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 0.1px (pri chybe nad 0.5px 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:

Interferometrické prúžky tandem interferogramu. Perspektívny pohľad na DEM vygenerovaný pomocou ERS-1/2 tandem páru.

Ústí nad Labem

Labe

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.

n 1

N

. y1n . y2

* n

n 1

N

. y1n 2 .

n 1

N

y2n 2

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 5.6cm 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 1,5km 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

– 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 družícnesprávne sa odčíta trend rovnej zeme - flat earth

– Chyby DEM

Čo obsahuje interferogram?

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 - 10cm

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.

Výskum je realizovaný v rámci Category 1 projektu ESA

Dáta boli spracované pomocou voľne dostupného softvéru: DORIS

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

Naše poďakovanie patrí

Doc. Lene Halounovej za ideu a podporuDEOS (Institute for Earth Oriented Space Research)výskúmnej

skupine na TU Delft a špeciálne Prof. Ramonovi Hanssenovi za cenné rady a pomoc