Métodos de procesado de la señal de georrádar (GPR): valoración y aplicación a casos prácticos

Abstract

El georrádar (Ground Penetrating Radar GPR) lleva casi un siglo en desarrollo, con gran avance desde los años 80. Los GPR son comprados por especialistas que, posteriormente, se adentran en las ramas de conocimiento, poco relacionadas con la geofísica, donde se aplica la técnica (p. ej. arqueología). Esto se debe a la dificultad de interpretación de datos, que llega a ser muy subjetiva. El procesado tiene como objetivo facilitar la interpretación y hacerla menos subjetiva. Este paso es fundamental para aplicar métodos de aprendizaje automático. Esta tesis estudia el procesado de señal habitual en GPR y propone algunas técnicas novedosas. En base a aplicaciones reales se evalúa la utilidad y necesidad de los distintos procesados, y la viabilidad de los nuevos propuestos. Los 7 casos particulares persiguen ciertos objetivos específicos, lo que obliga a un procesado no sólo visualmente atractivo, también eficaz. La aplicación a casos reales permite un trato directo con empresas y profesionales de diversas disciplinas. El trabajo y financiación con empresas también supone un incentivo en lo que a capacidad de organización, logística y presión en los tiempos se refiere. La publicación de artículos científicos fruto de tales colaboraciones (4), y otros relacionados (3), habrían permitido presentar esta tesis como compendio. Sin embargo, la redacción de esta memoria pretende poner de manifiesto la relación entre los distintos trabajos, y el trabajo de base en la comprensión y mejora del procesado de la señal que no se destaca en los artículos, más orientados a describir los objetivos particulares de cada caso. Los casos particulares incluyen: Detección de tuberías y fugas, donde se aplica un procesado novedoso en GPR: análisis de atributos 2D, que permite una interpretación más objetiva. Estudio de estructuras sedimentológicas dunares, en el que se evalúa la necesidad de aplicar distintos procesados avanzados, como la migración topográfica. Detección de cavidades en el subsuelo, para lo que se ha adaptado un código de simulación numérica, lo que permite obtener una idea del tipo de anomalías esperables. La modelización ha permitido pergeñar los patrones esperables en distintas situaciones de interés minero e interpretar, exitosamente, por analogía con los datos observados. Aplicación forense que consiguió la detección exitosa de un enterramiento en un terreno muy desfavorable gracias, en parte, a un procesado cuidadoso de la señal. Detección de estructuras arqueológicas, en la que se aplicó análisis de atributos 3D, calibrando las medidas con las posteriores excavaciones. Los distintos mapas de anomalías generados consiguieron localizar, con éxito, estructuras posteriormente excavadas. También se propone la aplicación de Coda Wave Interferometry (CWI) por primera vez sobre señales GPR. La CWI permite detectar variaciones mínimas de velocidad, que afectan a dominios tridimensionales, de los pulsos EM. La medida de estas variaciones se ha empleado para detectar biodeterioración en madera en etapas iniciales, y variación del contenido en humedad del suelo con gran precisión. Como el análisis de atributos, permite cuantificar un efecto en la señal reduciendo la subjetividad en la interpretación. Esta memoria se organiza en 5 capítulos. Inicialmente se hace una introducción a la técnica y se exponen las motivaciones de la propia tesis. En el capítulo 2 se explican los principios teóricos necesarios para comprender la posterior aplicación. También se hace una introducción histórica y se plantean varias problemáticas particulares a cuya solución se contribuye. En el capítulo de metodología se presentan los equipos empleados y el procesado de señal, incluyendo los nuevos procesados propuestos. A continuación se exponen los 7 casos particulares, con introducción y conclusiones particulares. Por último, se exponen unas conclusiones generales, se resumen las contribuciones del trabajo y se exponen vías de trabajo futuro.