Анализ и верификация результатов спутникового мониторинга потенциально-опасных воздействий на объекты железнодорожной инфраструктуры на участке Туапсе-Адлер

В 2010 г. на участке Туапсе–Адлер Северо-Кавказской железной дороги введена в эксплуатацию технология спутникового мониторинга потенциально-опасных природно-техногенных воздействий на объекты железнодорожной инфраструктуры, разработанная ОАО «НИИАС» в рамках международного научно-технического сотрудничества между ОАО «РЖД» и корпорацией «Finmeccanica/Telespazio». Данный участок функционирует в чрезвычайно сложных ландшафтных и природно-климатических условиях, усугубляемых активным хозяйственным освоением территории, и подвергается постоянному воздействию таких неблагоприятных природных процессов и явлений, как оползни, сплывы, осыпи и скальные обвалы, сели, водоразмыв и морская абразия.
Технология основана на использовании результатов радиолокационной съемки, осуществляемой спутниковой группировкой COSMO-SkyMed, и дифференциальной интерферометрической обработки этих данных по методу PSP (Persistent Scatterer Pairs) компании e-GEOS, а также высокоразрешающей съемки в видимой зоне спектра космическими аппаратами QuickBird и GeoEye. По спутниковым снимкам высокого разрешения осуществляется обнаружение источников возможного образования опасных склоновых процессов на прилегающей к железной дороге территории - мест аккумуляции рыхлого обломочного материала, участков нарушенного и угнетенного растительного и почвенного покрова, а также мониторинг состояния волнозащитных, водоотводных и дренажных сооружений. Также осуществляется выявление участков с повышенной техногенной нагрузкой, которая может спровоцировать развитие негативных процессов. Дифференциальная интерферометрическая обработка серий разновременных радиолокационных снимков территории по методу PSP позволяет осуществлять измерения незначительных смещений наблюдаемой поверхности с субсантиметровой точностью и строить детальные карты, отображающие скорости смещения большого количества выявляемых постоянных отражателей радиолокационного сигнала. Анализ карт смещений позволяет картировать области опасных геодинамических процессов и выявлять участки их воздействия на железнодорожное полотно и объекты инфраструктуры, осуществлять мониторинг оползневых склонов, на ранней стадии обнаруживать активизацию опасных процессов, осуществлять контроль стабильности зданий и сооружений, а также оценку эффективности проводимых мероприятий по защите инфраструктуры от разрушительных воздействий.
Результаты спутникового мониторинга, дополняя информацию традиционно проводимых наземных осмотров, специальных инженерно-геологических обследований и режимных наблюдений, позволяют ранжировать воздействия по степени опасности и формировать обоснованные указания по проведению ремонтных работ, развертыванию средств защитной сигнализации и оповещения, строительству и укреплению инженерных защитных сооружений, оптимизировать распределение ресурсов, обеспечивая первоочередное осуществление приоритетных мер по предотвращению аварийных ситуаций.
Применяемые методы анализа материалов спутниковой съемки для оценки риска неблагоприятных воздействий на объекты инфраструктуры, основанные на комплексном анализе ряда косвенных признаков, требуют тщательной верификации. Риск разрушительного воздействия потенциально опасных склоновых процессов на путь, земляное полотно и другие объекты инфраструктуры зависит от ландшафтных и гидрологических характеристик, строения формирующих склоны пород, состояния растительного и почвенного покрова, а также от наличия, характеристик и состояния инженерных защитных сооружений. Результаты спутникового радиолокационного мониторинга нуждаются в тщательной интерпретации в силу особенностей геометрии наблюдения при использовании радиолокаторов бокового обзора и использования сложных алгоритмов дифференциальной интерферометрической обработки. Формируемые карты смещений отражают перемещения объектов на земной поверхности в проекции на ось, направленную на космический аппарат в момент проведения съемки. Постоянные отражатели радиолокационного сигнала, выявляемые в процессе дифференциальной интерферометрической обработки, зачастую представляют собой элементы конструкций, зданий и сооружений и их неравномерное распределение по наблюдаемой территории, особенно в пределах оползневых склонов, покрытых густой растительностью, затрудняет достоверный контроль потенциально опасных склоновых процессов.
В докладе представлены результаты организованного в 2011-2012 гг. комплекса работ по верификации и уточнению результатов спутникового мониторинга путем инженерно-геологического обследования территории и геодезических измерений. Верификация результатов радиолокационного мониторинга проводится путем повторяющихся высокоточных геодезических измерений реперов, закрепленных в районах выявленных областей, демонстрирующих существенные смещения отражателей радиолокационного сигнала. Измерения осуществляются с использованием технологий высокоточной спутниковой навигации, основываясь на сигналах дифференциальной коррекции от постоянно действующих референцных станций, развернутых на участке Туапсе-Адлер в рамках работ по пилотному проекту Роскосмоса. Также представлен совместный анализ результатов дифференциальной интерферометрической обработки серий радиолокационных снимков участка в районе пос. Дагомыс, полученных спутниковой группировкой COSMO-SkyMed с разных витков, для определения реальной величины и направления смещений земной поверхности и объектов на склонах.