Применение радарной спутниковой интерферометрии для мониторинга смещений природных объектов: достижения и перспективы

Методы радиолокационной спутниковой интерферометрии находят все большее применение для мониторинга состояния протяженных инфраструктурных объектов топливно-энергетического и транспортного комплекса, в том числе, объектов железнодорожной инфраструктуры, расположенных в зонах потенциально опасного воздействия геодинамических процессов.
Метод устойчивых отражателей (PS от англ. Persistent Scatterer) – один из наиболее распространенных при дифференциальной интерферометрической обработке радиолокационных данных - успешно используется для мониторинга смещений техногенных высоко когерентных объектов по данным спутниковых радаров с синтезированной апертурой (РСА). Однако, выявление PS на участках с развитым вегетационным покровом, особенно по сериям снимков в X диапазоне, затруднено в силу специфики взаимодействия коротковолнового радиолокационного сигнала с растительным покровом. Зачастую это ограничивает область практического применения данного метода при мониторинге протяженных объектов, подверженных экзогенным геодинамическим воздействиям в предгорных и горных районах и зоне распространения многолетнемерзлых пород. Низкий уровень когерентности не позволяет контролировать развитие геодинамических процессов на зелесенных склонах, существенная часть которых может быть подвержена оползневым процессам. Зоны развития криогенных процессов в силу малой урбанизации и хозяйственного освоения территорий также зачастую характеризуются крайне низкой плотностью распределения техногенных объектов, устойчиво выделяемых в качестве PS.
Основополагающей идеей при выделении природных PS является предположение о том, что поле деформаций коррелированно как по пространству, так и по времени. Действительно, разность фаз на парной интерферограмме определяется смещением отражающего объекта и четырьмя компонентами помехи. Первые две - это атмосферные задержки и орбитальные ошибки, которые коррелированны по пространству, но не по времени. Третья компонента - это ошибки цифровой модели рельефа (ЦМР), которые коррелируют с пространственной базовой линией радарных снимков относительно снимка-мастера и могут быть эффективно подавлены. В четвертую группу входят все остальные неучтенные помехи, которые полагаются некоррелированными ни во времени, ни в пространстве. Если устранить сначала компоненты, высокочастотные по пространству, а затем и высокочастотные шумы во временных рядах, то все четыре компоненты помехи будут подавлены и останется длиннопериодная по пространству и по времени компонента, которая отражает сглаженную деформационную составляющую в разности фаз. Ясно, что успех идентификации PS определяется тем, насколько эффективно построены процессы фильтрации и насколько удачно выбраны соответствующие параметры фильтров. Для выделения коррелированного деформационного сигнала в частности, применяются полосовые фильтры, весовые осреднения в скользящих окнах, статистики Колмогорова-Смирнова и др.
Кроме того, данные спутниковых радаров, работающих в C и L диапазонах (ERS, ENVISAT, ALOS) более устойчивы к влиянию растительного покрова и атмосферных помех, чем данные Х диапазона (TerraSAR, COSMO-SkyMed). Правильный выбор критериев для идентификации PS и частотного диапазона съемки во многом определяют успех мониторинга смещений на природных объектах.
В докладе будут рассмотрены результаты анализа смещений оползневых склонов, как открытых и частично застроенных, так и покрытых густой растительностью. Будет выполнен анализ результатов, полученных с применением РСА данных различных диапазонов и различных подходов к подавлению помех. Также будут рассмотрены перспективы развития методов мониторинга природных объектов, связанные с предстоящим запуском спутников ALOS-2 и Sentinel-1.