RU2506606C1 - Method to detect zones of geodynamic risk based on data of radiolocating probing of earth surface - Google Patents
Method to detect zones of geodynamic risk based on data of radiolocating probing of earth surface Download PDFInfo
- Publication number
- RU2506606C1 RU2506606C1 RU2012135096/28A RU2012135096A RU2506606C1 RU 2506606 C1 RU2506606 C1 RU 2506606C1 RU 2012135096/28 A RU2012135096/28 A RU 2012135096/28A RU 2012135096 A RU2012135096 A RU 2012135096A RU 2506606 C1 RU2506606 C1 RU 2506606C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- earth
- geodynamic
- radar
- displacements
- displacement
- Prior art date
Links
Images
Landscapes
- Radar Systems Or Details Thereof (AREA)
Abstract
Description
Изобретение относится к области горно-экологического мониторинга земной поверхности в зонах геодинамического риска и горно-геологического обоснования застройки месторождений полезных ископаемых.The invention relates to the field of mining and environmental monitoring of the earth's surface in zones of geodynamic risk and mining and geological justification of development of mineral deposits.
В настоящее время контроль над разработкой месторождений полезных ископаемых регламентируется законом «О недрах» и лицензионными соглашениями с добывающими компаниями. В соответствии со статьей 22 указанного Закона пользователь недр обязан обеспечить ведение геологической, маркшейдерской и иной документации в процессе всех видов пользования недрами и ее сохранность. Проведение комплекса геологических, маркшейдерских и иных наблюдений регламентируется нормативным документом РД 07-603-03 «Инструкция по проведению маркшейдерских работ» [1]. Для наблюдений за деформациями земной поверхности, за устойчивостью бортов карьеров, отвалов вскрышных пород, дамб обвалования, а также гидроотвалов, шламо- и хвостохранилищ создаются специальные геодинамические полигоны. Наземные геодезические измерения, выполняемые на пунктах геодинамических полигонов, позволяют достичь точности определения вертикальных смещений реперов в 2 мм.Currently, control over the development of mineral deposits is regulated by the Law on Subsoil and licensing agreements with mining companies. In accordance with article 22 of the said Law, the subsurface user is obliged to ensure the maintenance of geological, surveying and other documentation in the process of all types of subsoil use and its safety. Carrying out a complex of geological, surveying and other observations is regulated by normative document RD 07-603-03 “Instructions for conducting surveying work” [1]. Special geodynamic landfills are created to monitor the deformations of the earth's surface, the stability of the sides of quarries, overburden dumps, deboning dams, as well as hydraulic dumps, sludge and tailing dumps. Ground-based geodetic measurements performed at points of geodynamic polygons make it possible to achieve an accuracy of determining vertical displacements of benchmarks of 2 mm.
Известен способ определения смещений земной поверхности и небольших деформаций земной коры при помощи радиолокаторов с синтезированной апертурой [2]. Преимуществом радиолокаторов с синтезированной апертурой антенны является способность получать изображение земной поверхности независимо от условий освещенности и облачности, что особенно актуально для северных широт. Метод спутниковой радиолокационной интерферометрии использует эффект интерференции электромагнитных волн и основан на математической обработке нескольких когерентных амплитудно-фазовых измерений одного и того же участка земной поверхности со сдвигом в пространстве приемной антенны радиолокатора. Однако способ [2] не обеспечивает точности, достигаемой при помощи наземных геодинамических измерений на пунктах геодинамических полигонов. Проведенные исследования [3] показывают, что точность расчета смещений, определяемых при помощи способа [2], составляет 4 см, но условия съемки, состояние земной поверхности и атмосферы способны существенно снизить точность результирующих смещений.A known method for determining displacements of the earth's surface and small deformations of the earth's crust using radars with synthesized aperture [2]. The advantage of radars with a synthesized aperture of the antenna is the ability to obtain an image of the earth's surface regardless of the conditions of illumination and cloudiness, which is especially true for northern latitudes. The method of satellite radar interferometry uses the effect of interference of electromagnetic waves and is based on the mathematical processing of several coherent amplitude-phase measurements of the same part of the earth's surface with a shift in the space of the receiving radar antenna. However, the method [2] does not provide the accuracy achieved using ground-based geodynamic measurements at points of geodynamic polygons. Studies [3] show that the accuracy of calculating the displacements determined using the method [2] is 4 cm, but the shooting conditions, the state of the earth's surface and atmosphere can significantly reduce the accuracy of the resulting displacements.
Существует способ радиолокационных измерений смещений в городских районах в зонах, подверженных оползням [4]. Данный способ основан на обработке амплитудно-фазовых измерений отражения радиолокационного сигнала от стабильных отражающих объектов на земной поверхности. В способе [4] такими стабильными отражающими объектами являются здания и сооружения, которые сохраняют высокий уровень обратного отражения радиолокационного сигнала в течение длительного времени (более трех лет). Используемый метод обработки позволяет достигать точности определения смещений в 1 мм и менее подвержен влиянию изменений условий съемки, состояния земной поверхности и атмосферы. Однако способ [4] применим только для районов городской застройки, где плотность стабильных отражающих объектов (элементы зданий и сооружений) достигает 500 на квадратный километр. На разрабатываемых месторождениях полезных ископаемых и в районах, планируемых к застройке промышленными объектами, плотность расположения техногенных объектов неравномерна и для некоторых участков может быть нулевой.There is a method of radar measurements of displacements in urban areas in areas prone to landslides [4]. This method is based on processing amplitude-phase measurements of the reflection of a radar signal from stable reflecting objects on the earth's surface. In the method [4], such stable reflecting objects are buildings and structures that maintain a high level of back reflection of the radar signal for a long time (more than three years). The processing method used makes it possible to achieve an accuracy of determining displacements of 1 mm and is less affected by changes in shooting conditions, the state of the earth's surface and atmosphere. However, the method [4] is applicable only for urban areas where the density of stable reflecting objects (elements of buildings and structures) reaches 500 per square kilometer. In the developed mineral deposits and in the areas planned for construction by industrial facilities, the density of the location of technogenic objects is uneven and for some areas may be zero.
Известен способ мониторинга опасных карстовых и/или оползневых участков магистральных трубопроводов, железных и автомобильных дорог [5], включающий установку пассивных искусственных отражателей радиолокационного сигнала и периодический контроль изменения положения отражателей. В качестве пассивных искусственных отражателей используются специально сконструированные уголковые отражатели. Вследствие особенностей конструкции уголковые отражатели дают стабильно высокий уровень обратного отражения радиолокационного сигнала в течение всего времени установки.A known method of monitoring hazardous karst and / or landslide sections of pipelines, railways and highways [5], including the installation of passive artificial reflectors of the radar signal and periodic monitoring of changes in the position of the reflectors. As passive artificial reflectors, specially designed corner reflectors are used. Due to the design features, corner reflectors provide a consistently high level of back reflection of the radar signal during the entire installation time.
Наиболее близким к заявленному способу по технической сущности и достигаемому результату является способ мониторинга смещений земной поверхности и деформаций сооружений на территории месторождений полезных ископаемых [6]. Способ [6] включает радиолокационное зондирование отражателей радиолокационного сигнала. При этом плотность размещения на местности искусственных отражателей радиолокационного сигнала, специально устанавливаемых на земной поверхности, выбирают не менее одного искусственного отражателя на площадь одного кадра радиолокационного космического зондирования. Однако установка на исследуемой территории уголковых отражателей, используемых в способах [5, 6], на длительный срок, особенно в труднодоступных северных районах, представляется трудоемким процессом. Кроме того, в соответствии с [7] для отслеживания небольших деформаций основание уголкового отражателя так же как и грунтового репера должно располагаться не менее чем на 250 см ниже уровня земной поверхности. Использование уголковых отражателей ведет к удорожанию работ с применением способов, раскрытых в прототипах в связи со сложностью установки, которая позволила бы отследить миллиметровые смещения земной поверхности.Closest to the claimed method in terms of technical nature and the achieved result is a method for monitoring displacements of the earth's surface and deformations of structures in the territory of mineral deposits [6]. Method [6] includes radar sensing of reflectors of a radar signal. At the same time, the density of location on the ground of artificial reflectors of a radar signal, specially installed on the earth's surface, select at least one artificial reflector per area of one frame of radar space sensing. However, the installation in the study area of the corner reflectors used in the methods [5, 6] for a long period of time, especially in the inaccessible northern regions, seems to be a laborious process. In addition, in accordance with [7], for tracking small deformations, the base of the corner reflector as well as the ground reference should be located at least 250 cm below the level of the earth's surface. The use of corner reflectors leads to higher cost of work using the methods disclosed in the prototypes due to the complexity of the installation, which would allow to track millimeter displacements of the earth's surface.
Недостатком способа [6] является необходимость проведения синхронных подспутниковых GPS-наблюдений, используемых для калибровки цифрового поля смещений по результатам радиолокационного космического зондирования с помощью дифференциальной интерферометрической обработки. Проведение подспутниковых наблюдений, включающих установку искусственных отражателей и GPS-наблюдения, ограничивает область применения способов [5, 6] только мониторингом месторождений полезных ископаемых и опасных карстовых или оползневых участков магистральных трубопроводов, железных и автомобильных дорог. Применяя способы [5, 6] невозможно отследить смещения, произошедшие за прошлые годы.The disadvantage of the method [6] is the need for synchronous sub-satellite GPS observations used to calibrate the digital displacement field according to the results of space-based radar sounding using differential interferometric processing. Sub-satellite observations, including the installation of artificial reflectors and GPS observations, limit the scope of the methods [5, 6] only to monitoring mineral deposits and dangerous karst or landslide sections of trunk pipelines, railways and highways. Using methods [5, 6], it is impossible to track the displacements that have occurred in past years.
Обработка архивных разновременных радиолокационных данных позволяет отследить изменение высот земной поверхности (просадки, подъемы), произошедшие за предыдущие годы. Небольшие вертикальные смещения участков земной поверхности амплитудой 2-3 мм способствуют накоплению напряжения в зонах разломов, приводя к локальным интенсивным вертикальным и горизонтальным движениям земной поверхности. Высокоамплитудные вертикальные смещения (просадки, подъемы) земной поверхности 30-50 мм/год сопровождаются процессами уплотнения и разуплотнения, которые в настоящее время отслеживаются при помощи гравиметрических измерений на местности.Processing of archived radar data of different times makes it possible to track changes in the heights of the earth's surface (subsidence, elevations) that have occurred in previous years. Small vertical displacements of the earth’s surface with an amplitude of 2-3 mm contribute to the accumulation of stress in the fault zones, leading to local intense vertical and horizontal movements of the earth’s surface. High-amplitude vertical displacements (subsidence, elevations) of the earth's surface of 30-50 mm / year are accompanied by compaction and decompression processes, which are currently monitored using gravimetric measurements on the ground.
Участки земной поверхности, на которых при помощи нивелировки и гравиметрии зафиксированы однонаправленные медленно протекающие или высокоамплитудные смещения, выделяются как зоны повышенного геодинамического риска.Plots of the earth's surface on which unidirectional slow-flowing or high-amplitude displacements are detected using leveling and gravimetry are distinguished as zones of increased geodynamic risk.
Техническим результатом настоящего изобретения является способ обнаружения зон геодинамического риска на основе данных радиолокационного зондирования земной поверхности, путем использования многовременных архивных и планируемых радиолокационных изображений среднего и высокого пространственного разрешения, выполняют интерферометрическую обработку точечных амплитудно-фазовых измерений радиолокационного, отраженного от стабильных отражающих объектов на земной поверхности, анализируют скорости смещений и временные ряды смещений, полученные по результатам обработки, и определяют зоны наибольших просадок при геодинамическом мониторинге зданий, сооружений и разрабатываемых месторождений полезных ископаемых.The technical result of the present invention is a method for detecting geodynamic risk zones based on radar sounding data of the earth’s surface, using multi-time archival and planned radar images of medium and high spatial resolution, perform interferometric processing of point amplitude-phase radar measurements reflected from stable reflecting objects on the earth’s surface analyze displacement rates and time series of displacement d, obtained from the processing results, and determine the areas of greatest drawdowns during geodynamic monitoring of buildings, structures and developed mineral deposits.
При применении заявленного способа архивные и планируемые радиолокационные изображения выбирают так, чтобы съемка производилась с повторных орбит космического аппарата, и на исследуемую территорию приходилось не менее 10 радиолокационных кадров. Рассчитывают смещения техногенных объектов и элементов микрорельефа земной поверхности на основе метода интерферометрии постоянных радиолокационных отражателей [8]. На основе корреляционного анализа временных рядов смещений отдельных точек и цифрового поля скоростей смещений выделяют группы однонаправленно движущихся объектов. Методика обработки многовременных спутниковых радиолокационных данных путем интерферометрической обработки и корреляционного анализа результатов позволяет обнаруживать существующие зоны повышенного геодинамического риска и осуществлять их дальнейший мониторинг.When applying the inventive method, archival and planned radar images are selected so that the survey is made from repeated orbits of the spacecraft, and at least 10 radar frames fall on the territory under study. The displacements of technogenic objects and elements of the microrelief of the earth's surface are calculated based on the method of interferometry of constant radar reflectors [8]. Based on the correlation analysis of the time series of displacements of individual points and the digital field of displacement velocities, groups of unidirectionally moving objects are distinguished. The methodology for processing multi-time satellite radar data by interferometric processing and correlation analysis of the results allows us to detect existing zones of increased geodynamic risk and to carry out their further monitoring.
Технический результат достигается тем, что в способе обнаружения зон геодинамического риска на основе данных радиолокационного зондирования земной поверхности, заключающемся в том, что используя интерферометрическую обработку многовременных спутниковых радиолокационных данных, рассчитывают смещения земной поверхности и выделяют зоны повышенного геодинамического риска, отличие состоит в том, что обработку проводят на основе архивных и оперативно принимаемых радиолокационных данных, способ не требует проведения наземных измерений и установки искусственных отражателей радиолокационного сигнала, поэтому применение способа не ограничивается мониторингом, а позволяет осуществлять обнаружение существующих зон геодинамического риска.The technical result is achieved by the fact that in the method of detecting geodynamic risk zones based on radar sounding data of the earth's surface, which consists in the fact that using interferometric processing of multi-time satellite radar data, the displacements of the earth's surface are calculated and zones of increased geodynamic risk are distinguished, the difference is that processing is carried out on the basis of archival and operatively received radar data, the method does not require ground measurements and installation of artificial reflectors of the radar signal, therefore, the application of the method is not limited to monitoring, but allows the detection of existing zones of geodynamic risk.
Суть способа.The essence of the method.
Проведение горно-геологического обоснования является необходимым при обустройстве и разработке месторождений полезных ископаемых и способствует обеспечению безопасной эксплуатации и охране недр. Итогом горно-геологического обоснования является разрешение на застройку территории лицензионного участка или горного отвода месторождения полезных ископаемых линейными и площадными объектами строительства. Строительство и эксплуатация объектов высокого уровня ответственности, таких как электростанции, магистральные нефтегазопроводы, объекты гражданского назначения требует обязательного анализа и учета специфики геолого-тектонических условий при выборе площадок на предпроектной стадии [9]. В процессе разработки месторождений полезных ископаемых для поддержания геодинамической и промышленной безопасности объектов, расположенных в площади горного отвода, выполняют горно-экологический мониторинг. Описанные выше изыскания, выполняемые на предпроектной стадии и в процессе эксплуатации, требуют проведения наземных геодезических измерений, которые являются трудоемкими и финансово затратными. Использование данных дистанционного зондирования позволяет сократить объем наземных геодезических измерений и получить оценки смещений для территорий, не охваченных наземными измерениями.Mining and geological justification is necessary for the development and development of mineral deposits and contributes to the safe operation and protection of the subsoil. The result of mining and geological justification is a permit for the development of the territory of the licensed area or mining allotment of mineral deposits by linear and areal construction objects. The construction and operation of facilities with a high level of responsibility, such as power plants, oil and gas pipelines, civil facilities, requires mandatory analysis and consideration of the specific geological and tectonic conditions when choosing sites at the pre-design stage [9]. In the process of developing mineral deposits to maintain the geodynamic and industrial safety of facilities located in the mining allotment, they perform mining and environmental monitoring. The surveys described above, carried out at the pre-design stage and during operation, require ground-based geodetic measurements, which are time-consuming and financially expensive. Using remote sensing data can reduce the volume of ground-based geodetic measurements and obtain estimates of offsets for areas not covered by ground-based measurements.
Возможности спутниковых радиолокаторов позволяют получать изображения земной поверхности с полосой захвата 100 км. Данная возможность дает неоспоримое преимущество при оценке влияния соседних участков на исследуемую территорию. Для обработки используют не менее 10 радиолокационных кадров. Интервал наблюдения должен составлять не менее трех лет.Satellite radar capabilities allow you to receive images of the earth's surface with a capture band of 100 km. This feature provides an undeniable advantage in assessing the impact of neighboring sites on the study area. For processing using at least 10 radar frames. The observation interval should be at least three years.
Выполняют интерферометрическую обработку многопроходной радиолокационной съемки по методу, описанному в [8]. Выбор стабильных отражающих объектов осуществляют на основе индекса дисперсии амплитуды, предложенного в [8], по следующей формуле:Interferometric processing of multi-pass radar imagery is performed according to the method described in [8]. The selection of stable reflecting objects is carried out on the basis of the amplitude dispersion index proposed in [8], according to the following formula:
где σν - дисперсия фазы, σА - дисперсия амплитуды, mА - среднее значение амплитуды, DА - индекс дисперсии.where σ ν is the phase variance, σ A is the amplitude variance, m A is the average amplitude, and D A is the variance index.
Пороговое значение для выбора стабильных отражающих объектов устанавливают 0,5 вместо предложенного в [8] 0,25, что позволяет использовать в обработке измерения радиолокационного сигнала не только от техногенных объектов, но и от элементов микрорельефа земной поверхности.The threshold value for choosing stable reflecting objects is set to 0.5 instead of 0.25 proposed in [8], which makes it possible to use not only technogenic objects, but also elements of the microrelief of the earth’s surface in processing measurements of a radar signal.
Для выбранных стабильных отражателей выполняют обработку фазовых измерений для целей выделения фазовой компоненты, зависящей от смещений 
Φ=a1T+pξξT+pηηT+BqT+TνT+E,Φ = a1 T + p ξ ξ T + p η η T + Bq T + Tν T + E,
где a - постоянное значение фазы, 
Полученные точки со значениями смещений группируют на основе корреляции временных рядов смещений по следующей формуле:The obtained points with displacement values are grouped based on the correlation of the time series of displacements according to the following formula:
где А, В - временные ряды для двух точек.where A, B are time series for two points.
Точки относятся к одной группе, если значение корреляции временных рядов смещений для них не менее 0,9. Отражающие объекты, образующие группу, в течение всего интервала наблюдений смещаются одинаково между последовательными радиолокационными съемками, следовательно, передают движение участка земной поверхности, на котором они расположены. Группировка на основе значения корреляции временных рядов смещений дополнительно позволяет исключить из результирующего множества точки с высокой погрешностью расчета.Points belong to the same group if the correlation value of the time series of displacements for them is not less than 0.9. Reflecting objects forming a group during the entire observation interval are shifted equally between consecutive radar surveys, therefore, they transmit the movement of the land surface on which they are located. Grouping on the basis of the correlation value of the time series of displacements additionally makes it possible to exclude points with a high calculation error from the resulting set.
Основным фактором, влияющим на точность расчета смещений, является длина перпендикулярной составляющей базовой линии (расстояние между антенной радиолокатора при повторных съемках). Для некоторых радиолокационных спутников, например ALOS, колебания длины базовой между повторными съемками могут достигать 10 км и смещения, полученные методом интерферометрии стабильных отражателей, будут иметь значительную погрешность. При этом возможно использование данных большего числа радиолокационных спутников и данных съемок с большего числа повторных орбит за счет уменьшения негативного влияния длины базовой линии на точность расчетов смещений.The main factor affecting the accuracy of the displacement calculation is the length of the perpendicular component of the baseline (the distance between the radar antenna during repeated surveys). For some radar satellites, such as ALOS, fluctuations in the length of the base between repeated surveys can reach 10 km and the biases obtained by the method of stable reflector interferometry will have a significant error. In this case, it is possible to use data from a larger number of radar satellites and survey data from a larger number of repeated orbits by reducing the negative effect of the length of the baseline on the accuracy of displacement calculations.
Обнаружение зон геодинамического риска выполняют на основе анализа цифрового поля скоростей смещений и диаграмм временных рядов смещений, усредненных для сгруппированных точек. Выделяют районы, содержащие близкорасположенные группы объектов, движущиеся разнонаправленно. Выделяют группы точек, имеющие высокую среднегодовую скорость смещений.The detection of zones of geodynamic risk is performed based on the analysis of the digital field of displacement velocities and diagrams of time series of displacements averaged for grouped points. Distinguish areas containing closely located groups of objects moving in different directions. Groups of points are distinguished that have a high average annual displacement rate.
При проведении на исследуемой территории горно-экологического и технического мониторинга с применением наземных геодезических измерений результаты интерферометрической обработки проверяют путем сравнения с материалами интерпретации смещений, зафиксированных геодезическими методами. Сравнивают величины скоростей смещений, обнаруженные по данным радиолокационного зондирования и по наземным геодезическим измерениям.When conducting mountain-ecological and technical monitoring in the study area using ground-based geodetic measurements, the results of interferometric processing are checked by comparing with materials the interpretation of offsets recorded by geodetic methods. The displacement velocities found by radar sensing data and ground-based geodetic measurements are compared.
Используя способ обнаружения зон геодинамического риска на основе данных радиолокационного зондирования земной поверхности, наземные измерения можно проводить не чаще одного раза в два года, а в промежутках использовать результаты обработки радиолокационных данных.Using the method of detecting geodynamic risk zones based on radar sounding data of the earth's surface, ground measurements can be performed no more than once every two years, and in between use the results of processing radar data.
Таким образом, способ обнаружения зон геодинамического риска на основе данных радиолокационного зондирования земной поверхности позволяет увеличить среднюю точность скоростей смещений за счет исключения точек с высокой погрешностью; выделить группы объектов, движущихся однонаправленно и, следовательно, передающих общее движение участка земной поверхности.Thus, the method of detecting zones of geodynamic risk based on radar sounding data of the earth's surface can increase the average accuracy of the displacement speeds by eliminating points with a high error; distinguish groups of objects moving unidirectionally and, therefore, transmitting the general movement of a plot of the earth's surface.
Способ осуществляют следующим образом.The method is as follows.
Определяют территорию, для которой необходимо провести оценку смещений земной поверхности и обнаружить зоны повышенного геодинамического риска, если они существуют на данной территории. Планируют многопроходную радиолокационную съемку исследуемой территории с повторных орбит и пригодную для интерферометрической обработки. Из результатов радиолокационной съемки выбирают не менее 10 кадров на данную территорию, снятых с повторных орбит космического аппарата. Выполняют обработку многопроходной радиолокационной съемки по методу интерферометрии стабильных отражателей. Полученные в результате точечные измерения скоростей смещений группируют на основе значения корреляции временных рядов смещений. Анализируя средние скорости смещений сформированных групп точек, выделяют зоны максимальных просадок и подъемов. При наличии материалов наземных геодезических измерений расчетные скорости смещений проверяют на основе смещений, зафиксированных на пунктах измерений для получения абсолютных значений.Determine the territory for which it is necessary to assess the displacements of the earth's surface and detect areas of increased geodynamic risk, if they exist in this territory. They plan a multi-pass radar survey of the study area from repeated orbits and suitable for interferometric processing. From the results of radar surveys, at least 10 frames are selected for this territory, taken from the repeated orbits of the spacecraft. Multipass radar imagery is processed by the method of stable reflector interferometry. The resulting point measurements of the displacement velocities are grouped based on the correlation value of the time series of the displacements. By analyzing the average displacement velocities of the formed point groups, zones of maximum subsidence and rise are identified. If ground-based geodetic measurements are available, the calculated displacement velocities are checked based on the displacements recorded at the measurement points to obtain absolute values.
Пример 1.Example 1
Способ обнаружения зон геодинамического риска на основе данных радиолокационного зондирования земной поверхности был использован при проведении горно-экологического мониторинга горного отвода Самотлорского нефтяного месторождения. В обработке использованы 18 радиолокационных кадров ALOSVPALSAR, снятых за 2007-2011 годы. Результирующие смещения скорректированы и проверены на основе материалов ежегодных геодезических измерений на пунктах Самотлорского геодинамического полигона, выполняемых с 2003 года. По результатам обработки данных радиолокационного зондирования земной поверхности обнаружена зона повышенного геодинамического риска, образовавшаяся вследствие извлечения углеводородов. Точки измерений, соответствующие стабильным отражающим объектам на земной поверхности и выделенные в группу на основе корреляционного анализа, представлены на фиг.1. На фиг.1 цифрами обозначены зоны геодинамического риска: 1 - зона, связанная с мульдой оседания, образовавшейся на месторождении (средняя скорость смещений - 9 мм/год), 2 - зона, также связанная с мульдой оседания, но имеющая аномально большую величину просадки (средняя скорость смещений - 16 мм/год), 3 - зона, расположенная в границах города Нижневартовск (средняя скорость смещений - 6 мм/год), 4 - группа точек, выделенная в восточной части территории Нижневартовской ГРЭС (средняя скорость смещений+2 мм/год), 5 - зона, расположенная в западной части территории Нижневартовской ГРЭС (средняя скорость смещений - 4 мм/год). Группы точек 4 и 5 в увеличенном масштабе приведены на фиг.2. Группы точек 4 и 5 имеют разнонаправленные движения, и граница между ними проходит по территории Нижневартовской ГРЭС.A method for detecting geodynamic risk zones based on radar sounding data of the earth’s surface was used when conducting mining and environmental monitoring of the mining allotment of the Samotlor oil field. The processing used 18 radar frames ALOSVPALSAR, shot in 2007-2011. The resulting displacements are corrected and verified based on the materials of annual geodetic measurements at the points of the Samotlor geodynamic test site, carried out since 2003. According to the results of processing the data of radar sounding of the earth's surface, a zone of increased geodynamic risk was discovered, which was formed as a result of the extraction of hydrocarbons. The measurement points corresponding to stable reflecting objects on the earth's surface and allocated to the group based on correlation analysis are presented in figure 1. In Fig. 1, the numbers indicate the zones of geodynamic risk: 1 - the zone associated with the settlement trough formed in the field (average displacement rate - 9 mm / year), 2 - the zone also associated with the settlement trough, but having an anomalously large subsidence ( average displacement rate - 16 mm / year), 3 - a zone located within the boundaries of the city of Nizhnevartovsk (average displacement rate - 6 mm / year), 4 - a group of points allocated in the eastern part of the territory of the Nizhnevartovsk state district power station (average displacement rate + 2 mm / year), 5 - zone located in the western part of the terry thorium Nizhnevartovsk state district power station (average displacement rate - 4 mm / year). Groups of
Диаграмма динамики смещений от даты съемки, усредненная для группы точек 1, представлена на фиг.3. Полученные результаты подтверждаются материалами интерпретации высокоточных геодезических измерений на пунктах Самотлорского геодинамического полигона. Точность скоростей смещений, полученных на основе обработки данных радиолокационного зондирования, рассчитанная с использованием смещений, зафиксированных на пунктах геодинамического полигона, составляет 4 мм/год.A diagram of the dynamics of displacements from the shooting date, averaged for a group of points 1, is presented in figure 3. The results obtained are confirmed by materials of interpretation of high-precision geodetic measurements at points of the Samotlor geodynamic test site. The accuracy of the displacement velocities obtained from the processing of radar sounding data, calculated using the displacements recorded at the points of the geodynamic test site, is 4 mm / year.
Пример 2.Example 2
Способ обнаружения зон геодинамического риска на основе данных радиолокационного зондирования земной поверхности был использован при проведении горно-экологического мониторинга горного отвода Губкинского газового месторождения. В обработке использованы 11 радиолокационных кадров ALOSVPALSAR, снятых за 2007-2011 годы. На пунктах Губкинского геодинамического полигона не выполняются ежегодные геодезические измерения, поэтому результаты основаны только на обработке данных радиолокационного зондирования земной поверхности. Зона геодинамического риска, обнаруженная по данным радиолокационного зондирования, расположена севернее города Пурпе. Анализ карт отбора газа и толщин подъема газо-водяного контакта, построенных на основе инструментальных наземных измерений, показывает, что мульды сдвижения за 2007-2011 года, определенные методом многопроходной радарной интерферометрии, хорошо коррелируются с величинами объема отобранного газа и подъемом уровня газоводяного контакта.A method for detecting geodynamic risk zones based on data from radar sounding of the earth's surface was used when conducting mining and environmental monitoring of the mining allotment of the Gubkinsky gas field. The processing used 11 radar frames ALOSVPALSAR, shot in 2007-2011. At the points of the Gubkinsky geodynamic test site, annual geodetic measurements are not performed, so the results are based only on data processing of radar sounding of the earth's surface. The geodynamic risk zone, detected by radar sensing data, is located north of the city of Purpe. An analysis of gas sampling maps and gas-water contact lift thicknesses based on instrumental ground-based measurements shows that the displacement troughs for 2007-2011, determined by multi-pass radar interferometry, are well correlated with the volume of the sampled gas and the rise in the gas-water contact level.
Таким образом, представленные примеры применения способа обнаружения зон геодинамического риска на основе данных радиолокационного зондирования земной поверхности подтверждают возможность обнаружения зон геодинамического риска, а также возможность определения скоростей смещений участков земной поверхности, с точностью не хуже 5 мм/год.Thus, the presented examples of the application of the method of detecting zones of geodynamic risk based on data from radar sounding of the earth's surface confirm the possibility of detecting zones of geodynamic risk, as well as the ability to determine the displacement velocities of sections of the earth's surface with an accuracy of no worse than 5 mm / year.
Перечень графических иллюстраций применения предлагаемого способа.The list of graphic illustrations of the application of the proposed method.
Фиг.1. Зоны геодинамического риска, обнаруженные на Самотлорском месторождении по результатам обработки данных радиолокационного зондирования ALOSVPALSAR за 2007-2011 годы.Figure 1. Zones of geodynamic risk discovered at the Samotlor field based on the processing of ALOSVPALSAR radar sounding data for 2007-2011.
Фиг.2. Зоны геодинамического риска, обнаруженные на территории Нижневартовской ГРЭС в увеличении.Figure 2. Zones of geodynamic risk discovered in the territory of Nizhnevartovsk State District Power Plant in increase.
Фиг.3. Диаграмма усредненных смещений стабильных отражающих объектов группы 1 фиг.1.Figure 3. The diagram of the averaged displacements of the stable reflecting objects of group 1 of figure 1.
Литература:Literature:
1. РД 07-603-03 Инструкция по проведению маркшейдерских работ. Введ. 2003-06-29. М.: НТЦ «Промышленная безопасность», 2004. 50 с.1. RD 07-603-03 Instructions for surveying. Enter 2003-06-29. M.: Scientific and Technical Center "Industrial Safety", 2004. 50 p.
2. Патент США №4975704, Кл. G01S 13/19, опубл. 4.12.1990. Способ определения смещений земной поверхности и небольших деформаций земной коры при помощи радиолокаторов с синтезированной апертурой.2. US Patent No. 4975704, Cl. G01S 13/19, publ. 12/04/1990. A method for determining displacements of the earth's surface and small deformations of the earth's crust using synthetic aperture radars.
3. Евтюшкин А.В., Филатов А.В. Оценка деформаций земной поверхности в районах интенсивной нефтедобычи Западной Сибири методом РСА интерферометрии по данным ENVISAT/ASAR и ALOSVPALSAR // Современные проблемы дистанционного зондирования Земли из космоса, 2009. Т.6. №2. С.46-53.3. Evtyushkin A.V., Filatov A.V. Evaluation of deformations of the Earth's surface in areas of intensive oil production in Western Siberia by SAR interferometry according to ENVISAT / ASAR and ALOSVPALSAR // Modern Problems of Remote Sensing of the Earth from Space, 2009. V.6. No. 2. S.46-53.
4. Патент Италии №Е1.99.001.А, опубл. 29.05.1999. Способ радиолокационных измерений смещений в городских районах в зонах, подверженных оползням.4. Italian patent No. E1.99.001.A, publ. 05/29/1999. The method of radar measurements of displacements in urban areas in areas prone to landslides.
5. Патент РФ №2333506, Кл. G01S 5/02, опубл. 10.09.2008. Способ мониторинга опасных карстовых и/или оползневых участков магистральных трубопроводов, железных и автомобильных дорог.5. RF patent No. 2333506, Cl.
6. Патент РФ №2446411, Кл. G01S 5/02, опубл. 29.05.2009. Способ мониторинга смещений земной поверхности и деформаций сооружений на территории месторождения полезных ископаемых.6. RF patent No. 2446411, Cl.
7. ГКИНП (ГНТА)-03-010-02 Инструкция по нивелированию I, II, III, IV классов. Введ. 2003. М.: ЦНИИГАиК, 2003. 135 с.7. GKINP (GNTA) -03-010-02 Instructions for leveling I, II, III, IV classes. Enter 2003. M: TsNIIGAiK, 2003.135 s.
8. Ferretti A., Prati С., Rocca F. Permanent scatterers in SAR interferometry // IEEE Transactions on Geoscience and Remote Sensing. 2001. V.39. Is.1. P.8-20.8. Ferretti A., Prati C., Rocca F. Permanent scatterers in SAR interferometry // IEEE Transactions on Geoscience and Remote Sensing. 2001. V.39. Is.1. P.8-20.
9. Васильев Ю.В., Юрьев М.Л., Трушин В.Д., Шатилин А.Ю., Филатов А.В. Проблемы обеспечения геодинамической безопасности Нижневартовской ГРЭС // Маркшейдерский вестник, 2012. №3. С.50-54.9. Vasiliev Yu.V., Yuriev M.L., Trushin V.D., Shatilin A.Yu., Filatov A.V. Problems of ensuring geodynamic safety of the Nizhnevartovsk state district power station // Mine surveying bulletin, 2012. No. 3. S.50-54.
Claims (3)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2012135096/28A RU2506606C1 (en) | 2012-08-16 | 2012-08-16 | Method to detect zones of geodynamic risk based on data of radiolocating probing of earth surface |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2012135096/28A RU2506606C1 (en) | 2012-08-16 | 2012-08-16 | Method to detect zones of geodynamic risk based on data of radiolocating probing of earth surface |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2506606C1 true RU2506606C1 (en) | 2014-02-10 |
Family
ID=50032355
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2012135096/28A RU2506606C1 (en) | 2012-08-16 | 2012-08-16 | Method to detect zones of geodynamic risk based on data of radiolocating probing of earth surface |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2506606C1 (en) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN113900117A (en) * | 2021-09-13 | 2022-01-07 | 东华理工大学 | Underground non-evidence exploitation identification method integrating PS-InSAR and optical remote sensing |
Citations (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2333506C1 (en) * | 2007-05-28 | 2008-09-10 | ООО "Аэрокосмический мониторинг и технологии" (АМТ) | Method for monitoring dangerous karst and/or slide of sections main pipeline railways and auto-road ways |
| RU2399066C1 (en) * | 2008-12-30 | 2010-09-10 | Открытое акционерное общество "Научно-производственный комплекс "Научно-исследовательский институт дальней радиосвязи" (ОАО НПК НИИДАР) | Radar probing method with high resolution in spatial and frequency domains |
| RU98253U1 (en) * | 2010-04-29 | 2010-10-10 | Открытое Акционерное Общество "Российские Железные Дороги" | MONITORING SYSTEM OF POTENTIALLY HAZARDOUS SECTIONS OF RAILWAY |
| RU2405171C1 (en) * | 2009-04-17 | 2010-11-27 | Открытое Акционерное Общество "Российские Железные Дороги" | Method for monitoring of dangerous karstic and landslip sections in zone of railway roads with application of natural stable reflections |
| RU2009120585A (en) * | 2009-05-29 | 2010-12-10 | Общество с ограниченной ответственностью "Научно-исследовательский институт природных газов и газовых технологий - ВНИИГАЗ" (ООО "ВНИИГ | METHOD FOR MONITORING DISPLACEMENTS OF THE EARTH'S SURFACE AND DEFORMATION OF STRUCTURES IN THE TERRITORY OF THE USE OF MINERAL FOSSIL |
| RU2423306C1 (en) * | 2010-02-24 | 2011-07-10 | Открытое акционерное общество "Газпром" | Method to assess impact of geodynamic factors at safety of underground gas storage operation in porous bed |
-
2012
- 2012-08-16 RU RU2012135096/28A patent/RU2506606C1/en active
Patent Citations (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2333506C1 (en) * | 2007-05-28 | 2008-09-10 | ООО "Аэрокосмический мониторинг и технологии" (АМТ) | Method for monitoring dangerous karst and/or slide of sections main pipeline railways and auto-road ways |
| RU2399066C1 (en) * | 2008-12-30 | 2010-09-10 | Открытое акционерное общество "Научно-производственный комплекс "Научно-исследовательский институт дальней радиосвязи" (ОАО НПК НИИДАР) | Radar probing method with high resolution in spatial and frequency domains |
| RU2405171C1 (en) * | 2009-04-17 | 2010-11-27 | Открытое Акционерное Общество "Российские Железные Дороги" | Method for monitoring of dangerous karstic and landslip sections in zone of railway roads with application of natural stable reflections |
| RU2009120585A (en) * | 2009-05-29 | 2010-12-10 | Общество с ограниченной ответственностью "Научно-исследовательский институт природных газов и газовых технологий - ВНИИГАЗ" (ООО "ВНИИГ | METHOD FOR MONITORING DISPLACEMENTS OF THE EARTH'S SURFACE AND DEFORMATION OF STRUCTURES IN THE TERRITORY OF THE USE OF MINERAL FOSSIL |
| RU2423306C1 (en) * | 2010-02-24 | 2011-07-10 | Открытое акционерное общество "Газпром" | Method to assess impact of geodynamic factors at safety of underground gas storage operation in porous bed |
| RU98253U1 (en) * | 2010-04-29 | 2010-10-10 | Открытое Акционерное Общество "Российские Железные Дороги" | MONITORING SYSTEM OF POTENTIALLY HAZARDOUS SECTIONS OF RAILWAY |
Non-Patent Citations (1)
| Title |
|---|
| Hyong Ki Lee "RADAR ALTIMETRY METHODS FOR SOLID EARTH GEODYNAMICS STUDIES", Report No. 489, Geodetic Science and Surveying, The Ohio State University, Columbus, Ohio 43210, September 2008. * |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN113900117A (en) * | 2021-09-13 | 2022-01-07 | 东华理工大学 | Underground non-evidence exploitation identification method integrating PS-InSAR and optical remote sensing |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| Tomás et al. | Radar interferometry techniques for the study of ground subsidence phenomena: a review of practical issues through cases in Spain | |
| Bovenga et al. | Landslide monitoring for risk mitigation by using corner reflector and satellite SAR interferometry: The large landslide of Carlantino (Italy) | |
| Perski et al. | InSAR analyses of terrain deformation near the Wieliczka Salt Mine, Poland | |
| Raspini et al. | Advanced interpretation of land subsidence by validating multi-interferometric SAR data: the case study of the Anthemountas basin (Northern Greece) | |
| Gagliardi et al. | A novel geo-statistical approach for transport infrastructure network monitoring by Persistent Scatterer Interferometry (PSI) | |
| Kim et al. | Monitoring of urban land surface subsidence using PSInSAR | |
| Armaş et al. | InSAR validation based on GNSS measurements in Bucharest | |
| Gischig et al. | Identification of active release planes using ground-based differential InSAR at the Randa rock slope instability, Switzerland | |
| Dehghan-Soraki et al. | A comprehensive interferometric process for monitoring land deformation using ASAR and PALSAR satellite interferometric data | |
| Owczarz | A review of geodetic and remote sensing methods used for detecting surface displacements caused by mining | |
| RU2506606C1 (en) | Method to detect zones of geodynamic risk based on data of radiolocating probing of earth surface | |
| Henschel et al. | Monitoring slope movement from space with robust accuracy assessment | |
| Szafarczyk | Kinematics of mass phenomena on the example of an active landslide monitored using GPS and GBInSAR technology | |
| Navarro-Hernández et al. | ValInSAR: A systematic approach for the validation of Differential SAR Interferometry in land subsidence areas | |
| Hole et al. | InSAR assessment of pipeline stability using compact active transponders | |
| Taylor et al. | Operational mine monitoring with InSAR | |
| McCormack et al. | The capabilities and limitations of satellite InSAR and terrestrial radar interferometry | |
| Poyraz et al. | Evaluation of the monitoring of surface deformations in open-pit mines with Sentinel-1A satellite radar data | |
| Journault | Analysis of Modern Landslide Deformations in the Thompson River Valley using InSAR | |
| Kumar et al. | 16 Scatterer-Monitoring Based Induced Deformation Due to Coal Mining by DInSAR Techniques | |
| Necula et al. | Using Sentinel-1 SAR data to detect earth surface changes related to neotectonics in the Focșani basin (Eastern Romania) | |
| Fornaro et al. | Potentialities of the use of spaceborne radar systems in the monitoring of structures and infrastructures | |
| Karimzadeh et al. | Using advanced space-borne radar technology for detection and measurement of land subsidence and interseismic slip rates, the case study: NW Iran | |
| Abdikan et al. | InSAR time series analysis of coal mining in Zonguldak city, Northwestern Turkey | |
| Kumar et al. | Scatterer-Based Deformation Monitoring Induced Due to Coal Mining by DInSAR Techniques |