Rioolpijp en mijn beter op te sporen

Bij het bouwklaar maken van een stuk grond in de binnenstad komt grondradar van pas om de precieze loop van rioolbuizen te bepalen. Maar ook voor spannender speurwerk is grondradar geschikt. Tot maximaal tien meter diep kunnen historische schatten, vervuilde grond, mijnen en zelfs lijken worden opgespoord. De Delftse elektrotechnicus Jan van der Kruk ontwikkelde een algoritme waarmee het beeld van de bodem duidelijker wordt. Hij promoveert er vandaag op.

Akoestiek is van oudsher dé methode om de ondergrond te onderzoeken zonder schep of graafmachine. Met geluidsgolven zijn gas- en olievelden op kilometers diepte op te sporen. Maar van de eerste meters onder de voeten geeft de akoestiek geen beeld. Daartoe is sinds de jaren tachtig de grondradar op de markt.

De beeldvorming van de huidige grondradar is echter nog duidelijk geënt op de seismograaf. De teruggekaatste radarsignalen worden in beeld vertaald alsof het geluidsgolven zijn. Terwijl geluid een scalaire golf is en radar een vectoriele. Radargolven lijken op de golven aan het strand; de sterkte (de hoogte) staat loodrecht op de voortplantingsrichting. Bij geluid is de amplitude parallel aan de voortplantingsrichting. Draai de volumeknop van de stereo vol open en je trommelvliezen doen pijn van het trillen.

,,Radarstraling is elektromagnetische straling en dus een vector”, licht Van der Kruk toe. ,,Wanneer je de signalen als zodanig behandelt -zoals in mijn algoritme gebeurt- krijg je meestal een scherper beeld van de bodem. Je kunt namelijk beter rekening houden met de richtingsafhankelijkheid van het signaal.”

Behalve een beter beeld, levert het ‘vectordenken’ begrip op. Van der Kruk: ,,Een rij bomen verstoort grondradarmetingen. De apparatuur verdraaien blijkt te helpen. Met de seismische methode zijn de bovengrondse reflecties echter niet te verklaren, met vectoren wel. Ook het draaien wordt dan logisch. Door de antenne loodrecht op de bomenrij te zetten minimaliseer je de reflecties. Toen ik dat op een symposium vertelde, zag je bij iedereen het kwartje vallen: ‘ja, natuurlijk’.”

De kwaliteitsverbetering in de beelden durft de promovendus niet in harde cijfers uit te drukken. ,,We hebben diverse voorwerpen begraven in een grote zandbak van TNO. Vervolgens hebben we de bak met de grondradar gescand en met verschillende algoritmen een beeld gemaakt. Met mijn nieuwe algoritme zijn de objecten meestal duidelijker zichtbaar; het contrast met de achtergrond is groter. Ook de randen zijn vaak scherper, maar in sommige gevallen zijn ze minder goed afgebakend.”

Bij het bouwklaar maken van een stuk grond in de binnenstad komt grondradar van pas om de precieze loop van rioolbuizen te bepalen. Maar ook voor spannender speurwerk is grondradar geschikt. Tot maximaal tien meter diep kunnen historische schatten, vervuilde grond, mijnen en zelfs lijken worden opgespoord. De Delftse elektrotechnicus Jan van der Kruk ontwikkelde een algoritme waarmee het beeld van de bodem duidelijker wordt. Hij promoveert er vandaag op.

Akoestiek is van oudsher dé methode om de ondergrond te onderzoeken zonder schep of graafmachine. Met geluidsgolven zijn gas- en olievelden op kilometers diepte op te sporen. Maar van de eerste meters onder de voeten geeft de akoestiek geen beeld. Daartoe is sinds de jaren tachtig de grondradar op de markt.

De beeldvorming van de huidige grondradar is echter nog duidelijk geënt op de seismograaf. De teruggekaatste radarsignalen worden in beeld vertaald alsof het geluidsgolven zijn. Terwijl geluid een scalaire golf is en radar een vectoriele. Radargolven lijken op de golven aan het strand; de sterkte (de hoogte) staat loodrecht op de voortplantingsrichting. Bij geluid is de amplitude parallel aan de voortplantingsrichting. Draai de volumeknop van de stereo vol open en je trommelvliezen doen pijn van het trillen.

,,Radarstraling is elektromagnetische straling en dus een vector”, licht Van der Kruk toe. ,,Wanneer je de signalen als zodanig behandelt -zoals in mijn algoritme gebeurt- krijg je meestal een scherper beeld van de bodem. Je kunt namelijk beter rekening houden met de richtingsafhankelijkheid van het signaal.”

Behalve een beter beeld, levert het ‘vectordenken’ begrip op. Van der Kruk: ,,Een rij bomen verstoort grondradarmetingen. De apparatuur verdraaien blijkt te helpen. Met de seismische methode zijn de bovengrondse reflecties echter niet te verklaren, met vectoren wel. Ook het draaien wordt dan logisch. Door de antenne loodrecht op de bomenrij te zetten minimaliseer je de reflecties. Toen ik dat op een symposium vertelde, zag je bij iedereen het kwartje vallen: ‘ja, natuurlijk’.”

De kwaliteitsverbetering in de beelden durft de promovendus niet in harde cijfers uit te drukken. ,,We hebben diverse voorwerpen begraven in een grote zandbak van TNO. Vervolgens hebben we de bak met de grondradar gescand en met verschillende algoritmen een beeld gemaakt. Met mijn nieuwe algoritme zijn de objecten meestal duidelijker zichtbaar; het contrast met de achtergrond is groter. Ook de randen zijn vaak scherper, maar in sommige gevallen zijn ze minder goed afgebakend.”