Akademia Górniczo-Hutnicza, Kraków Wydział Geologii, Geofizyki i Ochrony Środowiska Zakład Geoinformatyki i Informatyki Stosowanej Wykorzystanie techniki PSInSAR do badania niewielkich, pionowych przemieszczeń terenu w północno-wschodniej części GZW Stanisława Porzycka

Plan prezentacji: Satelitarne obrazy radarowe Technika PSInSAR Opis dostępnego zbioru danych PSInSAR Opis rejonu badań (GZW) Proponowany schemat analizy danych Podsumowanie

Satelitarne obrazy radarowe (obrazy typu SAR) SAR (ang. Synthetic Aperture Radar) to radar z anteną syntetyzowaną. Wysyła on na Ziemię promieniowanie mikrofalowe i odbiera je po odbiciu od powierzchni terenu. Obraz zarejestrowany przez system jako pierwszy to tzw. hologram mikrofalowy. Jego skomplikowana obróbka daje po wizualizacji obraz radarowy, którego każdy piksel zawiera informacje o amplitudzie i fazie sygnału odbitego.

Technika PSInSAR (ang. Permanent Scatterers Interferometry Synthetic Aperture Radar) Technika PSInSAR polega na przetwarzaniu zestawu obrazów typu SAR dotyczących tego samego obszaru, lecz wykonanych w różnym czasie. Dostarcza ona informacje o powolnych, pionowych przemieszczeniach terenu występujących na ogromnych obszarach. Nie bada ona jednak deformacji każdego punktu terenu a jedynie tych punktów, które są dobrymi reflektorami radarowymi (budynki, mosty, latarnie, wychodnie skał itp.). Są to tzw. punkty PS (ang. Permanent Scatterers). Wartości przemieszczeń rejestrowane w technice PSInSAR nie mogą być większe niż kilka cm na rok (ograniczenie to wynika z długości fal wykorzystywanych w systemie SAR). Bardzo wysoka dokładność pomiarów!!

Etapy przetwarzania danych radarowych w technice PSInSAR: Selekcja scen radarowych - eliminacja obrazów SAR z dużym błędem atmosferycznym lub/i geometrycznym 2) Identyfikacja stabilnych punktów odbicia (punktów PS) - wybór punktów, które na wszystkich obrazach radarowych cechuje stabilna amplituda i faza sygnału 3) Tworzenie interferogramów - dla poszczególnych scen radarowych obliczane są różnice fazowe względem obrazu referencyjnego Obliczenie wartości szybkości przemieszczeń dla poszczególnych punktów PS - w tym celu wykorzystuje się wyznaczone wcześniej różnice fazowe

Technika PSInSAR wykorzystywana jest do monitoringu powolnych przemieszczeń terenu na obszarach zurbanizowanych. Na terenach niezabudowanych brakuje punktów o wysokiej koherencji sygnału.

Dane PSInSAR Dane wykorzystane w tej pracy zostały otrzymane w wyniku przetworzenia obrazów satelitarnych wykonanych z pokładów europejskich satelitów ERS-1, ERS-2 oraz ENVISAT. Dane dostarczają informacje o powolnych przemieszczeniach terenu występujących w północno-wschodniej części GZW, w latach 1992 - 2003.

Obszar badań Istotne cechy obszaru: Obszar badań obejmuje północno-wschodnią część Górnośląskiego Zagłębia Węglowego. Na powierzchni około 1210 km2 zidentyfikowanych zostało ponad 123 tys. punktów PS. Istotne cechy obszaru: Teren zabudowany Rejon intensywnej eksploatacji węgla kamiennego Skomplikowana budowa geologiczna (występowanie licznych uskoków)

Tarnowskie Góry niecka bytomska Dąbrowa Górnicza niecka zaborska uskok będziński Sosnowiec siodło główne Katowice uskok kłodnicki Jaworzno

Analiza danych PSInSAR Technika PSInSAR podaje wartości szybkości przemieszczeń tylko dla punktów PS, pozostawiając pozostałą część rejonu bez informacji. Do merytorycznej interpretacji przemieszczeń terenu konieczne jest poznanie wartości deformacji w punktach nie objętych techniką PSInSAR, do tego celu wykorzystać można metody geostatystycze. Geostatystyka zajmuje się badaniem zmiennych zregionalizowanych, czyli zmiennych losowych, których położenie w przestrzeni lub czasie ma istotne znaczenie.

Etapy analizy danych Zebranie informacji dotyczących analizowanego zbioru danych Rozpoznanie lokalnego lub globalnego trendu Obliczenie semiwariogramów empirycznych Dopasowanie modelu teoretycznego Badanie anizotropii Szacowanie wartości przemieszczeń terenu – kriging Mapa błędów interpolacji

Podsumowanie Technika PSInSAR dostarcza bardzo dokładnych danych dotyczących przemieszczeń terenu. Wprowadzenie jej na stałe jako techniki pomiarowej (obok metody InSAR i GPS) pozwoli na dokładniejsze poznanie charakteru deformacji występujących w rejonie badań, co z kolei pomoże zwiększyć bezpieczeństwo terenów niestabilnych.

Dziękuję za uwagę.