CC BY
54
Комплексирование методов анализа амплитуды и фазы спутниковых радарных снимков для оценки смещений оползневых склонов
Е.А. Киселёва1,0, В. О. Михайлов1,2,6, Е.И. Смольянинова1, Е. П. Тимошкина1, П. Н. Дмитриев1
1 Институт физики Земли имени О. Ю. Шмидта РАН.
Россия, 123995, Москва, Б. Грузинская ул., д. 10, стр. 1.
2 Московский государственный университет имени М. В. Ломоносова, физический факультет, кафедра физики Земли. Россия, 119991, Москва, Ленинские горы, д. 1, стр. 2.
E-mail: а e.kiseleva@ifz.ru, 6 mikh@ifz.ru
Статья поступила 05.03.2015, подписана в печать 12.04.2015.
Эффективность комплексирования методов анализа амплитуды и фазы радарных снимков спутников ENVISAT, ALOS и TerraSAR-X показана на примере исследования оползня в пос. Барановка (Большой Сочи). Метод трассирования офсетов в поле амплитуд отраженного радарного сигнала позволил определить контур области, где в ночь с 23 на 24 января 2012 г. сошел оползень, и оценить смещения в различных частях оползня. Максимальное смещение составило 7.5 ± 1 м. Смещения до схода оползня, полученные по данным спутника ALOS с 22.01.2007 по 17.09.2010 по методу устойчивых отражателей, демонстрируют сезонные ускорения смещений в осенне-зимние месяцы. Временная серия смещений по данным спутника ENVISAT показывает, что с 29.11.2010 по 27.07.2011 смещения в направлении визирования спутника были относительно невелики (21 мм/год), но с 25.09.2011 по 24.12.2011, перед сходом оползня, они увеличились до 50 мм/год. Скорость смещений vLOS после схода оползня, по данным спутника TerraSAR-X за период 17.02-10.03.2012, достигала 30 мм/мес, но после 06.06.2012 она замедлилась до 2-3 мм/мес. Близкие величины смещений для этих периодов получены и по парным интерферограммам.
Ключевые слова: спутниковая радарная интерферометрия, оползни, мониторинг.
УДК: 550.31. PACS: 93.85.Pq.
Введение
Спутниковые радары с синтезированной апертурой (РСА) широко применяются для дистанционного зондирования Земли, поскольку радарные снимки выполняются при любой освещенности и облачности. Наиболее важными задачами гражданского назначения являются построение цифровых моделей рельефа (ЦМР) и мониторинг смещений природных и техногенных объектов.
Радарный снимок — это матрица комплексных чисел, характеризующих амплитуду и фазу радарного сигнала, отраженного от некоторой площадки разрешения (пикселя). Для оценки смещений обычно рассчитывают парную интерферограмму как разность фаз радарных сигналов, отраженных от одного и того же пикселя при первой и второй съемках, минус поправка на изменение ракурса при повторной съемке (для этого нужна ЦМР). После фильтрации атмосферных эффектов и ошибок задания орбит и ЦМР остается разность фаз, вызванная смещением отражающей площадки за время между повторными снимками в направлении распространения радарного сигнала, называемом LOS (от англ. line of sight), плюс различного рода шумы и погрешности. Важно, что поле фазовых смещений свернуто по модулю 2п и для получения смещений в единицах длины, необходима фазовая развертка. Анализ парных интерферограмм (DInSAR — дифференциальная интерферометрия) позволяет исследовать ко-сейсмические смещения, оползни, динамику ледников, внедрение магматического материала и другие
процессы, которые создают поля фазовых смещений, различимые на фоне помех (в отечественной литературе обзор некоторых результатов дан в [1, 2, 3]). Кроме различного рода помех возможности метода DInSAR ограниченны из-за того, что при исследовании медленных процессов (смещений над тоннелями и шахтами, в областях разработки месторождений нефти и газа) для накопления достаточно больших смещений необходимо использовать снимки, выполненные с большим интервалом по времени. Однако на интервалах времени в год и более происходит временная декорреляция между снимками из-за изменений ландшафта и др. процессов.
Существенный прогресс достигнут в последние 15 лет благодаря развитию методов устойчивых отражателей (Persistent Scatterer или PS), в которых в процессе анализа серии парных интерферограмм выделяют отдельные пиксели, устойчиво отражающие радарный сигнал. Далее из временных рядов смещений каждого PS выделяют длиннопериодные тренды путем фильтрации или поиска сигналов заданного вида (линейных, периодических и т. д.), что позволяет существенно подавлять высокочастотные помехи и фиксировать медленные устойчивые во времени смещения со скоростями в несколько мм/год. Такие методы наиболее эффективны при изучении смещений техногенных, хорошо отражающих объектов [4]. Природные объекты обычно хуже отражают радарный сигнал, и их труднее выделять на фоне помех. В то же время характерные размеры областей, которые испытывают смещения
в результате природных процессов, обычно существенно больше размеров пикселя (размеры пикселя не превышают 20 м), поэтому для природных объектов разработаны методы поиска компонент полей смещений коррелированных по пространству и по времени. К ним относится и использованный в настоящей работе метод, предложенный в [5] и реализованный в открытом пакете 51аМР5 [6]. Успех мониторинга природных объектов во многом определяет правильный выбор параметров фильтров, а также длины волны РСА съемки. Подробное обсуждение в отечественной литературе можно найти в [7].
Если за время между повторными снимками произошли очень большие смещения (эпицентральная зона землетрясений, быстрые смещения ледников и оползней) или снимки выполнены с большим интервалом во времени, применение РСА-интерферо-метрии становится невозможным из-за полной временной декорреляции. Для таких случаев были разработаны методы анализа сдвигов (называемых также офсетами) в поле амплитуд отраженных сигналов [8, 9, 10, 11]. Офсеты вычисляются при совмещении (корегистрации) снимков на субпиксельном уровне, как в направлении полета спутника, называемого азимутом, так и в направлении, перпендикулярном орбите спутника («горизонтальная дальность» в [1]). Метод трассирования офсетов часто оказывается единственным средством анализа больших локализованных смещений.
В настоящей статье выполнено комплексирование трех перечисленных методов анализа РСА снимков при изучении оползневых процессов на примере оползня в пос. Барановка, Хостинского района г. Большой Сочи. Вначале кратко изложена суть метода трассирования офсетов, поскольку пока он мало освещен в отечественной литературе. Далее приведены данные об использованных радарных снимках, некоторые общие сведения об исследуемом оползне, приведены результаты расчетов и их интерпретация.
1. Метод трассирования офсетов
Одним из первых этапов обработки РСА изображений является корегистрация (совмещение) пары снимков, которая проводится в несколько шагов. Прежде всего с использованием орбитальных эфемерид выполняется приблизительная оценка величины сдвига одного снимка относительно другого с точностью до десятков пикселей. Для более точного совмещения используются методы кросс-корреляции в скользящих окнах. Положение максимума двумерной функции кросс-корреляции дает значение величин сдвига (офсета) между двумя снимками по горизонтальной дальности и азимуту. Для того чтобы увеличить точность оценки офсетов, используется интерполяция на более частую сетку для всего набора окон. В результате для хорошо коррелированных снимков точность оценки величины офсетов может составлять 1/20 пикселя, что для снимков EN VISAT соответствует 20 см по азимуту и 1 м по горизонтальной дальности [12]. Для детальных снимков спутников TerraSAR эта величина составляет 15 см.
Полученные в результате корегистрации снимков значения офсетов по азимуту (da) и по наклонной дальности (dr) определяются не только смещением поверхности за время между съемками (обозначим их 8а и 5г), но и изменением геометрии съемки — так называемой орбитальной составляющей офсетов. Орбитальная составляющая зависит от величины базовой линии (В±, рис. 1), а также от угла между направлением полета спутника в момент первого и второго снимков. Для учета орбитальных офсетов можно использовать линейные по радарным координатам функции [9, 10], тогда свободные от орбитальной компоненты смещения в направлении азимута 8а и наклонной дальности 8Г могут быть вычислены по формулам
ôa=da-(a0 + all + a2p),
5r = dT-(b0 + bll + b2p),
где / и р — радарные координаты, а0, аь а2 и bo, Ь\, Ь-2 — коэффициенты билинейной модели,
позиция 1
позиция 0
Рис. 1. Геометрия повторной съемки (а); система координат на поверхности Земли для оценки модуля полного вектора смещения из точки 0 в точку 1 (б). Здесь В — базовая линия, 5ц, В— ее параллельная и перпендикулярная составляющие, /3 — угол видения спутника, в — угол падения радарного луча, — угол базовой линии. Ось х параллельна направлению полета спутника, плоскость гОу совпадает с плоскостью визирования, (Дг,Д,,/)г) — компоненты вектора смещений за время между двумя моментами съемки
использованной для оценки орбитальной составляющей офсетов.
Итак, уравнения (1) содержат шесть неизвестных величин: a0, a1, a2 и b0, b1, b2. Для их определения используются так называемые контрольные точки с известным расположением и известными значениями смещений [10]. На практике в качестве контрольных точек часто используют заведомо неподвижные объекты, например скальные выходы. Надежность и точность данного метода зависят от количества контрольных точек и равномерности их распределения.
Для оценки трех компонент вектора смещения воспользуемся методикой, предложенной в [8]. В рассматриваемой точке на поверхности введем прямоугольную систему координат с центром в этой точке (ось х параллельна азимуту, ось y локально горизонтальна и расположена в плоскости видения спутника, ось z вертикальна (рис. 1)). Тогда
5a = Dx /Sa,
Sr = (B cos(x - в) + Dy sin в - Dz cos 6)/Sr, ( )
где в — угол видения спутника, в — угол падения, X — угол базовой линии, Sa и Sr — пространственное разрешение в метрах по азимуту и по горизонтальной дальности соответственно.
Очевидно, что для оценки трех компонент вектора смещения (Dx, Dy, Dz) за время At = t1 - t0 между двумя моментами съемки уравнений (2) недостаточно. Если имеются снимки рассматриваемой области, сделанные и с восходящей, и с нисходящей орбит, то можно получить еще два уравнения, аналогичных (2). В этих уравнениях неизвестными будут те же три компоненты вектора смещений, что позволяет однозначно оценить величины (Dx, Dy, Dz) (см., например, [11]). В случае если имеются данные только с одной орбиты, для решения задачи необходимо ввести дополнительные предположения. В ряде работ (например, [8, 10]) предполагается, что поверхность, по которой смещается оползневая пачка пород, конформна дневной поверхности. Тогда смещения за время At по горизонтальным осям Dx и Dy и смещение по вертикали Dz связаны уравнением
д д Dz = Dx дXz(x, у)+Dy дyz(x, У),
где z = z(x, y) — ЦМР в координатах x и y. Если aa и ar — углы наклона рельефа в плоскости x0z и y0z , вычисленные относительно локальной горизонтали по ЦМР, то любому малому смещению по x и y соответствует движение по вертикали, равное
Dz = Dx tg aa + Dy tg ar. (3)
Отметим, что сделанное выше предположение не применимо к подошве оползня, где происходит накопление сползающего материала.
Теперь можно оценить модуль полного вектора смещения как
D =, D2 + D2 + D2.
(4)
В работе [13] показано, что применение уравнения (3) к данным с двух треков для оползня в районе
с. Кепша, у трассы Адлер — Красная Поляна, дало направление смещения оползня, близкое к направлению максимального уклона рельефа.
Преимущество методов оценки смещений с использованием офсетов по сравнению с методами радарной интерферометрии состоит прежде всего в том, что смещения сразу оцениваются в единицах длины, т. е. не требуется выполнять процедуру фазовой развертки. При больших смещениях, когда смещения соседних пикселей превосходят половину длины волны, развертка может проходить с ошибками. Кроме того, офсеты позволяют оценить смещения не только в направлении LOS (по наклонной дальности), как в РСА-интерферометрии, но и вдоль линии пути (по азимуту).
2. Комплексирование методов DInSAR, PSInSaR и трассирования офсетов на примере оползня в пос. Барановка, г. Большой Сочи
2.1. Спутниковые данные
В работе использованы три серии снимков на район пос. Барановка Хостинского района г. Сочи, где в ночь с 23 на 24 января 2012 г. сошел крупный оползень. РСА снимки без значительных временных разрывов покрывают интервал времени с января 2007 по сентябрь 2012 г., а именно: 18 снимков за период с 22.01.2007 по 17.09.2010, полученных с восходящей орбиты 588-го трека спутника ALOS PALSAR; 13 снимков за период с 29.11.2010 по 23.03.2012, сделанных с нисходящей орбиты 35-го трека спутника ENVISAT после коррекции его орбиты в октябре 2010 г.; 18 снимков с 24.12.2011 по 13.09.2012, сделанных с восходящей орбиты 54-го трека спутника TerraSAR-X. Направление полета, направление видения спутников и область покрытия снимков показаны на рис. 2, а, даты съемки нанесены на временную шкалу на рис. 2, б.
2.2. Оползень в пос. Барановка
Данный оползень — один из многих в окрестностях г. Большой Сочи, его последние крупные подвижки произошли в 1988 и в 2012 г. Согласно [14], с 01 по 23.01.2012 в районе Сочи выпало от 68 до 78 мм осадков, что привело к переувлажнению склонов и, вероятно, явилось одной из причин активизации оползня. Наиболее активные смещения произошли в восточной половине пос. Барановка. К счастью, человеческих жертв не было, но, по результатам работы специально созданной комиссии, 35 частных домов признаны непригодными для проживания, часть из них полностью разрушена и восстановлению не подлежит. По свидетельству местных жителей, оползень активизировался еще в декабре 2011 г. — трещали стены домов, лопались трубы, вылетали из оконных рам стекла. К сожалению, наземные данные о последнем оползневом событии немногочисленны. По данным сайта [15], обследование оползневого склона было проведено ООО «Инжзащита». Длина оползневого тела 780 м, ширина — 300-370 м, мощность — не менее 20-30 м. Его площадь 23.3 га, объем сместившихся масс оценен в 4.6 млн м3. Головная часть оползня располага-
TerraSAR-X 54А
Рис. 2. Спутниковые данные: а — контуры снимков на карте Google Earth. Показаны направление полета, направление видения спутников и области покрытия снимков. Белый прямоугольник — область оползня в пос. Барановка; б — даты съемки. Черные точки — снимки спутника ALOS, черные треугольники —
ENVISAT, ромбы — TerraSAR-X
ется на эскарпе древнего оползневого бассейна, на залесенном склоне крутизной 30-350. Ниже бровки срыва отмечаются трещины шириной до 10-15 см и глубиной до 0.5 м, разрушения полотна автодорог, бетонных отмосток, деформация домов. В средней части оползня многочисленные трещины растяжения расширяются до 0.5 м, высота вторичных бровок срыва увеличивается до 1.5 м, наблюдается полное разрушение полотна дорог, значительная деформация и разрушения придомовых территорий, крупные трещины (до 15-20 см) в стенах домов и подпорных стенах. Эти данные, а также анализ фотоматериалов, опубликованных на сайтах в сети Интернет, позволяют заключить, что смещения на склоне могли достигать 5 м и более.
2.3. Полученные результаты
Прежде всего с использованием метода трассирования офсетов были последовательно проанали-
зированы снимки, сделанные со спутников ALOS, ENVISAT и TerraSAR-X. Как и ожидалось, заметные смещения были получены по паре снимков спутника TerraSAR-X, ближайших по времени к этому событию: от 04.01.2012 (за 20 дней до активизации оползня 23-24.01.2012) и от 17.02.2012 (через три недели после активизации). Базовая линия (B) между этими снимками составляет 50.9 м. При точной корегистрации было выбрано 22500 площадок размером 32 пикселя по азимуту и 32 пикселя по горизонтальной дальности. В центрах выбранных площадок в соответствии с уравнениями (2), (3) были вычислены значения смещений Dx, Dy и Dz с 04.01.2012 по 17.02.2012 и проведены оценки модуля вектора смещений D (формула (4)). Полученные после геокодирования результаты нанесены на карту Google Earth (рис. 3, а), направление смещений в проекции на плоскость xOy (tg_1 Dx/Dy) показано на рис. 3, б.
Рис. 3. Величина модуля вектора смещений с 04.01 по 17.02.2012 (показана цветом) на карте Google Earth (а) и направление смещений в проекции на плоскость xOy (б). Размер стрелок пропорционален
величине смещения
Величины модуля вектора смещения О для районов, наиболее пострадавших от оползня за период с 04.01.2012 по 17.02.2012, следующие. В северной части Черешневого переулка (рис. 4, г) суммарное смещение с 04.01.2012 по 17.02.2012 составило около 6.4 ± 1 м, в северной части Комбинатского переулка — около 7.5 ± 1 м, на центральной части Армянской улицы недалеко от пересечения с Черешневым переулком — 5.1 ± 1 м. Области наибольших смещений, выделенные по методу трассирования офсетов, совпадают с теми районами, в которых решением комиссии по предупреждению и ликвидации чрезвычайных ситуаций администрации г. Сочи от 26 января 2012 г. был введен режим чрезвычайной ситуации.
При расчетах по снимкам с нисходящей орбиты 35 трека спутника ЕМУ1БАТ оценки смещений с 24.12.2011 по 22.02.2012 по методу трассирования офсетов получить не удалось. Вероятно, это связано с тем, что величина базовой линии между орбитами 24.12.2011 и 22.02.2012 составляет 475 м, что понижает когерентность до уровня, недостаточного даже для применения метода трассирования офсетов.
Далее были проведены расчеты по методу устойчивых отражателей с использованием программного пакета 81аМР8 для снимков со спутников АЬОБ, ЕМУ1БАТ и ТеггаБАК-Х. Для того чтобы увеличить количество определяемых РБ в области оползня и избежать ошибок развертки вследствие установленных ранее значительных смещений с 23-24.01 по 17.02.2012, при оценке смещений по данным со спутника ЕМУ1БАТ были использованы 11 снимков с 29.11.2010 по 24.12.2011 (т.е. все снимки до активизации оползня), по данным со спутника Тег-гаБАК-Х — 16 снимков с 17.02.2012 по 13.09.2012 (все снимки после активизации оползня). Средние скорости смещений в местах идентификации РБ в проекции на линию визирования (^оэ) спутников АЬОБ, ЕМУ1БАТ и ТеггаБАК-Х показаны на рис. 4, а-в. Там же показаны контуры оползня, полученные по методу трассирования офсетов.
3. Обсуждение результатов
На рис. 4 результаты анализа данных с различных спутников нанесены на разные по времени снимки из архива Google Earth (ALOS — на снимок от 27.09.2007, ENVISAT — от 27.09.2009, TerraSAR-X — от 14.04.2013). При их внимательном рассмотрении можно заметить значительное уплотнение застройки как раз в оползнево-опасном районе. Интенсивная застройка в сумме с периодом затяжных дождей, по-видимому, являются причиной катастрофического события.
Несмотря на то что число PS, идентифицированных в пределах оползня при расчетах по данным со спутников ALOS и ENVISAT, относительно невелико (рис. 4, а, б), смещения до его активизации (по крайней мере, с 22.01.2007) уверенно фиксируются в районе центральной части Армянской улицы и в южной части Комбинатовского переулка. По данным спутника ALOS, средние скорости смещений в центральной части Армянской улицы за период с 22.01.2007 по 17.09.2010 достигали 16.3 мм/год в направлении LOS, а по данным спутника ENVI-SAT, средние скорости за период с 29.11.2010 по 23.03.2012 составили 10.7 мм/год в направлении LOS. Те же величины для северной части Комбинатовского переулка составили соответственно 20 мм/год и 22.5 мм/год в направлении LOS.
Рассмотрим теперь временные серии смещений, полученные для устойчивых отражателей при расчетах по снимкам со спутника ALOS, ENVISAT и TerraSAR-X в центральной части Армянской улицы на ее пересечении с Черешневым переулком, приведенные на рис. 5. На временной серии смещений в направлении LOS, полученной по данным спутника ALOS с 22.01.2007 по 17.09.2010, видны сезонные ускорения смещений от спутника (вниз по склону) в осенне-зимние месяцы и замедление этого процесса летом. Временная серия смещений по данным спутника ENVISAT явно делится на два временных интервала — с 29.11.2010 по 27.07.2011 и с 25.09.2011 по 24.12.2011 со средними скоростя-
Рис. 4. Средние скорости смещений устойчивых отражателей öLos по данным спутников ALOS (а), ENVISAT (б) и TerraSAR-X (в). Контуры оползня, выделенные по методу трассирования офсетов, нанесены пунктирной белой линией на а и б и сплошной линией на в. На г — расположение Армянской улицы, Черешневого и Комбинатовского переулков на карте Google Earth
ми 20-21 мм/год и 50 мм/год соответственно. Это указывает на значительное ускорение оползневого процесса в с. Барановка уже осенью 2011 г., что совпадает с сообщениями очевидцев.
Проанализируем более подробно временную серию смещений в направлении LOS, полученную по снимкам спутника TerraSAR-X с 17.02.2012 по 13.09.2012 (рис. 5, в). Скорость смещений за период 17.02.2012 — 10.03.2012 достигала 30 мм/месяц, затем она замедлилась и начиная с 06.06.2012 составила 2-3 мм/мес. Зафиксированное существенное замедление движений подтверждается наземными данными. И, наконец, для оценки смещений с 17.02.2012 по 10.03.2012 проанализируем две дифференциальные интерферограммы: 17-28.02.2012 (рис. 6, а) и 28.02-21.03.2012 (рис. 6, б). Их визуальный анализ позволяет оценить величины смещений в направлении LOS в 10-12 мм в течение 11 дней с 17 по 28.02.2012 и 5-7 мм с 28.02 по 21.03.2012. Хорошее согласование этих значения со скоростями, полученными по временным сериям (рис. 5, в), служит критерием надежности полученных результатов.
Заключение
В работе выполнен анализ трех наборов радарных спутниковых снимков с различной длиной волны с использованием трех методов анализа РСА-дан-ных. Метод трассирования офсетов позволил оценить смещения в период схода оползня в ночь с 23 на 24 января 2012 г. Величины смещений для районов, наиболее пострадавших от оползня, составили: в северной части Черешневого переулка около 6.4 ± 1 м, в северной части Комбинатовского переулка — около 7.5 ± 1 м, на центральной части Армянской улицы недалеко от пересечения с Черешневым переулком — 5.1 ± 1 м. Также метод трассирования офсетов позволил определить контуры оползня, в том числе и на залесенных незастроенных склонах.
Смещения до схода оползня, полученные по данным спутника ЛЮБ с 22.01.2007 по 17.09.2010, демонстрируют сезонные ускорения смещений в направлении от спутника (вниз по склону) в осенне-зимние месяцы. Временная серия смеще-
Рис. 5. Временные серии смещений в направлении LOS по данным спутников ALOS (а), ENVISAT (б) и TerraSAR-X (в) в районе с. Барановка. Съемка со спутника ENVISAT выполнена на нисходящей орбите, а со спутников ALOS и TerraSAR-X — на восходящей орбите (направление полета показано на рис. 4), поэтому смещения в направлении LOS имеют противоположные знаки
Рис. 6. Парные интерферограммы в радарных координатах, для района оползня в с. Барановка после устранения влияния топографии, построенные по парам снимков спутника ТеггаБАК-Х 17-28.02.2012 (а) и 28.02-21.03.2012 (б). Полный цветовой цикл соответствует смещению на 15.5 мм
ний, по данным спутника ЕМУ1БАТ, показывает две стадии развития оползневого процесса до его активной фазы: с 29.11.2010 по 27.07.2011, когда скорости в направлении визирования спутника были еще относительно невелики и составляли около 21 мм/год и период ускорения смещений непосредственно пе-
ред активной фазой с 25.09 по 24.12.2011, со средними скоростями около 50 мм/год. Это указывает на значительное ускорение оползневого процесса уже осенью 2011 г. Выявленные особенности динамики развития оползневого процесса подтверждаются наземными данными и сообщениями очевидцев.
Динамика оползня после катастрофического события исследована с использованием коротковолновых снимков спутника TerraSAR-X. Скорость смещений uLOS за период 17.02-10.03.2012 достигала 30 мм/мес, затем она замедлилась и начиная с 06.06.2012 составила 2-3 мм/мес, что также подтверждается наземными данными. Для этого же периода смещения были оценены по дифференциальным интерферограммам, которые показывают смещения в направлении LOS в 10-12 мм в период с 17 по 28.02.2012 и 5-7 мм с 28.02 по 21.03.2012. Смещения за первый и второй периоды согласуются с приведенными выше скоростями смещений, полученными по временным сериям спутника Terra-SAR-X (рис. 5, в).
Выполненное исследование показывает эффективность использования радарной спутниковой интерферометрии при мониторинге оползневых процессов в условиях Северного Кавказа (горный рельеф, густая растительность на склонах) и целесообразность комплексирования различных методов анализа амплитуды и фазы радарных снимков.
Радарные снимки спутника ENVISAT были любезно предоставлены Европейским космическим агентством (ESA) в рамках проекта C1P7991. Авторы благодарны Немецкому аэрокосмическому центру (DLR) за предоставление радарных снимков спутника TerraSAR-X в рамках научного проекта LAN 1247. Снимки спутника ALOS были приобретены у японского космического агентства JAXA.
Список литературы
1. Верба В.С., Неронский Л.Б., Осипов И.Г., Турук В.Э. Радиолокационные системы землеобзора космического базирования / Под ред. В. С. Вербы. М., 2010.
2. Михайлов В.О., Назарян А.Н., Смирнов В.Б. и др. // Изв. РАН. Физика Земли. 2010. № 2. C. 3.
3. Михайлов В.О., Киселёва Е.А., Смольянинова Е.И. и др. // Изв. РАН. Физика Земли. 2014. № 4. С. 1.
4. Ferretti A., Prati C., Rocca F. // IEEE Trans. Geosci. Remote Sens. 2001. 39, N 1. P. 8.
5. Hooper, A., Segall P., Zebker H. // J. Geophys. Res. 2007. 112. B07407.
6. Hooper A., Spaans K., Bekaert D. et al. http://radar. tudelft.nl/~ ahooper/stamps/StaMPS_Manual_v3.2.pdf. 2010.
7. Михайлов В.О., Киселёва Е.А., Смольянинова Е.И. и др. // Геофиз. исслед. 2013. 14, № 4. С. 5.
8. Gray A.L., Short N., Mattar K.E., Jezek K.C. // Canad. J. Remote Sensing. 2001. 27. P. 193.
9. Strozzi T., Luckman A., Murray T. // IEEE Trans. Geosci. Remote Sens. 2002. 40. P. 2384.
10. Liu H., Yu J., Zhao Z, Jezek K.C. // Intern. J. Remote Sensing, 2007. 28, N 6. P. 1217.
11. Neelmeijer J., Motagh M., Wetzel H.-U. // Remote Sens. 2014. N 6. P. 9239.
12. Hanssen R.F. Radar Interferometry Data Interpretation and Error Analysis. Dordrecht, 2000.
13. Дмитриев П.Н., Голубев В.И., Исаев Ю.С. и др. // Соврем. проблемы дистанц. зондирования Земли из космоса. 2012. 9, № 2. С. 130.
14. Кононова Н.К. // Сложные системы. 2014. № 2 (11). P. 11.
15. https://rospravosudie.com/court-centralnyj-rajonnyj-sud-g-sochi-krasnodarskij-kraj-s/act-413232109.
The combination of methods for analyzing the amplitude and phase of satellite radar images for the estimation of displacements on landslide-affected slopes
E.A. Kiseleva1a, V.O. Mikhailov12b, E.I. Smolyaninova1, E.P. Timoshkina1, P.N. Dmitriev1
1 Schmidt Institute of Physics of the Earth, Russian Academy of Sciences, Moscow 123995, Russia.
2 Department of Physics of the Earth, Faculty of Physics, Lomonosov Moscow State University, Moscow 119991, Russia.
E-mail: a e.kiseleva@ifz.ru, b mikh@ifz.ru.
The efficiency of combining methods for analyzing the amplitude and phase of radar images from the ENVI-SAT, ALOS, and TerraSAR-X satellites is shown based on a case study of a landslide in Baranovka Settlement, Greater Sochi. The offset tracking method in the amplitude field of the reflected radar signal allowed us to define the contour of the area where the landslide occurred in the night between January 23 and 24, 2012 and to estimate the displacements in different parts of the landslide body. The maximum displacement was 7.5 ± 1 m. The displacements prior to the landslide from January 22, 2007 until September 17, 2010, as obtained from the ALOS satellite by the persistent scatterer method, demonstrate seasonal autumn-winter accelerations. The time series of displacements from the ENVISAT satellite shows that from November 29, 2010 until July 27, 2011 the displacement rates in the line-of-sight direction vLOs were relatively small (21 mm/yr), but in the period from September 25, 2011 to December 24, 2011 the slide rate increased to 50 mm/yr. As obtained by the TerraSAR-X satellite, the slide rate vLOs after landsliding in the period from February 17, 2012 to March 10, 2012, reached 30 mm/month, but after June 6, 2012 it decelerated to 23 mm/month. Similar slide rates were also obtained for the same periods based on differential interferograms.
Keywords: satellite radar interferometry, landslides, monitoring. PACS: 93.85.Pq. Received 5 March 2015.
English version: Moscow University Physics Bulletin 4(2015).
Сведения об авторах
1. Киселёва Елена Алексеевна — канд. физ.-мат. наук, ст. науч. сотрудник; тел.: (499) 254-85-77, e-mail: e.kiseleva@ifz.ru.
2. Михайлов Валентин Олегович — доктор физ.-мат. наук, профессор; e-mail: mikh@ifz.ru.
3. Смольянинова Екатерина Ивановна — канд. геол.-мин. наук, ст. науч. сотрудник; тел.: (499) 254-85-77, e-mail: katsmol@mail.ru.
4. Тимошкина Елена Павловна — канд. физ.-мат. наук, ст. науч. сотрудник; тел.: (499) 254-85-77, e-mail: elena@timoshkin.ru.
5. Дмитриев Павел Николаевич — канд. физ.-мат. наук, науч. сотрудник; тел.: (499) 254-85-77, e-mail: dmitrievpn@gmail.com.
