Модел померања терена услед утицаја рударских радова на основу радарских сателитских снимака

Објеката

Тип

Докторска дисертација

Верзија рада

објављена

Језик

српски

Креатор

Зоран Гојковић

Издавач

Београд : Универзитет у Београду, Рударко - геолошки факултет

Датум издавања

2023

Ментор

Александар Ганић

Члан комисије

Александар Ганић, Александар Милутиновић, Милан Килибарда

Сажетак

Површински коп, као систем који обезбеђује енергетску стабилност или снабдевање сировинама које су од изузетне важности за привредни напредак, својим функционисањем утиче на околна насељена места. Међу бројним аспектима овог утицаја, може се издвојити издвојити и анализирати утицај вертикалних и хоризонталних померања која се јављају на површи терена. Мониторинг вертикалних и хоризонталних померања површи терена околних насељених места треба да има што бољу временску резолуцију (временски период између праћења деформација) како би се вертикална и хоризонтална померања контролисала и спречили инциденти већих размера. Овај рад анализира временске серије вертикалних померања, генерисаних из радарских снимака Коперникус мисије помоћу Сентинел 1 сателита А и Б, користећи метод интерферометрије перманентних скатерера са циљем да се прате вертикална померања у околини површинског копа. Праћење и мерење вертикалних и хоризонталних померања могуће је вршити и помоћу класичних геодетских метода, међу којима треба издвојити класична терестричка мерења као и сателитска праћења помоћу сензора за прецизно одређивање положаја, али такви приступи се ретко срећу у пракси због тога што су, трошкови опреме превелики и/или захтевају пуно времена да се спроведу одговарајућа мерења. Лансирањем сателита Сентинел-1 и Сентинел-2 из Коперникус мисије коју спроводи Европска свемирска организација омогућено континуално је опажање површи Земље помоћу радарских и класичних сензора, а самим тим отворена је велика количина радарских и оптичких сателитских снимака који се слободно могу користити за процесирање и анализу временских серија. Такође, је и омогућена подлога за даљинско детектовање и праћење вертикалних и хоризонталних померања које се простиру на великим површинама терена. Коришћењем снимака, пре свега из Сентинел-1 мисије према којој су доступни и отворени за коришћење радарски снимци целокупне површине планете, отворена су врата за примену радарске интерферометрије са синтетичким отвором која представља новији приступ код праћења, мерења и детектовања вертикалних и хоризонталних померања на површи терена. Целокупан систем Сентинел-1 мисије обезбеђује временску резолуцију од шест дана и користити се за генерисање величина прецизних вертикалних и хоризонталних померања терена без обзира на површину подручја од интереса. Користећи радарске снимке отвореног приступа, из Сентинел-1 мисије, свих 513 снимака из репозиторијума је преузето од октобра 2016. до краја децембра 2020. У овом раду биће представљено процесирање по корацима у циљу добијања финалног алгоритма за аутоматско процесирање вертикалних померања користећи софтверске алате отвореног кода; процесирано је 402 снимка док су 111 преосталих одбачени због неодговарајућих временских прилика или као неисправни. Од укупно 402 процесирана снимка 215 снимака припада узлазној сателитској путањи док 187 припада силазној сателитској путањи. У оквиру радарске интерферометрије треба издвојити методу перманентних скатерера као једну од водећих приликом квантификације и праћења вертикалних и хоризонталних померања на површи терена. Метода интерферометрије перманентних скатерера није никада коришћена за праћење вертикалних и хоризонталних померања услед утицаја рудника на територији Републике Србије као ни у геодетској пракси. У оквиру радова на изградњи димњака на новом блоку Б3 термоелектране „Костолац-Б“ вршена су мерења на праћењу слегања димњака. Урађена је нулта серија нивелманских мерења као и девет додатних епоха, у временском периоду од априла 2019. године до фебруара 2021. године. Резултати слегања добијени на основу Сентинел-1 снимака упоређени су са резултатима геодетског нивелања, моделом геотехничког слегања као и моделом за неотектонско вертикално померање. Линије тренда слегања добијене методом радарске интерферометрије перманентних скатерера и одговарајућег нивелмана поклапају се значајно (Пирсонова вредност корелације износи 85% са п-вредности од 0,015). Финална евалуација добијених резултата вертикалних померања на одговарајућем реперу показује вредност од 3,4 mm/god добијених методом радарске интерферометрије перманентних скатерера и 2,7 mm/god добијених методом нивелања. Компарација вертикалних померања добијених методом радарске интерферометрије перманентних скатерера са геотехничким моделом слегања и неотектонским померањима приказује добро поклапање одговарајућих модела, указујући да је модел валидан. Како четири године временских серија добијених методом радарске интерферометрије перманентних скатерера нису довољне за доношење неоспорних закључака о неотектонским померањима, проширивање временских серија (од најмање 10 година) указује на то да ће овај приступ бити од значаја за истраживање неотектонских померања у будућности. Ово истраживање илуструје не само могућност Сентинел-1 података за квантификацију и картирање вертикалних померања, већ и могућност коришћења добијених резултата за мониторинг геохазарда, као и за мониторинг вертикалног померања терена, генерално.

Open pit coal mining affects surrounding populated areas, resulting in terrain surface deformation. Surface deformation should be monitored as often as possible to control deformations and prevent potential incidents. This paper analyses time series deformation estimated from the Sentinel-1 satellite images using the Persistent Scatterer Interferometry method to monitor subsidence rates caused by open pit mining activities. It is possible to measure deformations using classical geodetic methods, such as terrestrial measurements as well as satellite tracking using sensors for accurate positioning, but those approaches are rarely used in practice because they are time-consuming and expensive for application in large areas. With the launching of the satellites Sentinel-1 and Sentinel-2 from the Copernicus mission carried out by the European Space Organization, a large amount of satellite images have been distributed as open source for processing and anlysing timeseries, as well as providing a basis for remote sensing and monitoring of wide area deformations. Using the images, primarily from the Sentinel- 1 mission which provide radar images for the entire planet, the significant step has been made for the synthetic aperture radar interferometry application. Synthetic aperture radar interferometry represents newer approach in monitoring, measuring and detecting deformations on the wide area surfaces. The entire Sentinel-1 mission system provides a six-day temporal resolution and can be used to generate precise ground displacement magnitudes regardless of the area of interest. Using the open access radar images from the Sentinel-1 mission, 513 images from the repository were downloaded between October 2016 and the end of December 2020. We present the processing steps in detail in order to establish a workflow for the automated processing of vertical displacement estimation using open source tools; a total of 402 images were processed: 215 images belonged to the ascending satellite orbit, 187 images belonged to the descending orbit, and 111 images were rejected because of adverse weather conditions. Within the radar interferometry, the persistent scatterers method should be mentioned as one of the leading ones when quantifying and monitoring movement on the terrain surface. The persistent scatterers synthetic aperture radar interferometry technique has never been used for the mines of the Republic of Serbia or for land surveying practices related to deformation monitoring. As part of the works on the chimney construction on the new block B3 of the „Kostolac-B“ thermal power plant, measurements were made to monitor the settlement of chimney. Zero series of levelling measurements as well as nine additional epochs were made, in the period from April 2019 to February 2021. The settlement results obtained based on the Sentinel-1 radar images and the persistent scatterers synthetic aperture radar interferometry technique were compared with the results of geodetic levelling, the geotechnical settlement model and the model for neotectonic vertical displacement. The results based on the Sentinel-1 images were compared with results from geodetic levelling and with neotectonic uplift trends. The trend lines of vertical displacement obtained from PS and corresponding levelling are significantly similar (a Pearson correlation of 85% with a p-value of 0.015). The final evaluation reported results of vertical displacements at the levelling benchmark of −3.4 mm/year with the PS InSAR method and −2.7 mm/year with the levelling method. A comparison of the PS vertical displacements with a settlement model fits reasonably, suggesting that the measurements are valid. As four years of PS time series data is insufficient to establish undisputable conclusions on the neotectonics uplift, extending the time series (covering at least a decade) implies that this approach will become attractive in future neotectonic uplift trend estimations. This research illustrates not only the ability of Sentinel-1 data in mapping vertical deformations, but the obtained results could also be used for geohazard monitoring and land monitoring in general for the area of interest.

број страница

121

Subject

Сентинел 1 интерферометрија, слегање, Перманентни скатерери, Костолац

Sentinel 1 InSAR, mining subsidence, Persistent scatterer interferometry, Kostolac

УДК број

622.1:528.4(043.3)

Шира категорија рада

M70

Ужа категорија рада

M70

Права

Отворени приступ

Лиценца

Creative Commons – Attribution-NonComercial-No Derivative Works 4.0 International

Формат

.pdf

Скупови објеката

Зоран Гојковић

Медија

Zoran_Gojkovic.pdf

Зоран Гојковић. Модел померања терена услед утицаја рударских радова на основу радарских сателитских снимака, Београд : Универзитет у Београду, Рударко - геолошки факултет, 2023

This item was submitted on 10. мај 2024. by [anonymous user] using the form “Теза” on the site “Радови”: http://gabp-dl.rgf.rs/s/repo