Geoteknisk kartlegging

Bruker helikopter og elektromagnetisme: Reduserer boring langs nye E6

Elektromagnetiske felt, maskinlæring og algoritmer reduserer risiko og kostnad

Kari Charlotte Sellgren fra Nye Veier, Craig Christensen og Guro Huun Skurdal fra Emerald Geomodelling hadde høye forventninger før testflygningen startet i Stjørdal.
Kari Charlotte Sellgren fra Nye Veier, Craig Christensen og Guro Huun Skurdal fra Emerald Geomodelling hadde høye forventninger før testflygningen startet i Stjørdal. (Foto: Joachim Seehusen)

Elektromagnetiske felt, maskinlæring og algoritmer reduserer risiko og kostnad

Fra et gressdekket jorde i Stjørdal letter et helikopter. Under henger en sekskantet struktur på 342 m2 som veier 700 kg. Etter et par dagers flyging er til sammen 30 km2 av nye trasé for E6 gjennom Trøndelag dekket, 20 km2 på strekningene Ulsberg – Kvål og 10 km2 langs Kvithammar – Åsen.

Utstyret som det danske selskapet Skytem har hengende under helikopteret sender elektromagnetiske bølger ned i bakken. Dataene som produseres gir informasjon om hva som befinner seg under overflaten. I en årrekke har slike målinger vært benyttet hovedsakelig av gruveindustrien for å kartlegge mineraler. Som et utspring fra Universitetet i Århus har Skytem videreutviklet løsningen og brukt den til å kartlegge grunnvann.

Nytt produkt – ny bedrift

NGI er nå i ferd med å ferdigstille ti års forskning og utvikling rundt ny bruk av luftbåren elektromagnetisme, ofte omtalt som AEM (airborne electromagnetics). Resultatet er Emerald Geomodelling som har sprunget ut fra NGI, i samarbeid med Kjeller Innovasjon, og nå tilbyr kartlegging av grunnforholdene til entreprenører og andre som måtte ha behov. Det er Emerald Geomodelling i samarbeid med NGI, som utførte jobben i Trøndelag med Skytem som underleverandør.

Når magnetfeltet treffer bakken, induseres det elektriske strømmer i ledende materialer i grunnen. Strømmene beveger seg nedover i grunnen og skaper et sekundært magnetfelt som måles av utstyret som henger under helikopteret. Det sekundære magnetfeltets styrke reflekterer bakkens egenskaper.

Med kraft fra en gocart-motor som henger mellom den sekskantede strukturen og helikopteret dannes et elektromagnetisk felt. Emerald Geomodelling bruker dataene til å lage 3D-modeller av grunnforholdene. Foto: Joachim Seehusen

Lager 3D-modeller

Resistiviteten sier noe om ledningsevnen til bergarter og løsmasser. Dette er kjent informasjon og gjør det mulig å bruke dataene fra målingene til å vurdere hva som befinner seg i bakken. Til nå har ingeniørene mottatt pdf-rapporter med store mengder tall, data og fargekart som krever tolkning og mye manuelt arbeid.

Vi har utviklet en algoritme som tolker dataene og omsetter dem til forståelige 3D-modeller.

Guro Huun Skurdal, Emerald Geomodelling.

– Vi har utviklet en algoritme som tolker dataene og omsetter dem til forståelige 3D-modeller. I motsetning til en stor mengde komplekse data gir vi ingeniørene tall de kan forstå og bruke i prosjekteringen, sier Guro Huun Skurdal, operasjonsleder i Emerald Geomodelling.

Les også

Bedre valg, mindre boring

Skurdal sier løsningen bør inn tidlig i prosjekteringsfasen, helst før traseen er valgt.

– Ja, fordi oversikt over grunnforholdene, blant annet dybde til berg og hvor det er svakhetssoner, gjør det enklere å velge trasé. Metoden erstatter ikke boringer, men brukes som grunnlag til å skaffe oversikt over hvor man bør bore og på den måten redusere antall boringer betydelig.

Kari Charlotte Sellgren er disiplinleder for tunnel i Nye Veier Trøndelag. Til Teknisk Ukeblad sier hun at den nye metoden gir store besparelser.

Antenna som mottar signalene fra bakken kalles tårnet, og er plassert på den ene siden av den drøyt 300 kvadratmeter store rørkonstruksjonen. Foto: Joachim Seehusen

– For den ene av de to strekningene vil vi spare 1,5 millioner på feltundersøkelser og ytterligere en halv million på laboratorietester. Så kommer innsparingene på den andre delstrekningen i tillegg. Det er ingen tvil om at dette lønner seg for oss. Samtidig får vi et unikt datagrunnlag som kan brukes ikke bare under prosjekterings- og anleggsfasen, men også til drift og vedlikeholdsfasen, sier Sellgren.

For den ene av de to strekningene vil vi spare 1,5 millioner på feltundersøkelser og ytterligere en halv million på laboratorietester.

Kari Charlotte Sellgren, Nye Veier Trøndelag

Hun sier de nå får en riktigere og mer detaljert oversikt over bergoverflater som også kan gjøre det lettere å beregne blant annet massebalanse.

Tradisjonelt utføres geotekniske undersøkelser for å kartlegge grunnforhold i større infrastrukturprosjekter. Dette innebærer ofte mange boringer som er både tidkrevende og kostbart. Emerald Geomodelling kombinerer geoteknisk data og data fra helikopterskanning ved bruk av maskinlæring.

Halverer usikkerhet

– Disse dataene bruker vi som input i maskinlæringsprosessen. Vi testet algoritmene våre med data fra et område der det er gjennomført over 1000 boringer og samlet inn helikopterdata. Resultatet viste at data fra helikopterskanning, kombinert med bare noen få boringer, gir god oversikt over hovedstrukturene i området, sier Craig Christensen, teknologileder i Emerald Geomodelling.

Han legger til at med bruk av luftbårne elektromagnetiske målinger vil usikkerheten i modellen bli halvert i forhold til om det kun var gjennomført grunnundersøkelser på tradisjonelt vis i en tidlig fase av prosjektet.

– Vel så viktig er det at modellen gir informasjon om hvor det bør bores.

Andreas Pfaffhuber, administrerende direktør i Emerald Geomodelling, tok i sin tid doktorgrad innen fagfeltet og har vært hovedansvarlig for utviklingen av innovasjonen i NGI-regi.

Med kraft fra en gocart-motor som henger mellom den sekskantede strukturen og helikopteret dannes et elektromagnetisk felt. Emerald Geomodelling bruker dataene til å lage 3D-modeller av grunnforholdene. Foto: Joachim Seehusen

Christensen forteller at McKinsey og University of Oxford sammen har gjort studier som viser at 90 prosent av alle infrastrukturprosjekter overskrider budsjettene. Dette gjelder globalt, og overskridelsene ligger i spennet 20 til 50 prosent. Størst er overskridelsene der det er tunneler, så følger brobygging, jernbane og vei. Disse tallene bidrar til at Emerald Geomodelling ikke frykter at etterspørselen skal utebli.

– Kjernen er at vi kombinerer geoteknikk og helikopter-geoskanning ved hjelp av maskinlæringsalgoritmer, blant annet kunstig nevrale nettverk. Det er det ingen andre som driver med dette, sier Skurdal.

Utstyret som det danske selskapet Skytem har hengende under helikopteret, sender elektromagnetiske bølger ned i bakken. Slike målinger har lenge blitt brukt av gruveindustrien for å kartlegge mineraler, men Skytem og Emerald Geomodelling har funnet nye bruksområder. Foto: Joachim Seehusen
Les også

Kommentarer (0)

Kommentarer (0)

Eksklusivt for digitale abonnenter

På forsiden nå