CC BY
156
ПРИМЕНЕНИЕ РАДАРНОЙ ИНТЕРФЕРОМЕТРИИ ПРИ ИЗУЧЕНИИ ПОДРАБОТАННЫХ ТЕРРИТОРИЙ
Жаннат Зекеновна Толеубекова
Карагандинский государственный технический университет, 100027, г. Караганда, ул. Бульвар Мира, 56, кандидат технических наук, доцент кафедры Маркшейдерского дела и геодезии, тел. (7212) 56-26-27, e-mail: [email protected]
Дмитрий Владимирович Мозер
Карагандинский государственный технический университет, 100027, г. Караганда, ул. Бульвар Мира, 56, кандидат технических наук, доцент кафедры Маркшейдерского дела и геодезии, тел. (7212) 56-26-27, e-mail: [email protected]
Асель Куандыковна Омарова
Карагандинский государственный технический университет, 100027, г. Караганда, ул. Бульвар Мира, 56, магистр техники и технологии, преподаватель кафедры Маркшейдерского дела и геодезии, тел. (7212) 56-26-27, e-mail: [email protected]
Асем Сериковна Туякбай
Карагандинский Государственный Технический Университет, 100027, г. Караганда, ул. Бульвар Мира, 56, ассистент кафедры Маркшейдерского дела и геодезии, тел. (7212) 56-26-27, e-mail: [email protected]
В статье рассмотрены вопросы спутниковой радарной интерферометрии, обозначены проблемы применения дистанционного зондирования Земли в Республике Казахстан, подробно рассмотрены вопросы этапов создания мониторинга за сдвижением поверхности Земли подрабатываемых территорий района города Караганды.
Ключевые слова: радиолокационная съемка, радарная интерферометрия, спутниковый мониторинг подработанных территорий, радарные данные.
APPLICATION TO THE STUDY RADAR INTERFEROMETRY EARN TERRITORIES
Jannat Zh. Toleubekova
Karaganda State Technical University, 100027, Karaganda, 56 Mira blvd, cand. tech. sci., Associate Professor of Surveying and Geodesy, tel. (7212) 56-26-27, e-mail: [email protected]
Dmitry V. Moser
Karaganda State Technical University, 100027, Karaganda, 56 Mira blvd, cand. tech. sci., Associate Professor of Surveying and Geodesy, tel. (7212) 56-26-27, e-mail: [email protected]
Assel K. Omarova
Karaganda State Technical University, 100027, Karaganda, 56 Mira blvd, master of Geodesy, senior teacher, department of Surveying and Geodesy, tel. (7212) 56-26-27, e-mail: [email protected]
Assem S. Tuyakbai
Karaganda State Technical University, 100027, Karaganda, 56 Mira blvd, assistant, department of Surveying and Geodesy, tel. (7212) 56-26-27, e-mail: [email protected]
The questions of satellite radar interferometry, identified the problems of remote sensing in the Republic of Kazakhstan, describes how to create stages for monitoring the Earth's surface displacement undermined the district of the city of Karaganda.
Key words: radar imagery, radar interferometry, satellite monitoring earn territories, radar
data.
На сегодняшний в Республике Казахстан вопрос о проведении мониторинга деформаций в районе подработанных угольными шахтами территорий Карагандинской области остается открытым. Традиционным методом наблюдений является маркшейдерский инструментальный контроль деформаций земной поверхности, разработанный в 70-х годах прошлого века с использованием наблюдательных линий. Несмотря на внедрение новых инструментов и методик измерения с использованием современных тахеометров, GPS-приемников, лазерных сканеров, данный вопрос не дает масштабного видения всей ситуации в целом. Провести мониторинг всей территории традиционным способом аэро - или наземной фотограмметрии весьма дорогостояще и может осуществляться только на локальных участках. При меньших затратах и с более высокой точностью возможно применение систем дистанционного зондирования Земли (ДЗЗ). Одним из методов, который нашел широкое применение, является спутниковая радарная интерферометрия. В практике европейских стран за последние десять лет способ спутниковой радарной интерферометрии стал широко применим для мониторинга деформационных процессов поверхности Земли.
Суть космической радиолокационной интерферометрии заключается в совместной обработки фазовых полей, полученных съемкой одного и того же участка местности одновременно двумя антенными системами либо одной антенной на двух или нескольких витках орбиты [1,2].
Полученный космический снимок является изображением объекта, построенное путем его проектирования из одной или нескольких точек пространства на ту или иную поверхность по заданному закону. Задача обработки изображений сводится к установлению связи между координатами отдельных точек в системах местности и изображения. Технология установления и использования такой связи определяется техническими характеристиками съемочной аппаратуры, способом формирования изображения и параметрами орбиты космического аппарата. Сделан анализ разновидности съемочных систем и некоторые геометрические особенности получаемых с их помощью изображений.
В настоящее время на орбите находится более 50 спутников дистанционного зондирования Земли, которые делятся на группы: пассивные, ведущие съемку оптико-электронными сенсорами, и активные, основанные на радарной локации (табл. 1). С целью проведения наблюдения за сдвижением и деформациями подработанной территории города Караганды необходимы радарные данные со спутников, осуществлявших съемку данной территории. Анализ показал, что радарные снимки доступны лишь с семи
радиолокационных систем, причем пространственное разрешение изображений, получаемых с их помощью, достигает 0,5 м.
Таблица 1. Характеристика космических спутников
Спутник Тип съемки Разрешен ие, м Спектральный диапазон Ширина полосы, км Повторяемость съемки, сутки Страна
GeoEye-1 опт 0,4 (0,5) 1,6 (2) L 15,2 2-3 США
TerraSAR-X рад 1 - 16 Х 10 - 100 2,5-11 Г ермания
RADARSAT - 2 рад 3-100 С 20 - 500 1-3 Канада
SPOT 5 опт 2,5 - 20 L 60 1-4 Франция
Landsat 7 опт 15 - 60 L 185 16 США
ALOS опт рад 2,5-10 7-100 L 35 - 350 2 Япония
Kompsat - 2 опт 1-4 L 15 3 Корея
FORMOSAT - 2 опт 2-8 С 24 1 Тайвань
На территории Республики Казахстан реализацию радарных данных со спутников SPOT, FORMOSAT - 2, TerraSAR-X, TanDEM-X осуществляет Национальная компания АО НК «Казахстан Гарыш Сапары» в г. Астане.
Космический радиолокационный мониторинг за деформационными процессами имеет свои недостатки, среди которых можно выделить следующие:
- Охват космических снимков достаточно обширен, заказ необходимого участка территории занимает длительное время;
- Для наблюдения за деформационными смещениями поверхности бортов карьеров необходимо учитывать геометрическое расположение спутников над снимаемой территорией, так как наблюдаемая часть поверхности земли может попадать в «мертвую зону»;
- Даже при самом максимальном разрешении космического снимка размеры пикселей настолько велики, что получить достоверную картину о положении зафиксированных точек на наблюдаемой поверхности очень сложно и даже практически не реально;
- Повторная съемка того же участка с космического аппарата может длиться от 2 до 24 суток, что для оперативного получения данных о состоянии наблюдаемого объекта весьма не удовлетворительно [2,3].
Для реализации проекта по наблюдению за состоянием подработанной территории города Караганды методом спутниковой радарной интерферометрии необходимо решить следующие задачи.
1. Определить, как получать снимки.
Космические снимки необходимо выбрать с одной и той же точки траектории, снятые в разное время, одной и той же территории. Для удобства космические радарные снимки, запечатлевшие территорию г. Караганды можно посмотреть на сайте компании ASTRIUM в архиве данных terrasar-x-
archive.infoterra.de (рис. 1). Благодаря чему предоставляется возможность подобрать необходимые радарные снимки по дате.
I U»Smd.Ba9UP* |
Рис. 1. Выбор радарных снимков Terra SAR-X г. Караганды
2. Выбрать программное обеспечение для обработки радарных данных.
Выбор программного комплекса осуществляется по различным критериям. Во-первых, по функциональным возможностям, по доступности интерфейса, быстроты построения графического и наглядного материала; во-вторых, по доступности в цене. Самые распространенные программные комплексы, предназначенные для обработки радарных данных, такие как SARscape, ERDAS, ENVI 4.8, GAMMA доступны в продаже и имеют отличные друг от друга функциональные возможности.
2. Обозначить границы подработанной территории.
С целью проведения наблюдения за сдвижением и деформациями подработанной территории г. Караганды необходимо согласовать границы с планами горных работ компанией АО «Арселор Миттал Темиртау», производящей выемку полезного ископаемого из недр Земли.
3. Пройти обучение обработке космических снимков в выбранном программном комплексе.
В Республике Казахстан на сегодняшний день, к сожалению, обучающие курсы по обработке радарных космических данных в программах SARscape, ERDAS, ENVI 4.8, GAMMA не проводятся. Для решения данной проблемы могут быть задействованы российские ученые научно-исследовательских центров, специалисты различных компаний «Совзонд», инженерно-
технологический центр «СканЭкс», ООО «Навгеоком», ведущих учебных организаций и заведений НИИГАИК.
Все эти задачи необходимо решить для того, что бы изучить негативное влияние подземных горных работ, получить картину вертикальных деформаций земной поверхности подработанной территории города Караганды.
БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК
1. Лекционный курс проф. В. Буш, докт. С. Кноспе по дисциплине «Наблюдение за деформациями Земли методом Дистанционное зондирования», Институт Геотехники и Маркшейдерии, Технический Университет Клаусталь, Германия, часть 4, июль 2011. -Vorlesungen von Proff. Dr. - Ing. W. Busch, Dr. rer. nat. St. Knospe vom „Erfassung von Bodenbewegungen mit Methoden der Fernerkundung“. Teil 4, Juli 2011
2. Überwachung von Bodenbewegungen über einem Erdgas-Popenspeicher mit Metoden der satellitenbasierten Radarinterferometrie Tanja Schäfer, Tilman Brock, Wolfgang Busch, Matthias Stark: In: DMV und IMGF (Hrsg.): Tagungsband Energie und Rohstoffe 2011 - Beitrag des Markscheidewesens, 7. - 10. 09. 2011 Freiberg, S. 230 - 239.
3. Лысков И. А. Пермский государственный технический Университет, доклад на тему: «Мониторинг деформационных процессов подработанных территорий и выделение зон сдвижений с помощью спутниковой радарной интерферометрии». - Пермь: 2010.
©Ж.З. Толеубекова, Д.В. Мозер, А.К. Омарова, А.С. Туякбай, 2012
