Kompleksowe wykorzystanie przetworzeń DInSAR i PSInSAR w badaniu pionowych przemieszczeń terenu w wybranych rejonach GOP

• Autorzy: Przyłucka M. , Graniczny M.

Warianty tytułu

EN

Comprehensive use of InSAR and PSInSAR in the study of vertical ground movements in selected regions of the GOP

• Języki publikacji: PL

Abstrakty

PL

W artykule przedstawiono analizę danych pozyskanych z różnych przetworzeń technikami satelitarnej interferometerii radarowej w celu uzyskania mapy pionowych przemieszczeń terenu zaistniałych w ciągu jednego roku na dwóch obszarach badawczych, Bytomia i Katowic. Przedstawiona metodyka łączenia różnych typów danych (DInSAR i PSInSAR), pochodzących z obrazów pozyskanych w różnych pasmach radarowych (C, L oraz X), pozwoliła na zbadanie zarówno małych, milimetrowych ruchów powierzchni terenu jak i bardzo szybkich obniżeń, dochodzących do 58 centymetrów na rok. Wyniki przedstawiono w formie mapy wartości pionowych przemieszczeń na obszarze Katowic dla okresu od 22 lutego 2007 r. do 27 maja 2008 r. oraz na obszarze Bytomia dla okresu od 5 lipca 2011 r. do 21 czerwca 2012 r. Mapy te uzyskano poprzez interpolację złożonego zestawu punktów metodą Simple Kriging oraz warunkowych Symulacji Gaussa. Dodatkowo otrzymano mapy prawdopodobieństwa przekroczenia zadanej wartości progowej, pozwalające określić granice obszaru znajdującego się pod wpływem ciągłych obniżeń powierzchni terenu. Wyniki analiz pozwalają stwierdzić, iż satelitarna interferometria radarowa może w znaczący sposób wspomagać klasyczne metody monitoringu deformacji powierzchni terenów aktywnych górniczo, gdyż umożliwia detekcję powolnych, pozornie nieszkodliwych przemieszczeń, jak i bardzo szybkich obniżeń towarzyszących procesowi powstawania poszczególnych niecek obniżeniowych.

EN

This paper presents an analysis of the dataset obtained from various satellite radar interferometry processing techniques in order to create maps of one-year vertical ground displacements which occurred in two areas of the research - Bytom and Katowice. The presented methodology of combining different types of data (DInSAR and PSInSAR), derived from images acquired at different radar bands (C, L, and X), enabled the identification of small, millimeter-ground surface movements and very fast subsidence, of up to 58 centimeters per year. The results are presented in the form of vertical displacements maps of Katowice area (for the period of 22 February 2007 - 27 May 2008) and of Bytom area (for the period of 5 July 2011 - 21 June 2012). These maps were obtained by Simple Kriging and Conditional Gaussian Simulation interpolation of a complex set of points. In addition, the probability maps were used for determining the boundaries of the area under the influence of continuous ground surface subsidence. The results of analyses allow us to conclude that satellite radar interferometry can significantly support the classic methods of surface deformation monitoring over active mining areas, as it enables the detection of slow, seemingly negligible movements, as well as very fast subsidence associated with the process of formation of individual subsidence troughs.

Słowa kluczowe

PL

satelitarna interferometria radarowa; GZW; pionowe deformacje terenu; geostatystyka

EN

satellite radar interferometry; USCB; vertical ground movements; geostatistics

• Wydawca: Stowarzyszenie Inżynierów i Techników Górnictwa
• Czasopismo: Przegląd Górniczy
• Rocznik: 2015
• Tom: T. 71, nr 3
• Strony: 80--88
• Opis fizyczny: Bibliogr. 35 poz., rys., tab.

Twórcy

autor

Przyłucka M.

• Państwowy Instytut Geologiczny - Państwowy Instytut Badawczy

autor

Graniczny M.

• Państwowy Instytut Geologiczny - Państwowy Instytut Badawczy

Bibliografia

• 1. Bell, F. G, Stacey, T. R., Genske, D. D.: Mining subsidence and its effect on the environment: some differing examples. Environmental Geology 2000,40(1-2), 135-152.
• 2. Benecke N., Bateson L., Browitt C, Declerq P., Graniczny M., Marsh S., Zimmermann K.: Perspectives concerning Satellite EO and geohazard risk management: the way forward - Community paper concerning inactive mines hazards. W: Ph. Bally (red.): The International Forum on Satellite EO and Geohazardas. Forum on Satellite EO and Geohazards, 21-23 May 2012, Santorini Greece., doi:10.5270/esa-geo-hzrd-2012, 81-90.
• 3. Białecka B:. Tereny zdegradowane działalnością górniczą - Geneza. W: Białecka B., Biały W., (red.): Tereny pogórnicze - szanse, zagrożenia. Analiza przypadku. Panova SA. Gliwice 2014, pp. 14 (191).
• 4. Bohling, G.: Introduction to geostatistics and variogram analysis. Kansas geological survey 2005, 20p.
• 5. Borecki M. (red.): Ochrona powierzchni przed szkodami górniczymi,. Slask, Katowice, 1980, 1-967.
• 6. Carnec C, Delacourt C: Three years of mining subsidence monitored by SAR interferometry, near Gardanne, France. Journal of Applied Geophysics 43 (2000), 43-54.
• 7. Cocteau .J.: Conditional Simulations. W: Chiles, J. P, Delfiner, P.: Geostatistics: modeling spatial uncertainty. John Wiley & Sons., 1999, 449-470.
• 8. Crowell D. L.: The hazards of mine subsidence, Ohio Geology. A Quarterly Publication of the Division of Geological Survey, Fall 1995, pp.1-5.
• 9. Curlander, J. C, McDonough R.N.: Synthetic Aperture Radar: Systems and Signal Processing. John Wiley and Sons 1991,647 pp.
• 10. De Smith, M. J., Goodchild, M. F, Longley, P.: Geospatial analysis: a comprehensive guide to principles, techniques and software tools. Troubador Publishing Ltd. 2007, 382-390.
• 11. Deutsch, C. V., Journel, A. G.: Geostatistical software library and user's guide. New York, 1992, 119-147.
• 12. Devleeschouwer, X., Declercq, P. Y., Flamion, B., Brixko, J., Timmermans, A., Vanneste, J.: Uplift revealed by radar interferometry around Liege (Belgium): a relation with rising mining groundwater. Proceedings of the Post-Mining Symposium, 6-8 February 2008, Nancy, France, 1-13.
• 13. Dobak P, Dragowski A., Frankowski Z., Frolik A., Kaczynski R., Kotyrba A., Pininska J., Rybicki S., Wozniak H.: Zasady dokumentowania warunków geologiczno-inżynierskich dla celów likwidacji kopalń. Polish Ministry of Enviroment, Warsaw, 2009, 12-14 (84).
• 14. Ferretti A., Prati C, Rocca F: Nonlinear subsidence ratę estimation using permanent scatteres in differential SAR interferometry. IEEE Transactions on Geoscience and Remote Sensing 2000,38,2202-2212.
• 15. Ferretti A., Prati C., Rocca F.: Permanent Scatterers in SAR Interferometry. IEEE Transactions on Geoscience and Remote Sensing, 2001, vol. 39:8-20.
• 16. Ferretti A., Novali F, Burgmann R., Hilley G., Prati C: InSAR Permanent Scatterer Analysis Reveals Ups and Downs in San Francisco Bay Area, Eos 2004, Vol. 85, No. 34, 317-324.
• 17. Ferretti A., Fumagalli A., Novali F., Prati C, Rocca F, Rucci A.: A New Algorithm for Processing Interferometrie Data-stacks: SqueeSAR. IEEE Trans. On Geoscience and Remote Sensing 2011, Volume: 49, Issue: 9, 3460-3470.
• 18. Główny Instytut Górnictwa (Central Mining Institute): Obszary górnicze kopalń podziemnych oraz płytkie eksploatacje rud i węgla kamiennego w Górnośląskim Zagłębiu Węglowym. Wydawnictwo kartograficzne Mapy Ścienne, Beata Piętka, 2012.
• 19. Graniczny M: Sosnowiec, Poland. W: Capes R., Marsh S. (red.): The Terrafirma Atlas - The terrain-motion information service for Europę, GMES - ESA. June 2009. TerraFirma project, ESA publication, 34.
• 20. Herrera G, Tomas R., Lopez-Sanchez J. M, Delgado J., Mallorqui J.J., Duque S., Mulas J.: Advanced DInSAR analysis on mining area: La Union case study (Murcia, SE Spain). Engineering Geology 90 (2007), 148-159.
• 21. http://www.kwsa.pl/, strona internetowa KWK „Bobrek-Centrum", data 14.03.2014.
• 22. http://www.wujek.pl/historiaw.html, strona internetowa KWK "Wujek", data 12.08.2014
• 23. Konopko W.: Wydobycie węgla i destrukcja górotworu w Górnośląskim Zagłębiu Węglowym, Przegląd Górniczy. Stowarzyszenie Inżynierów i Techników Górnictwa 2010, T. 66 no 11, 1 - 10.
• 24. Kowalski A.: Surface deformations in the Upper Silesian Coal Basin, FP 7 EU GA no 242212 Doris project Workshop, Polish Geological Institute-National Research Institute, Będzin, Poland. 17.04.2013.
• 25. Kwiatek J. (red.): Ochrona obiektów budowlanych na terenach górniczych (eng. Protection of buildings in mining areas). GIG, Katowice, 1997, 1-726.
• 26. Leśniak A., Porzycka S.: Impact of tectonies on ground deformations caused by mining activity in the north-eastern part of the Upper Silesian Coal Basin. Gosp. Sur. Min. 2009, 25: 227-238.
• 27. Paleczek W.: Metoda obliczania wartości promienia zasięgu wpływów głównych z wykorzystaniem danych geomechanicznych skał. Zeszyty Naukowe Politechniki Częstochowskiej. Budownictwo 2009, Wydawnictwo Politechniki Częstochowskiej, Z. 15 (165), 19-36.
• 28. Perski, Z:. Applicability of ERS-1 and ERS-2 InSAR for land subsidence monitoring in the Silesian coal mining region, Poland. International Archives of Photogrammetry and Remote Sensing 1998, 32, 555-558.
• 29. Perski, Z., Krawczyk, A., & Marinković, P.: Satelitarna interferometria radarowa (InSAR) wysokiej rozdzielczości z wykorzystaniem danych TerraSAR-X. Archiwum Fotogrametrii, Kartografii i Teledetekcji 2008, 18, p. 499-507.
• 30. Sanabria, M. P, Guardiola-Albert, C, Tomas, R., Herrera, G, Prieto, A., Sanchez, H., Tessitore, S.: Subsidence activity maps derived from DInSAR data: Orihuela case study. Natural Hazards and Earth System Science 2014, 14(5), 1341 - 1360.
• 31. Savelieva E., Demayanov V., Maignan M.: Geostatistics: Spatial Predictions and Simulations. W: Kanevski, M. (red.): Advanced mapping of environmental data (Vol. 62). John Wiley & Sons, 2010,47-94.
• 32. Sopata, P.: Wykorzystanie satelitarnej interferometrii radarowej INSAR w badaniach i prognozowaniu pogórniczych zmian powierzchni terenu: rozprawa doktorska; promotor: Edward Popiołek. Kraków : Akademia Górniczo-Hutnicza im. Stanisława Staszica, 2007, p. 84.
• 33. Strzelczyk, J., Porzycka, S., Lesniak, A.: Analysis of ground deformations based on parallel geostatistical computations of PSInSAR data. Geoinformatics International Conference 2009, IEEE, 1-6.
• 34. Vasco D. W., Rucci A., Ferretti A., Novali F, Bissell R.C, Ringrose P.S, Mathieson A.S, Wright I. W.: Satellite-based measurements of surface deformation reveal fluid flow associated with the geological storage of carbon dioxide. Geophysical Research Letters 2010, VOL. 37, L03303, doi:10.1029/2009GL041544, 2010, 1-5.
• 35. Wegmuller U., Werner C., Strozzi T., Wiesmann A.: Monitoring mining induced surface deformation. Geoscience and Remote Sensing Symposium, 2004. IGARSS ,04. Proceedings. 2004 IEEE International (Volume:3 ), 1933-1935.