Мониторинг оползневых процессов на участке Северокавказской железной дороги с использованием спутниковой радарной интерферометрии в различных диапазонах длин волн и уголкового отражателя
Категория: 14-4
УДК 551.217.3+532.5
В.О. Михайлов(1), Е.А. Киселева(1), Е.И. Смольянинова(1),
П.Н. Дмитриев(1), Ю.А. Голубева(2), Ю.С. Исаев(3), К.А. Дорохин(3),
Е.П. Тимошкина(1), С.А. Хайретдинов(1), В.И. Голубев(1)
(1) Институт физики Земли им. О.Ю. Шмидта РАН, г. Москва, Россия
(2) Московский физико-технический институт, г. Долгопрудный, Россия
(3) ОАО НИПИИ “Ленметрогипротранс”, г. Санкт-Петербург, Россия
По данным спутниковой радарной интерферометрии за десятилетний период с июля 2003 г. по май 2013 г. проведена оценка активности оползневого склона на участке Туапсе–Адлер Северокавказской железной дороги. Проанализирована динамика изменения скорости смещений во времени для различных участков оползневого массива методом устойчивых отражателей. Использовались 38 радарных снимков со спутника ENVISAT (нисходящий трек 35D, С-диапазон с длиной волны 5.6 см) для трех временных интервалов (2003–2006; 2007–2010; 2010–2012 гг.) и 38 снимков со спутников TerraSAR-X и TanDEM-X (восходящий трек 54А, Х-диапазон с длиной волны 3.1 см) для двух временных интервалов (2011–2012; 2012–2013 гг.). Удалось локализовать несколько участков со средними скоростями смещения в направлении на спутник >40 мм/год. Средние скорости смещений в разные периоды не совпадают; показано, что эти различия не могут быть связаны с различной геометрией спутниковой съемки и, вероятнее всего, отражают динамику оползневого процесса. В целом наблюдается тенденция увеличения скорости смещений во времени.
Обоснованы параметры искусственного отражателя, установленного в ноябре 2012 г. на участке склона, где отсутствуют естественные отражатели радарного сигнала. Временная серия смещений искусственного отражателя по данным спутников TerraSAR-X и TanDEM-X хорошо согласуется с временными сериями естественных отражателей, расположенных на соседних участках. Средняя скорость смещения искусственного отражателя в направлении на спутник составила 49.5 мм/год. Установка искусственного отражателя позволила заметно расширить область мониторинга за счет покрытой густой растительностью части склона, где ранее не было идентифицировано естественных устойчивых отражателей.
Полученные результаты демонстрируют эффективность применения спутниковой радарной интерферометрии с использованием снимков C- и X-диапазонов в условиях Северного Кавказа как для решения задачи локализации оползневых тел, так и для мониторинга их подвижности во времени.
Ключевые слова: радары с синтезированной апертурой, интерферометрия, космический мониторинг, оползневые процессы, уголковые отражатели.
Литература
Дмитриев П.Н., Голубев В.И., Исаев Ю.С., Киселева Е.А., Михайлов В.О., Смольянинова Е.И. Некоторые проблемы обработки и интерпретации данных спутниковой радарной интерферометрии на примере мониторинга оползневых процессов // Современные проблемы дистанционного зондирования Земли из космоса. 2012. Т. 9, № 2. С.130–142.
Михайлов В.О., Киселева Е.А., Дмитриев П.Н., Голубев В.И., Смольянинова Е.И., Тимошкина Е.П. Оценка полного вектора смещений земной поверхности и техногенных объектов по данным радарной спутниковой интерферометрии для областей разработки месторождений нефти и газа // Геофизические исследования. 2012. Т. 13, № 3. С.5–17.
Михайлов В.О., Назарян А.Н., Смирнов В.Б., Диаман М., Шапиро Н., Киселева Е.А., Тихоцкий С.А., Поляков С.А., Смольянинова Е.И., Тимошкина Е.П. Совместная интерпретация данных дифференциальной спутниковой интерферометрии и GPS на примере Алтайского (Чуйского) землетрясения 27.09.2003 г. // Физика Земли. 2010. № 2. С.3–16.
Назарян А.Н., Михайлов В.О., Киселева Е.А., Смольянинова Е.И., Тимошкина Е.П., Диаман М., Шапиро Н. Применение метода дифференциальной спутниковой интерферометрии для изучения деформаций земной поверхности на примере Алтайского землетрясения 27.09.2003 // Геофизика. 2008. № 5. С.69–75.
Barbort S., Hamiel Y., Fialko Y. Space geodetic investigation of the coseismic and postseismic deformation due to the 2003 Mw 7.2 Altai earthquake: Implication for the local lithospheric rheology // J. Geophys. Res. 2008. V. 113. B03403. doi: 10.1029/2007JB005063.
Cakir Z., Armijo R., Chabalier J.B., Meyer B., Barka A., Peltzer G. Coseismic and Early Postseismic Slip Associated with the 1999 Izmit Earthquake (Turkey), from SAR Interferometry and Tectonic Field Observations // Geophysical Journal International, 2003. V. 155. Issue 1. P.93–110. doi: 10.1046/j.1365-246X.2003-02001.x.
Colesanti C., Wasowski J. Investigating landslides with space-borne Synthetic Aperture Radar (SAR) Interferometry // Engineering Geology. 2006. V. 88. P.173–199.
Farina P., Colombo D., Fumagalli A., Manunta P., Moretti S. Landslide Risk Analysis by means of Remote Sensing Techniques: Results from the ESA/SLAM Project // Proceedings of the IEEE International Geoscience and Remote Sensing Symposium (IGARSS 2004), Anchorage (USA), 2004. V. 1. P.62–65.
Ferretti A., Prati, C. and Rocca, F. Permanent Scatterers in SAR Interferometry // IEEE Trans. Geosci. Remote Sens. 2001. V. 39(1). P.8–20.
Foumelis M., Parcharidis Is., Lagios E., Voulgaris N. Evolution of post-seismic ground deformation of the Athens 1999 earthquake observed by SAR interferometry // Journal of Applied Geophysics. 2009. doi. 10.10.1016/j.jappgeo.2009.02.007.
Geudtner D., Torres R., Snoeij P., Ostergaard A., Navas-Traver I., Rommen B., Brown M. Sentinel – 1 System Overview and Performance // Living Planet Symposium 2013, Edinburgh, UK. www.livingplanet2013.org/abstracts/849935.htm
Hooper A. A multi-temporal InSAR method incorporating both persistent scatterer and small baseline approaches // Geophys. Res. Lett. 2008. V. 35. L. 16302. doi: 10.1029/2008GL034654.
Hooper A., Segall P., Zebker H. Persistent Scatterer InSAR for Crustal Deformation Analysis, with Application to Volcán Alcedo, Galápagos // J. Geophys. Res. 2007. V. 112. B07407. doi: 10.1029/2006JB004763.
Hooper A., Zebker H., Segall P., Kampes B. A new method for measuring deformation on volcanoes and other natural terrains using InSAR persistent scatterers // Geophys. Res. Lett. 2004. V. 31. L. 23611. doi: 10.1029/2004GL021737.
Hooper A., Spaans K., Bekaert D., Cuenca M.C., Arıkan M., Oyen A., StaMPS/MTI Manual // Delft Institute of Earth Observation and Space Systems Delft University of Technology, Kluyverweg 1, 2629 HS, Delft, The Netherlands, 2010. radar.tudelft.nl/~ahooper/stamps/ StaMPS_Manual_v3.2.pdf.
Johan M., Niels R., Soren M. Three-dimensional glacial flow and surface elevation measured with radar interferometry // Nature. 1998. N 391. P.273–376.
Kimura H., Yamaguchi Y. Detection of Landslide Areas Using Satellite Radar Interferometry // Photogrammetric Engineering & Remote Sensing, 2000. V. 66, N 3. P.337–344.
Kumar V., Venkataraman G., Rao Y. SAR interferometry and Speckle tracking approach for glacier velocity estimation using ERS-1/2 and TerraSAR-X spotlight high resolution data // Geoscience and Remote Sensing Symposium. 2009. P.332–335. doi: 10.1109/IGARSS.2009.5417663.
Meisina C., Zucca F., Conconi F., Verri F., Fossati D., Ceriani M., Allievi J. Use of Permanent Scatterers Technique for Large-scale Mass Movement Investigation // Quaternary International. 2007. P.90–107.
Mikhailov V.O., Kiselyova E.A., Smolyaninova E.I. Regarding the possibility of satellite radar interferometry use for monitoring of the Kuril island arc volcanoes // Worldwide early warning system of volcanic activities and mitigation of the global/regional consequences of volcanic eruptions. 2011. P.151–159.
Mikhailov V., Kiseleva E., Smolyaninova E., Golubev V., Dmitriev P., Isaev Yu., Dorokhin K., Hooper A., Samiei-Esfahany S., Hanssen R. PS-INSAR monitoring of landslides in the Great Caucasus, Russia, using ENVISAT, ALOS and TerraSAR-X SAR images // Abstract of ESA Living Planet Symposium, 9–13 September, 2013, Edinburgh, UK. www.livingplanet2013. org/abstracts/848807.htm
Venkataraman G., Rao Y., Rao K. Application of SAR Interferometry for Himalayan Glaciers // Proceedings of Fringe 2005 Workshop, 2005. ebookbrowsee.net/138-venkataraman-pdf-d530890460.
Сведения об авторах
МИХАЙЛОВ Валентин Олегович – доктор физико-математических наук, заведующий лабораторией, Институт физики Земли им. О.Ю. Шмидта РАН. 123995, ГСП-5, Москва, Д-242,
ул. Большая Грузинская, д. 10, стр. 1. Тел.: (495) 254-85-77. E-mail: mikh@ifz.ru
КИСЕЛЕВА Елена Алексеевна – кандидат физико-математических наук, старший научный сотрудник, Институт физики Земли им. О.Ю. Шмидта РАН. 123995, ГСП-5, Москва, Д-242,
ул. Большая Грузинская, д. 10, стр. 1. Тел.: (495) 254-85-77. E-mail: e.kiseleva@ifz.ru
СМОЛЬЯНИНОВА Екатерина Ивановна – кандидат геолого-минералогических наук, старший научный сотрудник, Институт физики Земли им. О.Ю. Шмидта РАН. 123995, ГСП-5, Москва, Д-242, ул. Большая Грузинская, д. 10, стр. 1. Тел.: (495) 254-85-77. E-mail: katsmol@mail.ru
ДМИТРИЕВ Павел Николаевич – инженер, Институт физики Земли им. О.Ю. Шмидта РАН. 123995, ГСП-5, Москва, Д-242, ул. Большая Грузинская, д. 10, стр. 1. Тел.: (495) 254-85-77.
E-mail: dmitrievpn@gmail.com
ГОЛУБЕВА Юлия Анатольевна – аспирант, Московский физико-технический институт. 141700, Московская область, г. Долгопрудный, Институтский пер., д. 9. Тел.: (985) 111-41-35.
E-mail: uma-mipt@mail.ru
ИСАЕВ Юрий Сергеевич – кандидат технических наук, начальник научно-исследовательского отдела, ОАО НИПИИ “Ленметрогипротранс”. 191002, Санкт-Петербург, Большая Московская ул., д. 2. E-mail: lmgt@lenmetro.ru
ДОРОХИН Кирилл Александрович – аспирант, научный сотрудник, ОАО НИПИИ “Ленметрогипротранс”. 191002, Санкт-Петербург, Большая Московская ул., д. 2. E-mail: lmgt@lenmetro.ru
ТИМОШКИНА Елена Павловна – кандидат физико-математических наук, старший научный сотрудник, Институт физики Земли им. О.Ю. Шмидта РАН. 123995, ГСП-5, Москва, Д-242, ул. Большая Грузинская, д. 10, стр. 1. Тел.: (495) 254-85-77. E-mail: mikh@ifz.ru
ХАЙРЕТДИНОВ Станислав Ахмедович – научный сотрудник, Институт физики Земли им. О.Ю. Шмидта РАН. 123995, ГСП-5, Москва, Д-242, ул. Большая Грузинская, д. 10, стр. 1. Тел.: (495) 254-85-77.
ГОЛУБЕВ Василий Иванович – инженер, Институт физики Земли им. О.Ю. Шмидта РАН. 123995, ГСП-5, Москва, Д-242, ул. Большая Грузинская, д. 10, стр. 1. Тел.: (495) 254-85-77.
E-mail: w.golubev@mail.ru