Космический радарный мониторинг деформаций стенок угольного разреза уртуйский

      Комментарии к записи Космический радарный мониторинг деформаций стенок угольного разреза уртуйский отключены

Космический радарный мониторинг деформаций стенок угольного разреза уртуйский

А.Л. Охотин, В. Хан, Ю.И. Кантемиров

Данные радарных съемок на район работ

Угольный разрез Уртуйский, расположенный к северо-западу от г. Краснокаменск, был отснят 15 раз с радарных спутников группировки COSMO-SkyMed (e-GEOS, Италия) в режиме HImage (разрешение 3 м, площадь сцены 40х40 км). Съемки были сделаны безвозмездно и предоставлены компанией e-GEOS в качестве данных для принятие участия в Интернациональном конкурсе на лучший тематический проект по использованию и обработке радарных данных. Схема покрытия территории Уртуйского разреза данными COSMO-SkyMed приведена на рис. 1. Съемки были совершены в  сентябре–ноябре 2011 г.

Рис. 1. Схема покрытия территории угольного разреза Уртуйский (тёмный контур) данными радарных съемок COSMO-SkyMed (красные контуры)

Цель проекта

Главной целью исполнения проекта было установить — вероятно ли согласно данным многопроходных радарных съемок осуществлять мониторинг деформаций стенок карьера с высокой точностью.

Выполненные работы

Эти 15-проходной радарной съемки Уртуйского угольного разреза были интерферометрически обработаны по методике «Small Baselines Interferometry (SBas)» в программном комплексе SARscape (Exelis VIS, США) с применением трехмерной развертки фазы. Всего было обработано 105 пар снимков, продемонстрированных на диаграмме «время – базисная линия» на рис. 2.

Для каждой из пар в автоматизированном режиме были выстроены интерферограммы, дифференциальные интерферограммы, выполнены фильтрация интерферометрической фазы, развёртка фазы и расчёт когерентности (а также, для последовательности пар – трехмерная развертка в координатах «азимут – наклонная дальность – время»).

На выходе были вычислены смещения земной поверхности на каждую дату съемки, файл точек и результирующая карта смещений – постоянных рассеивателей радиолокационного сигнала.

Рис. 2. 105 интерферометрических пар радарных снимков карьера Уртуйский, обработанных в ходе проекта

Оптический снимок и пространственно соответствующая ему карта смещений приведены на рис. 3 и 4. Главный распознанный очаг оседаний находится в юго-западной части карьера (прекрасно заметное желто-красное пятно на рис. 4).

Главный очаг оседаний крупным планом и графики смещений для нескольких типовых точек в пределах этого очага продемонстрированы на рис. 5. Помимо этого, на рис. 4 заметны еще пара локальных участков оседаний в различных частях карьера, и один участок поднятий.

В целом по итогам выполненных в ходе проекта работ установлено наличие деформаций стенок карьера с большой интенсивностью до 6 см за два месяца. Результаты на данный момент сверяются с данными наземных наблюдений на карьере.

Побочным результатом обработки радарных данных по способу SBas есть цифровая модель местности, вычисленная с шагом матрицы 10 м. ЦММ продемонстрирована на рис. 6, сравнение ее уровня детализации с опорной ЦММ SRTM приведено на рис. 7. Данное сравнение показывает, во-первых, развитие карьера за период между 2000 и 2011 гг. и, во-вторых, отличие в детальности между этими двумя ЦММ за счет более большого разрешения снимков COSMO-SkyMed если сравнивать с радарами миссии SRTM.

Рис. 3. Оптический снимок карьера Уйтурский Рис. 4. Карта деформаций и смещений земной поверхности недалеко от карьера Уйтурский. Цветовая шкала смещений – в левом верхнем углу Рис.

5. Главный очаг оседаний с рисунка 4 крупным планом и графики смещений для нескольких точек Рис. 6. Трехмерное отображение вычисленной согласно данным COSMO-SkyMed ЦММ на территорию карьера Уртуйский и прилегающих территорий Рис. 7. Сравнение ЦММ SRTM (слева), выстроенной согласно данным радарных съемок 2000 года, с ЦММ, выстроенной согласно данным радарных съемок COSMO-SkyMed 2011 года (справа)

анализ и Выводы взятых результатов

Интерферометрическая обработка была выполнена средствами модуля SARscape Interferogramm Stacking по разработке SBas;

  • Когерентность фаз при исполнении 15 съемок за два месяца со спутников COSMO-SkyMed в Х-диапазоне длин волн в условиях угольного карьера была более чем достаточна для анализа смещений и для построения ЦММ;
  • Выстроенная ЦММ с шагом матрицы 10 м в 9 раз превосходит по детальности ЦММ SRTM, и показывает динамику развития карьера в 2000 г. по 2011 г.;
  • По итогам дифференциальной интерферометрической обработки закартированы деформации и смещения стенок карьера за период радарных съемок COSMO-SkyMed (сентябрь–ноябрь 2011 г.). В частности, распознаны пара очагов оседаний, один очаг поднятий земной поверхности в различных частях карьера;
  • самый крупный по площади и по амплитуде зарегистрированных оседаний участок находится в юго-западной части карьера. В том месте деформации достигают 6 см за период в два месяца.
  • Полученные результаты продемонстрировали, что при частоте порядка 6–8 съемок в месяц кроме того на незастроенной территории удается поддерживать когерентность фаз радарных съемок за различные даты на нужном для исполнения обработке уровне, что делает данную разработку применимой для исполнения настоящих работ.

Система контроля деформаций и смещений инженерных сооружений с использованием ГЛОНАСС


Подобранные по важим запросам, статьи по теме: