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Bodeneinflüsse auf die sensorgestützte Landminensuche

Anti-Personen-Mine PMA-2 aus dem früheren Jugoslawien mit sehr geringem Metallanteil

In weltweit mehr als 75 Ländern sind als Relikte bewaffneter Konflikte Landminen und / oder Blindgängermunition im Boden verborgen, die noch lange nach Beendigung der Kriege eine große Gefahr vor allem für die Zivilbevölkerung darstellen. Heutzutage fordern diese Hinterlassenschaften bis zu 6000 Opfer pro Jahr, wobei eine erhebliche Dunkelziffer einkalkuliert werden muss. Einer der Gründe für die weite Verbreitung der Minen sind ihre geringen Herstellungskosten von teilweise nur 3-5 USD, wohingegen die Räumung einer Mine 300-500 USD kostet.
Zur Räumung der im Boden liegenden Landminen werden häufig elektromagnetische Suchverfahren eingesetzt um die Zielobjekte zu detektieren. Unter den zahlreichen Detektionsverfahren ist der Metalldetektor wegen seiner geringen Kosten und leichten Anwendbarkeit das am weltweit verbreitetste Suchgerät. Während Blindgängermunition wegen ihrer hohen Metallanteile in der Regel gut zu detektieren ist, sind vor allem moderne Landminen mit ihren sehr geringen Metallanteilen nur schwer zu orten.

Metalldetektortest im südlichen Mosambik

Die häufig auftretende Problematik beim Einsatz des Metalldetektors stellt sich wie folgt dar: Mit diesem Gerät, das auf dem Prinzip der elektromagnetischen Induktion beruht, können Metallteile im Boden detektiert werden. Viele Minen besitzen jedoch nur sehr geringe Metallanteile, so dass die Detektoren sehr empfindlich eingestellt werden müssen. Dies führt wiederum zu einer sehr hohen Fehlalarmrate, die entweder durch Metallpartikel im Boden als auch die Bodeneigenschaften selbst verursacht werden. Insbesondere tropische Böden stellen häufig Probleme bei der Landminensuche mittels Metalldetektoren dar. Fehlalarmraten von 1000:1 sind dabei keine Seltenheit. Ziel der Untersuchungen ist es, insbesondere die magnetischen Bodeneigenschaften zu charakterisieren, zu klassifizieren und den Einfluss auf die Funktionsweise der Metalldetektoren zu bestimmen.

Ausschnitt aus der Sammlung tropischer Bodenproben der Bundesanstalt für Geowissenschaften und Rohstoffe in Hannover (links), Häufigkeitsverteilung der magnetischen Suszeptibilität (rechts)

In neuerer Zeit werden vermehrt auch Dual-Sensoren eingesetzt, bei denen durch eine Kombination von Metalldetektoren und Radarsensoren die Fehlalarmrate verringert werden soll. Im Gegensatz zum Metalldetektor können mit dem Georadar (GPR) auch metallfreie Minen detektiert werden. Bei der Ortung von Minen mit dem GPR macht sich besonders die kleinräumige Variabilität elektrischer und dielektrischer Bodeneigenschaften bemerkbar. Diese beiden physikalischen Größen korrelieren mit dem Wassergehalt, welcher wiederum stark von der Witterung und der Vegetation beeinflusst wird und sind somit zeitlich und räumlich stark variabel. Unter ungünstigen Bedingungen, d.h. bei geringem Kontrast zwischen Mine und Boden und einer heterogenen Feuchteverteilung kann das Signal einer Mine im Radargramm kaum vom Hintergrundrauschen des Bodens unterschieden werden.

Zur Klärung der Bodeneinflüsse auf die Detektionstechnik werden folgende Parameter untersucht:

  • magnetische Suszeptibilität und deren Frequenzabhängigkeit
  • elektrische Leitfähigkeit
  • Dielektrizitätskoeffizient

Die Untersuchung der Parameter wird im Gelände und im Labor durchgeführt. Ein großer Teil der Laboruntersuchungen erfolgt dabei im gesteinsmagnetischen Labor der Sektion S5 des Instituts in Grubenhagen unter der Leitung von Dr. C. Rolf.

Kleinräumige flächenhafte Verteilung der magnetischen Suszeptibilität auf einem früheren Minenfeld in Mosambik

Zusammengefasst werden folgende Fragestellungen und Ziele verfolgt:

  • magnetische Bodeneigenschaften und deren Ursachen
  • Untersuchung der Frequenzabhängigkeit der magnetischen Suszeptibilität
  • räumliche Variabilität physikalischer Bodeneigenschaften
  • Erstellung von Karten zur Prognose der Beeinträchtigung von Detektoren
  • Einfluss von Bodenheterogenitäten auf Radar-Sensoren

Literatur

Titel
Autoren
Jahr
ITEP evaluation of metal detectors and dual-sensor detectors. - Journal of ERW and Mine Action, Issue 14.3, pp. 76-79TAKAHASHI, K. & GÜLLE, D.2010
Predicting metal detector performance for landmine clearance: soil magnetic map of Angola. - Environmental Earth Sciences, 60 (7): 1499-1508.PREETZ, H. & HENNINGS, V.2010
Predicting soil influence on the performance of metal detectors: magnetic properties of tropical soils. - Journal of Mine Action, 13:1.IGEL, J., PREETZ, H. & ALTFELDER, S.2009
Soil properties and performance of landmine detection by metal detector and ground-penetrating radar - Soil characterisation and its verification by a field test. - Journal of Applied Geophysics 73 (4): 368-377.TAKAHASHI, K., PREETZ, H. & IGEL, J.2011
Tropical Soils and Landmine Detection - An Approach for a Classification System. - Soil Science Society of America Journal, 72, (1): 151 - 159.PREETZ, H., ALTFELDER, S. & IGEL, J.2008
 

Projektleitung

Dr. Jan Igel
 +49 (0)511 643-2770

Projektgruppe

Markus Loewer
Dr. Jan Igel
Dr. Christian Rolf

Ehemalige Mitglieder

Dr. Holger Preetz
Dr. Kazunori Takahashi
Moritz Kuntzer
Dr. Sven Altfelder
Dr. Volker Hennings

Laufzeit

01.04.2007 - 31.12.2013

HuMin/MD
01.01.2004 - 31.03.2007

Förderer

BMVg

Produkte & Publikationen

des Projekts

Partner

DRDC Suffield, Canada
Sato Laboratory, Tohoku University, Japan
RMA Brüssel, Belgien
NRIAG, Helwan, Ägypten (Dr. Mahfooz Hafez)
D. Gülle (GMA Berlin)

Links

ITEP

Ein Projekt aus dem Arbeitsbereich Oberflächennahe Erkundung