Исследование свойств постоянных рассеивателей городских территорий на примере Волгограда

В последнее время активно развивается направление мониторинга смещений на городских территориях с помощью метода постоянных рассеивателей (PS). Одной из актуальных задач является изучение зависимости результатов обработки от параметров съёмки (поляризации, длины волны, разрешения, углов падения) и характеристик наблюдаемой территории. В данной работе изучается зависимость количества PS, являющегося одним из ключевых показателей эффективности метода PS, от поляризации сигнала и характеристик исследуемой территории.
В качестве тестового объекта был выбран Волгоград, российский город-миллионер, включающий различные типы функциональных зон. Экспериментальным материалом послужили данные космической системы Radarsat-2, полученные с повторяющихся орбит в режиме Fine QuadPol на интервале 2013 - 2014 гг, непрерывный цикл съемок охватил все сезоны года. Интерферометрическая обработка радиолокационных данных проводилась с использованием модуля Persistent Scatterers в программном пакете SARscape.
Было исследовано пространственное распределение PS и измерены зависимости с другими объектами, имеющими площадное распределение, и были построены карты плотности PS по данным съемки на VV и HH поляризациях в двух масштабах: на уровне квартала и отдельных зданий.
В процессе анализа рассчитывались такие показатели, как разность карт плотности PS, коэффициент линейной корреляции с плотностью застройки, среднее значение плотности PS по функциональным зонам и этажности. Основные результаты:
1) Практически на всей территории в пределах кадра плотность PS больше на вертикальной поляризации (примерно на 10%).
2) Существует значительная корреляция между плотностью застройки и плотностью PS на уровне квартала (0,7), а на уровне отдельных зданий корреляция меньше (0,3).
3) Количество PS больше для зданий и окрестных территорий в районах с многоэтажной застройкой по сравнению с малоэтажной застройкой - на 27% на VV поляризации и на 17 % на HH поляризации.
Установлено, что в районах с многоэтажной застройкой PS, выявленные на VV поляризации, расположены преимущественно в нижних частях здания, а PS на HH поляризации – в верхних частях здания. В пределах многоэтажной застройки плотность PS на VV поляризации больше на 18%, в пределах малоэтажной – только на 6%.
4) Наибольшая плотность PS характерна для общественно-деловых и производственных зон, немного меньше (на 1000 PS/кв. км) – для жилых зон, наименьшая – для рекреационных зон.
Полученные результаты свидетельствуют о значительной роли поляризации сигнала при анализе данных интерферометрической съемки городских объектов по методу PS. Использование нескольких поляризаций при съёмке может быть полезно при мониторинге сложных объектов несмотря на некоторое снижение разрешения по сравнению с режимом съемки на одной поляризации. При наличии информации о плотности застройки, этажности и видах функциональных зон можно выполнить априорную оценку эффективности проведения мониторинга населенного пункта на основе метода постоянных рассеивателей.
Дальнейшие исследования с привлечением методов поляриметрического анализа являются перспективными с точки зрения возможности выявления доминирующего механизма рассеяния объектов, являющихся постоянными рассеивателями.
Радиолокационные данные Radarsat-2 получены для данного исследования в рамках международной образовательной программы Канадского космического агентства SOAR-EI, проект №5137.