.... La Memoria de la Tierra ....
“PLATAFORMAS Y SENSORES EN PROSPECCIÓ PROSPECCIÓN DEL TERRENO. TECNOLOGÍ TECNOLOGÍA GPR EN EXCAVACIÓ EXCAVACIÓN Y RECUPERACIÓ RECUPERACIÓN DE RESTOS ÓSEOS” SEOS” Juan Gregorio Rejas Ayuga 1Instituto
Nacional de Técnica Aeroespacial (INTA), España Dpto. de Ciencias del Espacio y Tecnologías Electrónicas
2Universidad
Politécnica de Madrid (UPM), España
Dpto. de Ingeniería y Morfología del Terreno
[email protected],
[email protected]
“II Seminario Internacional de Antropologí Antropología Forense, FOROST“ FOROST“ Universidad Nacional Autó Autónoma de Mé México Instituto de Investigaciones Antropoló Antropológicas - UNAM California State University East BayBay- Departament of Anthropology - CSUEB México D.F., 28 de marzo de 2011 II Seminario Internacional FOROST, México D.F., 28 de marzo de 2011
Indice 1.
Introducción. Prospección del terreno y su relación con la escala de trabajo
2.
Espectro Electromagnético. Plataformas y sensores • • •
3.
Prospección Geofísica: Ground Penetrating Radar (GPR) • • • • •
5. • • • • 6.
Interacción con la materia. Plataformas/tipos y Sensores/Tipos. Técnicas de prospección a partir de imágenes
Fundamentos de GPR. Respuesta esperada de materiales enterrados. Sistema GPR, partes y características. Procesamiento de datos GPR. Aplicaciones. GPR en la detección de restos óseos. Particularidad de la respuesta de restos óseos a la señal GPR. Envolvente y sustrato de los restos óseos. Casos de estudio. Ejemplos Hímera. Reciente investigación y validación por GPR. Segeda. Prospección geofísica y térmica. Lancia. GPR y prospección espacial Térmica Fosas comunes Guerra Civil Española. Conclusiones
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1. Introducción. Prospección del terreno y su relación con la escala de trabajo
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•
En la humanidad ha estado siempre presente la idea de percibir algo más allá de lo que nos aportan nuestros propios ojos y sentidos, de explorar en y el exterior e interior. Seguramente como respuesta a un gen que llevamos, a un patrón de conducta, íntimamente ligado al éxito de nuestra supervivencia como especie.
•
Hemos creado anteojos, cámaras, sónar, radar, ecógrafos,.., todo tipo de sensores e instrumentos para explorar el espacio, el cielo, los océanos, los desiertos, las selvas, los glaciares: la superficie y … el interior de la Tierra y otros planetas.
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•
Prospección del terreno. Orígenes. También y desde un primero momento, hemos aplicado, con mayor o menor éxito, para buscar restos: superficiales y enterrados o semienterrados, humanos o no humanos, bajo tierra o bajo agua. •Def. RAE: 1ª acepción.- “Exploración del subsuelo basada en el examen de los caracteres del terreno y encaminada a descubrir yacimientos minerales, petrolíferos, aguas subterráneas, etc “ (arqueológicos, vida-restos de vida,…)
•
Jugamos con una ventaja, la tierra tiene memoria (también se protege). Hechos pasados (de un pasado remoto incluso) dejan huellas, dejan cicatrices, en el interior y en la superficie, que podemos detectar y dimensionar mediante desarrollos tecnológicos.
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Tecnologías Imagen en Prospección del Terreno: Detección y Registro Adquirir y procesar información a distancia sobre la superficie e interior dela Tierra y otros cuerpos celestes sin entrar en contacto directo con el objeto medido formando imagen.
…espaciales... proporcionan datos para el análisis de grandes regiones y coberturas temporales amplias
Plataforma espacial ENVISAT (ESA)
…aéreas…sensores que adquieren datos de alta resolución para tareas específicas
…a nivel de terreno…sensores usados en prospección de áreas localizadas, y para calibrar y validar datos espaciales y aéreos
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Métodos y Escalas de Trabajo Varios niveles de escala hay que contemplar, coincidiendo en tres grupos que podemos nombrar como: Microescala_ Semimicroescala (o Escala Media) y Macro escala. Ninguna escala es mejor que la otra, de hecho se retroalimentan en un camino bidireccional.
Tecnología Espacial/Aérea Macro escala y áreas de captació captación: regió región
Escala media y ambiente local: sitio - yacimiento
Microescala y evidencia individual: hallazgos y artefactos Tecnología a Nivel de Terreno II Seminario Internacional FOROST, México D.F., 28 de marzo de 2011
Cómo se adquieren los datos? Sensores registran energía del sol reflejada en las longitudes de onda específicas. La detección es limitada por la resolución espacial del instrumento (el objeto distinguible más pequeño) y su estrategia y resolución espectral (cuáles y cuántas bandas espectrales y en qué longitudes de onda).
Meris en construcción
ENVISAT en construcción (ESA)
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Introducció Introducción. Proceso de Datos
Proceso Radiométrico
Proceso Geométrico
Latitud 44º 44º 30’ 30’ 42” 42” N Longitud 3º 3º 23’ 23’ 15” 15” W
2.8 ha
Los datos pueden ser comparados con imágenes procedentes de otras fuentes, localizaciones, fechas o sensores
Después de la georreferenciación, vemos una imagen ahora reconocible y disponible para el análisis.
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Tecnologí Tecnologías Aplicadas a la Arqueologí Arqueología y Antropologí Antropología
Tecnologías que constituyen métodos que permiten obtener información sin deteriorar los yacimientos, restos o hallazgos objeto de interés y ofrecen una imagen del objeto medido
•Detección de estructuras y restos de tipo
•Fuente de información sobre la
arqueológico o creado por el hombre
distribución, estado de
enterrados
conservación y variabilidad de los
• Cartografiar y registro de los
factores geográficos.
emplazamientos. • Predicción de otros posibles
•Herramienta de apoyo a la
emplazamientos: Sistemas de Información
prospección arqueológica,
Geográfica (modelos predictivos)
antropológica y patrimonial
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Tecnologí Tecnologías Imagen en Prospecció Prospección
Qué pueden ofrecer? 1. Detección de anomalías espectrales, térmicas, magnéticas o eléctricas. 2. Reconocimiento de patrones espaciales y espectrales. Texturas 3. Visión artificial y reconstrucción de precisión tridimensional
4. La imagen como soporte: registrar, escenarios virtuales,
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Marco de trabajo
•
La investigación se centra en el conocimiento de materiales de estudio (qué),
•
de dónde se han encontrado o encuentran,
•
cómo han sido datados (cuándo),
•
pero puesto todo junto, lo que se pretende es responder a la principal pregunta:¿Por qué?... Claves sobre el pasado, claves sobre el presente y futuro. Podemos cerrar heridas.
Qué Qué? Dónde?
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Cuá Cuándo? Por qué qué?
•
Causa: naturales (huracanes, terremotos, etc) y humanos
•
Detección y registro: inventario, caracterización, registros electrónicos.
•
Extracción/Excavación/Reconstrucci ón-reproducción escena: realidad virtual, caracterización etc.
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2. Espectro Electromagnético. Plataformas y sensores
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Interacció Interacción de la Radiació Radiación Electromagné Electromagnética
• las variaciones de la radiación al interactuar con la atmósfera y los objetos de la superficie terrestre
• Refleja • Transmite • Absorve • Emite
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Espectro Electromagné Electromagnético
•
El espectro electromagnético es una representación de la energía en función de la frecuencia (ó número de onda).
•
Comportamiento onda-corpúsculo: la energía viaja a la velocidad de la luz en forma de ondas y se puede detectar a través de su interacción con el medio ambiente.
•
Algunas características de la energía electromagnética son: frecuencia, polarización y longitud de onda (inversamente proporcional a la frecuencia).
Imagen: eduspace.esa.int
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Espectro Electromagné Electromagnético
Espectro visible (0.4 – 0.78 µm) Luz visible. (tomas diurnas) Espectro infrarrojo próximo (0.78 - 1.3 µm): masas vegetales, humedad. Espectro infrarrojo medio (1.3 - 8 µm): concentraciones de humedad y emisión focal de altas temperaturas Espectro infrarrojo lejano o térmico (8 - 14 µm): Región del espectro en la que emiten energía todos los cuerpos de la superficie terrestre. (tomas diurnas y nocturnas) Espectro de microondas. (a partir de 1mm y hasta 100 cm): Transparente a la cubierta nubosa, de muy baja energía. (tomas diurnas, nocturnas y con nubes!!)
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Interacció Interacción de la Radiació Radiación con la Superficie Terrestre •
El haz de luz interactúa con la superficie y la intensidad de luz reflejada en varias longitudes de onda es medida por un detector relativo a una referencia estándar de una reflectancia conocida. Por otro lado un espectro continuo de reflectancia de una muestra es obtenido a partir de cada región de longitud de onda medida
Signaturas espectrales (reflectancia y emisividad) típicas de distintas cubiertas del terreno
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Interacció Interacción de la Radiació Radiación con la Superficie Terrestre •
La transición electrónica y procesos de transferencia de carga (ej. cambios de estados de energía de electrones limitados de átomos o moléculas) asociados con la transición de iones metálicos como los de Fe, Ti, Cr, etc determina de manera importante la posición de los “picos” de absorción en longitudes de onda de las regiones del visible e infrarrojo próximo y medio de espectros de minerales.
signaturas espectrales de laboratorio para diferentes minerales
Fosfato (ortofosfato) y Carbonato cálcicos: minerales principales en la composición ósea, Apatita y calcita en la naturaleza. Podemos discriminarlos y detectarlos? Yes, we can. II Seminario Internacional FOROST, México D.F., 28 de marzo de 2011
Interacció Interacción de la Radiació Radiación con la Superficie Terrestre Sección Transversal Radar o simplemente Sección RadarRCS (Radar Cross Section) La sección radar equivalente es una medida de que tan detectable es un objeto con un radar. Un RCS más largo indica que un objeto es más fácil de detectar.
Cuando las ondas de radar se transmiten en un blanco solo una cierta cantidad de energía es reflejada de vuelta. Detección del blanco: depende de la fuerza de la señal del emisor y la distancia, estos factores no son tenidos en cuenta para el cálculo de un RCS porque el RCS es una propiedad del blanco. Por ejemplo: • •
•
Un bajo RCS (como pintura absorbente, superficies suaves, superficies que eviten reflejar las señales al radar). Al contrario, un RCS alto (material metálico sin camuflar, superficies redondeadas que garantizan reflejar efectivamente alguna señal a la fuente, gran cantidad de bultos, etc). Archivos RCS: clasificado !!
RCS (Decibelios, dB) medido a 12 GHz – polarización VV
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Estrategia, Metodologí Metodología, Tecnologí Tecnología
METODOLOGÍA
TECNOLOGÍA
Primera Fase: Tecnología aeroespacial (satélites) y modelización predictiva (SIG), identificación de áreas test. Macro escala. Segunda Fase: Validación, desarrollos propios de registro, fotogrametría y GPR a nivel de terreno. Micro y semimicro escala.
ESTRATEGIA Macro escala Multi e hiperespectral Rádar de Apertura Sintética (SAR) GIS
Escala media UAV, UGV, etc Fotogrametría y Termografía de Rango Corto GIS
Microescala Espectrorradiometría de Campo y de Lab. Prospección Geofísica (GPR) II Seminario Internacional FOROST, México D.F., 28 de marzo de 2011
Plataformas en Prospecció Prospección del Terreno
•
Plataformas terrestres: Coches y furgonetas Trenes, tractores, carritos Trípodes, el propio operario
•
Plataformas aéreas: Globos de sondeo Cometas Helicópteros UAV´s, vehículos aéreos no tripulados Aviones
•
Plataformas espaciales: Satélites de observación de la Tierra Sondas de prospección planetaria II Seminario Internacional FOROST, México D.F., 28 de marzo de 2011
Geophysica, RU
ATR 42
Tecnologí Tecnologías en Funció Función del Origen de la Energí Energía
• Sensores/Métodos Pasivos Instrumento que mide variaciones en la intensidad de radiación electromagnética producida por el Sol al interactuar con los objetos de la superficie terrestre.
• Sensores/Métodos Activos Instrumento que mide variaciones en la intensidad de radiación electromagnética que él mismo emite en determinadas longitudes de onda y que puede registrar como respuesta al interactuar con los objetos de la superficie terrestre.
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Tecnologí Tecnologías en Funció Función del Origen de la Energí Energía
I. Sensores Pasivos Barredores de espejo Whisk broom
Cámaras matriciales Frame camera
Barredores por empuje Push broom
AHS
Hymap
Mivis
ADS
AMDC
II. Sensores Activos Radar
LiDAR
SAR I-INTA II Seminario Internacional FOROST, México D.F., 28 de marzo de 2011
Lidar Oceanográfico
Técnicas de Prospecció Prospección del Terreno a Partir de Imagen
•
Anomalías espectrales y estudio de cambios. Vigilancia, detección de restos, accidentes, rescate de personas.
•
Fusión de datos ópticos y radar. Detección aeroespacial de elementos enterrados (minas, edificios o restos, conductos, etc).
•
Interferometría diferencial e Interferometría Polarimétrica: detección de subsidencias del terreno, detección aeroespacial de terreno removido o movimientos de tierra
•
Análisis de componentes principales en datos multi e hiperespectarles: correlación de minerales de alteración hidrotermal con materiales y estructuras enterradas geológicas o creadas por el hombre.
•
Inercia térmica: detección aeroespacial de estructuras, naturales o humanas, enterradas.
•
Anomalías de la vegetación/campos de cultivo.
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Anomalí Anomalías Hiperespectrales
Los Espectrómetros de Imagen o Sensores Hiperespectrales adquieren datos: • • •
•
•
en un gran número (típicamente alrededor de 40) estrechas (típicamente entre 0.01 y 0.02 µm) contiguas (adyacentes y sin solape) bandas espectrales
Recoge y procesa la información de todo el espectro electromagnético, a diferencia del ojo humano , que sólo ve la luz visible. Ciertos objetos únicos dejar "huellas" a través del espectro electromagnético. Estas "huellas” posibilitan la identificación de los materiales que componen un objeto escaneado.
N bandas
Imagen hiperespectral Cube II Seminario Internacional FOROST, México D.F., 28 de marzo de 2011
(Eisman et al 2009)
Interferometrí Interferometría Diferencial / Polarimé Polarimétrica SAR Fuentes: SEPHA, (ESA/ESRIN), (NASDA)
imágenes esteoroscópicas ERS-2/JERS-1 realzadas Ciudad Blanca: Blanca una ciudad precolombina en Honduras (Mosquitia)
SAR interferometric geometry
Radar de Apertura Sintética (SAR). DInSAR • cálculo de subsidencias del terreno • desplazamientos/movimientos del terreno (mm/año) • patrones de búsqueda • penetración masa forestal • penetarción masa de nubes
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Fusió Fusión SAR e Hiperespectral
(Nasrabadi 2010) Imagen térmicas
Imagen SAR
Detección de restos enterrados. Detección de minas (landmines). Detección de contaminación remanente.
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Prospecció Prospección Mineraló Mineralógica – Correlació Correlación Antropoló Antropológica Otoro
•
Imagen ASTER rgb Ar, Alunita, Kaolinita+Esmecita,Illita Técnica de Crosta
ETM+ imagen de óxidos de hierro, arqueometalurgia y explotaciones mineras
ETM+ imagen de arcillas y alfares
Sitio Arqueológico Jesús de Otoro
Monolito. Cuenca del Valle Jesús de Otoro (Honduras) II Seminario Internacional FOROST, México D.F., 28 de marzo de 2011
Anomalí Anomalías Térmicas Algoritmo (Conv(AHS74)-Conv(AHS80)) / (Conv(AHS74) + Conv(AHS80)) * 0.24
(Rejas et al., 2009)
Conv = image convolution, AHS: canal del sensor AHS
Anomalías Térmicas
Recópolis, La ciudad visigótica de Recaredo (517 d.C) Cambio en la temperatura del material envolvente con respecto al entorno
mayor inercia térmica
• La hipótesis conocida: cuerpos enterrados menor inercia térmica
pueden inducir una temperatura superficial diferente para un mismo material envolvente.
M ayor humedad
• Parámetros térmicos: anomalía térmica, balance térmico e inercia térmica. Estructuras enterradas tienen mayor absorción de la humedad
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Modelizació Modelización
MODELIZACIÓN. Incendios forestales
Valle de Jesús de Otoro. Ocurrencia de Incendios
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Modelizació Modelización – Correlació Correlación Antropoló Antropológica
MISQUITOS TOLUPANES
GARÍ GARÍFUNAS
CHORTIS
TAWAKAS
LENCAS
PECH
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Sistemas de Informació Información Geográ Geográfica
SIG: Análisis multifuente, modelos de predicción
SAR Hiperes pectral MDT
GPR
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Tecnologí Tecnologías Aeroespaciales de Prospecció Prospección del Terreno
•
Ventajas e inconvenientes •
Amplia cobertura espacial-espectral, seguimiento temporal-monitorización.
•
Histórico de datos multifuente
•
Baja resolución-escala de trabajo medias
•
Resumiendo: raramente vamos a poder detectar directamente restos humános y/u óseos a partir de éllas, pero nos pueden aportan importantes pistas e indicios de restos enterrados. A saber, • • • • •
Subsidencias movimientos de tierra/terreno removido anomalías en la vegetación anomalías espectrales correlación entre materiales detectables y restos, etc.
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3. Georadar - Ground Penetrating Radar (GPR)
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•
Métodos y técnicas de prospección Geofísica • Métodos Pasivos: • Prospección magnética: diferencias del campo magnético • Prospección gravimétrica: diferencias campo gravitatorio en el terreno
• Métodos Activos • Prospección eléctrica: inducen corriente continua en el terreno. Calicatas eléctricastomografías • Prospección sísmica: producen pertubación elástica. Sísmica de reflexión-sísmica de refracción. • Prospección radar: emiten pulsos de microondas
(Peña et al., 2006) II Seminario Internacional FOROST, México D.F., 28 de marzo de 2011
GPR Ground Penetrating Radar. Concepto
•
Sensor activo en la región de las microondas (0.1 cm-1m, radar)
•
Es una herramienta (!!) utilizada por los arqueólogos, antropólogos y forenses en sus investigaciones y excavaciones de forma cada vez más habitual desde el presente siglo.
•
GPR permite prospecciones en cortos períodos de tiempo con gran precisión, mediante una técnica no intrusiva.
Imagen GPR típica en Cube, 3D: planimetría y profundidad (-Z)
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GPR Ground Penetrating Radar. Definició Definición •
El geo-radar o radar de subsuelo, internacionalmente GPR (Ground Penetrating Radar), técnica de teledetección cercana (rango corto) y prospección basada en la emisión de un pulso electromagnético de muy corta duración (1-20 ns) caracterizado por una frecuencia nominal que puede oscilar entre los 10 MHz y los 2,5 GHz, en función de la antena seleccionada.
•
Su objetivo final - obtención de radargramas (pseudo-imágenes que se aproximan a una sección transversal del subsuelo), similar a las clásicas de sísmica de reflexión, bajo la línea de desplazamiento de las antenas.
•
Diferencia: propagación condicionada por las características electromagnéticas del medio.
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GPR Ground Penetrating Radar. Introducció Introducción
•
Es una técnica no destructiva, no intrusiva, rápida y eficaz, empleada en las investigaciones en profundidad de subsuelo, con buenos resultados para la detección de objetos enterrados (¿ante qué objetos nos encontramos?)
•
Georadar o GPR consiste en una unidad emisora de ondas electromagnéticas y otra unidad receptora, junto con un sistema de registro digital.
•
A partir de los tiempos de retardo de las ondas reflejadas y de velocidad de propagación de las ondas en el material por el que se desplazan las ondas, se calcula y deduce la profundidad a la que se encuentra el objeto.
•
En la prospección con radar la propagación de las ondas es función de las propiedas electromagnéticas de los materiales: conductividad, permitividad dielétrica y permeabilidad magnética. Las reflexiones de los ondas se producen debido a los contrastes de estas propiedades (existencia de contraste:detección anomalía radar-GPR).
•
Cambios en el subsuelo pueden incluir objetos enterrados debajo de la superficie.
Fuente: SOT Prospección Arqueológica www.sotprospection.com
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Pará Parámetros Electromagné Electromagnéticos de un Medio
•
Conductividad: nos proporciona una medida de la respuesta de sus cargas libres en presencia de una campo eléctrico externo. Así tenemos: materiales conductores, semiconductores y aislantes.
•
Permitividad dieléctrica: definida por la constante dielétrica, constante entre la intensidad del campo eléctrico externo aplicado y el vector desplazamiento eléctrico. Proporciona una medida de la capacidad de polarización de un material en presencia de un campo eléctrico, es un medida del contenido de humedad del material.
•
Permeabilidad magnética: relaciona la inducción magnética con la intensidad de campo magnético. La mayoría de los materiales que nos encontramos con georadar (excepto aquellos que contengan matels. Ferromagnéticos) la permeabilidad magnética es próxima a 1.
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GPR, Capacidad de Penetració Penetración •
La profundidad de penetración y la resolución observada depende del tipo de antena usada para una adquisición en particular. En aplicaciones de tipo geológico, las antenas usadas son no blindadas o no apantalladas (un-shielded) que permiten registros de entre 30-60 m de profundidad. En áreas urbanas y para alta resolución se utilizan antenas blindadas o apantalladas (Shielded), que permiten mejor control del ruido y de las reflexiones con un alcance en profundidad de 5-10m.
•
Depende también de la frecuencia o longitud de onda radar.
•
Sección radar: estudio de la respuesta de los materiales a una determinada señal en las microondas.
•
Ecuaciones de Maxwell • • • •
Medio lineal: las relaciones entre el vector desplazamiento y el vector campo son lineales: Medio homogéneo: el que tiene las mismas propiedades electromagnéticas en todos sus puntos. Medio isótropo: en el que todas las direcciones son equivalentes en la propagación del campo electromagnético. Medios “dulces” o HLI: presentan homogeneidad, linealidad e isotropía (HIL) (ej. El vacío)
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El GPR mide (registra) las onda electromagnéticas reflejadas por las estructuras del subsuelo. La velocidad y la reflectividad de la onda electromagnética de un suelo viene caracterizada por la constante dieléctrica (permitividad) del suelo. Cuando la constante dieléctrica del suelo es εr, la velocidad en este material viene dada por la siguiente expresión:
ν=
c
εr
=
3 x10 8
εr
(m / s )
Cuando la velocidad de la onda electromagnética ν es conocida, midiendo el tiempo de recorrido τ(s), se puede estimar la profundidad d(m) del objeto reflectante como
d=
ντ 2
La ecuación muestra que la amplitud de la onda reflejada se define por la relación de la constante dieléctrica de los dos materiales.
Γ=
ε1 − ε 2 ε1 + ε 2
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Típico gráfico de permitividad relativa y contenido en agua del cuelo.
Material
Atenuación (dB/m)
Permitividad Relativa εr
Aire
0
1
Agua de mar
1000
81
Arcilla
10-100
2-40
Arena-seca
0.001-1
4-6
Suelo firme
0.1-2
8-12
Suelo: arenoso seco
0.1-2
4-6
Suelo: arenoso húmedo
1-5
15-30
Suelo: limoso seco
0.5-3
4-6
Suelo: limoso húmedo
1-6
10-20
Tabla 1. Atenuación y permitividad relativa de materiales subsuperficie medidos a 100 MHz. II Seminario Internacional FOROST, México D.F., 28 de marzo de 2011
GPR Ground Penetrating Radar. Sistema
•
Usa microondas para crear una imagen del subsuelo antes de una excavación.
•
Las imágenes son utilizadas para localizar variaciones-anomalías en subsuperfice.
Fuente: Jorge Martín Gutiérrez, 2004 [15]
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Antenas y Métodos GPR
•
Antenas monoestáticas. – Perfiles. – Adquisiciones puntuales. – Sondeos.
•
Antenas biestáticas. – Técnicas del punto medio común (CPM). – Transiluminación o tomografía. – En pozos de sondeo. Fuente: Jorge Martín Gutiérrez, 2004
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Plataformas GPR
GPSAR Ground Penetrating SAR
GPR Ground Penetrating Radar
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GPR Ground Penetrating Radar. Radar. Ensayos
1. Tubo metálico 2. Muro de piedras 3. Bobina de cable eléctrico 4. Tubo de PVC 110 mm 5. Bidón metálico 6. Separación de capa material 1 y material 2. Variables representativas en el perfil: profundidad y tamaño. No la forma.
Fuente: Jorge Martín Gutiérrez, 2004
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Diseñ Diseño de una Exploració Exploración con GPR
•
Previo en laboratorio • • • •
•
•
Estimación profundidad, tipo y número de blancos (target) Medida de RCS posibles blancos (tipos) Medida de muestras del terreno: análisis espectral y geoquímico Selección de frecuencia radar y antenas. Comprobar si son aplicables físicamente las antenas (entorno/geomorfología/coberturas de la zona de estudio) Selección del momento de la toma de datos (estación del año, condiciones ambientales, estado subsuelo)
In situ • • • •
Replanteo de la toma de datos (cinta métrica, estación total, etc) Barrido longitudinal y transversal (función de la resolución y frecuencia GPR) Registro de la localización y posicionamiento de la toma de datos GPR (GPS, Lidar terrestre, etc) Proceso en tiempo real: comprobar errores groseros
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Proceso de Datos GPR
•
Postproceso de datos GPR • • • •
Preparación de los ficheros.Origen de tiempos Determinación de la velocidad de propagación Filtros temporales. Filtro de continua (dewow) Ganancia Temporal. • Control automático de la ganancia (AGC) • Ganancia SEC (energy decay) • Ganancia lineal y exponencial
• • • •
•
Filtros espaciales de baja y alta frecuencia Eliminación del fondo (Background removal) Migración Corrección topográfica.
Análisis de resultados. • •
•
Generamos imágenes perfiles, 2D y 3D Análisis por profundidades
Interpretación. Expertos • • • • •
Arqueológica Antropológica/forense Ingeniería Medioambiental .. II Seminario Internacional FOROST, México D.F., 28 de marzo de 2011
GPR. Toma y Presentació Presentación de los Datos
•
Primeramente se examinan como mapas de perfil (perfiles, distancia reducida/profundidad) en cada uno de los transectos.
•
Cada tramo se utiliza para la elaboración de una vista en planta. Esto no sólo hace una interpretación de los datos en el plano horizontal, mucho más intuitiva, sino también nos permite aislar profundidades específicas (o más correctamente, la forma de dos tiempos de viaje de las ondas reflejadas) para su examen.
•
Los datos de tiempo para analizar cada tramo deben ser registrados sistemáticamente a estrechos intervalos espaciales de cada transecto (generalmente 50cm). Variará dependiendo del tipo de superficie, de obstáculos en superficie y de la antena GPR.
Fuente: SOT Prospección Arqueológica, www.sotprospection.com II Seminario Internacional FOROST, México D.F., 28 de marzo de 2011
GPR. Toma y Presentació Presentación de los Datos
Fuente: SOT Prospección Arqueológica, www.sotprospection.com II Seminario Internacional FOROST, México D.F., 28 de marzo de 2011
GPR. Aplicaciones GPR se ha utilizado principalmente para localizar objetivos de ingeniería y objetivos medioambientales en la parte superior de 10 m de la tierra (tanques enterrados, los tambores, los residuos de vertedero, la estructura geológica, los niveles de agua, zanjas). En ingeniería civil, objetivos específicos son tuberías enterradas, imperfecciones y reforzamientos en hormigón, láminas y vacíos en carreteras. •
Aplicaciones medioambientales: detección de plumas de contaminación, delimitación de vertederos, localización de bidones y/o depósitos enterrados.
•
Geología y geotecnia: estratigrafía del subsuelo, profundidad de la roca, localización del nivel freático, detección de cavidades, fracturas y fallas.
•
Obra civil: localización de servicios enterrados (metálicos y no metálicos), evaluación de estructuras de hormigón, control del pavimento en firmes de carreteras, patologías en la construcción.
•
Cartografía: batimetrías en agua dulce (y espesor de la capa de sedimentos depositados), mapeado de glaciares.
•
Extraer información cuantitativa adicional acerca de los materiales atravesados, tal es el caso de la evaluación de la porosidad en materiales de construcción o la estimación del contenido de humedad en suelos.
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GPR. Aplicaciones
•
Otros objetivos GPR se ha utilizado para detectar una amplia variedad de objetivos específicos. Cualquier objeto que tenga distintos parámetros eléctricos que el suelo circundante y una forma distintiva es un candidato para esa labor.
•
Detección de elementos enterrados Prácticamente todo tipo de sepultura que cree un contraste de parámetros eléctricos es detectable con el GPR. Esto incluye parámetros de un cuerpo, parámetros de cualquier recinto de un cuerpo, y también el contraste en los parámetros del suelo creado por la excavación y relleno. Incluso una pequeña urna con las cenizas de la cremación crea un contraste detectable. GPR se ha demostrado satisfactoriamente para la localización de una gran variedad de lugares de enterramiento.
•
Arqueología/Antropología/Estudios Forenses: localización de estructuras y restos enterrados, posicionamiento de túneles y/o galerías ancestrales, estudios in-situ en edificios históricos. Hay una gran variedad de objetos no metálicos enterrados y la capa de contrastes que son significativos en la arqueología, y que pueden ser detectados en buenas condiciones de suelo propagación con GPR. Sin embargo, la mayoría de los esta zonas de estudio son complejas, por lo que la interpretación del eco del radar de información es tal vez el mayor reto en su uso.
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Ejemplos. Sensors & Software
Caracterización estructura interna de calle Vikinga de hace 600 años (Dinamarca)
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Ejemplos. Sensors & Software
Localización de personas y elementos enterrados bajo la nieve por efecto de avalanchas. Simulación.
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Ejemplos. Sensors & Software
Detección de objetos en excavaciones policiales.
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Ejemplos. Sensors & Software
GPR en detección de excavaciones humanas antiguas (túneles usados en la guerra, pasos subterráneos, minas, etc) II Seminario Internacional FOROST, México D.F., 28 de marzo de 2011
Ejemplos. Sensors & Software
GPR para la detección de tumbas no marcadas ni delimitadas
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Ejemplos. Sensors & Software
Caracterización estructura interna de calle Vikinga de hace 600 años (Dinamarca)
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Ejemplos. Sensors & Software
Enterramientos clandestinos
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Investigación en tumbas y enterramientos arqueológicos. El GPR se utiliza habitualmente para conducir o indicar estos estudios. Puede ayudar a determinar la extensión de los enterramientos, así como confirmar hallazgos. II Seminario Internacional FOROST, México D.F., 28 de marzo de 2011
Ejemplos. Sensors & Software
GPR en investigación policial. Detección de rasgos y restos embebidos o enterrados en hormigón.
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GPR. Ventajas
•
El geo-radar genera una imagen del subsuelo que supera en resolución a cualquier otro método de prospección, permitiendo tanto la identificación de elementos singulares como la caracterización del entorno.
•
Es un método no destructivo y no invasivo, por lo que no produce ningún efecto secundario sobre el medio estudiado.
•
Es una técnica rápida en su ejecución y aplicable en la mayoría de situaciones, destacando en especial su aplicabilidad en entornos urbanos.
•
Por último, destacar la posibilidad de interpretación en tiempo real. Los perfiles en bruto del GPR nos dan mucha información, pero algunas técnicas en el procesamiento de señales mejoran la calidad de los datos de manera significativa.
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GPR. Limitaciones
•
El principal condicionante del geo-radar se refiere a su penetración limitada en el subsuelo, una potencia limitada en cuanto al impulso emitido y, por lo tanto, su penetración en el medio.
•
Limitaciones en la caracterización: puede que se detecte (sí objeto en subsuelo), pero no definición (de qué se trata)
•
Por otra parte, la naturaleza del suelo juega un factor decisivo en ese aspecto, ya que los medios conductivos (por ejemplo, arcillas húmedas) pueden llegar a atenuar totalmente la señal, haciendo inútil la aplicación del método.
•
Dependencia de las condiciones superficiales, que pueden llegar a enmascarar los registros provocando interpretaciones erróneas. Efecto de Clutter (o revoltijo), es decir reflexiones de objetivos no interesados. Se producen en suelos: no homogéneos, con presencia de rocas pequeñas y/o grava. Clutter no es un ruido aleatorio.
•
Presencia de elementos metálicos que enmascaran parcialmente las reflexiones del subsuelo (por ejemplo las armaduras en un forjado de hormigón).
•
Presencia cercana de fuentes emisoras de campos electromagnéticos intensos.
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GPR. Aplicació Aplicación Localizació Localización Enterramientos
•
Aplicación previa del GPR: verificación. Localizar restos humanos en cementerios, fosas comunes u otros enterramientos clandestinos sin necesidad de exhumación o prospección en el momento.
•
Ayuda (Herramienta!!) en investigación arqueólogica y forense. Puede aportar aproximación en los siguinetes parámetros: • • • • • •
profundidad del enterramiento tamaño enterrameinto existencia o no de féretro orientación de los cuerpos número de enterramientos distribución espacial
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GPR. Aplicació Aplicación Localizació Localización Enterramientos
•
Parámetros de detección: ráramente el propio hueso, compactación diferente del suelo, diferencias de material de relleno, rotura de los estratos geológicos, tamaño de los sedimentos, cavidades, corte vertical en el enterramiento (Más compacto y homogéneo), etc
•
Hipótesis de detección: • Terreno original no alterado bajo y laterales del resto. • Elementos asociados (ataúd, pertenencias, metales, restos de arma homicida, etc) • Existencia de material de relleno utilizado para tapar el cuerpo • Existencia de capas superficiales compactadas • Un fuerte reflexión puede ser causada por el cráneo, debido al vacío de aire dentro.
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GPR. Aplicació Aplicación Localizació Localización Enterramientos
• La ubicación de las tumbas con GPR se puede lograr de varias maneras. • Localización de tierra removida asociados a tumba en árbol. • Reflexiones relacionadas con los huesos, los ataúdes, tumba, mercancías, prendas de vestir y detección de líneas de rotura en la estratigrafía natural del suelo.
• Ubicación de tierra removida asociada con un tumba es quizás la característica más fácil y distintiva de un entierro. La mezcla de suelo debido a la excavación ocasiona cambios en la porosidad, dando lugar a cambios en los componentes eléctricos y magnéticos de las propiedades del material. • Los enterramientos también pueden ser localizados por la identificación de pausas en la estratigrafía natural del suelo. Los huesos, ropa, ataúd, el féretro y la tumba son posibles reflectores de radar. • Un fuerte reflexión puede ser causada por el cráneo, debido al vacío de aire dentro.
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GPR. Aplicació Aplicación Localizació Localización Enterramientos
•
El principal inconveniente de GPR es que su éxito depende mucho de las condiciones específicas del sitio, y es muy difícil de predecir.
•
En general, suelos homogéneos de arena son ideales, mientras que las arcillas, sedimentos, rocas y suelos heterogéneos reducen en gran medida las posibilidades de éxito.
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GPR. Aplicació Aplicación Localizació Localización Enterramientos
•
La gráfica bidimensional muestra una parcela sin marcar, sin lápida, en un enterramiento en un cementerio de nativos americanos del siglo XIX.
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GPR. Aplicació Aplicación Localizació Localización Enterramientos
•
Mapa GPR en planta horizontal de un cementerio del siglo XIX que muestra la correlación entre las anomalías geofísicas y la existencia de tumba ( marcas amarillas). •
Los patrones adicionales que se observan (aunque menos diferenciados) pueden estar asociados con tumbas anónimas. II Seminario Internacional FOROST, México D.F., 28 de marzo de 2011
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Prospecció Prospección GPR Fosas Comunes (Cementerio de Linares)
(Texeidó y Peña, 2007) II Seminario Internacional FOROST, México D.F., 28 de marzo de 2011
Interior Los Arcos Reales del Monasterio de Poblet
En la siguiente figura pudieron diferenciar dos anomalías a 0.9 m de altura desde la pared. El tipo de anomalía puede ser producida por un objeto o presencia de alguna cavidad, es decir, que a la altura donde aparecen las anomalías, justo coincide con cavidades que habría dentro de los arcos donde asentarían las cajas o ataúdes
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5. Casos de estudio. Ejemplos
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Casos de Estudio. Hímera 5.
Casos de estudio. Ejemplos •
Hímera. Reciente investigación y validación por GPR.
Batalla de Himera el mismo día que la de Salamina, 480 a.C. (Heródoto, Libro VII). Frente a Himera (costa norte de Sicilia, cerca de Palermo) una coalición de colonos griegos -mandados por Terón y Gelón- venció a los cartagineses. Derrota del ejército cartaginés y suicidio de su comandante, Amilcar. Epílogo amargo, 70 años después, segunda batalla de Himera (409 a.C.), el nieto de Amílcar, Aníbal venció a los griegos y arrasó la ciudad. Himera no volvió a ser ocupada.
Himera
•
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Casos de Estudio. Hímera
9
8 1
10
7
Contienda: prosiguió en la llanura entre la playa y la ciudad, donde el campo de batalla ha sido ahora localizado.
(Capizzi et al., 2007)
6
3
5
4
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Casos de Estudio. Hímera
(Capizzi et al., 2007)
Enterramientos: “fue grande la carnicería“ (Diodoro Sículo). Varias sepulturas colectivas, verdaderas fosas comunes, con los soldados alineados. La mayor fuente de información sobre cómo luchaban y morían los griegos. Necrópolis de Himera es una de las más grandes de Italia y en ella han excavado 9.000 tumbas "Hemos excavado siete fosas comunes de la batalla con un centenar de cadáveres, muchísimas sepulturas individuales y 26 tumbas de caballos, muy raras en el mundo griego..“ (Arqueólogo Stefano Vassallo, Director Científico de las Excavaciones). 2ª Batalla Himera: se han excavado otras dos fosas comunes, una con 59 cadáveres. Otra fosa con centenares de esqueletos muy desordenados (víctimas de la masacre de civiles ordenada por Aníbal) II Seminario Internacional FOROST, México D.F., 28 de marzo de 2011
Casos de Estudio. Lancia 5.
Casos de estudio. Ejemplos •
Lancia. GPR y prospección espacial Térmica
Lancia
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Casos de Estudio. Lancia
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Casos de Estudio. Lancia
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Casos de Estudio. Lancia
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Casos de Estudio. Lancia
PC 1
PC2
Termas: infraestructuras, hornos-conducciones
PC 3
PC 5
PC 4
Test 1
Lancia
Test 2 Necrópilis celtíbero-romana
Test 4 Test 3 • Aparece la mítica SUBLANCIA
Sublancia
HRG Spot 2005 y Spot 2009
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Casos de Estudio. Segeda
Numancia
Sekeida • Numancia Segeda
•
http://www.segeda.net/
Apiano de Alejandría (Iber, 44-47) describe Segeda como una "gran y poderosa ciudad de los celtíberos conocido como Belli" y describe cómo Roma les declaró la guerra por romper los pactos que Graco había firmado con las comunidades indígenas del Valle Medio del Ebro en el 179 A.C. • Tito Livio (Per. 47) señala que esta guerra fue la causa de la reprogramación de la elección de los cónsules de los Idus de marzo hasta el primero de enero. II Seminario Internacional FOROST, México D.F., 28 de marzo de 2011
Casos de Estudio. Segeda
Sedimentos, 3 a 0.5 metros de espesor
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Prospecció Prospección Aé Aérea Hiperespectral Combinación de PCs con los canales térmicos
Canal Térmico superpuesto con bipmap extraído
AHS longitudes de onda. 10.16 micrómetros y 12.89 micrómetros II Seminario Internacional FOROST, México D.F., 28 de marzo de 2011
Prospecció Prospección Aé Aérea Hiperespectral Combinación de PC’s Témicos y PC 14 con información vectorial extraída
Segeda II. Muralla y Decumanus Maximus
Modelo 3D y PC14 II Seminario Internacional FOROST, México D.F., 28 de marzo de 2011
Prospecció Prospección Aé Aérea Hiperespectral. Hiperespectral. Anomalí Anomalías Té Térmicas
Anomalías Térmicas
1 1
2
3
4
2
3
4
Área arqueológica de Segeda y sus alrededores
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Termografí Termografía de Rango Corto Fichero multifuente: Laser 3D, Termografías Fotogrametría Rango Corto
4 area
• Validation Muros sobre de terreno rango corto adobey(calientes) muros de roca (fríos)
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Registro GPR y Topográ Topográfico
• • • •
Instrumentación utilizada: Noggin 500 (GPR) y Estación PENTAX 322 Método: Transectos (50 cm) y radiación 72 GCP’s 10 dianas térmicas
SENSOR & SOFWARE INC, y su nombre comercial Noggin 500, frecuencia de las antenas es de 500 Mhz.
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Georrefrenciació Georrefrenciación de los Hallazgos. Hallazgos. Foto y Ortofoto
Foto preseñalizada
Ortofoto. Documento métrico II Seminario Internacional FOROST, México D.F., 28 de marzo de 2011
Localizació Localización de Restos Óseos
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Sistemá Sistemática. Protocolo de Actuació Actuación Sistemática:
1. Análisis de documentación y archivos 2. Recogida de testimonios orales y documentales. 3. Exhumación con método arqueológico 4. Determinación de la patología y de la identidad. Protocolo de actuación.
• • • • • •
Contacto de algún familiar y/o testigo con la ARMH informando del conocimiento de la ubicación de los restos de represaliados. Inicio del trámite administrativo, con la solicitud de 3 permisos: de actuación en la parcela, de inicio de excavación y de exhumación de restos. Reconocimiento de la zona, localización y prospección arqueológico. En ocasiones se requiere una prospección aeroespacial y/o prospección geofísica (GPR) previas. Excavación. Análisis y Certificación forense. Registro y publicidad (homenaje en ocasiones y publicación de informes en pag. Web de la ARMH).
(Documento Base: Registro de represaliados y víctimas. Censo: orquilla entre 100.000 y 300.000) • Porcentaje de éxito en prospección GPR: 20-30 % (Dependiendo de la CCAA) II Seminario Internacional FOROST, México D.F., 28 de marzo de 2011
Tipologí Tipologías Fosa pequeña (2-10 individuos):localizada o no
Fosa pequeña (10-50 individuos) :localizada
Fosa grande (más de 100 individuos) :no localizada
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Localizació Localización Restos de Federico Garcí García Lorca
Granada
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Conclusiones
•
Opciones de detección restos óseos por GPR: • • • • • • • •
existencia o no de antecedentes para apoyar la interpretación detecciones positivas-muchas veces son indirectas (se localiza, si se localiza, la fosa, no el resto óseo) modelo reflexión huesos (RCS):crítico frecuencia antena GPR adecuada que exista contraste dieléctrico huesos/sustrato-envolvente contexto: terreno removido, que exitan cráneos, fosas suficientemente delimitadas, forma-cantidad y volumen de los restos óseos. mejora de análisis de perfiles 3D y texturas. Correcta interpretación: arqueólogica, antropológica y/o forenses.
•
Expertos antropólogos, arqueólogos y forenses que supervisen, analicen y validen-contrasten los resultados técnicos.
•
Tecnologías en relación con escala de trabajo: menor detalle (Aeroespaciales, aportan indicios) a mayor detalle (terreno, pueden servir para corroborar la existencia o no de restos óseos)
•
GPR una buena herramienta de prospección para escalas medias o micro, pero no es la panacea.
•
Sencillo operativamente, complicado de analizar/interpretar. Nivel de éxito dependiente de la experiencia-antecedentes y de las condiciones y características de los materiales envolventes.
•
Multifuente, multitemporal e inter-multidisciplinar
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Gracias por su Atenció Atención!
“Me llamo barro aunque Miguel me llame. Barro es mi profesión y mi destino que mancha con su lengua cuanto lame. Soy un triste instrumento del camino. Soy una lengua dulcemente infame a los pies que idolatro desplegada. …” El rayo que no cesa
Miguel Hernández (30 de octubre de 1910 – 28 de marzo de 1942)
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Gracias por su Atenció Atención! Referencias Barba, L., Ortiz, A. y Blancas, J., 2008. Informe de Estudios Geofísicos en Coixtlahuaca, Oaxaca. Universidad Nacional Autónoma de México (UNAM), Instituto de Investigaciones Antropológicas (IIA), Laboratorio de Prospección Arqueológica. Agosto 2008. K. Biskup, H. Lorenzo y P. Arias (2005). Aplicabilidad del radar de subsuelo para el estudio de la zona no saturada del suelo: ejemplos en ambientes arenosos costeros. Estudios de la Zona No Saturada del Suelo Vol.VII. F.J. Samper Calvete y A. Paz González, 2005. C. S. Bristow and H. M. Jol, Ed., (2003) Ground Penetrating Radar in Sediments, Geological Society, Special Publication 211, Geological Society. P. Capizzi, P.L. Cosentino, G. Fiandaca, R. Martorana, P. Messina and S. Vassallo, 2007. Geophysical investigations at the Himera archaeological site, northern Sicily. Near Surface Geophysics, 2007, 417-426, European Association of Geoscientists & Engineers. L. Conyers, D. Goodman, (1997) Ground-Penetrating Radar – An Introduction for Archaeology, Altamira Press, Walnut Creek, CA, USA. D. J. Daniels Ed., (2004) Ground Penetrating Radar 2nd Edition, IEE Radar, Sonar and Navigation series 15, Institution of Electrical Engineers, London, UK. Farjas M., Rejas J.G., Gómez J. A., De Miguel E., Fernández-Renau A., (2003). Airborne multispectral remote sensing application in archaeological areas. Proceedings The Eway into the four Dimensions of Cultural Heritage, Viena, Austria, April 2003. Goodman, Deen (1994). Ground-penetrating radar simulation in engineering and archaeology: GEOPHYSICS, 59:224-232. Peña, J.A, 2010. Estudios Geofísicos en Yacimientos Arqueológicos Andaluces. Periodo 1985-2010. Instituto Andaluz de Geofísica, Universidad de Granada Leon Peters Jr, J J Daniels and J D Young, 1994. Ground Penetrating Radar as a Subsurface Environmental Sensing Tool. Proceedings of the IEEE (1994), Volume: 82, Issue: 12, Pages: 1802-1822, ISSN: 00189219 Rejas, J. G. , Burillo, F. , López, R. , Cano, M.A. , Sáiz, M.E. and Farjas, M. Integrating SAR data and hyperspectral analysis for the archaeological survey of the Segeda city, Spain. British Archaeological Reports, BAR International Series 2118, BAR S2118 2010. Sato, Motoyuki (2009). Principles of Mine Detection by Ground-penetrating Radar. Scollar, I., Tabbagh A., Hesse, A., Herzog I., (1990). Archaeological prospecting and remote sensing. Cambridge University Press, 1990. http://www.sotprospection.com, SOT Prospecciò Texeidó, T. y Peña, J.A. (2007). Prospección con Rádar del Subsuelo para la localización de Fosas Comunes en el Patio de San Diego. Cementerio de San José, Linares. © Área de Prospección Geofísica, Instituto Andaluz de Geofísica y de Prevención de Desastres Sísmicos (IAG) Xiao, Z., Huang, J., He, J. and Liu, P. (2008). A method for subsurface metallic landmine identification in GPSAR. Antennas, Propagation and EM Theory, 2008. ISAPE 2008. 8th International Symposium.
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