Мониторинг сдвижений земной поверхности методом радарной интерферометрии в условиях Крайнего Севера

Радарная интерферометрия, как метод мониторинга процессов оседаний, может обеспечивать информацией о развитии процессов оседаний в любой точке исследуемой территории в период многопроходной космической радиолокационной съемки. Развитие данного метода для мониторинга значительных по площади территорий ведется в Пермском национальном исследовательском политехническом университете с 2007г.
В физико-географическом плане район работ находится на западном побережье Гыданского полуострова. В административном отношении участок расположен в Тазовском районе Ямало-Ненецкого автономного округа Тюменской области, в 392 км к северо-западу от п. Тазовский и в 515 км к северу от ближайшего крупного населенного пункта г. Новый Уренгой.
Для выполнения нулевого и первого цикла наблюдений космическая съемка осуществлялась при помощи космического аппарата TerraSAR-X. Количество съемок с КА TerraSAR-X в 2022 году составило 9 штук. Съёмка осуществлялась с двух положений орбит – 5 сцен с восходящей орбиты 012R, и 4 сцены с нисходящей орбиты 009R. Количество съемок с КА TerraSAR-X в 2023 году составило 15 штук. Съёмка осуществлялась с двух положений орбит – 10 сцен с восходящей орбиты 012R, и 5 сцен с нисходящей орбиты 009R.
На данную территорию также имеется архив данных Sentinel-1b за 2017 г. – 2022 г. В связи с незапланированным выходом из строя КА Sentinel-1b, в конце 2021 г., использование данных с указанных КА в дальнейшем оказалось невозможным.
Так как большая часть территории является незастроенной, то способность отражения сигнала радара, прежде всего зависела от естественных покрытий - обширности вод, растительности и обнаженных грунтов. В этой связи на территории Крайнего Севера для обработки сцен предпочтительно использовать методику точечного анализа. В этом случае в качестве объектов исследований выступали отдельные точки с наивысшими спектральными характеристиками – т.е. наиболее надежные точки-отражатели.
В качестве цифровой модели рельефа (ЦМР) использовался фрагмент модели высот ArcticDEM. В основе ArcticDEM лежат оптические стереоизображения, получаемые со спутников DigitalGlobe WorldView-1, 2, 3.Данные ArcticDEM покрывают всю территорию Земли севернее 60° с.ш. Для данной работы использовалась цифровая модель рельефа с пространственным разрешением 32м.
Генерации интерферограмм выполнялась путем вычитания фаз в соответствующих точках корегистрированных пар сцен. Подбор пар осуществляется за счет различной компоновки временных и пространственных ограничений базисов. Компоновка позволяет на основе немногочисленного количества сцен, разрозненных по времени, построить достаточное количество интерферограмм и добиться многократного измерения оседаний одного и того же интервала на основе данных различных съемок.
Для каждого набора данных за 2022 г. - 2023 г. отдельно для восходящего (012R) и нисходящей орбиты (009R) были построены интерферограммы. На основе 10 сцен 2023 года и 5 сцен 2022 года восходящей орбиты (012R) было построено 105 интерферограмм. На основе 5 сцен 2023 года и 4 сцен 2022 года нисходящей орбиты (009R) было построено 36 интерферограмм
Развернутые интерферограммы представляют собой карты смещений отметок точек за один период в наклонном направлении. Для создания карт вертикальных смещений величины оседаний в интерферограммах проецируются на отвесную плоскость, используя орбитальные данные и значений углов зондирования.
Погрешность определения оседаний за 5 лет для данных Sentinel-1 находится на уровне от 5 до 20 мм. Для данных TerraSAR-X погрешность определения скоростей оседаний на территории месторождения находится на уровне от 0,04 до 4,5 мм/год. В сезон 2023 года данные съемки с КА TerraSAR-X служили материалом для первого цикла работ. При этом данные 2022 года служили исходными при построении интерферограмм и были включены в обработку.
На исследуемой территории в период с 2017 по 2022гг. по данным Sentinel-1 зафиксированы отдельные места геодинамической активности со значениями оседаний до 23-24 мм за 5 лет. Места геодинамической активности в основном приурочены к незастроенной части месторождения.
Как показал опыт данной работы, по данным Sentinel-1, в данной области достаточно трудно получить хорошую корреляцию земной поверхности.
На территории полуострова в период с 2022 по 2023гг. по данным TerraSAR-X зафиксированы отдельные места геодинамической активности со значениями оседаний до 11 мм за год, расположенные в незастроенной части, вероятно они приурочены к сезонным изменениям грунта.
Юго-западнее аэропорта по данным луча 009R наблюдаются оседания в размере 4,71 мм, а по данным луча 012R поднятия в размере 4,50 мм. Это не является ошибкой обработки. И связано с тем, что радиолокационная съемка выполнялась с двух направлений (нисходящей орбиты 009R и восходящей орбиты 012R). Все выводы основаны на анализе оседаний, т.е. вертикальных смещений точек. Смещения определялись как уменьшение длины вектора зондирования (поднятия), или как его удлинение (оседания). При наличии оседаний в точках по направлению одной из орбит съемки, и одновременном поднятии в этих же точках по направлению противоположной орбиты, величины смещений могут являться горизонтальными смещениями с примерными величинами выявленных оседаний. В данном случае такая картина означает наличие горизонтальных смещений в западном направлении в размере 4,50-4,71 мм.