Wykorzystanie danych SAR do obserwacji deformacji terenu spowodowanych działalnością górniczą w rejonie Górnośląskiego Zagłębia Węglowego : wyniki projektu DORIS (EC-FP7)

• Autorzy: Graniczny M. , Kowalski Z. , Przyłucka M. , Zdanowski A.

Warianty tytułu

EN

Application of SAR data for the monitoring of ground deformations caused by mining activities in the area of the upper Silesian Coal Basin : the results of DORIS project (EC-FP7)

• Języki publikacji: PL

Abstrakty

PL

W artykule zaprezentowano wykorzystanie metod interferometrii satelitarnej (PSInSAR i DInSAR) dla obserwacji deformacji powierzchni terenu na obszarze Górnośląskiego Zagłębia Węglowego (GZW). Prezentowane wyniki zostały pozyskane w trakcie realizacji projektu DORIS (ECFP 7, Grant Agreement n. 242212, www.doris-project.eu). Większość satelitarnych danych interferometrycznych przetworzono w wyspecjalizowanej firmie Tele – Rilevamento Europa – T. R. E, we Włoszech. Dane te pochodziły z różnych satelitów, takich jak: ERS 1 i 2, ENVISAT, ALOS- PALSAR oraz TerraSAR-X i objęły trzy pasma zakresu widma mikrofal (SAR): L, C oraz X. Archiwalne dane pasma C z satelitów Europejskiej Agencji Kosmicznej objęły obserwację przemieszczeń powierzchni terenu w okresie od 1992 do 2010, w dwóch oddzielnych pakietach danych z przedziałów czasowych 1992÷2000 oraz 2003÷2010. Jako obszary testowe dla obserwacji przemieszczeń na terenach zamkniętych kopalń wybrano Kopalnie Węgla Kamiennego „Sosnowiec” i „Saturn”, które zakończyły działalność w 1995 i 1997 r. Pomimo bieżącego wypompowywania wód z zamkniętych kopalni ich poziom podniósł się o kilkadziesiąt metrów. W związku z powyższym, wskutek zmian ciśnienia piezometrycznego i jego oddziaływania na górotwór zaobserwowano podnoszenie powierzchni terenu. Analiza danych z pasm L i X pozwoliła z kolei na śledzenie w ciągu kilku miesięcy przebiegu zmian podziemnego frontu robót, który odzwierciedlał się na powierzchni terenu, na przetworzonych zobrazowaniach radarowych. Analizę taką przeprowadzono w rejonie KWK „Halemba-Wirek”. Najbardziej efektywne w tym zakresie okazały się wysoko rozdzielcze dane TerraSAR-X, przetwarzane przy pomocy algorytmu SqueeSAR. Serie czasowe PS pasma X pomogły zidentyfikować bardzo niewielkie przemieszczenia, natomiast uzupełniające dane na temat większych przemieszczeń (w zakresie kilkudziesięciu centymetrów) można było uzyskać dzięki analizie prążków interferometrycznych. Uzyskane rezultaty dowiodły, że przemieszczenia powierzchni terenu w rejonie zamkniętych kopalń zachodzą bardzo długo i znacznie przekraczają okres 5 lat, który oficjalnie uznawany jest za granicę bezpieczeństwa i dopuszczają dowolne zagospodarowanie tych obszarów.

EN

The application of satellite interferometric methods (PSInSAR and DInSAR) for observations of ground deformations in the Upper Silesian Coal Basin (Southern Poland) is the subject of this paper. The presented results were obtained during implementation of the DORIS project (EC FP7, Grant Agreement n. 242212, www.doris-project.eu). Several InSAR datasets were analysed in this area. Most of them were processed by Tele-Rilevamento Europe - T.R.E. s.r.l. Italy. The sets of data came from different SAR satellites: ERS 1 and 2, ENVISAT, ALOS- PALSAR and TerraSAR-X and cover three different SAR bands (L, C and X). Archival data from C-band European Space Agency satellites ERS and ENVISAT, allowed to obtain information on ground movement from 1992 to 2010 in two separate datasets (1992-2000 and 2003-2010). As an example of ground motion upon inactive mining areas, two coal mines were selected: Sosnowiec and Saturn where exploitation of coal mine stopped in 1995 and 1997, respectively. Despite of well pumping after the closure of the mines, underground waters returned to the natural horizon, raising up several dozen meters; the high permeability of hydrogeological subregion and an insufficient water withdrawal from the abandoned mines. The analysis of interferometric L and X-band data in the Upper Silesia has enabled observation and monitoring of the underground mining front in a period of several months. It was indicated at the example from Halemba-Wirek coal mine. The analysis of the TerraSAR X dataset, processed by SqueeSAR algorithms proved to be the most effective for this purpose. X-band PSI time series can help to identify small, seemingly, negligible movements and are successfully supplemented by fringes when a displacement becomes significant. The obtained results on ground deformation proved that ground motion above the abandoned mines continues long after their closure. Therefore, the existing regulations stating that abandoned mines are considered as fully safe, in five years after mine closure, should be changed. Moreover, it should be emphasized that constructions in these area should be avoided as potential risk exists.

Słowa kluczowe

PL

InSAR; deformacje powierzchni terenu; górnictwo; wody podziemne; DInSAR; PSInSAR; Górnośląskie Zagłębie Węglowe; GZW

EN

InSAR; ground deformations; mining; groundwaters; monitoring; DInSAR; PSInSAR; Upper Silesian Coal Basin; USCB

• Wydawca: Stowarzyszenie Inżynierów i Techników Górnictwa
• Czasopismo: Przegląd Górniczy
• Rocznik: 2014
• Tom: T. 70, nr 12
• Strony: 11--19
• Opis fizyczny: Bibliogr. 15 poz., rys., tab., wykr., zdj.

Twórcy

autor

Graniczny M.

• Państwowy Instytut Geologiczny-Państwowy Instytut Badawczy, Warszawa

autor

Kowalski Z.

• Państwowy Instytut Geologiczny-Państwowy Instytut Badawczy, Warszawa

autor

Przyłucka M.

• Państwowy Instytut Geologiczny-Państwowy Instytut Badawczy, Warszawa

autor

Zdanowski A.

• Państwowy Instytut Geologiczny-Państwowy Instytut Badawczy, Warszawa

Bibliografia

• 1. Berardino, P., Fornaro, G., Lanari, R., & Sansosti, E.: A new algorithm for surface deformation monitoring based on small baseline differential SAR interferograms. IEEE Transactions on Geoscience and Remote Sensing, 40 (11), 2002. 2375÷2383.
• 2. Bovenga, F., Nutricato, R., Refice, A. & Wasowski, J.: Application of multi-temporal differential interferometry to slope instability detection in urban/peri-urban areas. Engineering Geology, 88 (3-4), 2006 218÷239.
• 3. Colesanti, C. & Wasowski, J.: Investigating landslides with satellite Synthetic Aperture Radar (SAR) interferometry. Engineering Geology, 88 (3-4), 2006 173÷199.
• 4. Colesanti, C., Ferretti, A., Prati, C. & Rocca F.: Monitoring landslides and tectonic motions with the Permanent Scatterers Technique. Engineering Geology, Special Issue on Remote Sensing and Monitoring of Landslides, 68(1), 2003 3÷14.
• 5. Culshaw M.: Stoke-on-Trent, United Kingdom. [In]: The Terrafirma Atlas – The terrain-motion information service for Europe (ed. Capes R., Marsh S.), GMES – ESA, June 2009. Terra Firma project, ESA publication, 2009 p. 43.
• 6. Devleesschouwer X., Declercq P.: Liège, Belgium. [In]: The Terrafirma Atlas – The terrain-motion information service for Europe (ed. Capes R., Marsh S.), GMES – ESA, June 2009. TerraFirma project, ESA publication, 2009 p. 46÷47.
• 7. Ferretti, A., Prati, C. & Rocca F.: Permanent Scatterers in SAR Interferometry. IEEE Trans. Geoscience And Remote Sensing, 39(1), 2001, 8÷20.
• 8. Ferretti, A., Prati, C., Rocca, F., & Wasowski, J.: Satellite interferometry for monitoring ground deformations in the urban environment. Proc. 10th IAEG Congress, Nottingham, UK (CD-ROM) 2006.
• 9. Ferretti A., Fumagalli A., Novali F., Prati C., Rocca F., Rucci A.: A New Algorithm for Processing Interferometric Data-stacks: SqueeSAR, IEEE Trans. On Geoscience and Remote Sensing, Volume: 49, Issue: 9, 2011 p. 3460÷3470.
• 10. Gabriel, A.K., Goldstein, R. M. & Zebker H. A.: Mapping Small Elevation Changes over Large Areas: Differential Radar Interferometry. Journal of Geophys. Res.94, N°B7, 1989 pp. 9183÷9191.
• 11. Graniczny M., Kowalski Z., Jureczka J., Wilk S.: Analiza radarowych materiałów interferometrycznych na przykładzie rejonu Sosnowca, Grant KBN 6.95.0002.00.0, NAG – PIF - PIB
• 12. Massonnet, D. & Feigl K.: Radar interferometry and its application to changes in the Earth’s surface. Rev. Geophys. 1998, 36, 441÷500.
• 13. Wasowski, J., Refice, A., Bovenga, F., Nutricato, R. & Gostelow P.: On the Applicability of SAR Interferometry Techniques to the Detection of Slope Deformations, Proc. 9th IAEG Congress, Durban, South Africa, 16-20 Sept. 2002, CD ROM.
• 14. The Terrafirma Atlas – Terrain – Motion Across Europe, 2009, Fugro NPA Ltd.
• 15. Werner, C., Wegmuler, U., Strozzi, T., Wiesmann, A.: Interferometric Point Target Analysis for Deformation Mapping. Proc. IEEE International Geoscience Remote Sensing Symposium (IGARSS 2003), vol. 7, 2003 pp. 4362÷4364.

Uwagi

PL

Praca została przygotowana w ramach zadania nr. 57.3509.1001.00.0 - projekt współfinansowany przez UE - 7 Program Ramowy