Wyniki wyszukiwania - BazTech

1

Slip deformation along the Gyaring Co fault from InSAR and GPS

Zhang Qingyun, Li Yongsheng, Zhang Jingfa, Tian Yunfeng, Tian Tian, Li Bingquan

Acta Geophysica

|

2023

|

Vol. 71, no. 1

53--63

EN

Interferometric synthetic aperture radar (InSAR) can monitor large-scale small deformation. Because the Sentinel-1 satellite has a stable orbit control and the data coherence in Qinghai–Tibet Plateau is good, we utilize data from Sentinel-1 to analyze the slip deformation of the Gyaring Co fault (GCF) in the central Tibetan Plateau. Data are obtained from ascending and descending tracks covering the research area, and the deformation results are obtained by the stacking and analysis of time series. The results demonstrate that the GCF exhibit slow slip overall. An analysis of different sections indicates that the fault displays both right-lateral strike-slip and normal faulting behaviors, and the movement is particularly obvious in the middle section of the GCF. Furthermore, we investigate the contemporary slip rate of the GCF using GPS data and construct two velocity profiles perpendicular to the fault strike at the southeastern and northwestern ends of the fault. The southeastern profile shows ~4 mm/year of right-lateral strike-slip movement and a modest (<1 mm/year) amount of crustal thickening across the fault, while the northwestern profle shows much slower (~ 1 mm/year) right-lateral strike-slip motion and 0.5 mm/ year of crustal extension. The GPS results are consistent with the InSAR deformation map derived using Sentinel-1 A/B data from 2014 to 2017. Our results support the distributed crustal motion model in which most crustal deformation (shortening/ extension/strike-slip) occurs on various active faults in the central Tibetan Plateau rather than being concentrated on several fast-moving fault zones, e.g., the GCF-BCF. Finally, we analyze the distribution of historical earthquakes and the gravity and aeromagnetic felds. We speculate that a fault may exist north of Gyaring Co Lake that may be an extension of the fault north of Mujiu Co Lake.

2

Nowa metoda wyznaczania tensora odkształceń bazująca na obserwacjach InSAR

Witkowski Wojciech T., Hejmanowski Ryszard

Przegląd Górniczy

|

2022

|

T. 78, nr 1

16--24

PL

Odkształcenia poziome towarzyszące deformacjom górniczym mają istotne znaczenie w aspekcie bezpieczeństwa zarówno infrastruktury technicznej, zabudowy powierzchniowej, jak i jakości życia osób żyjących na terenach podlegających przekształceniom. O ile kierunkowe odkształcenia poziome można łatwo wyznaczać wykorzystując klasyczne pomiary geodezyjne, o tyle brak jest metod obserwacji pełnego tensora odkształceń. W prezentowanych badaniach autorzy proponują nową metodę wyzna-czania tensora odkształceń poziomych, w której wykorzystywane są obserwacje satelitarnej interferometrii radarowej (InSAR). W pierwszej kolejności sprawdzono poprawność działania metody na danych teoretycznych, modelowych. Błąd względny wyznaczony dla wartości ekstremalnych odkształceń nie przekroczył 0,02 przy odchyleniu σ = +/-0,003. W dalszej kolejności zastosowano proponowaną metodę na rzeczywistym poligonie badawczym. Przemieszczenia kierunkowe (LOS) wyznaczono metodą Multi-Temporal InSAR, w wariancie małych baz (SBAS), dla danych z misji Sentinel-1. Dla przedstawionego przypadku uzyskano przemieszczenia pionowe powierzchni terenu wynoszące do -167 mm i składową przemieszczeń poziomych w zakresie od -110 mm do +62 mm. Dla tak wykształconego pola przemieszczeń, ekstremalne wartości odkształceń poziomych wahały się od -0,52 mm/m do +0,36 mm/m przy σ = +/-0,050 mm/m. Uzyskane wyniki świadczą o wysokiej i wystarczającej dla celów praktycznych dokładności metody wyznaczania tensora odkształcenia poziomego. Nowa metoda analizy wyników satelitarnych obserwacji radarowych rozszerza istniejące dotychczas możliwości geodezyjnego wyznaczania odkształceń.

EN

Horizontal strain accompanying mining deformations have significant importance in terms of the safety of both technical infrastructure and the quality of life of people living in the areas undergoing transformation. While directional horizontal strain can be easily determined using classical geodetic measurements, there are no methods of observing the full deforma-tion tensor. In the presented research, the authors propose a new method for determining the horizontal strain tensor, which uses satellite radar interferometry (InSAR) observations. First, the correctness of the method was checked on theoretical and model data. The relative error determined for the extreme deformation values did not exceed 0.02 with the deviation σ = +/- 0.003. Subsequently, the proposed method was applied on a real cause study example. Directional displacements (LOS) were determined using the Multi-Temporal InSAR method, in the small baseline variant (SBAS), for the data from the Sentinel-1 mission. For the presented case, vertical displacements of the terrain surface were obtained, amounting to -167 mm, and the component of horizontal displacements ranging from -110 mm to +62 mm. For such a developed displacement field, the extreme values of horizontal deformations ranged from -0.52 mm/m to +0.36 mm/m with σ = +/-0.050 mm/m. The obtained results prove a high and sufficient for practical purposes the accuracy of the method of determining the horizontal strain tensor. The new method of analyzing the results of satellite radar observations extends the existing possibilities of geodetic determination of deformations.

3

Slope movement monitoring through a combination of IoT and InSAR

Guilhot T., Martinez del Hoyo T., Bartoli A., Ramakrishnan P., Leemans G., Houtepen M., Salzer J., Metzger J. S., Maknavicius G.

Gospodarka Wodna

|

2021

|

Nr 9

35--40

EN

Tailings dams are critical, complex infrastructures that result particularly challenging to secure. Complex systems involving a variety of physical and digital devices have recently been used, but an optimized solution remains difficult to find due to the dimensions and complexity of the areas to be monitored. The use of siloed processes to manage such infrastructures is generally not a practical and cost-effective process. New combinations of technologies must be explored to provide optimum solutions. This paper presents a commercial, cost-effective method to accurately monitor slope movements. The combination of a network of surface sensors with satellite radar data is proposed. The Internet of Things monitoring system is composed of several distributed data collection points, used in combination with periodic InSAR studies. The correlation of both data sets is demonstrated in a testbed in which slope failure events are detected and long-term drifts confirmed. This study has been performed in a real-life testbed and two events have been detected. In the first slope failure event, the data is correlated between all technologies involved: same direction, with different orders of magnitude consistent with the sensors’ location. In the other event, some technologies have detected the event whilst the tiltmeters have demonstrated that the structure had not been affected.

PL

Zapory zbiorników wodnych oraz inne budowle ziemne są ważną i złożoną infrastrukturą, której zapewnienie trwałości i poprawnego funkcjonowania stanowi szczególne wyzwanie. Ostatnio, do oceny trwałości skap tych budowli oraz zboczy naturalnych, próbuje się stosować złożone systemy obejmujące różne fizyczne i cyfrowe urządzenia, ale wciąż, ze względu na wymiary i złożoność obszarów, które mają być objęte monitoringiem, potrzebne jest znalezienie rozwiązania optymalnego. Wykorzystanie „procesów silosowych”10) do zarządzania taką infrastrukturą jest na ogół procesem niepraktycznym i nieopłacalnym. Należy więc zbadać nowe kombinacje technologii, aby zapewnić optymalne rozwiązania. W artykule przedstawiono komercyjną, efektywną kosztowo metodę dokładnego monitorowania ruchów skarp. Zaproponowano połączenie sieci czujników powierzchniowych z satelitarnymi danymi radarowymi. System monitoringu oparty na Internecie Rzeczy (Internet of Things – IoT) składa się z kilku rozproszonych punktów zbierania danych, wykorzystywanych w połączeniu z okresowymi pomiarami z systemu satelitarnej interferometrii radarowej (Interferometric Synthetic Aperture Radar – InSAR). Korelacja obu zestawów danych jest wyświetlana na stanowisku badawczym, w którym wykrywane są zdarzenia awarii zbocza i potwierdzane długoterminowe ruchy osuwiskowe. Badanie to zostało przeprowadzone na rzeczywistym stanowisku badawczym, gdzie wykryto dwa zdarzenia. W pierwszym przypadku uszkodzenia zbocza dane są skorelowane pomiędzy wszystkimi zaangażowanymi technologiami: ten sam kierunek, różne rzędy wielkości zgodne z lokalizacją czujników. W drugim przypadku, niektóre technologie wykryły zdarzenie, podczas gdy pochyłomierze wykazały, że konstrukcja nie została naruszona.

4

Co-seismic and post-seismic deformation, field observations and fault model of the 30 October 2020 Mw = 7.0 Samos earthquake, Aegean Sea

Ganas Athanassios, Elias Panagiotis, Briole Pierre, Valkaniotis Sotiris, Escartin Javier, Tsironi Varvara, Karasante Ilektra, Kosma Chrysanthi

Acta Geophysica

|

2021

|

Vol. 69, no. 3

999--1024

EN

On 30 October 2020, a large Mw = 7.0 earthquake occurred north of the island of Samos, Greece. Here we present the characteristics of the seismic fault (location, geometry, geodetic moment) as inferred from the processing of geodetic data (InSAR and GNSS). We use the InSAR displacement data from Sentinel-1 interferograms (ascending orbit 29 and descending 36) and the GNSS offsets from fourteen (14) stations in Greece and Turkey to invert for the fault parameters. Our inversion modelling indicates the activation of a normal fault offshore Samos with a length of 40 km, width of 15 km, average slip of 1.7 m, a moderate dip-angle (37°) and with a dip-direction towards North. The inferred fault is located immediately north of, and adjacent to Samos with the top of the slip ~ 0.6 km below surface, and ~ 1 km offshore at its closest to the island. Near the fault, the earthquake caused the permanent uplift of the island up to 10 cm with the exception of a coastal strip along part of the northern shore that subsided 2–6 cm. The co-seismic horizontal motion of GNSS station SAMO was 35.6 cm towards south and 3 cm towards west. A post-seismic signal (22–33% of the co-seismic on the vertical component) was observed at GNSS stations SAMO and SAMU, with a time constant of 30 days. The effects of the earthquake included liquefaction, rock falls, rock slides, road cracks and deep-seated landslides, all due to the strong ground motion and associated down-slope mobilization of soil cover and loose sediments.

5

Zastosowanie Satelitarnej Interferometrii Radarowej InSAR w modelowaniu przemieszczeń powierzchni terenu indukowanych drenażem warstw skalnych

Guzy Artur, Malinowska Agnieszka A., Witkowski Wojciech T., Hejmanowski Ryszard

Przegląd Górniczy

|

2020

|

T. 76, nr 8

13--25

PL

Obniżenia powierzchni terenu są jednym z najbardziej istotnych efektów środowiskowych pompowania wody ze zbiorników podziemnych. Powstają one na skutek kompakcji ściśliwych warstw wodonośnych. W skali globalnej główną przyczyną tego zjawiska jest rosnące zapotrzebowanie na czystą wodę. Przemieszczenia powierzchni terenu powstałe na skutek odwodnienia górotworu mogą przyjmować sumaryczne wartości nawet do kilkunastu metrów. Zasięg tego zjawiska jest zazwyczaj rozległy i trudny do jednoznacznego zdefiniowania. Kompakcja warstw wodonośnych spowodowana odwodnieniem górotworu przyczynia się do powstania szeregu niekorzystnych zjawisk o wymiarze społeczno-ekonomicznym i znacznych kosztach naprawczych. Obecnie wyróżnić można wiele metod, które wykorzystywane są w celu analizy i symulacji kompakcji warstw wodonośnych. Rozwiązania te pozwalają na uzyskanie zadowalających wyników modelowania. Są jednak one często mało efektywne i czasochłonne. Z tego względu wskazuje się na konieczność prowadzenia dalszych badań, które umożliwią bardziej skuteczne modelowanie kompakcji warstw wodonośnych. W ostatnich kilkunastu latach obserwowany jest gwałtowny rozwój InSAR. Przyczynił się on do znaczącego postępu w zakresie monitoringu i określania rozkładu czasowo-przestrzennego odwodnieniowych przemieszczeń powierzchni terenu w wielu regionach świata. Stąd, implementacja wyników pomiarów opartych o tę technologię może stanowić znaczny potencjał dla budowy bardziej efektywnych modeli kompakcji warstw wodonośnych. Celem niniejszego artykułu jest podsumowanie implementacji InSAR w ciągu ostatnich kilku lat dla wsparcia procesu modelowania kompakcji warstw wodonośnych na skutek drenażu górniczego.

EN

Land subsidence is one of groundwater pumping probably the most evident environemntal effects. This phenomenon is induced by the dewatering of susceptible aquifer systems. Globally, freshwater demand is the leading cause of this phenomenon. Land subsidence induced by aquifer system drainage can reach total values up several meters. The spatial extension of the phenomenon is usually extensive and often difficult to define clearly. Aquifer compaction contributes to many socio-economic effects and high infrastructure=related damage costs. Currently, many methods are used to analyze aquifer compaction. Such solutions enable satisfactory modelling results. However, further research is needed to allow more efficient modelling of aquifer compaction. Recently, InSAR has contributed to significant progress in monitoring and determining the spatio-temporal land subsidence distributions worldwide. Therefore, implementation of this approach can pave the way to develop more efficient aquifer compaction models. This paper presents a summary of InSAR implementation over recent years to support the aquifer compaction modelling process.

6

Osiadanie powierzchni terenu z tytułu sczerpywania wody - wyznaczanie technikami InSAR

Kopeć Anna, Kwinta Andrzej

Przegląd Górniczy

|

2019

|

T. 75, nr 1

27--32

PL

Wody podziemne są głównym źródłem zaopatrzenia w wodę publicznych sieci wodociągowych oraz zakładów przemysłowych. Jednocześnie wody podziemne stanowią zagrożenie dla kopalni podziemnych i odkrywkowych, konieczna jest eksploatacja wód z obszarów objętych wydobyciem. Eksploatacja wód podziemnych, powoduje kształtowanie się wielkopowierzchniowych niecek odwodnieniowych. Pomiary przemieszczeń terenu, wykonuje się głównie klasycznymi metodami geodezyjnymi (niwelacja, tachimetria). W artykule przedstawiono możliwości wykorzystania technik pomiarowych InSAR (DInSAR, PSInSAR, SBAS) do monitoringu osiadań powierzchni terenu, wynikających z sczerpywania wód podziemnych. Techniki InSAR umożliwiają jednoczesną obserwację całego obszaru eksploatacji w quasi-ciągłej postaci (bardzo duża ilość punktów pomiarowych) i bardzo krótkich interwałach czasowych (nawet co 6 dni), co stanowi zdecydowaną przewagę nad punktowym i czasochłonnym, klasycznym pomiarem geodezyjnym.

EN

Groundwater is the main source of water supply for public water supply and industry. Simultaneously, groundwater is a threat to underground and open-cast mines. It is necessary to exploit water from mining areas. Exploitation of groundwater causes the formation of large-scale drainage basins. Measurements of ground displacements are carried out mainly by classic geodetic methods (leveling, tachymetry). This paper presents the possibilities of using InSAR measurement techniques (DInSAR, PSInSAR, SBAS) to monitor the subsidence of the land surface resulting from groundwater extraction. InSAR techniques allow to observe the whole area of exploitation in a quasi-continuous form (very large number of measurement points) and at very short time intervals (even every 6 days) at the same time, which is a decisive advantage over the point and time-consuming classic geodetic measurements.

7

Zaawansowane techniki InSAR w monitorowaniu osuwisk

Perski Zbigniew

Przegląd Geologiczny

|

2019

|

Vol. 67, nr 5

351--359

EN

In recent years, there has been a rapid development of SAR acquisition techniques and all new satellite radar missions are equipped with SAR devices allowing beam steering. This paper presents results of experimental application of TerraSAR-X in ultra-high resolution SpotLight and Staring SpotLight modes for the area of the Just landslide in the Rożnow lake area. Another analyzed example was to use data of the medium resolution Sentinel-1 data acquired in the TOPS mode for the Huciska and Zapadle landslides in Szymbark. In this case, a network of 12 radar reflectors (corner reflectors) was installed to make the results independent of vegetation conditions on landslides. This study presents preliminary results of measurements and discusses the potential of applications and directions of further work.

8

Pomiary przemieszczeń wywołanych wstrząsem górniczym przy zastosowaniu satelitarnej interferometrii radarowej InSAR

Hejmanowski R., Malinowska A., Witkowski W., Guzy A.

Przegląd Górniczy

|

2018

|

T. 74, nr 8

39--50

PL

Badania ruchów powierzchni spowodowanych wstrząsami sejsmicznymi są kosztowne i kłopotliwe w planowaniu eksperymentu z uwagi na trudny do przewidzenia czas wystąpienia wstrząsu. Z tego względu jedynie ciągłe bądź quasiciągłe obserwacje mogą się przyczyniać do lepszego poznania tych zjawisk. Technologie teledetekcyjne, a w szczególności interferometria radarowa (InSAR) coraz częściej spełniają cechy takich obserwacji. W artykule zaprezentowane zostały skutki wstrząsu sejsmicznego o magnitudzie 4,7, który miał miejsce 07.12.2017 r. i wystąpił na terenie górniczym O/ZG Rudna w KGHM. Badania osiadań powierzchni po wstrząsie prowadzono w oparciu o satelitarną interferometrię radarową. Analiza przemieszczeń powierzchni terenu wywołanych tym wstrząsem pozwoliła na lepsze poznanie powstrząsowej dynamiki przekształceń powierzchni terenu. W przeprowadzonych badaniach określono rozkład osiadań powierzchni terenu wywołanych tym wstrząsem, wyznaczając rozpiętość powstrząsowej niecki obniżeniowej i maksymalne przemieszczenia pionowe oraz skonfrontowano zarejestrowane ruchy powierzchni terenu z budową geologiczną górotworu.

EN

The investigation on ground subsidence caused by the mining-related seismicity is expensive and difficult in terms of conducting research and planning the experiment. The tremors occurrence is usually unexpected, that is why surveying of ground deformation should be carried out in a special way. The most convenient monitoring method are continuous measurements. Thus, the remote sensing and InSAR are commonly applied to monitor ground displacements in the areas induced by seismicity. The effects of one huge induced tremor with the motion of 4.7, which occurred on 7 December 2017 are the objective of this paper. The tremor occurred in the mining area of the underground copper ore mine “Rudna” belonging to the KGHM Mining Company. The research of the subsidence caused by this tremor has been conducted by the use of InSAR. The subsidence analysis allowed to get some new knowledge about the kinematics of the surface changes after the tremors. The distribution of the surface subsidence, maximal subsidence and the dimensions of the subsidence trough have been presented in the paper. The correlation of subsidence with the geological structure was discussed.

9

Mapping of slow vertical ground movement caused by salt cavern convergence with Sentinel-1 tops data

Malinowska A., Hejmanowski R., Witkowski W. T., Guzy A.

Archives of Mining Sciences

|

2018

|

Vol. 63, no. 2

383--396

EN

The geodetic measurements optimization problem has played a crucial role in the mining areas affected by continuous ground movement. Such movements are most frequently measured with the classical geodetic methods such as levelling, tachymetry or GNSS (Global Navigation Satellite System). The measuring techniques are selected with respect to the dynamics of the studied phenomena, surface hazard degree, as well as the financial potential of the mining company. Land surface changes caused by underground exploitation are observed with some delay because of the mining and geological conditions of the deposit surroundings. This delay may be considerable in the case of salt deposits extraction due to slow convergence process, which implies ground subsidence maximum up to a few centimeters per year. Measuring of such displacements requires high precision instruments and methods. In the case of intensely developed urban areas, a high density benchmark network has to be provided. Therefore, the best solution supporting the monitoring of vertical ground displacements in the areas located above the salt deposits seems to be the Sentinel 1-A radar imaging satellite system. The main goal of the investigation was to verify if imaging radar from the Sentinel 1 mission could be applied to monitor of slow ground vertical movement above word heritage Wieliczka salt mine. The outcome of the analysis, which was based on DInSAR (Differential SAR Interferometry). technology, is the surface distribution of annual subsidence in the period of 2015-2016. The comparison of the results with levelling confirmed the high accuracy of satellite observations. What is significant, the studies allowed to identify areas with the greatest dynamics of vertical ground movements, also in the regions where classical surveying was not conducted. The investigation proved that with the use of Sentinel-1 images sub centimeters slow vertical movements could be obtained.

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.

10

Application of InSAR in measuring Earth’s surface deformation caused by groundwater extraction and modeling its behavior using time series analysis by artificial neural networks

Rahmani Y., Ahmadi F. F.

Acta Geophysica

|

2018

|

Vol. 66, no. 5

1171--1184

EN

Measuring ground displacement is very important, considering its destructive physical and financial effects, and one of the most efficient methods for this purpose is the differential interferometry that uses data with high spatial resolution which, in this research, are 11 TerraSAR-X images over 11-month period. The study area is the plain in the southwest of Tehran, and the subsidence was displayed by extracted interferograms. The maximum displacement of the pairs of consecutive images in this area was 18 cm, and the displacement rate was 13 cm/year (cm/year). By analyzing the time series using neural network, displacement for 12th month was predicted at 32 cm. The obtained results of this research were evaluated and validated by using radar and GPS data associated with similar research. The result of the evaluation indicates compliance of the obtained results in this research with other researches in the field.

11

Rozważania nad dokładnością zobrazowań radarowych satelity Sentinel-1A wykorzystanych na terenach górniczych

Witkowski W. T., Malinowska A., Hejmanowski R.

Przegląd Górniczy

|

2017

|

T. 73, nr 1

78--83

PL

Dwuletni okres najnowszej misji satelitarnej Europejskiej Agencji Kosmicznej pozwala na dokonanie pierwszych, głębszych analiz możliwości zastosowania zobrazowań radarowych dla celów wyznaczania przemieszczeń pionowych na terenach przekształconych. Satelita Sentinel-1A daje możliwości prowadzenia takich analiz w cyklu 12-dniowym. W artykule dokonano obszernego wprowadzenia w technologiczne aspekty przetwarzania satelitarnych zobrazowań radarowych. Następnie dokonano analizy okresowych zmian wysokościowych powierzchni terenu w latach 2015-2016 na terenie górniczym jednej z polskich kopalń głębinowych na bazie technologii DInSAR. Wykazano przydatność omawianej metodyki, jej względną wysoką dokładność w porównaniu z klasyczną niwelacją techniczną. Omówiono również ograniczenia prezentowanej metodyki, podając kierunki przyszłych badań w tym zakresie.

EN

The two-year period of the latest satellite mission of the European Space Agency provided images that support the analysis of ground vertical displacement in mining areas. Satellite Sentinel-1A gives the possibility to carry out such an investigation in the cycle of 12 days. In this paper a comprehensive introduction to the technological aspects of the processing of satellite images has been presented. The essential research was focused on the analysis of periodic vertical movements of the terrain surface located above underground mining operation from 2015 to 2016. The SAR images processing was performed based on DInSAR method. The research confirmed relative high accuracy of vertical points movement observed based on SAR images in comparison with the classical leveling. Not only high effectiveness of the presented method has been proved, but also limitation of that solution has been discussed. The authors summarize their achievement by giving directions for future research in this area.

12

Geostatystyczna analiza uwarunkowań pionowych przemieszczeń terenu zidentyfikowanych przy pomocy interferometrii satelitarnej na obszarze Górnośląskiego Zagłębia Węglowe

Przyłucka M.

Przegląd Górniczy

|

2017

|

T. 73, nr 6

9--17

PL

Celem pracy jest zaprezentowanie różnych możliwości wykorzystania satelitarnych danych przetworzonych technikami interferometrii radarowej dla badań pionowych przemieszczeń terenu na obszarze czynnych i zamkniętych kopalń węgla kamiennego. W pracy wykorzystano cztery zestawy danych, w tym zestaw danych rastrowych, interferogramów różnicowych, pozyskanych w technice Differential Interferometry Synthetic Aperture Radar (DInSAR) oraz trzy zestawy danych punktowych, pozyskanych w technice Persistent Scatterer Interferometry (PSInSAR). Dane obejmowały fragmenty obszaru Górnośląskiego Zagłębia Węglowego (GZW) i posłużyły do przeprowadzenia analiz na dwóch obszarach badawczych: „Katowice” (kopalnie czynne) i „Będzin” (kopalnie zlikwidowane). Wykorzystany bogaty zbiór danych pozwolił na określenie przydatności poszczególnych typów danych, jak również wykorzystanych zakresów obrazowania radarowego, do badania pionowych przemieszczeń powierzchni terenu. Analiza powolnych przemieszczeń terenu, zidentyfikowanych na danych punktowych PSInSAR, umożliwiła identyfikację zasięgu wpływów działalności górniczej. Dodatkowo, na przykładzie obszaru kopalni zamkniętych „Będzin” pokazano znaczącą zmianę charakteru występujących pionowych ruchów terenu przed i po zamknięciu kopalni. Analiza szybkich, rzędu centymetrów na miesiąc, przemieszczeń została przeprowadzona na obszarze „Katowice” w oparciu o zestaw danych interferogramów różnicowych. Poprzez zsumowanie wartości osiadania otrzymanych na pojedynczych obrazach, otrzymano mapę przemieszczeń pionowych dla okresu 15 miesięcy. W dalszej części pracy przedstawiono połączenie dwóch typów informacji, punktowej o niewielkich przemieszczeniach oraz rastrowej o dużych przemieszczeniach. Zostało ono przeprowadzone poprzez jednoczesną interpolację otrzymanych wartości, czego wynikiem była kompleksowa mapa pionowych przemieszczeń terenu, przedstawiająca pełen, prosty w odbiorze obraz zmian zaszłych dla okresu luty 2007 – maj 2008 na obszarze Katowic.

EN

The aim of this paper is to present various possibilities of using satellite data processed by radar interferometry techniques for vertical displacement in active and closed coal mines. Four sets of data were used, including one raster data set, differential interferometers processed in Differential Interferometry Synthetic Aperture Radar (DInSAR) technique, and three sets of point data obtained using the Persistent Scatterer Interferometry (PSInSAR, PSI) technique. The data included fragments of the Upper Silesian Coal Basin (USCB) area and were used to carry out analyzes of vertical movements in two research areas: „Katowice” (active coal mining area) and „Będzin” (abandoned mining area). The rich set of data allowed to determine the suitability of particular types of data for analysis of vertical deformation of the surface. An analysis of the slow displacement identified on the PSInSAR data points has allowed for identification of the extent of the influence of the mining activity. In addition, the example of the closed mine site „Będzin” shows a significant change in the nature of the occurring vertical movements of the area before and after the closure of the mine. Analysis of fast, centimeters-per-month displacements was carried out in the area of „Katowice” based on the data set of differential interferograms. By aggregating the subsidence values received on individual images, a vertical displacement map for the 15-month period was obtained. In the following part of the paper a combination of two types of information, a small displacement, and a fast displacement has been presented. It was carried out by simultaneous interpolation of the values obtained, resulting in a comprehensive map of vertical displacements for two research areas, showing a full, simple image of deformation occurring between February 2007 and May 2008 in Katowice.

13

Accuracy assessment of TanDEM-X IDEM using airborne LiDAR on the area of Poland

Woroszkiewicz M., Ewiak I., Lulkowska P.

Geodesy and Cartography

|

2017

|

Vol. 66, no. 1

137--148

EN

The TerraSAR-X add-on for Digital Elevation Measurement (TanDEM-X) mission launched in 2010 is another programme – after the Shuttle Radar Topography Mission (SRTM) in 2000 – that uses space-borne radar interferometry to build a global digital surface model. This article presents the accuracy assessment of the TanDEM-X intermediate Digital Elevation Model (IDEM) provided by the German Aerospace Center (DLR) under the project “Accuracy assessment of a Digital Elevation Model based on TanDEM-X data” for the southwestern territory of Poland. The study area included: open terrain, urban terrain and forested terrain. Based on a set of 17,498 reference points acquired by airborne laser scanning, the mean errors of average heights and standard deviations were calculated for areas with a terrain slope below 2 degrees, between 2 and 6 degrees and above 6 degrees. The absolute accuracy of the IDEM data for the analysed area, expressed as a root mean square error (Total RMSE), was 0.77 m.

14

Wykorzystanie interferometrii satelitarnej do monitoringu deformacji powierzchni terenu na przykładzie LGOM

Graniczny M., Kowalski Z., Kowalski P., Przyłucka M.

Biuletyn Państwowego Instytutu Geologicznego

|

2017

|

nr 469

59--66

PL

W artykule przedstawiono zmiany powierzchni terenu zaistniałe w obszarze górniczym Rudna między 28 listopada a 10 grudnia 2016 r. Zmiany zarejestrowano na interferogramie różnicowym pozyskanym ze scen najnowszego satelity radarowego Sentinel-1. Interferogram jest obrazem rastrowym, będącym złożeniem dwóch scen radarowych, na którym jest przedstawiona różnica faz odbitego sygnału. Różnica ta odzwierciedla zmiany zaistniałe na powierzchni terenu w postaci prążków interferometrycznych, które można interpretować jako kolejne warstwice zmian morfologii terenu. W badanym okresie zidentyfikowano zmiany rzędu 3 cm. Wszystko wskazuje na to, że były one związane ze wstrząsem sejsmicznym z dnia 29 listopada, co zostało potwierdzone przez porównanie lokalizacji epicentrum zjawiska i wystąpienia deformacji terenu.

EN

The article presents surface deformations and changes in the Rudna mining areas, which occured between 28 November and 10 December 2016. These changes were recorded on the radar differential interferogram derived from the scenes of the ESA radar satellite Sentinel-1. The interferogram is a raster image that is a combination of two radar scenes, showing the phase difference of the reflected microwave signal. This difference reflects changes occurring on the earth surface in the form of interferometric stripes called “fringes”. They are interpreted as contours of changes in earth morphology. During the analyzed period, 3-cm variations were identified. All indications show that they were related to the November 29 seismic shock, which was confirmed by comparing the location of the earthquake epicentre with the recorded fringes.

15

Towards Data Integration and Analysis in the Detection of Terrain Surface Deformation in the Case of the Inowrocław Salt Dome

Szczerbowski Z., Piątkowska A.

Geomatics and Environmental Engineering

|

2015

|

Vol. 9, no. 4

85--100

PL

Długookresowe obserwacje przemieszczeń powierzchni terenu pozwoliły na wyznaczenie lokalnego trendu zarówno w dźwiganiu, jak i osiadaniu terenu na skutek eksploatacji górniczej oraz geologicznych procesów związanych ze strukturą solną Inowrocławia. Pomiary geodezyjne objęły dużą liczbę punktów sieci geodezyjnej, co dostarczyło wprawdzie szczegółowych, lecz ograniczonych do niewielkiej powierzchni terenu informacji o przemieszczeniach pionowych. Zastosowanie satelitarnej interferometrii radarowej (InSAR) pozwoliło na poszerzenie zakresu przestrzennego badanych przemieszczeń (wyznaczonych również z zastosowaniem precyzyjnej niwelacji geometrycznej), co umożliwiło wyznaczenie deformacji w wymiarze regionalnym. Zaprezentowano połączenie wyników wyznaczonych przy zastosowaniu niwelacji oraz techniki PS InSAR, które umożliwiły zamodelowanie badanych przemieszczeń. Ze względu na możliwości obu narzędzi pomiarowych podejście to okazało się właściwe.

EN

Long-term geodetic observations of the terrain surface displacements show local trends in uplifts and subsidence as effects of mining and geological processes related to the salt structure of Inowrocław. Surveys have been carried out on a number of control points of the geodetic network, thus, observations provide detailed data, but limited to a small area. The application of the Synthetic Aperture Radar Interferometry (InSAR) data extending a spatial range of displacements depicted by levelling can provide a regional context of the process. The presented combination of the levelling and InSAR (Persistent Scatt erer Interferometry – PSI) data in modelling of displacements can be a good option on the condition that some of the peculiarities of the methods are considered.

16

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

Graniczny M., Kowalski Z., Przyłucka M., Zdanowski A.

Przegląd Górniczy

|

2014

|

T. 70, nr 12

11--19

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.

17

Zastosowanie technologii InSAR do wyznaczania krzywizn wywołanych podziemną eksploatacją górniczą

Niedojadło Z., Gruszczyński W., Sopata P., Stoch T.

Przegląd Górniczy

|

2013

|

T. 69, nr 8

112--118

PL

Artykuł prezentuje wyniki badań nad możliwością zastosowania metody InSAR do wyznaczania krzywizn powierzchni terenu, powstałych wskutek podziemnej eksploatacji górniczej. Wyznaczone na podstawie pomiaru satelitarnego krzywizny poddano weryfikacji, wykorzystując wyniki klasycznych pomiarów geodezyjnych, zrealizowanych na punktach linii obserwacyjnej. Porównano je także do wyników sporządzonej reprognozy przedmiotowego wskaźnika.

EN

This article presents the results of a research on the applicability of InSAR method to determine the land surface curvatures, resulting from underground mining exploitation. The curvatures were determined on the basis of the satellite measurements and verified by the use of classical results of surveys, carried out at the observation points of the line. They have also been compared to the results of the earlier prepared prognosis of the subject indicator.

18

The error analysis of the three-pass differential interferometery

Huang C., Guo J., Yu X., Yuan C.

Przegląd Elektrotechniczny

|

2013

|

R. 89, nr 3a

236--240

EN

The three pass differential interferometry technology is an important means of ground deformation monitoring, which has been successfully used in the large ground deformation monitoring and research such as the earthquake, volcano activity, glacial drift, landslides, and city settlement etc. However the technology is affected by multiple errors in practical application, which have serious influence on the deformation monitoring precision. For spaceborne radar, this paper derives the error propagation coefficients of the baseline error, the phase error, the atmospheric delay error and the earth curvature error and other types of errors on the three pass differential interferometry base on the [three pass differential interferometry] principle, and analyses the characteristics of these errors, finally discusses the influence rules of the errors on three pass differential interferometry.

PL

Artykuł dotyczy zagadnienia trójpasmowej interferometrii różnicowej, jako narzędzia do monitorowania deformacji gruntu w przypadku trzęsień ziemi, aktywności wulkanicznej itp. Na potrzeby radarów znajdujących się na orbicie kosmicznej, wyznaczono współczynnik propagacji błędów, typowych w tego rodzaju pomiarach (błąd fazowy, opóźnienie w atmosferze, zakrzywienie powierzchni Ziemi). Opisano mechanizm wpływu obecności tych błędów i uchybów na wynik działania metody.

19

Ocena możliwości wykorzystania InSAR do monitoringu deformacji wywołanych eksploatacją ściany 335 pokładu 209 kopalni ZG „Sobieski”

Krawczyk A., Sopata P., Stoch T.

Przegląd Górniczy

|

2012

|

T. 68, nr 8

204--208

PL

W artykule przestawiono wyniki pomiarów intetrferometrycznych na terenie wpływów eksploatacji górniczej ZG „Sobieski”. W ramach realizacji grantu badawczego zakupiono 4 radarogramy, wykonano przetworzenie radarogramów na interferogramy. Na bazie zidentyfikowanej niecki obniżeniowej uwidocznionej na interferogramie w postaci prążków interferometrycznych przeanalizowano przyrosty obniżeń terenu. W trakcie eksploatacji ściany 335 pokładu 209 prowadzone były obserwacje geodezyjne, które pozwoliły na częściową weryfikację wyników obniżeń zaobserwowanych za pomocą InSAR. Otrzymane rezultaty pozwoliły na wstępną ocenę możliwości zastosowania InSAR do obserwacji wybranych rejonów eksploatacji oraz określenie uwarunkowań jej zastosowania w warunkach krajowego przemysłu górniczego.

EN

The article presents the results of InSAR measurements in the area of impact of mining exploitation realized by the “Sobieski” mine. In the framework of a research grant 4 radarograms were purchased, processing of radarograms into interferograms was carried out. On the basis of identified subsidence trough shown on the interferogram in the form of interferometric lines the increments of ground subsidences were analysed. During the operation of longwall 335 of the seam 209 geodetic observations were conducted, which allowed the partial verification of subsidence results observed by help of InSAR. The obtained results allowed the initial assessment of the applicability of InSAR to observe selected regions of exploitation and to determine the conditionings of its application in conditions of the national mining industry.

20

Introduction to interferometry processing with Doris: the Delft object-oriented radar interferometric software

Kniotek M., Mirek K.

Geology, Geophysics and Environment

|

2012

|

Vol. 38, no. 4

480--481

EN

Interferometrie synthetic aperture radar (InSAR) is a powerful tool for mapping the Earth's land, ice and even the sea surface topography. It is based on processing of the pair of images to map out the differences in the reflected signals over the area (typically 100 km x 100 km). By bouncing signals from a radar satellite off the ground in successive orbits and looking at the differences between the images, interferometrie synthetic aperture radar can detect small differences in the distance between its position and the ground as the land surface moves - whether up or down. A digital SAR image can be seen as a mosaic of pixels. Each pixel gives a complex number that carries amplitude and phase information about the microwave field backscattered by all the scatterers (such as rocks, buildings, vegetation) within the corresponding resolution cell projected on the ground. The amplitude depends on the roughness and typically, exposed rocks and urban areas show strong amplitudes, whereas smooth flat surfaces (like quiet water basins) show low amplitudes. The phase is directly linked to the distance between the observed terrain and the satellite sensor. By calculating the differences in phases (interferogram) between two sets of data, one can determine ground displacements that have occurred in the time between the data acquisitions. One of the popular open source and free program called Doris (The Delft object-oriented Radar Interferometrie software) is developed to process data obtained from SAR systems. Doris basic input are SLC (Single Look Complex) images. Due to modular structure of program (processing is performed in steps/blocks), it is possible to write own steps of processing the data. Program is distributed with some helpful scripts and additional programs developed by community, which are compatible and ready to use with Doris.On every step of processing could be used other programs to: improve attributes of data (e.g. extra filtering), plot charts to check processed data or draw a maps. There are many possibilities for scripts wrote in Matlab or similar programs. SAGA GIS or GMT (The Generic Mapping Tools) could be used to view images or merge parts of them. All the time new programs are being developed ,which may be used with Doris or its result files. There are few other programs developed for InSAR processing like ROI_PAC or PHOTOMOD Radar, but in this article processing only in Doris is presented.The processing is not simple and may take few hours. Processing was made using data from European Space Agency before and after earthquake in Bam (Iran). At the beginning of processing, data need to be read and attached with orbits of satellite from day, when images were taken. In next step data could be connected with Digital Elevation Model (DEM) and be resampled if needed. Next, master and slave images are computed to take offsets between images. After this interferogram is created. From interferogram reference phase and reference DEM are being subtracted. At the end are being created unwrapped interferogram, coherence map and geo-coded interferogram, which is presented in geographical known reference system. Obtained products from Doris like unwrapped phase map could be helpful in earth science. Maps of terrain after unwrapping shows the terrain deformation with high accuracy of cm in resulution. The best results are shown using images which are taken before and after earthquake, but this is not the only use. Here should be again mentioned that data could be obtained even at night and through the clouds or snow caps, which cause problems in some areas of Earth. Plenty of data needed to interferometry processing is available for free.