Природные тектонические процессы и техническая деятельность человека (например, добыча полезных ископаемых) часто вызывают оседания земной поверхности. Из-за этого возникают провалы, деформируются и разрушаются здания и коммуникации, происходит подтопление и заболачивание территорий.
Фото: ПНИПУ
Своевременно выявлять деформации земной поверхности и принимать меры по противодействию помогает метод радарной интерферометрии. В основе этого метода – дистанционное зондирование Земли космическими спутниками. Изменения земной поверхности определяют на основе полученных изображений. Однако этот метод еще слабо изучен, нет стандартной методики определения оседаний почвы, поэтому то, насколько грамотно будут истолкованы результаты, зависит от возможностей программного обеспечения и опыта самих исполнителей. Это зачастую приводит к ошибкам. Ученая ПНИПУ выяснила, какой именно объем данных дистанционного зондирования нужно собрать, чтобы добиться наивысшей точности определения оседаний земной поверхности методом радарной интерферометрии.
Исследование опубликовано в журнале «Development of Science», 2023. Разработка проведена в рамках программы стратегического академического лидерства «Приоритет 2030».
Данные дистанционного зондирования получают с космических аппаратов, расположенных на орбите. Затем на их основе создаются интерферограммы – это графически представленные результаты совместной обработки двух разновременных изображений одной и той же территории. При этом необходима практическая оценка точности получаемых карт оседаний. Для этого прибегают к двум различным подходам – производству многократных измерений и визуальной выбраковке интерферограмм с грубыми ошибками. Проанализировав специфику данных методов, инженер кафедры «Маркшейдерское дело, геодезия и геоинформационные системы» ПНИПУ Виктория Тютюкова выдвинула предположение, что погрешность измерения зависит от количества используемых интерферограмм.
Исследование проходило в несколько этапов: обработка данных со спутника Sentinel-1a и построение интерферограмм, определение средней погрешности измерения каждой из них и определение влияния их количества на точность измерений. Затем интерферограммы были отсортированы по возрастанию значений погрешности.
Результаты исследования показали, что при увеличении числа вносимых данных точность определения оседаний до определенного момента повышается, несмотря на включение в измерение менее точных результатов. Однако затем точность скачкообразно падает. Дальнейшее добавление результатов с грубыми ошибками обесценивает измерения, делая погрешность критической. Ученая ПНИПУ выяснила, что для достижения наивысшей точности определения среднегодовых скоростей оседаний нужно не менее 14 интерферограмм с наименьшими значениями средней погрешности, то есть 14 циклов съемок в сезон.
– Точность определения оседаний земной поверхности зависит от количества данных и наличия случайных, систематических и грубых ошибок. Слепое внесение избыточного количества интерферограмм без учета их погрешности приводит к снижению точности результатов обработки данных. При выборе интерферограмм целесообразно применять метод визуальной отбраковки (поскольку он менее трудоемок), однако исполнитель должен иметь опыт в данной области, – отмечает Виктория Тютюкова.
Радарная интерферометрия – это удобный и перспективный метод мониторинга изменений земного рельефа. Он применяется во всем мире, как при разработке месторождений полезных ископаемых, так и с целью мониторинга природных явлений (оползни, вулканы, землетрясения и др.). На кафедре «Маркшейдерское дело, геодезия и геоинформационные системы» на данный момент ведутся наблюдения за деформациями земной поверхности на территориях Республики Казахстан, Белгородской области, а также в районе городов Сургут и Когалым. Результаты проведенного исследования будут полезны для достижения максимальной точности прогнозирования деформаций земной поверхности.
Это новость от журнала ММ «Машины и механизмы». Не знаете такого? Приглашаем прямо сейчас познакомиться с этим удивительным журналом.