Δορυφορικό ραντάρ αποκαλύπτει καθίζηση του εδάφους πάνω από ορυχεία άνθρακα
Από RemoteSensing Wiki
Τίτλος
Satellite radar reveals land subsidence over coal mines
Πηγή
Συγγραφείς
Huanyin Yue, Guang Liu, Zbigniew Perski and Huadong Guo
Η εξόρυξη άνθρακα από υπόγεια ορυχεία συχνά οδηγεί σε καθίζηση του εδάφους εντός μιας περιόδου ετών. Η καθίζηση της γης μπορεί να δώσει σημαντικές ενδείξεις ως προς την έκταση του ορυχείου και τις επιπτώσεις του στη γη. Οι τοπικές κυβερνήσεις μπορούν να χρησιμοποιήσουν αυτές τις πληροφορίες για να διασφαλίσουν ότι η εξόρυξη περιορίζεται στις επιτρεπόμενες περιοχές και για να παρακολουθούν των περιβαλλοντικές επιπτώσεις. Οι γεωλόγοι παρακολουθούν συμβατικά την καθίζηση του εδάφους με επιτόπιες τεχνικές που απαιτούν ακριβές και χρονοβόρες μετρήσεις , ιδιαίτερα όταν πρόκειται για απότομες οροσειρές και άλλα αφιλόξενα εδάφη.
Στο παρόν άρθρο επισημαίνεται η σκοπιμότητα του ελέγχου καθίζησης του εδάφους που προκαλείται από εξόρυξη άνθρακα με πολυφασματικό συνθετικό διάφραγμα ραντάρ (DInSAR). Στο ραντάρ συνθετικού διαφράγματος (SAR), οι εναέριοι ή διαστημικοί αισθητήρες σαρώνουν την επιφάνεια της γης με ραδιοκύματα για να δημιουργήσουν ένα τοπογραφικό χάρτη του εδάφους. Οι τεχνικές DInSAR χρησιμοποιούνται για τη σύγκριση διαφορετικών χρονικών σαρώσεων της γης πάνω από τα ορυχεία άνθρακα, με στόχο την αποκάλυψη της καθίζησης του εδάφους σε κλίμακες ακόμη και μερικών εκατοστών.
Προς παράδειγμα χαρτογραφήθηκε η καθίζηση του εδάφους που σημειώθηκε την περίοδο 1993 - 1997 στο ανθρακωρυχείο Fengfeng στην επαρχία Hebei της Κίνας με τη χρήση διαστημικών δεδομένων SAR. Χρησιμοποιήθηκαν δεδομένα του καναλιού C του Advanced Synthetic Aperture Radar (ASAR) του περιβαλλοντικού δορυφόρου ENVISAT και του καναλιού L του Japanese Earth Research Satellite (JERS) και ALOS PALSAR.
Ο JERS δεν έχει ακριβή τροχιά. Δημιουργήθηκε ένα δυναμικό σύστημα συντεταγμένων με τη χρήση της ακτινικής, της εγκάρσιας και κατά μήκος τροχιάς για τη ρύθμιση της αρχικής χωρικής θέσης και τη δημιουργία ενός ακριβούς αποτελέσματος DInSAR. Το σφάλμα θέσης μειώθηκε περαιτέρω με τη χρήση ενός εξωτερικού ψηφιακού υψομετρικού μοντέλου.
Ταυτόχρονα με τη λήψη δεδομένων ASAR πραγματοποιήθηκε οπτική εξομάλυνση προκειμένου να δοκιμαστούν τα αποτελέσματα DInSAR. Στο ανθρακωρυχείο Dashucun, εγκαταστάθηκαν 104 λίθινα σημεία αναφοράς γνωστού ύψους σε μια περιοχή 3 τ.χλμ. Η εικόνα 1 δείχνει το χάρτη καθίζησης που προήλθε από τη διαδικασία εξομάλυνσης.
Η εικόνα 2 παρουσιάζει τα 17 διαφορικά αποτελέσματα μετρήσεως παρεμβολών [δεδομένα από JERS (a–j) ASAR (k–o), και ALOS PALSAR (p–q)]. Το κανάλι C του SAR χρειάζεται μια πολύ μικρότερη χωρική και χρονική έναρξη από το κανάλι L του SAR, με το κέντρο της καθίζησης να αποκλίνει. Ωστόσο, το κανάλι C είναι πιο ευαίσθητο σε παραμορφώσεις και είναι πιο κατάλληλο για τυχόν καθίζηση χαμηλής ταχύτητας σε σύντομο χρονικό διάστημα, ενώ το κανάλι L πλεονεκτεί σε μεγαλύτερα χρονικά διαστήματα. Η ανίχνευση της καθίζησης με το κανάλι L είναι λιγότερο ακριβής σε σχέση με το κανάλι C, αλλά οι συχνότητες του καναλιού L είναι πιο συνεκτικές στην παρεμβαλλομετρία SAR. Επομένως οι χρονικές σειρές δεδομένων SAR του καναλιού L δίνουν καλύτερα αποτελέσματα DInSAR.
Στη συνέχεια έγινε υπέρθεση των αποτελεσμάτων DInSAR με τους χάρτες εξομάλυνσης. Οι μαύρες γραμμές στους χάρτες σηματοδοτούν τα όρια του ανθρακωρυχείου. Οι θέσεις καθίζησης στους χάρτες εξομάλυνσης και διαφορικών παρεμβολών είναι συνεπείς μεταξύ τους. Επειδή το αποτέλεσμα DInSAR μπορεί να αντανακλά μόνο την παραμόρφωση της κατεύθυνσης του οπτικού πεδίου, διαπιστώθηκε ότι η κατακόρυφη παραμόρφωση από το στοιχείο του οπτικού πεδίου διαιρείται με συν23°. Συγκρίνοντας αυτά τα αποτελέσματα DInSAR με τη μέγιστη τιμή που μετρήθηκε από την εξομάλυνση, προκύπτει ότι επίσης συμπίπτουν μεταξύ τους. Το συγκεκριμένο πείραμα δείχνει ότι η θέση και το μέγεθος των καθιζήσεων πάνω από τα ορυχεία άνθρακα που ανιχνεύονται με την τεχνική DInSAR είναι αξιόπιστα.
Συμπερασματικά προκύπτει ότι η καθίζηση του εδάφους που προκαλείται από την εξόρυξη άνθρακα είναι εφικτό να παρακολουθείται με την τεχνική DInSAR. Τα κανάλια C και L είναι κατάλληλα για την παρακολούθηση της καθίζησης, με τη διαφορά ότι το κανάλι C έχει πιο περιορισμένες συνθήκες. Για την αποτελεσματική παρακολούθηση της καθίζησης με τη μέθοδο DInSAR, είναι απαραίτητο ως σημείο αναφοράς ένα σύνολο λεπτομερών στοιχείων παρεμβαλλομετρίας της ίδιας χρονικής περιόδου.
