Unveiling Earth’s Secrets: Bridging Geophysics and Forensic Sciences in Criminal Investigations

Abstract

Os dispositivos explosivos enterrados continuam a representar um risco significativo em contextos europeus, tornando o desenvolvimento de métodos de deteção fiáveis e seguros uma prioridade crítica. Esta revisão sistemática avalia a eficácia e a eficiência de técnicas geofísicas na deteção de dispositivos explosivos enterrados em ambientes europeus reais ou simulados. Foi realizada uma pesquisa sistemática nas bases de dados IEEE Xplore e SpringerLink até 8 de julho de 2025. Foram incluídos estudos experimentais que aplicaram técnicas geofísicas e reportaram métricas quantitativas de desempenho. A seleção dos estudos foi realizada de forma independente por três revisores, e os resultados foram sintetizados de forma narrativa devido à variabilidade metodológica. Foram incluídos oito estudos. A magnetometria alcançou as taxas de deteção mais elevadas (até 96%) e demonstrou maior eficácia na deteção de alvos mais profundos, especialmente aqueles com propriedades ferromagnéticas. Métodos baseados em radar, particularmente o radar de penetração no solo (GPR), atingiram taxas de deteção entre 70% e 90%, com desempenho influenciado pelas condições do solo e pela configuração do sistema. Abordagens combinadas que integram múltiplos sensores reduziram os falsos positivos, mantendo um bom desempenho de deteção. Nenhuma técnica isolada superou consistentemente as restantes em todas as condições. O GPR demonstrou maior flexibilidade em ambientes diversos, enquanto a magnetometria foi mais eficaz na deteção de alvos metálicos mais profundos. De forma geral, as abordagens combinadas revelam-se promissoras, embora a variabilidade metodológica evidencie a necessidade de maior normalização no desenho experimental e nas métricas de desempenho.

A deteção de dispositivos explosivos enterrados, tais como minas terrestres, engenhos explosivos não detonados (UXO) e dispositivos explosivos improvisados (IED), continua a constituir um desafio técnico e humanitário significativo, particularmente em contextos europeus recentes. Este estudo avaliou o desempenho do radar de penetração no solo (GPR) na deteção de dispositivos explosivos inertes enterrados, considerando a influência de diferentes frequências de antena (250 MHz e 500 MHz), profundidades de enterramento (10–70 cm), orientações (horizontal e vertical) e condições ambientais (verão e inverno). Para o efeito, foi realizado um estudo experimental controlado num campo de treino em Portugal, onde 15 dispositivos inertes foram enterrados em solo franco-arenoso. As campanhas de aquisição de dados foram realizadas em diferentes momentos e sob condições sazonais contrastantes, tendo os resultados sido posteriormente processados e analisados com recurso a radargramas 2D. Os resultados mostram que a antena de 500 MHz apresentou, de um modo geral, melhor desempenho, com taxas de deteção até 93%, devido à sua maior resolução, particularmente na deteção de alvos de menor dimensão. Em contraste, a antena de 250 MHz demonstrou maior estabilidade e capacidade de penetração, revelando-se eficaz na deteção de alvos de maiores dimensões. Verificou-se ainda que as condições ambientais influenciam significativamente o desempenho, com taxas de deteção mais elevadas no verão (até 93%) em comparação com o inverno (até 87%), devido ao aumento da humidade do solo e consequente atenuação do sinal. Conclui-se que o desempenho do GPR depende da interação de múltiplos fatores, nomeadamente a frequência da antena, as propriedades do solo e as condições ambientais. Este estudo evidencia a importância de abordagens experimentais controladas, mas realistas, contribuindo para a otimização de metodologias de deteção de dispositivos explosivos enterrados em contextos europeus específicos.

Buried explosive devices remain a significant risk in European contexts, making the development of reliable and safe detection methods a critical priority. This systematic review evaluates the effectiveness and efficiency of geophysical techniques for detecting buried explosive devices in real or simulated European environments. A systematic search was conducted in the IEEE Xplore and SpringerLink databases up to 8 July 2025. Experimental studies applying geophysical techniques and reporting quantitative performance metrics were included. Study selection was performed independently by three reviewers, and results were synthesised narratively due to methodological variability. Eight studies were included. Magnetometry achieved the highest detection rates (up to 96%) and demonstrated greater effectiveness in detecting deeper targets, especially those with ferromagnetic properties. Radar-based methods, particularly ground-penetrating radar (GPR), achieved detection rates ranging from 70% to 90%, with performance influenced by soil conditions and system configuration. Combined approaches integrating multiple sensors reduced false positives while maintaining good detection performance. No single technique consistently outperformed others under all conditions. GPR showed greater flexibility across diverse environments, whereas magnetometry was more effective for deeper metallic targets. Overall, combined approaches appear promising, although methodological variability highlights the need for greater standardisation in experimental design and performance metrics.

The detection of buried explosive devices, such as landmines, unexploded ordnance, and improvised explosive devices, remains a significant technical and humanitarian challenge, particularly in recent European contexts. This study evaluated the performance of ground-penetrating radar (GPR) in detecting buried inert explosive devices, considering the influence of different antenna frequencies (250 MHz and 500 MHz), burial depths (10-70 cm range), orientations (horizontal and vertical), and environmental conditions (summer and winter). To this end, a controlled experimental study was conducted at a training site in Portugal, where 15 inert devices were buried in sandy loam soil. Data acquisition campaigns were conducted at different times and under contrasting seasonal conditions, and the results were subsequently processed and analysed using 2D radargrams. The results show that the 500 MHz antenna generally achieved better performance, with detection rates of up to 93%, due to its higher resolution, particularly in the detection of smaller targets. In contrast, the 250 MHz antenna demonstrated greater stability and penetration, proving effective at detecting larger targets. Environmental conditions were also found to significantly influence performance, with higher detection rates in summer (up to 93%) compared to winter (up to 87%), due to increased soil moisture and consequent signal attenuation. It can be concluded that GPR performance depends on the interaction of multiple factors, namely antenna frequency, soil properties, and environmental conditions. This study highlights the importance of controlled yet realistic experimental approaches, contributing to the optimisation of methodologies for detecting buried explosive devices in specific European contexts.