SENSYS. Typische Fehler bei magnetischen Flächensondierungen

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1 Bad Saarow, Juli 2007 Typische Fehler bei magnetischen Flächensondierungen Die folgenden Ausführungen beruhen auf Testmessungen, die auf einer Testfläche in Neu Golm durchgeführt wurden. Sie stellen typische Fehler dar, die bei computergestützten magnetischen Flächensondierungen insbesondere mit Fluxgate-Vertikalgradiometern (Förstersonden) immer wieder beobachtet werden. Diese Zusammenfassung soll eine Hilfe für die Erkennung und Vermeidung solcher Fehler sein. Unvollstände Rohdatenaufbereitung Abbildung 1 zeigt die Rohdatendarstellung einer guten Datenaufnahme einer Testfläche in Neu Golm. Für die Datenaufnahme wurde ein Fluxgate-Vertikalgradiometer vom Typ Förster Ferex mit -Datalogger DLM-98 und Handtaster verwendet. Für die Datenaufnahme wurden ein Spurabstand von 0,5 m und ein Messpunktabstand von 0,05 m gewählt. Die Sonde wurde von Spur 0,0 m bis Spur 5,5 m von Person A, und ab Spur 6,0 m bis Spur 10,0 m von Person B geführt. Obwohl es sich bei der in Abbildung 1 dargestellten Messung um eine sorgfältig durchgeführte Datenaufnahme handelt, sind einige Fehler zu erkennen, die der Kompensation in der Auswertungssoftware MAGNETO bedürfen. Es handelt sich dabei um: Richtungsabhängige Grundwerte in den einzelnen Spuren (Spur 0,0 m in Süd-Nord- Richtung mit leicht negativem, hellblau dargestelltem Grundwert, Spur 0,5 m in Nord- Süd-Richtung mit leicht positivem, gelb dargestelltem Grundwert). Spurversätze von ca. 0,5 m (erkennbar an "Pärchen" von benachbarten, diagonal zueinander versetzten Objekten, die auch als virtuelle Objekte bezeichnet werden) im rechten Teil bis 5,5 m. Operator B hat die Messung im Bereich von 6,0 m bis 10,0 m ohne wesentliche Spurversätze durchgeführt. Unterschiedliche Grundwerte im rechten Teil (Spuren 0,0 m bis 5,5 m) und im linken Teil (Spuren 6,0 m bis 10,0 m), verursacht durch die unterschiedliche Körpergröße der beiden Personen A und B. Nicht angepasste Farbkartendarstellung. Dargestellt sind nur 32 Farbstufen mit ca. 8 nt je negativer Farbstufe und ca. 48 nt (!) je positiver Farbstufe. Dadurch sind nur sehr große Anomalien in der Farbkartendarstellung erkennbar. Kleinere Anomalien werden ausgeblendet. D Bad Saarow / OT Neu Golm Rabenfelde 5 Tel.: +49 (33631) Fax: +49 (33631) Seite 1 von 7

2 Abbildung 1 Rohdatendarstellung einer sorgfältig durchgeführten Datenaufnahme mit einem Einkanal- System Ferex mit Datalogger DLM-98 und Handtaster. Die Farbkarte ist mit den minimalen und maximalen gemessenen Werten und 32 Farbstufen dargestellt. Bei einem minimalen Messwert von -132 nt und 16 Farbstufen für den negativen Teil entspricht dies in der Darstellung ca. 8 nt je Farbstufe. Für den positiven Messwertebereich mit einem maximalen Messwert von 773 nt und 16 Farbskalen beträgt der Wert in der Darstellung ca. 48 nt je Farbstufe. Dadurch sind kleinere Anomalien nicht und größere nur schwer erkennbar. Abbildung 2 zeigt den Datensatz aus Abbildung 1 nach Aufbereitung in MAGNETO Die Aufbereitung des Datensatzes für die Darstellung in Abbildung 2 bestand aus Spurkompensation zur Beseitigung der unterschiedlichen, richtungsabhängigen magnetischen Grundwerte in den Spuren, Korrektur des Spurversatzes von 0,5 m, und Anpassung der Farbkartendarstellung unter Verwendung der MAGNETO -Farbskala mit 512 Farben, Min-Max-Grenzwerten von ± 20 nt und 0 nt Offset. Durch die Aufbereitung des Datensatzes sind in der Darstellung in Abbildung 2 die unterschiedlichen Grundwerte in den Spuren weitgehend korrigiert, die virtuellen Objekte entfernt bzw. zu den korrekten Objekten vereinigt, D Bad Saarow / OT Neu Golm Rabenfelde 5 Tel.: +49 (33631) Fax: +49 (33631) Seite 2 von 7

3 die bereits in Abbildung 1 erkennbaren Anomalien besser erkennbar und eindeutig lokalisierbar, und in Abbildung 1 nicht erkennbare Anomalien (bei X = 3,5 m / Y = 3,0 m; X = 0,5 m / Y = 10,5 m; X = 2,5 m / Y = 12, 5 m) nunmehr eindeutig identifizierbar und lokalisierbar. Durch die Korrektur des Spurversatzes im linken Teil bis 5,5 m sind im rechten Teil ab 6,0 m, der vorher keinen Spurversatz aufwies, leichte Verschiebungen entstanden. Dies wäre in der Software MAGNETO mit etwas größerem manuellem Aufwand ebenfalls korrigierbar, ist aufgrund der relativ geringen Verschiebungen hier aber nicht unbedingt erforderlich. Abbildung 2 - Datensatz aus Abbildung 1 nach der Aufbereitung in MAGNETO. Durchgeführt wurden eine Spurkompensation zur Beseitigung der unterschiedlichen Grundwerte in den Spuren, eine Korrektur des Spurversatzes von 0,5 m und eine Anpassung der Farbkartendarstellung mit der 512-Farben- MAGNETO-Farkskala mit den Min-Max-Grenzwerten ±20 nt (entsprechend 0,08 nt je Farbstufe). Der Offset für die Farbkarte wurde zu 0 nt gewählt. Weitere Messungen wurden zur Simulation typischer Fehler, die bei magnetischen Flächenmessungen mit Fluxgate-Vertikalgradiometern immer wieder auftreten, durchgeführt. Diese sind in den folgenden Abbildungen dargestellt und entsprechend erläutert. D Bad Saarow / OT Neu Golm Rabenfelde 5 Tel.: +49 (33631) Fax: +49 (33631) Seite 3 von 7

4 Kompensationsfehler und nicht senkrecht zur Messfläche geführte Sonde Abbildung 3 stellt eine Messung dar, bei der die Sonde vor der Messung nicht kompensiert wurde, d.h. der Grundwert, den jede Fluxgate-Vertikalgradiometersonde liefert, geht in die Messungen mit ein. Weiterhin wurde für die Messungen kein Handtaster benutzt, wodurch die Bedienung (Start/Stop) umständlich am Datalogger DLM-98, der auf der verwendeten Sonde befestigt war, erfolgen musste. Im Teil bis 7,0 m wurde der Sondenstab senkrecht zur Geländeoberkante geführt, ab 7,5 m wurde der Sondenstab in einem Winkel von ca. 25 nach vorn (bezogen auf die Laufrichtung) fixiert. Der Spurabstand der Messungen betrug 0,5 m, der Messpunktabstand 0,10 m. Für die Ortsbestimmung der Spuren wurden an den Stirnseiten der Messfläche Maßbänder ausgelegt. Im Ergebnis sind in der in Abbildung 3 dargestellten Messung folgende Fehler zu erkennen: Richtungsabhängig unterschiedliche, relativ hohe magnetische Grundwerte in den einzelnen Spuren. Mäßige Spurversätze im Bereich bis 7,0 m, die auf den Richtungswechsel beim Ablaufen der Spuren (0,0 m Süd-Nord, 0,5 m Nord-Süd, etc.) zurückzuführen sind. Unterschiedlich hohe Grundwerte in den beiden Teilflächen, insbesondere ein stark negativer Grundwert in dem Bereich ab 7,5 m, in dem die Sonde nicht senkrecht zur Erdoberfläche geführt wurde. Starke Verschiebungen im Bereich der Teilfläche ab X = 7,5 m, insbesondere erkennbar an der Anomalie rechts unten, die durch den stark angewinkelten Sondenstab zu erklären sind. Diese Verschiebungen sind nicht korrigierbar, weil sie dem Prinzip des Fluxgate-Vertikalgradiometers, das eine senkrechte Anordnung der beiden Fluxgate-Magnetometer im Sondenstab über der zu untersuchenden Fläche fordert, widersprechen. Positive Anomalie am Nullpunkt der Fläche (X = 0,0 m / Y = 0,0 m), die auf eine Eisenmetallöse am Ende des hier fixierten Maßbandes zurückzuführen ist. In der in Abbildung 3 dargestellten Messung, die durch Kompensation in MAGNETO noch kosmetisch verbessert werden könnte, ohne wesentliche Informationen zu verlieren, sind trotz der o. g. Fehler alle in Abbildung 2 erkennbaren Anomalien erkennbar, wobei die relativ kleine Anomalie bei X = 3,5 m / Y = 3,0 m einen Grenzfall darstellt. D Bad Saarow / OT Neu Golm Rabenfelde 5 Tel.: +49 (33631) Fax: +49 (33631) Seite 4 von 7

5 Abbildung 3 - Ergebnis der Messung mit einer nicht kompensierten Sonde ohne Verwendung eines Handtasters. Bis zur Spur 7,0 m wurde der Sondenstab senkrecht über der Untersuchungsfläche geführt, ab Spur 7,5 m mit einem Winkel von ca. 25 nach vorn (bezogen auf die Laufrichtung). Erkennbare Fehler sind hohe magnetische Grundwerte in den Spuren, unterschiedlich hohe magnetische Grundwerte in den beiden Teilbereichen der Messung und starke Versätze durch den nicht senkrecht geführten Sondenstab im rechten Teil ab Spur 7,5 m. Als Kompensation wurde ausschließlich eine Einzelspurkompensation durchgeführt, dadurch sind die einzelnen Spuren deutlich erkennbar. D Bad Saarow / OT Neu Golm Rabenfelde 5 Tel.: +49 (33631) Fax: +49 (33631) Seite 5 von 7

6 Messung mit magnetischen Störkörper am Messdurchführenden Abbildung 4 stellt eine Messung dar, bei der ein magnetisches Objekt (Mobiltelefon, Taschenmesser, magnetische Gürtelschnalle, Stahlkappen in Schuhen, o.ä.) am Körper des Durchführenden getragen wurde, das periodisch mit jedem Schritt auf die Messung einwirkt. Die Messung wurde mit einem Spurabstand von 1,0 m und einem Messpunktabstand von 0,1 m durchgeführt. Durch das am Körper getragene Objekt sind in der Farbkarte virtuelle Objekte entstanden, deren Abstand in etwa dem Schrittabstand des Operators von circa einem Meter entspricht. Eine Unterscheidung von realen und virtuellen Objekten ist kaum möglich. Die in Abbildung 4 dargestellte Messung ist nicht auswertbar und korrigierbar, Objekte sind nicht korrekt lokalisierbar. Die Messung wäre in jedem Fall zu wiederholen. Andere Softwareprodukte als MAGNETO erlauben eine Filterung, mit der die in Abbildung 4 dargestellten Daten kosmetisch korrigiert werden könnten. Dies hätte allerdings zur Folge, dass nur noch wenige der dargestellten Anomalien überhaupt erkennbar wären. Aus diesem Grund lässt MAGNETO bislang keine Filterung von Daten zu. Ein weiterer Fehler ist in Abbildung 4 in der Spur 1,0 m zu erkennen. In dieser Spur ist eine große Zahl von "gestauchten" Signaturen vorhanden. Dies ist darauf zurück zu führen, dass der Messdurchführende zwei aufeinander folgende Spuren als eine Spur gespeichert hat Abbildung 4 - Messung mit 1,0 m Spurabstand, 0,1 m Messpunktabstand und magnetischem Gegenstand am Körper des Messtechnikers. Im Resultat enthält die Messung periodisch im Schrittrhythmus auftretende Anomalien, die nicht korrigierbar sind. Dazu enthält die Spur bei 1,0 m zwei aneinander gefügte Spuren. D Bad Saarow / OT Neu Golm Rabenfelde 5 Tel.: +49 (33631) Fax: +49 (33631) Seite 6 von 7

7 "Schaukelnder" Sondenstab Abbildung 5 zeigt die Darstellung einer Messung mit einem Spurabstand von 1,0 m und einem Messpunktabstand von 0,1 m, bei der der Sondenstab der verwendeten Ferex nicht fixiert war, sondern im Schrittrhythmus schaukeln konnte. Als Resultat enthält die Farbkarte virtuelle Anomalien, deren Abstand in etwa dem doppelten Schrittabstand des Operators von zwei Metern entspricht. Eine Unterscheidung von so erzeugten virtuellen Objekten und tatsächlichen Objekten ist kaum möglich, die Messung wäre zu wiederholen. Abbildung 5 - Darstellung einer Messung, bei welcher der Sondenstab nicht senkrecht zur Messfläche fixiert war, sondern frei schaukeln konnte. Dadurch entstehen im etwa doppelten Schrittabstand so genannten virtuelle Objekte, die nicht bzw. kaum von echten Objekten zu unterscheiden sind. Die obigen Ausführungen stellen typische Fehler dar, wie sie bei handgestützten magnetischen Sondierungen mit Fluxgate-Vertikalgradiometern in der Praxis immer wieder beobachtet werden. Die Ausführungen sind nicht abschließend, weitere Fehler sind möglich und sind im Einzelfall zu prüfen. Bad Saarow im Juli 2007 Sensorik & Systemtechnologie GmbH D Bad Saarow / OT Neu Golm Rabenfelde 5 Tel.: +49 (33631) Fax: +49 (33631) Seite 7 von 7