Pouitie SAR interferometrie pre mapovanie zosuvov a poklesov

Použitie SAR interferometrie pre mapovanie zosuvov a poklesov v Severočeskej hnedouhoľnej pánve Ján Kianička, Ivana Čapková Laboratoř DPZ, Katedra mapování a kartografie, Fakulta Stavební, ČVUT Praha

Interferometria, metóda pri ktorej sa pomocou interferencie elektromagnetického žiarenia dajú merať veľmi malé rozdiely vzdialeností. SAR – (Synthetic Aperture Radar) doslovne: Radar so syntetizujúcim priezorom (aperturou). - Koherentný radar - Známa vyslaná aj prijatá fáza alebo frekvencia signálu - Výstupný obraz vzniká spracovaním v SAR procesore - SAR interferometria je len špeciálna metóda spracovania a vyhodnotenia tvz. interferometrickej dvojice

Magnitúda scény satelitu ERS-1 z 7. marca 1999, severné Čechy. Výrez z okolia nádrže Nechranice Fáza jedného obrazu je vo svojej podstate náhodná veličina.

Interferometria - postup spracovania • presná koregistrácia dvoch scén až s presnosťou 0. 1 px (pri chybe nad 0. 5 px interferometria zlyháva) • komplexné vynásobenie koregistrovaných obrazov - fázy sa odčítajú, vytvorenie interferogramu • odčítanie od interferogramu všetkých možných vplyvov 1. trend spôsobený šikmým snímaním 2. vplyv topografie • výpočet mapy koherencie • rozbalenie relatívnej dvojznačnej fázy do absolútnej fázy • transformácia zo satelitných súraníc do geodetických

Pre tandem dvojicu tu máme už odčítaný vplyv rovného povrchu, a prúžky priamo zodpovedajú topografii. Po vyfiltrovaní fázy, “rozbalení” a transformácii do geodetických súradníc je možné vytvoriť DEM: Ústí nad Labem e Lab Interferometrické prúžky tandem interferogramu. Perspektívny pohľad na DEM vygenerovaný pomocou ERS-1/2 tandem páru.

Ďalšou informáciou z interferogramu je tvz. koherencia - relatívna číselná veličina závislá na stabilite fázy. Prebieha v intervale (0 - 1) a je možné pomocou nej klasifikovať územie.

Mapovanie deformácii - sme schopní detekovať zmeny v cm. – meriame deformácie len v smere lúča – deformácia v smere letu (azimutu) spôsobuje dekoreláciu, čiže stratu koherencie – citlivosť metódy je porovnateľná s vlnovou dĺžkou (pre ERS satelity je to 5. 6 cm to znamená teoreticky až na mm) výsledok však závisí na teréne a dátach – nepoužiteľná u veľkých deformacii alebo deformácii s malým priestorovým rozsahom – deformaciu je možné ovplyvniť časovou základnicou

Kritéria výberu dát pre deformačné mapovanie – čo najmenšia priestorová základnica, vzdialenosť orbít počas snímania. Nad 1, 5 km interferometria úplne zlyháva – vhodná časová základnica – čo nejmenej vegetacie (výber vhodného ročného obdobia) – meteorologická situlácia pred a v čase snímania, zrážky môžu spôsobiť tiež stratu koherencie

Čo obsahuje interferogram? – Topografickú zložku vhodné pre vytváranie DEM (1 prúžok = desiatky m) – Deformačnú zložku pre mapovanie deformácii (1 prúžok = 2, 8 cm) Vplyv atmosféry – Vplyv chýb v orbách družíc nesprávne sa odčíta trend rovnej zeme - flat earth – Chyby DEM

Deformačný interferogram záujmového územia s odčítanou topografiou Okolie mesta Teplice a Ústí nad Labem, v rámčeku je povrchová baňa Chabarovice a svahy kde sa vyskytujú veľké zosuvy.

Výrez deformačného interferogramu - záujmové územie Svahy bane sú dekorelované, môže byť spôsobené aj pohybom v azimutálnom smere. Z jedného interferogramu je veľmi tažké interpretovať rozdiely fáz.

Výrez z južnej časti pánvy z okolia Nechranickej priehrady a miest Louny a Chomutov Vidíme vzájomný posun jednotlivých poľnohospodárskych parciel, čo je pravdepodobne spôsobené rôznym obhospodarením a tým pádom miernym rozdielom výšky povrchu, deformácia je približne 1. 2 cm.

Detajly interferogramu

Ďalšie podozrivé územie severozápadne od mesta Děčín.

Odčítanie SRTM DEM vytvoreného pre celú Zem v r. 2000 a DEM vygenerovaného z tandem dvojice z marca 1999

Problémy - príliš málo dát, nie je možné overiť hypotézy o deformáciach a pri veľkej priestorovej základnici je veľa chýb spôsobených topografiou (kritéria boli priliš striktné) – Vegetácia spôsobuje stratu koherencie – sledované zosuvy prebiehajú v severojužnom smere – problémy s najdôležitejším krokom - koregistráciou snímkov

Deformačný interferogram v katovickej oblasti v južnom poľsku. - časová základnica : 60 dní - kolmá základnica : 24 m (nebolo potrebné odčítavať topografickú fázu) - deformácie ktoré sledujeme sú v rozmedzí 2 - 10 cm

23. decembra 2003 bolo zemetrasenie v Iráne, v meste BAM. Takto vyzerá interferogram zachycujúci deformácie po zemetrasení. SAR interferometria je schopná zachytiť len deformácie v smere radarového signálu. Jeden prúžok zodpovedá 2. 8 cm.

Kontakt: Stavební fakulta, ČVUT - Praha Katedra kartografie a mapování - laboratoř DPZ Thákurova 7, 166 29 Praha 6 - Dejvice Ján Kianička, kianicka@fsv. cvut. cz Ivana Čapková, ivana. capkova@fsv. cvut. cz Výskum je realizovaný v rámci Category 1 projektu ESA Dáta boli spracované pomocou voľne dostupného softvéru: DORIS

Naše poďakovanie patrí Doc. Lene Halounovej za ideu a podporu DEOS (Institute for Earth Oriented Space Research)výskúmnej skupine na TU Delft a špeciálne Prof. Ramonovi Hanssenovi za cenné rady a pomoc