Analiza ruchów powierzchni terenu wynikających z konwergencji komór solnych przy wykorzystaniu zobrazowania radarowego satelity z misji Sentinel 1

• Autorzy: Malinowska A. , Guzy A. , Witkowski W. , Hejmanowski R. , Ulmaniec P.

Warianty tytułu

EN

Analysis of ground movements caused by slat cavern convergence with the use of radar imaging from the Sentinel 1 mission satellite

• Języki publikacji: PL

Abstrakty

PL

Problem optymalizacji pomiarów geodezyjnych na obszarach poddanych wpływom ciągłych deformacji powierzchni terenu wciąż stanowi wyzwanie. Pomiary ruchów powierzchni na terenach górniczych najczęściej wykonywane są przy wykorzystaniu klasycznych metod geodezyjnych, takich jak niwelacja, tachimetria czy pomiary GNSS. Technika pomiarowa jest dobierana w odniesieniu do dynamiki zjawiska, stopnia zagrożenia powierzchni terenu i potencjału finansowego, którym dysponuje zleceniodawca. Przekształcenia powierzchni terenu obserwowane są z pewnym opóźnieniem w stosunku do czasu prowadzenia wydobycia. Opóźnienie to wynika m.in. z warunków górniczo-geologicznych otoczenia złoża i jest zdecydowanie największe w przypadku prowadzenia wydobycia soli. Powolna konwergencja podziemnych wyrobisk powoduje osiadania powierzchni terenu dochodzące maksymalnie do kilku centymetrów rocznie. Pomiar tego typu deformacji wymaga wysokiej precyzji, a w przypadku intensywnego zagospodarowania powierzchni terenu, również znacznej gęstości sieci pomiarowej. Dlatego też, optymalnym rozwiązaniem wydaje się być wykorzystanie zobrazowań radarowych satelity Sentinel 1-A jako metody wspierającej monitoring przemieszczeń pionowych powierzchni terenu na terenach znajdujących się nad złożem solnym. Prezentowane badania dotyczyły analizy możliwości wykorzystania zobrazowania satelitarnego pochodzącego z misji Sentinel dla wsparcia monitoringu deformacji powierzchni terenu na obszarze miasta Wieliczka na bazie technologii DInSAR. Wynikiem przeprowadzonych analiz jest powierzchniowy rozkład rocznych przyrostów osiadań w okresie 2015-2016 nad konwergującymi wyrobiskami górniczymi. Otrzymane wyniki, poddane analizie dokładnościowej poprzez ich porównanie z pomiarami geodezyjnymi realizowanymi na liniach obserwacyjnych, potwierdziły bardzo wysoką dokładność pomiarów satelitarnych. Prowadzone badania pozwoliły na wyłonienie rejonów o największej dynamice ruchów pionowych, również w strefach, w których klasyczne pomiary geodezyjne nie są prowadzone.

EN

The geodetic measurements optimization problem plays still a crucial role in the mining areas affected by continuous ground deformation. Measurements of those movements are most frequently conducted by the use of the classical geodetic methods such as: levelling, tachymetry or GNSS. The measuring technique is selected with respect to the dynamics of the chosen phenomena, surface hazard degree, as well as the financial potential of the mining entrepreneur. Land surface changes caused by underground exploitation are observed with some delay due to mining and geological conditions of the deposit surroundings. This delay reaches the highest values in case of salt deposits extraction due to slow convergence process that implies ground subsidence maximum up to a few centimetres per year. Measurement of the deformation of this type requires high precision instruments or methods, and in the case of intensively developed urban areas, use of high density of benchmark network. Therefore, the best solution supporting the monitoring of vertical ground displacements in the areas located above the salt deposits seems to be the application of the Sentinel 1A radar imaging satellite system. The presented study involved the analysis of the possibility of applying satellite monitoring of surface deformation for Wieliczka town, using imaging radar from the Sentinel 1 mission. The outcome of the analysis - based on DInSAR technology - is the surface distribution of annual growth of settlements above mining excavations affected by the convergence process in the period of 2015-2016. Comparison of the results with levelling – which has been carried out on the benchmark network – confirmed the high accuracy of satellite observations. What is important, the studies allowed to identify the areas characterized by the greatest dynamics of vertical ground movements, also in the regions where classical geodetic measurements are not conducted.

Słowa kluczowe

PL

interferometria różnicowa; powolne osiadania powierzchni terenu; Sentinel-1A; kopalnia soli

EN

differential interferometry; slow mining subsidence; Sentinel-1A; salt mine

• Wydawca: Stowarzyszenie Inżynierów i Techników Górnictwa
• Czasopismo: Przegląd Górniczy
• Rocznik: 2017
• Tom: T. 73, nr 5
• Strony: 24--31
• Opis fizyczny: Bibliogr. 28 poz., rys., tab., wykr.

Twórcy

autor

Malinowska A.

• Akademia Górniczo-Hutnicza, Kraków

autor

Guzy A.

• Akademia Górniczo-Hutnicza, Kraków

autor

Witkowski W.

• Akademia Górniczo-Hutnicza, Kraków

autor

Hejmanowski R.

• Akademia Górniczo-Hutnicza, Kraków

autor

Ulmaniec P.

• Kopalnia Soli „Wieliczka”, Wieliczka k. Krakowa

Bibliografia

• [1] CHANG L., HANSSEN R.F. 2016 - A Probabilistic Approach for InSAR, IEEE Transactions on Geoscience and Remote Sensing, 2016, t.54, no 1, pp. 421–430.
• [2] DE ZAN F., GUARNIERI, A. M. 2006 - TOPSAR: Terrain Observation by Progressive Scans. Geoscience and Remote Sensing, IEEE Transactions on. 44(9), 2352-2360. doi:10.1109/TGRS.2006.873853.
• [3] FARR T.G., ROSEN P.A., CARO E.; CRIPPEN R., DUREN R., HENSLEY, S., KOBRICK M., PALLER M., RODRIGUEZ E., ROTH L. 2007 - DInSAR Time-Series into 3-D in Combination with GPS in the Case of Low Strain Rates: An Application to the Hyblean Plateau, Sicily, Italy. 2007. The Shuttle Radar Topography Mission. Rev. Geophys, pp. 45, 1–33.
• [4] FERRETTI, A., PRATI, C., ROCCA F. 2001 - Permanent Scatterers in SAR Interferometry. IEEE Trans. Geoscience And Remote Sensing, 39(1), pp 8-20.
• [5] GARLICKI A., SZYBIST A. 1995 - Ogólne założenia dla zabezpieczenia kopalni soli Wieliczka oraz nowy obraz geologiczny złoża wielickiego. Wieliczka (praca niepublikowana).
• [6] HANSSEN R. F. 2001 - Radar Interferometry: Data Interpretation and Error Analysis. Dordrecht, Kluwer Academic Publishers, ISBN: 0-7923-6945-9.
• [7] HWAŁEK S. 1971 - Górnictwo soli kamiennych i potasowych. Wyd. „Śląsk”, Katowice.
• [8] KLECZKOWSKI A.S. 1993 - Wody podziemne w okolicach Krakowa – potencjał i zagrożenia. PTG – AGH. Masz. Arch. Kat. Hydrogeologii i Geologii Inżynierskiej WGGiOŚ, AGH, Kraków.
• [9] KRAWCZYK A., PERSKI Z. 2010 - Doświadczenia wykorzystania technologii Permanent Scatters InSAR (PSI) do monitoringu deformacji terenów górniczych. „Przegląd Górniczy” nr 10, s. 150-155.
• [10] LAZECKÝ M, JIRÁNKOVÁ E, KADLEČÍK P. 2017 - Multitemporal monitoring of Karvina subsidence trough using Sentinel-1 and TerraSar-X interferometry. Acta Geodyn. Geomater., 14, No. 1 (185), pp. 53–59. DOI: 10.13168/AGG.2016.0027
• [11] MILCZAREK W., Blachowski J., Grzempowski P. 2017 - Application of PSInSAR for assessment of surface deformation in post-mining area – case study of the former Wałbrzych Hard Coal Basin (SW Poland). Acta Geodyn. Geomater., Vol. 14, No. 1 (185), 41–52, DOI: 10.13168/AGG.2016.0026.
• [12] MIREK K. 2015 - Wykorzystanie metody InSAR do monitorowania osiadania na obszarach górniczych na podstawie danych satelity Sentinel-1A, „Budownictwo Górnicze i Tunelowe”; R. 21, nr 4, s. 13–18.
• [13] PERSKI Z., HANSSEN R., MARINKOVIÜ P. 2008 - Deformation of The Margin of Sudety Mountains (Southern Poland) Studied by Persistent Scatterers Interferometry, Fifth International Workshop on ERS/Envisat SAR Interferometry, ‘2008, FRINGE07’, Frascati, Italy, CDROM.
• [14] PERSKI Z.1999 - Osiadania terenu GZW pod wpływem eksploatacji podziemnej określane za pomocą satelitarnej interferometrii radarowej (InSAR). „Przegląd Geologiczny” nr 2, s. 171-174.
• [15] PIĄTKOWSKA A., SURAŁA M., PERSKI Z., GRANICZNY M. 2012a - Zastosowanie satelitarnej interferometrii radarowej do identyfikacji mobilności terenu nad wysadem solnym w Inowrocławiu oraz form solnych centralnej Polski. Geology, Geophysics & Environment, Vol. 38, No. 2 pp. 209–220.
• [16] PIĄTKOWSKA A., SURAŁA M., PERSKI Z., GRANICZNY M. 2012b - Zastosowanie satelitarnej interferometrii radarowej do identyfikacji form solnych centralnej Polski na przykładzie wysadu solnego Inowrocław. „Biuletyn Państwowego Instytutu Geologicznego” nr 452, s. 237–244.
• [17] PORZYCKA S., LEŚNIAK A. 2012 - Analiza czasowa powolnych deformacji terenu na obszarze Zagłębia Dąbrowskiego. „Przegląd Górniczy” nr 66, 6, s. 70–75.
• [18] Praca zbiorowa 1987 - Opisowa inwentaryzacja i wstępna dokumentacja geologiczno-historyczna wyrobisk zabytkowych I poziomu kopalni soli w Wieliczce, Arch. Działu Geologicznego Kopalni Soli Wieliczka.
• [19] Praca zbiorowa 1991 - Kolejność podsadzania i zabezpieczania komór w aspekcie zagrożeń występujących w K.S. Wieliczka, Kraków.
• [20] Rejestr wycieków kopalnianych 1969 – 2010. Arch. Działu Geologicznego Kopalni Soli Wieliczka.
• [21] SAMIEIE-ESFAHANY S., HANSSEN R.F., THIENEN-VISSER K. VAN, MUNTENDAM-BOS A. 2010 - On the effect of horizontal deformation on InSAR subsidence estimates, „Proceedings of Fringe 2009 Workshop”, t. 2009.
• [22] SHANKER P., ZEBKER H. 2007 - Persistent scatterer selection using maximum likelihood estimation, Geophys. Res. Lett., vol. 34, no. 22, p. L22 301.
• [23] SOWTER A., BIN M., AMAT C., CIGNA F., MARSH S., AND ATHAB A. 2016 - International Journal of Applied Earth Observation and Geoinformation Mexico City land subsidence in 2014 – 2015 with Sentinel-1 IW TOPS : Results using the Intermittent SBAS (ISBAS) technique, International Journal of Applied Earth Observations and Geoinformation, t.52, pp. 230–242.
• [24] SUHET, Sentinel-1 User Handbook, „European Space Agency”, 2013, t.1, pp. 1–80.
• [25] SZCZERBOWSKI Z., WALICKI M. 2014 - Nowoczesne techniki satelitarne w badaniach deformacji powierzchni terenu. „Przegląd Górniczy” nr 8, s. 178–182.
• [26] YAGUE-MARTINEZ N., PRATS-IRAOLA P., MEMBER S., GONZALEZ F.R., BRCIC R., SHAU R., MEMBER S. 2016a - Interferometric Processing of Sentinel-1 TOPS Data, t.54, no 4, pp. 2220–2234.
• [27] YAGUE-MARTINEZ N., PRATS-IRAOLA P., MEMBER S., GONZALEZ F.R., BRCIC R., SHAU R., MEMBER S. 2016b - Interferometric Processing of Sentinel-1 TOPS Data, IEEE Transactions on Geoscience and Remote Sensing, t.54, no 4, pp. 2220–2234.
• [28] YERRO A., COROMINAS J., MONELLS D., JORDI J. 2014 - Analysis of the evolution of ground movements in a low densely urban area by means of DInSAR technique Original. Engineering Geology, Volume 170, pp. 52-65.

Uwagi

Opracowanie ze środków MNiSW w ramach umowy 812/P-DUN/2016 na działalność upowszechniającą naukę (zadania 2017).