Infra—red line scanning, a tool in engineering geology?

Summary

1. Theoretical approach

Infra red line scanning is a remote sensing technique, a non-conventional method of gathering information from an aeroplane about the earth surface and the top soil layer. To investigate the possibilities of the application of this technique in relation to Earth and Agricultural Sciences is one of the aims of the NIWARS (Interdepartmental Working community for the Applications of Remote Sensing techniques). IRLS, or “heat” images, show the distribution of radiation temperatures on the soil surface. The phenomena governing the thermal behaviour of the soil will be discussed briefly.

A large number of parameters play a role in this research. This makes the empirical interpretation of the heat images a precarious task. To solve this problem a more fundamental approach is necessary. Therefore a mathematical model (RADMOD) has been constructed. This model simulates the transport processes of heat, water and vapour at both sides of the surface of a bare soil during the daily cycle. The surface temperature and water content will be found from the condition of the continuity of heat and total water flux at the soil surface. The results of some computer calculations show the sensibility of the surface temperature for several parameters, such as soil type and soil humidity. These parameters may play an important role in engineering geology in deltaic areas.

Finally, objects for future research in relation to the application will be discussed.

2. Experimental approach

Within 24 hours four IRLS flights were performed over certain parts of Zeeuws Vlaanderen (Holland). Simultaneously, a field experiment was executed in a pilot area. During three days meteorological and soil physical parameters were continuously registrated at both sides of the dividing line between Pleistocene sand and Holocene clay. Measuring procedures and instruments will be discussed briefly.

The thermal behavior of the two soils will be compared on the basis of the measuring results.

Four IRLS-images, made of the same area at different hours, will be compared. From these images conclusions will be drawn about the daily surface temperature cycle at various points in the area. These temperature cycles will be compared with measured cycles and those obtained by model simulation. Interesting phenomena in the images will be shown and their possible interpretation will be discussed and compared with local geology and soil conditions.

Résumé

1. Approximation théorique

“Infra red line scanning” (IRLS) est une technique de détection à distance, une méthode non-conventionelle de recueillir par avion des informations au sujet de la surface de la terre et de sa couche supérieure. Un des buts de NIWARS (Groupe interdépartemental pour la recherche de l’application des techniques de détection à distance) est d’examiner les possibilités d’application de cette technique par rapport à la science de la terre et de l’agriculture. IRLS, ou images de chaleur, montrent la distribution de la radiation des températures sur la surface terrestre. Les phénomènes qui gouvernent le régime thermique de la terre seront discutés brièvement.

Une quantité des paramètres y jouent un rôle. De ce fait l’interprétation empirique est une tâche précaire. Pour résoudre ce problème une approximation plus fondamentale est nécessaire. C’est pour quoi un modèle mathématique (RADMOD) fut construit. Ce modèle imite les procès du transport de chaleur, d’eau et de vapeur, tant de la surface de la terre que de sa couche supérieure, d’un sol dénudé et cela pendant le cycle quotidien. La température de la surface et le contenu d’eau se calculent sur la base de la condition de la continuité de la chaleur et du flux total d’eau sur la surface terrestre. Les résultats de quelques calculs d’ordinateur montrent la sensibilité de la température superficielle pour des paramètres différents, entre autres la sorte et l’humidité de la terre. Ces paramètres peuvent jouer un rôle important pour la géologie à l’usage des applications civiles par rapport aux terrains deltoides.

Finalement, des objets pour la recherche future, se déroulant à l’application, seront discutés.

2. Approximation expérimentale

Quatre vols à IRLS ont été effectués dans un délai de 24 heures au-dessus de certaines parties de Zeeuws-Vlaanderen (Hollande). Une campagne de mensuration a été exécutée simultanément dans le terrain de recherche. Pendant troi jours des paramètres météorologiques et physiques terrestres furent enregistrés continuellement des deux côtés de la limite entre le sable pleistocène et l’argile holocène. Les méthodes de mensuration et les instruments seront discutés brièvement.

La conduite thermique de sable et d’argile sera comparée sur la base des résultats des mensurations.

Quatre images de chaleur (IRLS), prises du même terrain à des heures différentes seront comparées. De ces images on tirera des conclusions au sujet du cycle quotidien de la température superficielle aux points différents du terrain. Ces cycles de températures seront comparés aux cycles mesurés et aux cycles obtenus par l’imitation des modèles. Les phénomènes intéréssants seront visibles sur les images montrées. Leurs interprétations éventuelles seront discutées et comparées à la géologie locale et aux conditions de la terre.