اذ ،تبین من خالل الرسوم الراداریة أن عملیة الكشف عن الھیاكل العظمیة تعتمد على نوع الوسط األوساط الرطبة، ویصعب التمییز بین العظام والشوائب التي تحتویھا التربة وذلك ألن العظام التكون ذا أشكال منتظمة بشكل عام. الھوائي المغلف.: رادار االختراق األرضي، الرسم الراداري، التوصیلیة الكھربائیة، الكلمات المفتاحیة 86 | Physics @@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@ÚÓ‘Ój�n€a@Î@Úœäñ€a@‚Ï‹»‹€@·rÓ:a@Âig@Ú‹©@Ü‹1a26@@ÖÜ»€a@I2@‚b«@H2013 Ibn Al-Haitham Jour. for Pure & Appl. Sci. Vol. 26 (2) 2013 المقدمة على إرسال موجات كھرومغناطیسیة باتجاه األرض من (GPR) تعتمد تقنیة عمل جھاز رادار االختراق األرضي ھوائي االستقبالعن طریق الجسم المدفون عن المنعكسةواستقبال الموجات (Transmitter) ھوائي االرسال (Receiver)، الـجھازعمل اذ یعتمد أداء(GPR) وكذلك طول ، طالمحی وطبیعة الوسط للجسمعلى التفاصیل الھندسیة تأثر الموجة الراداریة المرسلة بنوعیة الوسط الذي تنتشر خاللھ یعود الى تأثر طور ان .[1] موجة الھوائي المستخدم )Phase) وسعة (Amplitudeتتكون بیانات الرادار االرضي [2] ) الموجة عندما تواجھ سطحا بینیا لوسطین مختلفین . ذھابا )Receiver(من استمرار تسجیل الطاقة المنعكسة بفترات زمنیة تمثل زمن وصول االشارة الى ھوائي االستقبال ما یشكل) Traces(ھذه الرسومات )، وان جمعTraceان رسم ھذه الطاقة تسمى بالـ( اذ،[3] وایابا وتقاس بالنانوثانیة [5,4].)2,1كما مبین في االشكال () Radargramالراداري (الرسم ب یسمى الـ لكھرومغناطیسیة التي تعد وثیقة الصلة في عمل ا یمكن استخدام معادالت ماكسویل لوصف جمیع ظواھر الموجة (GPR) [6]وھي: ∇ × 𝐸 = − ∂B ∂t ………. (1) ∇ × 𝐻 = 𝐽 + ∂D ∂t ………. . (2) ∇۰D=q ……...….(3) ∇۰B=0 ….……….(4) (Magnetic flux density) سي ــض المغناطیــافة الفیــكث B: (Electric field), ھربائيــالكجال ـالم E:: اذ Jارــالتیافة توصیل ـ: كث, (Conduction current density) Dة ــھربائیــالكة ــ: اإلزاح(Electric displacement) qھربائیةـالك حنةـ: الش (Electric charge) . )، ε( )، السماحیة الكھربائیة σ( مثل: التوصیلیة الكھربائیة ،من ھذه العالقات یمكن الحصول على معامالت المواد -:[7]یةآلتالعالقات ا عن طریق )، μ( والنفوذیة المغناطیسیة J= σ E ……. (5) D= ε E ……. (6) B= μ H ……. (7) اط مختلفة كما في العالقة ـ) خالل اوسυ) یمكن اشتقاق عالقة سرعة الموجة الكھرومغناطیسیة ( 7-1ومن العالقات ( یة:اآلت 𝑣 = 𝐶 �(εr µr … … …. (8) .[7,6] یةـة المغناطیســ: النفوذیµr، الكھربائیة: السماحیة εr، في الفراغ الموجة الكھرومغناطیسیةسرعة :c : اذ سرعة الموجة m υعمق الجسم و drتمثل اذ، )9باستخدام العالقة رقم ( كما یمكن معرفة عمق االجسام المدفونة Transmittingال (ـن ھوائي االرسـھا مـذ انطالقـالزمن الذي تستغرقھ الموجة الراداریة من trو ،خالل الوسطالراداریة antenna تقبال (ـــوائي االسـى ھــھا الـى عودتـ) الReceiver antenna( [9,8]. …………..(9) الراداریة وعلى طبیعة الوسط الذي تنتقل خاللھ، فعندما ) على تردد االشارة GPRیعتمد عمق االختراق في جھاز الـ( بینما في حالة الترددات ،فان عمق االختراق سیكون قلیال ولكن تكون دقة االشارة عالیة ا"یكون تردد الموجة الراداریة كبیر .[11,10] ة االشارةـاب دقـلى حسـن عـیرا ولكـیكون كبـالقلیلة فان عمق االختراق س التوصیلیة العالیة، فمثال االوساط الطینیة يالراداریة تخترق االوساط ذا المقاومیة العالیة اكبر من االوساط ذالموجة ) وتجعل منھ تقنیة غیر فعالة بسبب التوصیلیة العالیة لھاGPRالرطبة وكذلك المیاه المالحة تشكل عائقا الداء جھاز الـ( عشرات االمتار) في االوساط -متر 1اذ ان الطاقة الكھرومغناطیسیة ضمن نطاق ھذه الترددات تخترق ما یقارب ( ،[11] ، ویعود [11,4]المقاومیة العالیة بینما في االوساط ذات التوصیلیة العالیة فان عمق االختراق الیتجاوز بضعة امتار قلیلة يذ ان المجال الكھربائي للموجة الكھرومغناطیسیة یتفاعل مع االوساط ذات حیثة، ذلك الى التوھین الحاصل لالشارة الراداری ھا)، ـة ایوناتـبب قلـئة (بسـیلیة الردیـالتوص يلھ مع االوساط ذـاعـن تفـبر مـالتوصیلیة العالیة (بسبب ایوناتھا الكثیرة) اك .[11,4,3 ] )3ظر الشكل (ـان ):3رقم ( [4]مختلفة باستخدام المعادلةختراق الموجة الراداریة الوساط وبامكاننا حساب عمق ا )3.................... ((meter) ) معرفة 1من الجدول (یمكن . و[4]) مقدار التوصیلیة الكھربائیة للوسطσویمثل ( ،) عمق االختراق بالمترDیمثل ( [12] . الفیزیائیة االخرى الوساط مختلفـة الخصائصالتوصیلیة الكھربائیة وبعض 87 | Physics @@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@ÚÓ‘Ój�n€a@Î@Úœäñ€a@‚Ï‹»‹€@·rÓ:a@Âig@Ú‹©@Ü‹1a26@@ÖÜ»€a@I2@‚b«@H2013 Ibn Al-Haitham Jour. for Pure & Appl. Sci. Vol. 26 (2) 2013 الجانب العملي السویدیة. اذ اســــتخدم ھوائي مغــلف Geoscience Mala) من انتاج RAMAC GPR(ر جھاز نوع اختی )Shielded( ) 800,1000بتـــــردد MHz( ،كما مبین في الصورة )م برنامج الـ(اوكذلك تم استخد )،1Easy 3D من ( ابعاد. ةوھو برنامج متخصص في جمع الرسوم الراداریة الظھارھا بثالث السویدیة Geoscience Malaانتاج اق ــلى اعمــــع الجافرمل الاستخدام اذرطب). جاف و (رمل مثل مختلفة واعماق اطــــــــعظام أبقار في أوس توضع )cm30( ،(50cm)، )cm80() ،100cm.( وبتردد )MHz1000 .( الرمل الرطب كوسط العماق كما استخدم )30cm() ،50cm(بتردد . واستخدم ایضا الھوائي )800MHz 50,30(العظام) على عمق () لكشف االجسام cm .( لغرض الحصول على رسم راداري )10cmاجریت المسوحات الراداریة بمسارات متوازیة (المسافة بین مسار واخر )Radargramابعاد. ة) بثالث النتائج والمناقشة في وسط رملي 30cmالعظام وھي مدفونة على عمق لالشارة المنعكسة عنرسم راداري وبوضوح) 4الشكل (یبین تباین يذ ) لمادتینInterfaceالى ان الموجة الراداریة قد انعكست عن سطح بیني ( اوال ویعود سبب ھذا الوضوح جاف . وثانیا ان طاقة الموجة المرسلة لم تعاني توھینا كبیرا اثناء مادة العظم والوسط المحیط (الرمل) ھما) Contrastكبیر ( اال (التوجد وفرة من االیونات، لذا لم یعان المجال الكھربائي للموجة الراداریة تفاعال كبیرا معھا اختراقھا الوسط الرملي .)Receiver ( لمانعكس الجزء االكبر من طاقتھا باتجاه المست من ثمو )مع الكترونات الوسط الحالة السابقة. وسبب ذلك یعود الى ان تبدو اقل وضوحا عن العظام ان ) 5الشكل ( الرسم الراداري نالحظ فيبینما عمق االختراق یؤدي الى الزیادة في نسبة التوھین للموجة الراداریة بسبب تفاعل المجال الكھربائي للموجة مع الزیادة في ).7،6( ین، وھذا ما نشاھده بوضوح في الشكلالكترونات الوسط المحیط الرمل اشارة الرسم الراداري بسبب تفاعل المجال الكھربائي مع ایوناتاما عند دفن العظام في الرمل الرطب فسیضعف ).8،9( ینالرطب كما في الشكل الوسط والكترونات وذلك الن . [10]قلالترددات اال يعند استخدام ھوائیات عالیة التردد فان الرسوم الراداریة ستكون اكثر دقة من تلك ذ يھوائي اخر ذو) 1000MHz. والجل ایجاد مقارنة بین الھوائي (لذي یراد االموجة یظھر تفاصیل الجسم قصر طول یظھرھا الھوائي مثل التي الجسام في الرسوم الراداریة )، وجد ان الھوائي االخیر الیظھر تفاصیل ا800MHz( تردد اقل اال ان عمق اختراقھ للوسط كان ،ا"واحد "شكالسة عن االجسام (العظام) لیظھرھا االول بل یقوم بدمج االشارات المنعك على )1000MHzعن طاقة موجة الھوائي االول (طاقة موجتھ الذي یؤدي الى قلة بسبب تردد موجتھ الصغیر نسبیا اكبر 𝐸 ة :تیوفق العالقة اآل = ℎν اذ :E ،وطاقة الموجة الكرومغناطیسیة h و،ثابت بالنك ν تردد الموجة. لذا سیكون تفاعل ستقل االعاقة للموجة الراداریة من ثم ، والمجال الكھربائي للموجة مع ایونات والكترونات الوسط اقل من الھوائي االول .)11،10كما في االشكال ( فتخترق الى مدى اعمق خالل الوسط. االستنتاجات للكشف عن تفاصیل االجسام المدفونة قریبا من سطح االرض.استخدام الھوائیات ذات الترددات العالیة .1 یمكن استخدام الھوائیات ذات الترددات االقل للكشف عن االجسام االكثر عمقا، ولكن على حساب دقة تفاصیل .2 .االجسام ان زیادة رطوبة الوسط تحد من اختراق الموجة الراداریة. .3 المجھولة في المناطق الجافة.) للكشف عن المقابر GPR(ـیمكن استخدام جھاز ال .4 المصادر 1- Moustafa, K. and Hussein, K. F. A. ( 2007) , PERFORMANCE EVALUATION OF EPARATED APERTURE SENSOR GPR SYSTEM FOR LAND MINE DETECTION” Progress In Electromagnetics Research, PIER 72: 21–37. 2- Suvarna, S. S. (2004) ,Reconstruction of ground penetrating radar images using techniques based on optimization” a thesis submitted to the Graduate Faculty of North Carolina State University in partial fulfillment of the requirements for the Degree of Master of Science, (1- 4). 3- Bernth Johansson,and Johan Friborg (2005) , Applied GPR technology theory and practice” 1st edition, Malå Geoscience AB, Skolgatan 11 S-93070 Malå, Sweden. 88 | Physics @@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@ÚÓ‘Ój�n€a@Î@Úœäñ€a@‚Ï‹»‹€@·rÓ:a@Âig@Ú‹©@Ü‹1a26@@ÖÜ»€a@I2@‚b«@H2013 Ibn Al-Haitham Jour. for Pure & Appl. Sci. Vol. 26 (2) 2013 4- Johan Nissen, and Bernth Johansson (2007) ,Ground Penetrating Radar - a ground investigation method applied to utility locating in no-dig technologies. R&D Manager, Malå Geoscience AB, Skolgatan 11 S-93070 Malå, Sweden, bernth.johansson@malags.se. 5- Rhazil, J. ; Dous, O.and Kaveh S. ( 2006) ,DETECTION OF FRACTURES IN CONCRETE BY THE GPR TECHNIQUE” Research Group on NDT and Instrumentation, Université de Sherbrooke, Sherbrooke (Québec), Canada. 6- Uduwawala, D.; Norgren, M. and Fuks, P. (2005) , A COMPLETE FDTD SIMULATION OF A REAL GPR ANTENNA SYSTEM OPERATING ABOVE LOSSY AND DISPERSIVE GROUNDS” Progress In Electromagnetics Research, PIER 50; 209–229. 7- Reitz, J. R.; Milford, F. J.and Christy ,R.W. (1979) ,Foundations of electromagnetic theory Addison-Wesley series in physics” ISBN 0-201-06341-7. 8- Sabbar Abdullah Salih (2008) ,Applications of Ground Penetrating Radar (GPR) in Detection of Groundwater Table, Department of Applied Geology, College of Science, University of Tikrit, Tikrit, Iraq, This research achieved in Division of Environmental and Resources Survey Center of Northeast Asian Studies, Tohoku University, Sendai, Japan; (1- 3). 9- Hannu Luodes (2008) ,Natural stone assessment with ground penetrating radar, Estonian Journal of Earth Sciences, 57( 3): 149-155. 10- William, J. Johnson ( June, 7, 2003) , GEOPHYSICAL DETECTION OF GRAVES – BAS BACKGROUND AND CASE HISTORIES FROM HISTORIC CEMETERIES, Council for West Virginia Archaeology Spring Workshop Charleston, West Virginia. 11- Annan, A. P. ( 2004) ,Ground Penetrating Radar Principles, Procedures & Applications, Mississauga, on Canada, Sensors & Software, p 293. 12- Sami Eyuboglu, Hanan Mahdi, and Haydar Al-Shukri (2004) ,Detection of water leaks using ground penetrating radar” Department of Applied Science University of Arkansas at Little Rock, USA 13- Hitz C. Breck) تفـھم تكنولوجـیا اللیزر" الطبـعة األولى، )1990، ترجمة ریاض عزیز مرزة ھـ. ت. ع. Electrical( الموجة الكھرومغناطیسیة والتوصیلیة الكھربائیة )Velocity) یبین سرعة (1جدول ( Conductivity( ومقـدار الـتوھـین )Attenuation( ) لالشـارة والسمـاحـیة النســبـیةRelative Permittivity( الوساط مختلفة 89 | Physics @@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@ÚÓ‘Ój�n€a@Î@Úœäñ€a@‚Ï‹»‹€@·rÓ:a@Âig@Ú‹©@Ü‹1a26@@ÖÜ»€a@I2@‚b«@H2013 Ibn Al-Haitham Jour. for Pure & Appl. Sci. Vol. 26 (2) 2013 تبین الھوائي المستخدم واتجاه المسح الراداري كما مؤشر باالسھم :)1صورة رقم ( اوساط مختلفةیبین الموجة الكھرومغناطیسیة (الراداریة) المرسلة والمستلمة خالل :) 1شكل ( )، اذ نالحظ ان الموجة الراداریة المرسلة من قبل الھوائي قد انعكست عن الجسم GPRیبین مبدأ عمل الـ(:) 2شكل ( ى رســم راداري (كما في ــالمدفون وعن الطبقة الجیولوجیة لتصل الى المستقبل (كما في الشكل االیسر) لیتم تحویلــھا ال الشكل االیمن). خالل االوساط )Frequencyفي الموجة الراداریة كدالة للتردد ( ) Attenuationیبین مقدار التوھین ( :)3شكل ( .)Dry( والجافة )Wetالرطبة ( 90 | Physics @@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@ÚÓ‘Ój�n€a@Î@Úœäñ€a@‚Ï‹»‹€@·rÓ:a@Âig@Ú‹©@Ü‹1a26@@ÖÜ»€a@I2@‚b«@H2013 Ibn Al-Haitham Jour. for Pure & Appl. Sci. Vol. 26 (2) 2013 في 30cm) لرسم راداري یبین فیھ شكل العظام وھي مدفونة على عمق Top viewمنظر علوي ( :)4شكل ( . 1000MHzوسطرملي جاف، الھوائي المستخدم في وسط 50cm) لرسم راداري یبین فیھ شكل العظام وھي مدفونة على عمق Top viewمنظر علوي ( :)5شكل ( . 1000MHzرملي جاف، الھوائي المستخدم في وسط 80cm) لرسم راداري یبین فیھ شكل العظام وھي مدفونة على عمق Top viewمنظر علوي ( :)6شكل ( . 1000MHzرملي جاف، الھوائي المستخدم 91 | Physics @@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@ÚÓ‘Ój�n€a@Î@Úœäñ€a@‚Ï‹»‹€@·rÓ:a@Âig@Ú‹©@Ü‹1a26@@ÖÜ»€a@I2@‚b«@H2013 Ibn Al-Haitham Jour. for Pure & Appl. Sci. Vol. 26 (2) 2013 في وسط 100cm) لرسم راداري یبین فیھ اضمحالل االشارة الراداریة على عمق Top viewمنظر علوي ( :)7شكل ( . 1000MHzرملي جاف، الھوائي المستخدم في وسط 30cm) لرسم راداري یبین فیھ شكل العظام وھي مدفونة على عمق Top viewمنظر علوي ( :)8شكل ( 1000MHzرملي رطب، الھوائي المستخدم في وسط 50cm) لرسم راداري یبین فیھ اضمحالل االشارة الراداریة على عمق Top viewمنظر علوي ( :)9شكل ( 1000MHzرملي رطب، الھوائي المستخدم 92 | Physics @@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@ÚÓ‘Ój�n€a@Î@Úœäñ€a@‚Ï‹»‹€@·rÓ:a@Âig@Ú‹©@Ü‹1a26@@ÖÜ»€a@I2@‚b«@H2013 Ibn Al-Haitham Jour. for Pure & Appl. Sci. Vol. 26 (2) 2013 في وسط 50cm) لرسم راداري یبین فیھ شكل العظام وھي مدفونة على عمق Top viewمنظر علوي ( :)10شكل ( . 800MHzرملي جاف، الھوائي المستخدم في وسط 100cm) لرسم راداري یبین فیھ شكل العظام وھي مدفونة على عمق Top viewمنظر علوي ( :)11شكل ( . 800MHzرملي جاف، الھوائي المستخدم 93 | Physics @@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@ÚÓ‘Ój�n€a@Î@Úœäñ€a@‚Ï‹»‹€@·rÓ:a@Âig@Ú‹©@Ü‹1a26@@ÖÜ»€a@I2@‚b«@H2013 Ibn Al-Haitham Jour. for Pure & Appl. Sci. Vol. 26 (2) 2013 Detection of Human Remain Using GPR Technique Hassan A. Attar Haidar A. Alwan Ahmad O. Abdulkareem Rasheed H. Jabbar Ryadh A. Hannoon Center of the Geophysics & whater Resources / Ministry of Science and Technology Received in : 12 February 2012 , Accepted in : 16July 2012 Abstract In this work, animal bones with different shapes and sizes were used to study the characteristics of the ground penetrating Radar system wares reflected by these bones. These bones were buried underground in different depths and surrounding media. The resulting data showed that the detection of buried bones with the GPR technology is highly dependent upon the surrounding media that the bones were buried in. Humidity is the main source of signal loss in such application because humidity results in low signal-to-noise ratio which leads to inability to distinguish between the signal reflected by bones from that reflected by the dopes in the media such as rock . Keyword: GPR, Radargram, Electrical Conductivity, Shielded Antenna. 94 | Physics