Космический радарный мониторинг смещений и деформаций земной поверхности и сооружений на месторождениях полезных ископаемых и в городах

Как известно, по результатам многопроходных космических радарных съемок одной и той же территории, выполненных с одинаковыми параметрами и геометрией съемки, возможно оценивать смещения земной поверхности или зданий и сооружений с сантиметровой (для земной поверхности) и даже с миллиметровой (для зданий и сооружений) точностью. Для решения этой задачи необходимо выполнение интерферометрической обработки радарных снимков многопроходной серии.
Возможность такой обработки реализована, например, в программном комплексе SARscape (Exelis VIS, США), эксклюзивным дистрибьютором которого на территории России и СНГ является компания «Совзонд». В частности, в модуле SARscape Interferometric Stacking представлено две технологии интерферометрической обработки многопроходных серий радарных снимков: Persistent Scatterers Interferometry (Интерферометрия постоянных отражателей радарного сигнала) и Small Baseline Series Interferometry (Интерферометрия серий радарных снимков с малой взаимной базовой линией).
Вариант радарной интерферометрии постоянных отражателей характеризуется максимально возможной точностью оценки смещений (2 – 4 мм для зданий и сооружений). Входными данными для обработки должны являться не менее 30 снимков одной и той же территории за разные даты за период не менее 6 – 12 месяцев, сделанные в одной и той же геометрии съемки спутникового радиолокатора.
Программой выбирается основное изображение, на которое автоматически – с точностью до 1/100 пикселя корегистрируются (взаимно отождествляются) остальные снимки интерферометрической цепочки. Далее программа строит так называемые интерферограммы (комплексно поэлементно перемноженные фазовые слои радарных снимков) по каждой паре снимков. Затем для каждой пары оцениваются величины когерентности (меры корреляции фаз радарных снимков). Также для каждой пары строятся карты величин стандартных отклонений амплитуд снимков.
Затем программой определяются точки – постоянные (или устойчивые) рассеиватели радиолокационного сигнала. Для выбора точек используется несколько порогов (порог корреляции амплитуд, порог когерентности, порог пространственного и временного отклонений величин смещений первой итерации и т.д.). После того как постоянные рассеиватели определены – для них выполняется процедура оценки фазовых разностей и мультивременной развертки фазы для точечных целей. Именно в разности фаз каждого снимка «зашита» величина смещений за период между съемками этих снимков.
Таким образом, для каждой из выбранных точек восстанавливается хронология изменения фазы во времени, которая затем математически пересчитывается в смещения в миллиметрах. Дополнительно в процессе обработки применяется специальный фильтр, удаляющий возможное влияние атмосферы на интерферометрическую фазу.
Результатом обработки является векторный файл точек (шейп-файл для программы ArcGIS и kml файл для программы Google Earth), в атрибутах которых записаны:
 Смещения на каждую дату съемки;
 Среднегодовая скорость смещений;
 Суммарная величина смещений;
 Когерентность;
 Высота над эллипсоидом WGS-84.
Интерферометрия малых базовых линий, в отличие от интерферометрии постоянных рассеивателей, является менее автоматизированным методом и требующим большей квалификации исполнителя. В этом случае, усиливается вклад статистики в финальный результат за счет перекрестной обработки очень большого количества интерферометрических пар при том же самом количестве снимков. Для обработки по этому методу не обязательно наличие 30 снимков, обработка возможна и при меньшем их количестве.
Результаты обработки по методам PS и SBas дополняют друг друга и имеют свои недостатки и преимущества. Так метод PS идеально подходит для мониторинга смещений на застроенных территориях, и для малых по величине смещений. Метод SBas подходит более для площадного мониторинга, а также для более интенсивных смещений.
Карты смещений могут быть поставлены в виде растрового файла смещений в миллиметрах, векторного файла изолиний смещений, проведенных через каждые 10 мм, и векторного файла точек – постоянных рассеивателей радарного сигнала (в атрибутах каждой точки – смещения в миллиметрах по состоянию на каждую дату съемки).
В докладе рассматриваются краткие теоретические основы радарной интерферометрии, функционал SARscape, а также примеры некоторых из проектов по радарному мониторингу смещений и деформаций, выполненных компанией «Совзонд».
В частности, будут приведены результаты космического радарного мониторинга оседаний земной поверхности над Жезказганским месторождением медной руды (Республика Казахстан) за 2011-2012 гг. и над нефтегазовым месторождением Тенгиз (Республика Казахстан) за 2004-2011 гг. Будут освещены результаты радарного мониторинга деформаций бортов карьеров и близлежащих сооружений ОАО «Гайский ГОК» (Россия) и результаты мониторинга смещений зданий и сооружений в столице Казахстана – Астане.