Artykuł o interferometrii radarowej nagrodzony

Badacze z WydziaÅ‚u Geoinżynierii, Górnictwa i Geologii Politechniki WrocÅ‚awskiej zostali nagrodzeni trzecim miejscem w konkursie organizowanym przez redakcjÄ™ miesiÄ™cznika naukowego „PrzeglÄ…d Górniczy”. Doceniono w ten sposób ich artykuÅ‚ na temat badaÅ„ z zastosowaniem satelitarnej interferometrii radarowej.

ZG Rudna (fot. KGHM Polska Miedź)

W Konkursie im. prof. BolesÅ‚awa KrupiÅ„skiego nagradzane sÄ… teksty opublikowane na Å‚amach „PrzeglÄ…du Górniczego” upowszechniajÄ…ce doÅ›wiadczenia kopalÅ„ w zakresie dziaÅ‚aÅ„ skutkujÄ…cych poprawÄ… bezpieczeÅ„stwa górniczego i ekonomicznej efektywnoÅ›ci eksploatacji złóż. W aktualnej edycji kapituÅ‚a oceniaÅ‚a artykuÅ‚y opublikowane w 2019 r.

Trzecim miejscem nagrodzono doktorantkÄ™ KarolinÄ™ Owczarz i dr hab. inż. Jana Blachowskiego, prof. uczelni z Katedry Górnictwa i Geodezji na Wydziale Geoinżynierii, Górnictwa i Geologii PWr. Napisali oni artykuÅ‚ na temat badaÅ„ przemieszczeÅ„ powierzchni spowodowanych wstrzÄ…sami górniczymi z zastosowaniem satelitarnej interferometrii radarowej na przykÅ‚adzie Legnicko-GÅ‚ogowskiego OkrÄ™gu Miedziowego (LGOM). Tekst ukazaÅ‚ siÄ™ w numerze 1/2019 „PrzeglÄ…du Górniczego”. Karolina Owczarz w ramach swojej pracy doktorskiej zajmuje siÄ™ wÅ‚aÅ›nie możliwoÅ›ciami stosowania tych technik pomiarów w sejsmicznoÅ›ci indukowanej (czyli aktywnoÅ›ci zwiÄ…zanej z trzÄ™sieniami ziemi na danym terenie spowodowanej dziaÅ‚alnoÅ›ciÄ… czÅ‚owieka, m.in. górniczÄ…). Prof. Blachowski jest promotorem doktorantki.

Satelitarna interferometria radarowa to obecnie powszechnie wykorzystywana technika monitorowania ruchów powierzchni Ziemi. Pozwala na pomiary dużych obszarów z dokÅ‚adnoÅ›ciÄ… porównywalnÄ… do innych technik pomiarów geodezyjnych, a do tego z kosztem konkurencyjnym do nich. Bazuje na – jak wskazuje sama nazwa – satelitach okoÅ‚oziemskich, które wyposażone w radar z transmitujÄ… w kierunku naszej planety fale elektromagnetyczne odpowiedniej dÅ‚ugoÅ›ci oraz odbierajÄ… odbity od powierzchni Ziemi sygnaÅ‚ zawierajÄ…cy informacje niezbÄ™dne do okreÅ›lenia powstaÅ‚ych przemieszczeÅ„.

W swoim artykule naukowcy z Politechniki Wrocławskiej przedstawili wyniki pomiarów z wykorzystaniem tej techniki i danych satelitarnych z misji Sentinel-1 do określenia wielkości i zasięgu zmian na powierzchni spowodowanych ingerencją człowieka w górotwór w trakcie prowadzenia działalności górniczej. Określili przemieszczenia powierzchni w linii widoczności satelity powstałe w wyniku wystąpienia trzech wstrząsów, do jakich doszło na terenie LGOM między grudniem 2017 r. a sierpniem 2018 r. (były to wstrząsy o magnitudzie od 3,9 do 4,8).

Do swoich obliczeÅ„ badacze wykorzystali metodÄ™ różnicowej satelitarnej interferometrii radarowej –DInSAR (Differential Interferometry SAR). Polega ona na tym, że wyznaczenie przemieszczeÅ„ nastÄ™puje pomiÄ™dzy dwoma kolejnymi pozyskaniami obrazów radarowych tego samego obszaru. SygnaÅ‚y zarejestrowane przez antenÄ™ odbiorczÄ… majÄ… informacje o amplitudzie i fazie, które w satelitarnej interferometrii radarowej sÄ… wykorzystywane do obliczenia geometrii pomiÄ™dzy poÅ‚ożeniem satelity a obiektem na Ziemi. W oparciu o przestrzenne zależnoÅ›ci geometryczne i odpowiednie algorytmy obliczeniowe można okreÅ›lić wartość przemieszczeÅ„ powierzchni.

Naukowcy wyliczyli, że w przypadku pierwszego wstrząsu z grudnia 2017 r. (magnituda 4,8) maksymalna wartość obniżenia powierzchni (w linii widoczności satelity) wyniosła ponad 8 cm, a deformacja objęła teren o powierzchni około 2,3 na 2,5 km. Z kolei wstrząs z lipca 2018 r. (magnituda 4,5) spowodował obniżenie terenu o maksymalnie 7 cm, a deformacja objęła obszar około 1,8 na 1,8 km. Przy trzecim ze wstrząsów (magnituda 3,9) badacze nie zidentyfikowali wyraźnego obszaru deformacji na powierzchni terenu.

Autorzy artykułu potwierdzili więc swoimi wynikami, że technika DInSAR umożliwia określenie przemieszczeń powierzchni spowodowanych wstrząsami wynikającymi z prowadzonej działalności górniczej.

– ZaletÄ… tej metody jest to, że jest stosunkowo prosta i umożliwia obliczenie zmian zachodzÄ…cych na powierzchni z dokÅ‚adnoÅ›ciÄ… okoÅ‚o jednego centymetra. Pozwala ona na szybkie pomiary na bardzo rozlegÅ‚ych obszarach, co nie jest możliwe tradycyjnymi metodami geodezyjnymi, które jednak wymagajÄ… czasu. DziÄ™ki niej możliwe sÄ… też pomiary „wstecz”, czyli siÄ™gniÄ™cie do danych z przeszÅ‚oÅ›ci i wykonanie na nich obliczeÅ„ – tÅ‚umaczy Karolina Owczarz. – Jej ograniczeniem jest natomiast, niemożliwy do caÅ‚kowitego wyeliminowania, wpÅ‚yw atmosfery na wyniki pomiarów. JesteÅ›my jednak przekonani, że satelitarna interferometria radarowa może być traktowana jako technika uzupeÅ‚niajÄ…ca i rozszerzajÄ…ca zakres danych dostarczanych przez sÅ‚użby geodezyjne zakÅ‚adów górniczych wykorzystujÄ…cych klasyczne techniki geodezyjne pomiarów powierzchni – dodaje.

Naukowcy z WGGiG podkreślają w swoim tekście także znaczenie faktu, że gromadzona systematycznie baza danych zobrazowań satelitarnych po ich przetworzeniu dostarcza informacji o miejscu i zasięgu deformacji w sytuacji, kiedy nie ma innej możliwości pozyskania takich danych, np. ze względu na nagły i niespodziewany charakter wydarzenia.

Autorzy artykuÅ‚u zamierzajÄ… kontynuować swoje badania – planujÄ… przeanalizować zależnoÅ›ci przestrzenne miÄ™dzy lokalizacjÄ… deformacji a prowadzonÄ… dziaÅ‚alnoÅ›ciÄ… górniczÄ… i budowÄ… geologicznÄ… oraz wykorzystać metody satelitarnej interferometrii radarowej bazujÄ…ce na przetwarzaniu serii zobrazowaÅ„ radarowych takich jak SBAS (Small BAseline Subset) i PSInSAR (Persistent Scatterer Interferometric Synthetic Aperture Radar).

Źródło: Politechnika Wrocławska