Мониторинг смещений техногенных объектов на территории Калининградской области

В 2014 и 2016 гг. Европейским космическим агентством (ESA — European Space Agency) запущены два радиолокационных спутника среднего пространственного разрешения Sentinel-1A/B, которые уже в течение 6 лет поставляют пользователям изображения земной поверхности вне зависимости от освещённости и погодных условий. Открылась возможность наблюдать за геодинамикой огромных территорий. В работе приведено исследование и практическое применение технологии спутниковой радиолокационной интерферометрии для обнаружения деформаций земной поверхности и смещений техногенных объектов на территории Калининградской области.
В работе использованы радиолокационные данные, полученные с пары спутников Sentinel-1A/B. Съёмка земной поверхности радиолокатором Sentinel/SAR выполняется в ре-жиме TOPSAR (Terrain Observation with Progressive Scans SAR), что является более эффективной версией широкополосного режима ScanSAR. Радиолокатор зондирует участок земной поверхности вдоль линий пролёта космического аппарата тремя парциальными полосами, переключая сканирующий луч. В результате кадр размером 250×250 км состоит из трёх полос по 9–10 парциальных кадров размером ~87×27 км каждый с некоторым перекрытием. Данные доступны для свободного скачивания на порталах SciHUB (https://sci-hub.copernicus.eu/) и Alaska Satellite Facility (https://asf.alaska.edu/) в формате SLC (Single Look Complex), подходящем для интерферометрической обработки.
Спутниковая радиолокационная интерферометрия использует эффект интерференции электромагнитных волн и основана на математической обработке нескольких когерентных амплитудно-фазовых измерений одного и того же участка земной поверхности со сдвигом в пространстве приёмной антенны при проведении нескольких последовательных съёмок. Для обработки многовременной радиолокационной съёмки Sentinel-1A/B использован метод постоянных интерферометрических отражателей, который является эффективным инструментом для мониторинга деформаций.
Калининградская обл. — самый западный регион России, занимающий площадь более 15 тыс. км2. Максимальная протяжённость области с запада на восток — 205 км, с севера на юг — 108 км. Благодаря европейскому расположению региона его съёмка выполняется с двух спутников Sentinel-1A/B с периодичностью 6 суток. Для покрытия всей территории области использованы 14 парциальных кадров в режиме TOPSAR Interferometric Wide (орбита №26). Обработка данных многопроходной радиолокационной съёмки по методу постоянных отражателей выполнена с использованием программного обеспечения FInSAR, написанного на языке C/C++. Для представления результатов разработан геоинформационный сервис, реализованный на базе доступного программного обеспечения GeoServer, которое, получая на входе файл в формате ESRI ShapeFile, формирует растровые тайлы, загружаемые клиентской программой на стороне пользователя. Таким образом, взаимодействие с интерактивной картой осуществляется через обычный веб-браузер.
Для построения и публикации растровых картосхем дополнительных характеристик потенциально опасных зон деформаций предлагается использовать точечно-зональную методологию представления результатов обработки спутниковых радиолокационных данных, что существенно повысит значимость и возможности дальнейшего использования данных космического мониторинга.
В Калининградской области выявлено несколько потенциальных областей интереса, характеризуемых значительными величинами просадок или разнонаправленной деформацией земной поверхности. В том числе: стадион к чемпионату мира по футболу, территория Калининградского морского торгового порта, промплощадка строящейся ТЭС Приморская, окрестности Янтарного карьера, Балтийская коса. Результаты проекта показывают эффективность и практическую значимость выбранного подхода, включая обработку данных, точечно-зональный анализ и публи-кацию материалов для широкого доступа.
Работа выполнена при поддержке Российского фонда фундаментальных исследований (проект No 19-45-390002-р-а).