Stručně k radarové interferometrii

Rozměr: px

Začít zobrazení ze stránky:

Download "Stručně k radarové interferometrii"

Silvie Dana Horáková
před 8 lety
Počet zobrazení:

1 Stručně k radarové interferometrii Deformace vlivem poklesů terénu lze sledovat různými způsoby, tím nejrozšířenějším je nivelace. Avšak vzhledem k tomu, že se niveluje v liniích, jde o metodu náročnou, jde-li o sledování deformací na větším území. Radarová interferometrie (InSAR) umožňuje mapování deformací na větším území, a to za cenu jen mírně závislou na velikosti území. Jedná se o zpracování série družicových snímků, kde cena je odvislá především od počtu těchto snímků. InSAR se hodí především pro dlouhodobé sledování deformací (několik let). Například družice ENVISAT snímkuje cca jednou za měsíc a pro kvalitní zpracování je třeba více než 30 snímků (a je možné, že některé ze snímků nebude možné použít). Reálná velikost jednoho pixelu ve snímku je určna rozlišením. Výpočet deformací nelze provést na celém území, ale pouze na tzv. trvalých odražečích, které jsou identifikovány během zpracování (tj. nelze je vybrat předem). Jedná se o body s vysokou odrazivostí směrem k radaru, které jsou zároveň dlouhodobě stabilní. Typicky jde o mosty nad vodou, budovy, skály. Metoda selhává v zarostlých oblastech, zde je možné nainstalovat k tomuto účelu vyrobené rohové odražeče (velikost cca 1 m). Trvalý odražeč odráží signál zpět k radaru tak silně, že signál odražený od ostatních bodů daného pixelu bude vůči tomuto zanedbatelný, případně jich může být více, měly by se pohybovat (poklesávat) stejně. V případě, že tomu tak nebude, metoda daný bod jakožto trvalý odražeč nekvalifikuje. Standardní zpracování předpokládá, že rychlost poklesu terénu je v čase konstantní, to ale není podmínkou. Pro přesnější zpracování je ale třeba znát model deformací, které zpracování potvrdí a zpřesní, nebo vyvrátí. Metoda umožňuje sledovat deformace zhruba od 1 mm ročně, tyto deformace by měly být pozvolné. Povolenou prostorovou změnu deformací však lze stěží určit; závisí na hustotě trvalých odražečů. Nesmí překročit polovinu vlnové délky (několik cm) mezi dvěma nejbližšími odražeči; pokud se deformace bude této hodnotě blížit, opět hrozí, že zpracování nebude možné či bude nespolehlivé. Metoda je přesnější, použije-li se přesný digitální model terénu (DEM); méně přesný SRTM je dostupný zdarma a když je dostatečný počet snímků, lze získat korekce k méně přesnému modelu tzn. přesný DEM je jako výstup. Metoda pracuje relativně vůči referenčnímu bodu (je lepší, pokud jich je více). Tyto referenční body musí být trvalé odražeče a musí o nich být známo, že jsou stabilní (případně je nutné znát vývoj jejich poklesů v čase). Náš tým dosud zpracovával snímky z družic ERS-1 a ERS-2 z 90. let 20. století. Nyní pracujeme na projektu, který by měl sledovat poklesy uměle vyrobených odražečů v hnědouhelné pánvi. Zde používáme snímky z družice ENVISAT, které se snímají od r Výsledkem zpracování metodou radarové interferometrie je georeferencovaná mapa deformací na zadaném území. InSAR implicitně sleduje pouze deformace ve směru radarového paprsku, tj. (u ERS- 1/2) cca 23 stupňů od svislice. Pokud jsou očekávány pouze svislé deformace, lze je snadno přepočítat. Vektor deformací jako takový pro každý bod vypočítat nelze, lze však použít více 1

Radarová interferometrie (InSAR) umožňuje mapování deformací na větším území, a to za cenu jen mírně závislou na velikosti území.

2 a b Obra zek 1: Pr ı klad interferogramu z druz ic ERS (a) a TerraSAR-X (b). Obra zky pocha zejı od zahranic nı ch ty mu a zobrazujı u zemı v zahranic ı. Zdroje: index 1.html (a), read-17678/gallery-1/ gallery read-image.1.971/ (b). Barevne prouz ky ( fringe znamenajı zme nu fa ze o jeden cyklus (2π). Mohou zna zorn ovat bud topografii, nebo deformace (poklesy, sesuvy, seismicke efekty) nebo atmosfe ricke vlivy, coz nejspı s e nenı tento pr ı pad. Interferogram lze interpretovat kvalitativne, tj. dos lo c i nedos lo k deformaci, ale kvantitativnı interpretace je sloz ite js ı. se riı dat z ru zny ch drah druz ic, kde jsou paprsky vysı la ny pod jiny m u hlem, pr ı padne i se rie z jiny ch druz ic. Tato kombinace v sobe skry va nebezpec ı, z e jine body budou identifikova ny jako trvale odraz ec e. Pr esnost metody je obtı z ne kvantifikovat, je odvisla od poc tu snı mku a jejich kvality (ovlivne na pr edevs ı m tere nem, problematicke jsou zarostle oblasti, oblasti s prudky mi svahy, nejleps ı ch vy sledku dosahuje metoda v zastave ny ch oblastech), zahranic nı ty my se dosta vajı na ne kolik desetin mm/rok (za lez ı i na c asove hustote dostupny ch dat), schopnosti nas eho ty mu odhadujeme na ne kolik mm/rok. Problematicka je velka a velmi prudka deformace - nejle pe se sledujı deformace pozvolne v c ase i v prostoru - hranice nelze jednoznac ne urc it, protoz e ope t za lez ı na tere nu, ale dejme tomu 10 cm/rok a 10 cm/km. ERS-1/2 historicka za lez itost, ERS-1 do r (potom sporadicky), ERS-2 ma od r porouchany gyroskop a ve ts inu snı mku nelze pouz ı t; pouz itelne pouze pro sledova nı v letech cca vlnova de lka 5.67 cm 2

Barevne prouz ky ( fringe znamenajı zme nu fa ze o jeden cyklus (2π).

3 Obra zek 2: Uka zky map poklesu, zı skany ch z druz ic ERS v ru zny ch zahranic nı ch lokalita ch. Zdroj: Italy 1.html. V obra zcı ch je ste z ı viditelna barevna s ka la zna zorn ujı cı, z e v oblastech zna zorne ny ch c ervenou barvou jsou poklesy nejrychlejs ı, v oblastech zna zorne ny ch z lutou jsou poklesy jiz niz s ı a zelenomodra barva zna zorn uje stabilnı u zemı. perioda snı mkova nı 35 dnu cena snı mku 25 euro1 minimum 10 snı mku pro zpracova nı, obvykle vs ak pr es 30 rozlis enı.5 m ve sme ru letu, m ve sme ru kolme m velikost snı mane ho u zemı cca km2 ENVISAT vlnova de lka 5.63 cm perioda snı mkova nı 35 dnu (snı mky se musı pr edem objednat, je moz ne, z e v archı vu budou ne jake snı mky nalezeny, ale nenı to jiste ) cena snı mku 25 euro3 + pr ı padne poplatky za programova nı druz ice minimum 10 snı mku pro zpracova nı, obvykle vs ak pr es 30 dva rez imy snı mkova nı, ru zne u hly dopadu (viz tab. 1) 1 cele u zemı nezpracova va me; vy r ez idea lne do 10km kra t 20 km 3 2 3

niz s ı a zelenomodra barva zna zorn uje stabilnı u zemı. perioda snı mkova nı 35 dnu cena snı mku 25 euro1 minimum 10 snı mku pro zpracova nı, obvykle vs ak pr es 30 rozlis enı.

4 a Obra zek 3: z druz ice b Uka zka interferogramu (a) ENVISAT v ru zny ch a mapy poklesu (b), zahranic nı ch lokalita ch. zı skany ch Zdroje: (a), (b). Zatı mco interferogram vznika ze dvou snı mku, mapa poklesu por ı zena jen ze dvou snı mku je vysoce nespolehliva nelze lze odlis it pravou deformaci od atmosfe ricky ch vlivu, chyb v poloze satelitu a chyb v DEM. rez im rozlis enı [m] (sme r letu kolmo) velikost sce ny [km] inc. u hel PRECISION o 15o WIDE SWATH (ScanSAR) Tabulka 1: Snı mkovacı rez imy druz ice ENVISAT TerraSAR-X vlnova de lka 3.1 cm, tzn. cca dvakra t leps ı pr esnost perioda snı mkova nı 11 dnu cena snı mku 175 euro mnoz stvı snı mku odhadujeme stejne jako v ostatnı ch pr ı padech ru zne druhy snı mku (velikost sce ny a rozlis enı ; viz tab. 2) Ma te-li dals ı dotazy k metode, mu z ete je poslat na hlavacova@insar.cz, ma te-li za jem o spolupra ci, ozve te se prosı m na lena.halounova@fsv.cvut.cz.

Zatı mco interferogram vznika ze dvou snı mku, mapa poklesu por ı zena jen ze dvou snı mku je vysoce nespolehliva nelze lze odlis it pravou deformaci od atmosfe ricky ch vlivu, chyb v poloze satelitu

5 Obra zek : Uka zka interferogramu (a) a mapy poklesu (b) na male oblasti v C R. Jedna se o pome rne zarostlou oblast s maly m poc tem bodu identifikovany ch jako trvale odraz ec e; mnoho bodu bylo zavrz eno proto, z e v jejich blı zkosti nebyl identifikova n bod dostatec ne pr esny. Jedna se o pr edbe z ne vy sledky, na ktery ch budeme nada le pracovat. Z obra zku je zr ejme, z e zde ve ts ı oblast neklesa (alespon v me r ı tku, ve ktere m je mapa vyhotovena, kde barevny cyklus odpovı da 30 cm/rok. Osamocene barevne body lze povaz ovat za chyby, ktere budou odstrane ny v ra mci dals ı ho zpracova nı. rez im High resolution StripMap ScanSAR rozlis enı [m] (sme r letu kolmo) velikost sce ny [km] az 1 m 5 10 az 3 m az 18 m Tabulka 2: Snı mkovacı rez imy druz ice TerraSAR-X. Tato tabulka byla pr ejata z [1]. Reference [1] Webove stra nky InfoTerra GMBh: 5

esny. Jedna se o pr edbe z ne vy sledky, na ktery ch budeme nada le pracovat.

Podobné dokumenty

DPZ10 Radar, lidar. Doc. Dr. Ing. Jiří Horák Institut geoinformatiky VŠB-TU Ostrava

DPZ10 Radar, lidar. Doc. Dr. Ing. Jiří Horák Institut geoinformatiky VŠB-TU Ostrava DPZ10 Radar, lidar Doc. Dr. Ing. Jiří Horák Institut geoinformatiky VŠB-TU Ostrava RADAR SRTM Shuttle Radar Topography Mission. Endeavour, 2000 Dobrovolný Hlavní anténa v nákladovém prostoru, 2. na stožáru