Построение ЦМР и измерение смещений рельефа методом космической радарной интерферометрии

1. Построение ЦМР и измерение смещений рельефа методом космической радарной интерферометрии Ю.Б. Баранов, М.А. Ванярхо, Е.Д. Денисевич, Л.Ю. Кожина Generation of Digital Elevation Models and Detection of Surface Movements via Space Radar Interferometry

2. Введение • В докладе представлен опыт авторов в части использования космических радиолокационных съемок (Envisat, тандем Envisat-ERS, AlosPalsar, Terrasar-X, CosmoskayMed) и космической альтиметрии для построения цифровых моделей рельефа масштабов 1:100 000, а также измерений смещений земной поверхности, опасных для инженерных объектов. We present results of our studies on using space radar surveys (Envisat, Envisat-ERS, ALOS/PALSAR, TerraSAR-X, Cosmo-SkyMed) and space altimetry for the generation of digital elevation models at scales 1 : 100 000 – 1 : 25 000, as well as for the detection of surface movements that can affect engineering objects. Построение ЦМР и измерение смещений рельефа методом космической радарной интерферометрии

3. Задачи и спутниковые системы В настоящее время авторами выполняется полномасштабный анализ потенциала радиолокационных данных для решения различных задач нефтегазовой отрасли (мониторинг смещений земной поверхности, получение ЦМР, обнаружение нефтяных пятен в акваториях, дешифрирование геологических структур и т.д.). • Используемые данные: • Envisat, тандем Envisat-ERS, AlosPalsar, Terrasar-X, CosmoskayMed Построение ЦМР и измерение смещений рельефа методом космической радарной интерферометрии

4. Космические радиолокационные системы TerraSAR-X RADARSAR-2 COSMO-SkyMed Построение ЦМР и измерение смещений рельефа методом космической радарной интерферометрии

5. Краткие теоретические основы радиолокационной интерферометрии Схема космосъёмки интерферометрической пары изображений H1 и H2 – высота радиолокатора; R1 и R2 – дальность (путь зондирующей волны); θ1 и θ2 – углы между дальностью и высотой; B┴ и B║ - перпендикулярная и параллельная составляющие базовой линии; В – результирующая базовая линия. Результирующая фаза интерферометрической пары Ф = Фtopo + Фdef + Фatm + Фn; где: Фtopo– фазовый набег за счет обзора топографии под двумя разными углами; Фdef– фазовый набег за счет смещения поверхности в период между съемками; Фatm– фазовый набег за счет различия длин оптических путей из-за преломления в среде распространения сигнала; Фn– вариации фазы в результате электромагнитного шума. Построение ЦМР и измерение смещений рельефа методом космической радарной интерферометрии

6. ПоискиМетод радарной интерферометрии Расчет смещений земной поверхности: Ф = Фtopo + Фdef + Фatm + Фn Локальные аномалии современных вертикальных движения земной поверхности (желтое) свидетельствуют о перспективности поисковых объектов (черные контуры) Построение ЦМР и измерение смещений рельефа методом космической радарной интерферометрии

7. ЭкологияПросачивание углеводородных газов от залежи к поверхности (акватории) Разрывы и зоны их геодинамического влияния. Выявление и картографирование на основе космических и геоинформационных технологий Построение ЦМР и измерение смещений рельефа методом космической радарной интерферометрии

8. Экология и поиски«Слики» на поверхности моря контролируются разрывами Углеводородные пленки – «слики» поисковый признак месторождений УВ на акваториях. Их изучение - способ контроля разведки и эксплуатации морских месторождений Построение ЦМР и измерение смещений рельефа методом космической радарной интерферометрии

9. Поиски на акваториях Схема измерения топографии поверхности океана спутниковым альтиметром (ERS-1, Geosat GM) Выявление локальных аномалий гравитационного поля по данным спутниковой альтиметрии. Голубой цвет – дефицит массы Построение ЦМР и измерение смещений рельефа методом космической радарной интерферометрии

10. Современные движения по разрывам неотектонические движения по данным радиолокационной съемки (ALOS) - поднятия окрашены от светло зеленого до красного цвета, где ступень каждого изменения цвета соответствует одному сантиметру - просадки окрашены в синие тона, где также ступень каждого изменения цвета соответствует одному сантиметру, от светлых к темным Разрывные нарушения Построение ЦМР и измерение смещений рельефа методом космической радарной интерферометрии

11. ПОСТРОЕНИЕ ЦИФРОВЫХ МОДЕЛЕЙ РЕЛЬЕФА МЕТОДОМ КОСМИЧЕСКОЙ РАДИОЛОКАЦИОННОЙ ИНТЕРФЕРОМЕТРИИ часть 1 тандем Envisat-ERS Построение ЦМР и измерение смещений рельефа методом космической радарной интерферометрии

12. ПОСТРОЕНИЕ ЦИФРОВЫХ МОДЕЛЕЙ РЕЛЬЕФА МЕТОДОМ КОСМИЧЕСКОЙ РАДИОЛОКАЦИОННОЙ ИНТЕРФЕРОМЕТРИИ часть 2 Интерферограмма, рассчитанная по паре снимков ALOS PALSAR от 09.06.2006 и 25.07.2006 Дифференциальная интерферограмма, полученная путем вычитания из интерферограммы фазы опорного рельефа, синтезированной с помощью топокарты масштаба 1 : 500 000 (слева), с топокарты масштаба 1 : 100 000 (справа) Когерентность. Красным цветом выделены пиксели с значением когерентности свыше 0,15 Построение ЦМР и измерение смещений рельефа методом космической радарной интерферометрии

13. ПОСТРОЕНИЕ ЦИФРОВЫХ МОДЕЛЕЙ РЕЛЬЕФА МЕТОДОМ КОСМИЧЕСКОЙ РАДИОЛОКАЦИОННОЙ ИНТЕРФЕРОМЕТРИИ vs. Цифровая модель рельефа, построенная по результатам оцифровки горизонталей и высотных отметок топокарты масштаба 1 : 100 000 Цифровая модель рельефа, построенная по результатам обработки снимков ALOSPALSAR Красный цвет – погрешность по высоте в пределах 5 м, зеленый цвет – в пределах 10 м, синий цвет – в пределах 20 м, белый и черный цвета – разрыв фазы Построение ЦМР и измерение смещений рельефа методом космической радарной интерферометрии

14. ОЦЕНКА СМЕЩЕНИЙ ЗЕМНОЙ ПОВЕРХНОСТИ И ДЕФОРМАЦИЙ СООРУЖЕНИЙ НА ТЕРРИТОРИИ МЕСТОРОЖДЕНИЯ ПОЛЕЗНЫХ ИСКОПАЕМЫХ Назначение: • Проведение маркшейдерско-геодезических работ • Мониторингопасных процессов (геодинамических, геокриологических, техногенных) для повышения уровня безопасности, снижения рисков возникновения аварийных ситуаций, сокращения затрат на ремонт сооружений Отличия, особенности: • Комплексирование и пространственное сопоставление в геоинформационной системе космических, геодезических и геолого-геофизических данных для получения оперативной информации о характере, степени и причинах смещений земной поверхности и деформаций сооружений • Прямые измерения различий в рельефе, произошедших за период между съёмками • Метод позволяет охватить значительные площади и получать данные по всей территории исследуемого объекта (не только вдоль линий нивелирных ходов), что актуально при высокой скорости и интенсивности протекания опасных природных и техногенных процессов Значимые характеристики, показатели: • Высокая точность измерений (сантиметры и миллиметры) Наименование объектов внедрения: • Проекты системы маркшейдерско-геодезического мониторинга за природными и техногенными смещениями земной поверхности и деформациями сооружений на месторождениях углеводородов • Постоянно обновляемые цифровые карты смещений земной поверхности П-ов Ямал, июль-август 2008 г. Результат обработки радарных снимков. г. Москва, ул. Костякова, 09.03.09. Провал площадью 4 x 4 м и глубиной 2 м. Построение ЦМР и измерение смещений рельефа методом космической радарной интерферометрии

15. Планирование радиолокационной съемки Даты выполненных съемок: 03.12.2008; 14.12.2008; 25.12.2008; 05.01.2009; 16.01.2009; 27.01.2009; 18.02.2009; 01.03.2009; 12.03.2009; 23.03.2009; 03.04.2009; 14.04.2009; 06.05.2009 17.05.2009 28.05.2009 08.06.2009 22.07.2009 08.05.2008; 30.05.2008; 10.06.2008; 21.06.2008; 02.07.2008; 13.07.2008; 24.07.2008; 04.08.2008; 15.08.2008; 17.09.2008; 28.09.2008; 09.10.2008; 20.10.2008; 31.10.2008; 11.11.2008; 22.11.2008. Всего: 33 прохода. Контур кадра многопроходной съемки Построение ЦМР и измерение смещений рельефа методом космической радарной интерферометрии

16. 8 мая – 30 мая 3 см 2 см 1 см -1 см -2 см -3 см Построение ЦМР и измерение смещений рельефа методом космической радарной интерферометрии

17. 8 мая – 10 июня 3 см 2 см 1 см -1 см -2 см -3 см Построение ЦМР и измерение смещений рельефа методом космической радарной интерферометрии

18. 8 мая – 21 июня 3 см 2 см 1 см -1 см -2 см -3 см Построение ЦМР и измерение смещений рельефа методом космической радарной интерферометрии

19. 8 мая – 2 июля 3 см 2 см 1 см -1 см -2 см -3 см Построение ЦМР и измерение смещений рельефа методом космической радарной интерферометрии

20. 8 мая – 13 июля 3 см 2 см 1 см -1 см -2 см -3 см Построение ЦМР и измерение смещений рельефа методом космической радарной интерферометрии

21. 8 мая – 24 июля 3 см 2 см 1 см -1 см -2 см -3 см Построение ЦМР и измерение смещений рельефа методом космической радарной интерферометрии

22. 8 мая – 4 августа 3 см 2 см 1 см -1 см -2 см -3 см Построение ЦМР и измерение смещений рельефа методом космической радарной интерферометрии

23. 8 мая – 15 августа 3 см 2 см 1 см -1 см -2 см -3 см Построение ЦМР и измерение смещений рельефа методом космической радарной интерферометрии

24. 8 мая – 17 сентября 3 см 2 см 1 см -1 см -2 см -3 см Построение ЦМР и измерение смещений рельефа методом космической радарной интерферометрии

25. 8 мая – 28 сентября 3 см 2 см 1 см -1 см -2 см -3 см Построение ЦМР и измерение смещений рельефа методом космической радарной интерферометрии

26. 8 мая – 31 октября 3 см 2 см 1 см -1 см -2 см -3 см Построение ЦМР и измерение смещений рельефа методом космической радарной интерферометрии

27. 8 мая – 11 ноября 3 см 2 см 1 см -1 см -2 см -3 см Построение ЦМР и измерение смещений рельефа методом космической радарной интерферометрии

28. 25 декабря – 16 января 3 см 2 см 1 см -1 см -2 см -3 см Построение ЦМР и измерение смещений рельефа методом космической радарной интерферометрии

29. 16 января – 27 января 3 см 2 см 1 см -1 см -2 см -3 см Построение ЦМР и измерение смещений рельефа методом космической радарной интерферометрии

30. Карта смещений земной поверхности и деформаций зданий и сооружений в городе Новый Уренгой за период с мая по ноябрь 2008 года Построение ЦМР и измерение смещений рельефа методом космической радарной интерферометрии

31. Смещения земной поверхности, геодинамические и геокриологические явления(Cosmo-SkyMed) трубопровод болгунях Область отборов газа Построение ЦМР и измерение смещений рельефа методом космической радарной интерферометрии

32. Варианты цифровых моделей рельефа тандем Envisat-ERS ALOS PalSar ЦМР Построение ЦМР и измерение смещений рельефа методом космической радарной интерферометрии

33. Исследование современной геодинамики Построение ЦМР и измерение смещений рельефа методом космической радарной интерферометрии

34. Оценка геодинамического риска РД-51-1-96 «ИНСТРУКЦИЯ ПО ОХРАНЕ ОКРУЖАЮЩЕЙ СРЕДЫ …» При оценке потенциального геодинамического риска следует различать три уровня современного геодинамического состояния недр: допустимый - величина относительного деформирования геологической среды не превышает 5·10(-6) , т.е. горизонтальные размеры участка геологической среды длиной в 1 км изменяются во времени (в среднем за 1 год) не более чем на 5 мм, или сотрясаемость земной поверхности от землетрясения не превышает 3-4 балла (по шкале MSK-64); условно допустимый - величина относительного деформирования геологической среды не превышает 10 (-5), т.е. горизонтальные размеры участка геологической среды длиной в 1 км изменяются во времени (в среднем за 1 год) не более чем на 10 мм, или сотрясаемость земной поверхности от землетрясения не превышает 4-5 баллов (по шкале MSK-64): аномальный - величина относительного деформирования геологической среды превышает 5·10 (-6) , т.е. горизонтальные размеры участка геологической среды длиной в 1 км изменяются во времени (в среднем за 1 год) более чем на 50 мм, или сотрясаемость земной поверхности от землетрясения превышает 6 баллов (по шкале MSK-64). Уклоны Геодинамические опасности Построение ЦМР и измерение смещений рельефа методом космической радарной интерферометрии

35. СПАСИБОЗА ВНИМАНИЕ Центральный офис ООО «Газпром ВНИИГАЗ» п. Развилка, Московская область internet:www.vniigaz.gazprom.ru e-mail:vniigaz@vniigaz.gazprom.ru телефон: (+7 495) 355-92-06 факс: (+7 498) 657-69-05 Филиал ООО «Газпром ВНИИГАЗ" в г. Ухта ул. Севастопольская, 1"а", г. Ухта, Респ. Коми, РФ Тел/факс (+7 2147) 3-01-42 Газсвязь: 787-748-70, 787-723-11 e-mail: sng@sng.vniigaz.gazprom.ru Построение ЦМР и измерение смещений рельефа методом космической радарной интерферометрии