Применение радарной интерферометрии для наблюдений за оползневыми процессами на горном предприятии на примере ОАО "Уртуйский угольный разрез"

Существуют компании, предлагающие свои услуги в области получения и обработки данных дистанционного зондирования Земли, в целях выявления деформаций бортов карьеров, а также природных и техногенных смещений земной поверхности, деформаций сооружений над месторождениями твердых полезных ископаемых вблизи разработки предприятий. Эти данные позволяют решать приведенные задачи с применением методики интерферометрической обработки серий спутниковых радиолокационных изображений [1].

Данная технология, будучи интегрированной в систему маркшейдерско-геодезических наблюдений, позволяет определять вертикальные и горизонтальные смещения поверхности и объектов инфраструктуры, а также деформации неразрабатываемых бортов карьера с очень высокой точностью. Основное преимущество метода – это независимая дистанционная оценка смещений по всей площади снимка. Для расчета смещений используется массив спутниковых данных, которые получаются с космических аппаратов с определенной периодичностью.

Целью мониторинга с помощью радиолокационных данных является снижение рисков возникновения чрезвычайных ситуаций и уменьшение их возможных последствий за счет современного выявления смещений и деформаций земной поверхности и сооружений.

Основная решаемая задача это регулярное получение информации о смещениях и деформациях земной поверхности и сооружений дистанционными (космическими) методами.

В 2012 г. сотрудниками НИ ИрГТУ совместно с компанией «Совзонд» был опробован метод дистанционных исследований на действующем горнодобывающем предприятии ОАО «Уртуйский угольный разрезе» [2]. Угольный разрез Уртуйский расположен к северо-западу от г. Краснокаменск, на котором ведется добыча бурого угля открытым способом. Разрез был отснят 15 раз с радарных спутников группировки COSMOSkyMED (E-GEOS, Италия) в режиме HImage (разрешение 3 м, площадь сцены 40 х 40 км). Схема покрытия территории Уртуйского разреза данными COSMOSkyMED приведена на рис. 1.

Основная цель выполнения проекта – установить возможно ли по данным многопроходных радарных съемок осуществить мониторинг деформаций бортов карьера с достаточно высокой точностью [3]. Данные 15-проходной радарной съемки Уртуйского угольного разреза были интерферометрически обработаны по методике «Small Baselines Interferometry (SBas)» в программном комплексе SARscape (Exelis VIS, США) с применением трехмерной развертки фазы. Всего было обработано 105 пар снимков, показанных на диаграмме «время – базовая линия», рис. 2.

Для каждой из пар в автоматизированном режиме были построены интерферограммы, дифференциальные интерферограммы, выполнены фильтрация интерферометрической фазы, расчет когерентности и развертка фазы [4].

На выходе были рассчитаны смещения земной поверхности на каждую дату съемки, результирующая карта смещений и файл точек – постоянных рассеивателей радиолокационного сигнала [5].

Рис. 1. Схема покрытия территории данными COSMOSkyMED

Рис. 2. Диаграмма время – базовая линия

Рис. 3. Карта смещений и деформаций земной поверхности

Рис. 4. Основной очаг оседаний крупным планом, графики смещений для нескольких типовых точек

Оптический снимок и пространственно соответствующая ему карта смещений приведены на рис. 3. Основной выявленный очаг оседаний находится в югозападной части карьера. Основной очаг оседаний крупным планом и график смещений для нескольких типовых точек в пределах этого очага показаны на рис. 4. Кроме того, на крупном плане заметны несколько участков поднятий, эти поднятия образованны за счет формирования отвалообразований.

По результатам работ установлено наличие деформаций бортов карьера с максимальной интенсивностью до 6 см за 2 месяца. Результаты дистанционного зондирования угольного разреза Уртуйский были проконтролированы наземной съемкой с применением геодезического GNSS оборудования методом статических наблюдений. В результате контроля были выявлены деформации с аналогичной интенсивностью [6].

Полученные результаты показали, что при частоте порядка 6–8 съемок в месяц даже на незастроенной территории удается поддерживать когерентность фаз радарных съемок за разные даты на необходимом для выполнения обработки уровне. Что делает данную технологию применимой для выполнения мониторинговых работ.