Дата публикации: 26.04.2021
Алимжанова Айдана Турсыновна
ДЗЗМ-19-1к тобының магистрі
Ғылыми жетекші: Капасова Айзада Зарлыковна
т.ғ.к., доцент
Кілт сөздер: спутниктік радарлық интерферометрия, жер бедерінің өзгерістері, геодинамикалық үрдістерді бақылау, радарлық мәліметтер, ғарыш суреттерін өңдеу, жылжу интерферограммасы, шөгу графигі, деформациялық үрдісінің динамикасы, ғарыштық зондлау мәліметтері
Бүгінгі күні көмір қоры бойынша Қазақстан әлем бойынша сегізінші орынды алады. Көмір өндіру тау сілемдерінде бос кеңістіктерді пайда болуына әкеліп соқтырады, ал бұл жер бетінің жылжуына себепкер болады. Жер бетінің жылжымауын болдырмаудың классикалық тәсілі, яғни бос кеңістіктерді материалмен толтыру, экономикалық жағынан тиімсіз болатындықтан Қазақстанда сирек қолданылады, сондықтан жер бетінің күйреуі жиі кездеседі. Тек 2014 жылдың өзінде-ақ осындай күйреулер Қазақстанның бірнеше қаласында болды: Риддер, Қарағанды және Көкшетау. Қарағанды облысының шахталары бір-біріне жақын орналасқан және соған байланысты үлкен тау-кен өндірісі ортасында қалған Қарағанды қаласында жер бетінің өте қауіпті шөгу үрдістері байқалады.
Осындай жер бедерінің өзгерістері мен геодинамикалық үрдістерді бақылауды нивелирлеу мен тахеометрлік түсіріс сияқты дәстүрлі өлшеу әдістерін қолдану арқылы жүзеге асыру көп уақыт шығыны мен көп еңбекті талап ететін үрдіс болып табылады. Сонымен қоса дәстүрлі бақылау әдістері профильдік сызықтардан тыс немесе қол жетімсіз жерлерде болатын үрдістердің толық бейнесін алуды қамтамасыздандыра алмайды. Бұндай құбылыстарды бақылауға арналған спутниктік радарлық интерферометрия технологиясы кезеңдер арасындағы мәлімет жинау уақытын қысқартады және сол сәттегі жер бетінің қарқынды жылжу бейнесін алуға мүмкіндік береді. Оның қамту ауданы 30*30км құрайды. Қазіргі уақытта Қазақстан Республикасында радарлық интерферометриялық түсіріс жасаумен шетел компаниялары айналысуда [1,4].
Спутниктік радарлық интерферометрия — электромагниттік толқындардың интерференция әсерін қолданатын өлшеу әдісі. Әдістің негізгі мәні интерферограмманың құрылуында. Интерферрограмма бір ауданнның бір спутникпен түсірілген екі суретінің композициясы болып табылады және сигналдың фазасы мен амплитудасы туралы ақпарат алуға мүмкіндік береді.
Спутниктiк радарлық интерферометрия деректерін қолдану саларының арасында келесілерді ерекшелеуге болады:
-
жергілікті жердің сандық үлгісін құру, оның ішінде жоғары дәлдікті (кеңістіктік үлкейтілімі шамамен бір метр және биіктікті анықтау дәлдігі 1–2 метр болатын үлгілер);
-
дәлдігі радар толқының ұзындығының бөлігіндей болатын деформацияларды өлшеу;
-
жылдам қозғалыстағы нысанның мысалы, автокөліктің жылдамдығын анықтау.
Баға мен сапа қатынасы бойынша үлкейтілімі төмен (10-30 м - ENVISAT, ERS-2 және т.б.) радарлық мәліметтер көп сұранысқа ие, ал орташа үлкейтіліміді (4-8 м) радарлық мәліметтердің болашағы өте жақсы деуге болады. Бұндай радарлық түсірістер жер бедерінің сандық үлгісін құруда, картографиялауда, ауданның экологиялық жағдайын бақылауда, сейсмологиялық қауіпті бағалауда, су басу аудандары мен үнемі тұман басып тұратын аудандарды бақылауда, және де түрлі қызмет салаларында басқа да көпетеген мәселелерді шешуде қолданылады.
Үлкейтілімі жоғары (1-3 м) радарлық мәліметтер көмегімен бірегей міндеттерді шешуге болады. Бірақта салыстырмалы түрде олардың құнының қымбаттығына байланысты олар негізінен жергілікті мәселелерді шешуде ғана сұранысқа ие. Мысалы, үлкейтілімі жоғары радарлық түсірістердің мүмкіндігі бойынша жер бетінің, әсіресе ғимараттар мен өндірістік үймереттердің жылжуын өте жоғары дәлдікпен анықтауға болады. Осы тұста, жоғары үлкейтіліміді радарлық мәліметтердің нысандарды тану және оларды топтастыру мүмкіндігін арнайы мамандандырылған бағдарламалық өнімдер, мысалы ретінде, SARscape едәуір жақсартады [2].
Қарағанды қаласының жер бетінің жылжуын анықтау үшін Еуропалық ғарыш агенттігінің мұрағатынан мәліметтер алу қажет болды.
Еуропалық ғарыш агенттігі мұрағатынан мәліметтер алу үшін, яғни ғарыштық суреттерді таңдап алу үшін Eoli–sa бағдарламасы қолданылды (1-сурет)[3].
1-сурет – Eoli–sa бағдарламасының интерфейсі
Eoli-SA еркін мультиплатформалық интерактивті бағдарлама болып табылады. Ол пайдаланушыларға ЕҒА Жер Өнім каталогына қол жеткізуге, оларға тапсырыс беруге және сайып келгенде, олардың мәртебесі қадағалауға мүмкіндік береді. Ол сондай-ақ GSP, SCI мен SPR операторлары үшін деректер мен өнім метадеректерін онлайн түрде алуға мүмкіндік береді. Өнімдер мазмұны оңай сұрауға және қараға болатын коллекцияларға біріктірілген [3].
Мұрағаттағы бар мәліметтердің талдау нәтижесі бойынша ENVISAT спутниктік жүйесі таңдалып алынды.
Мұрағаттағы мәліметтерді іздеу нәтижесінде Еoli–sa бағдарламасында АSAR сенсорынан 4 түрлі трактерден алынған 29 сурет анықталды. Нақты қарау және ғарыштық суреттерге тапсырыс беру үшін ASAR Image Mode сенсорын анықтап, бақылау уақытын таңдау керек. Бақылау уақытын таңдауда 2003 жылдан 2010 жылға дейінгі аралық қарастырылды (2-сурет).
2-сурет – Траекториясы мен тракы ескерілген әр суреттің толық нәтижесі
Суреттерді талдау нәтижесінде диссертацияны жазу үшін мұрағаттық суреттердің №91 –11 трактары және жалпы суреттердің № 363– 14 трактары сәйкес келеді.
3-сурет –2006 жылдың 18 желтоқсанында түсірілген
Қарағанды қаласының мұрағаттық суреті
Іздеу нәтижесі бойынша анықталған суреттерді картадағы сурет контурына басу арқылы, картаның оң жағында тұрған суреттің кішірейтілген бейнесіне басу арқылы немесе кестедегі жолды таңдау арқылы қарауға болады. Мұрағаттық суреттің мысалы 3-суретте көрсетілген.
Ғарыш суреттерін өңдеу ENVI бағдарламалық кешенінің SARScape модулінде жүзеге асырылды. Бұл бағдарлама да жоғарыда айтылған ҚР БҒМ қаржыландыратын гранттық жобасының аясында сатып алында.
Өңдеудің бірінші кезеңінде ENVISAT ғарыштық суреттерін шикі *.N1 кеңейтілімнен *.cls кеңейтіліміне импорттау және базалық сызықтарды өңдеу жүзеге асырылды. Зерттеу мәліметтері, яғни ENVISAT track 363 спутниктік суреттері бойынша уақыт факторының критической базалық сызыққа тәуелділігінің графигі құрылды (4-сурет) [4].
4-сурет – ENVISAT track 363 спутниктік суреттерінің уақыт факторының критической базалық сызыққа тәуелділігінің бызбасы
Өңдеудің екінші кезеңі интерферометриялық өңдеу үшін жұп таңдау болды. Жұп таңдау бірнеше критериі бойынша, яғни жалпы мүмкін жұптар арасынан таңдалды. Уақыт базасы деп интерферометриялық жұп суреттерінің арасындаға түсіру уақытының аралығын атады [4].
Өңдеудің үшінші кезеңінде жер бедерінің сандық үлгісі (ЖБСҮ) құрылды. Қазақстан территориясында SRTM мәліметтері шамамен 90 метр кеңістіктік үлкейтілімде. Қарағанды қаласының ЖБСҮ құру 31.07.2010ж. және 09.10.2010ж. ENVISAT – спутниктік суреттері қолданылды.
Жалпы мәліметтерді өңдеу SarScape модулінің уақытша лицензиясы бойынша жүзеге асырылды. Лизенция беруші ENVI бағдарламасының Ресейдегі ресми дистрибьютері – Совзонд компаниясы. SarScape бағдарламалық кешені радарлық суреттерді алдын ала және тақырыптық өңдеуге арналған ENVI бағдарламасының қосымша модулі болып табылады. Ал Interferometry модулі радарлық мәліметтерді интерферометриялық өңдеуге, соңында жер бедерінің сандық үлгісін немесе жер бетінің жылжу картасын алуға мүмкіндік береді.Жылжу картасын алу үшін 2003 жылдан 2011 жылға дейінгі ENVISAT ASAR жерсерігінен алынған радарлық суреттер қолданылды.
Берілген өңдеу жұмыстарының негізгі қорытындасы кешенді интерферограммадан жер бедерінің синтезирленген фазасын алу түрінде берілетін дифференциальды интерферограмма болып табылады [2].
ENVISAT жерсерігінен алынған радарлық суреттердің жұптарын өңдеу нәтижесі бойынша азаматтық және өндірістік нысандардың, сонымен қоса Қарағанды облысы мен Октябрь ауданының шахталары орналасқан аудандар бетінің шөгу картасы алынды.
Геокодтау және калибровка ертеректе автор жасаған Қарағанды қаласының жер бедерінің сандық үлгісіне қатысты жасалды. Қала ауданындағы өңдеу және есептеу нәтижелері бойынша шағын ығысуы бар тұрақты аудандар да, шөгу үрдісі нақтылы үдемелеп келе жатқан аудандар да байқалды.
Жылжу интерферограммасына сай Арселор Миттал Темиртау металлургиялық комбинатының ауданы қалыпты жағдайда. Шөгу мәні суреттер бойынша алынған, ал суретте көрсетілген нүктелер бойынша шөгу графигі құрылған (5-сурет).
5-сурет – Арселор Миттал Темиртау заводының ауданы
2013 жылы ХУ-1 кокс химиялық өндірісінің түтін құбырлары орналасқан ауданында мөлшері есеп беру уақыты аралығында 40 мм-ді құраған жер бетінің шөгуі тіркелді (6-сурет).
6-сурет – Арселор Миттал Темиртау заводы құбырлары орналасқан ауданның жер бетінің шөгуі
Шахталар орналаспағандықтан, сәйкесінше өңдеу жұмыстары жүргізілмегендіктен Майқұдық және Абай қаласының аудандары қалыпты жағдайда (7,8-сурет).
7-сурет – Абай қаласы ауданындағы шөгу үрдісін зерттеу
2003 жыдан 2010 жылға дейінгі аралықта Октябрь ауданында мәні 10 мм шамасындағы шағын шөгулер байқалды (8-сурет).
8-сурет – Октябрь ауданы - Майкудук
2009-2010 жылдары алынаған суреттер Қарағанды қаласының ауданында 2011-2013 жылдары болып өткен ғимараттар мен үймереттердің деформациялары мен күйреулермен байланысты болаған оқиғалар мен жазатайым жағдайларды талдауға мүмкіндік берді [5].
9-сурет – Ботақара кентіндегі бөгеттердің
деформациялық үрдісінің динамикасы
Костенко атындағы шахта ауданындағы жазықтықты талдау нәтижесі, 2004 жылдан бері Костенко шахтасының ауданында екі шөгу мульдасы пайда болғанын көрсетті. 2010 жылы шөгу мульдасының мөлшері мен оның таралу аумағы кеңейген (10-сурет). Жоғарыда қарастырылған уақыт аралығында Костенко шахтасында пласт бойынша К1, лава бойынша 45 К1-з жұмыстары жүргізілген. Қазылған пласттың қуаты 2,8м құраған [5].
10-сурет – Түрлі сурет жұптары бойынша Қарағанды қаласының дифференцирленген интерферограммаларын құру
Сонымен қоса Костенка шахтасы ауданындағы жеке аумақтарда 2003-2010 жылдары аралығында жыл сайынғы шөгулер байқалған (11-сурет).
11-сурет – Костенко атындағы шахта аумағы
Ауданында әрекеттегі Казахстанская шахтасы орналасқан Шахтинск қаласының жер бетін талдау, 2009-2010 жылдары жылдамдығы жедел үдетілген шөгулер байқалғандығын көрсетті (12-сурет).
12-сурет – Шахтинская шахтасының аумағы
Ғарыштық зондлау мәліметтері Шахтинская шахтасының жазықтығын өңдеу жоспарымен сәйкес келген, бұл жағдай ғарыштық зондлау мәліметтерін кенорындарын өңдеу тәртібін бақылау үшін, сонымен қоса қауіпті деформациялардың алдын алу үшін қолдануға мүмкіндік беретіндігін көрсетеді. Қауіпті деформацияны алдын ала болжау осы аймақ үшін өте маңызды, себебі шахта жазықтығы маңайында Северный кенті орналасқан [6].
Зерттеу нәтижесі өңделген аудандардың жер бетінің жылжуын бақылауда спутниктік радарлық интерферометрия әдісінің дәстүрлі түсіру және шөшуді есептеу әдістерімен салыстырғанда бірнеше артықшылықтарға ие екендігін көрсетті. Жер бетінің шөгуі туралы алынған ақпараттар нәтижесі жақсы коррелация мен өлшеу дәлдігінің жоғарылығын көрсетті. Бұл әдістің оңтайлы жақтарының ішінен ауданы бойынша үлкен территорияларды бақылауды жүргізу мүмкіндігін және алынған нәтижелердің көрекілігін ерекше атап өткен жөн. Осының барлығы шөгулер мен деформацияларды бақылаудың сенімді әдісі ретінде тау жыныстары сілемінің жылжуын бақылаудың спутниктік радарлық интерферомерия әдісін ұсынуға мүмкіндік береді.
Қолданылған әдебиеттер тізімі
-
Арманд, Н. А. Космические радары с синтезированной апертурой в дистанционном зондировании Земли современные системы и перспективные проекты / H.A. Арманд, А. И. Захаров, Л. Н. Захарова. // Исследование Земли из космоса. - 2010. - № 2. - С. 3-13;
-
EOLI-SA 9.4.7 - User Guide: Interacting with Earth Observation Data. - Telespazio France, 2014. – 139 c.;
-
Аналитический обзор про программы: Д.В. Мозер, А.К. Омарова, М.Н. Керейбаева, Ж.З. Толеубекова, Ә.C. Тұяқбай. Применение радарной интерферометрии при наблюдении за состоянием подработанных территорий г. Караганда: аналитический обзор. – Караганда: КФ АО НЦНТИ, 2012. – 35 с.;
-
Результат обработки:Д.В. Мозер, А.К. Сатбергенова, Ә.С. Тұяқбай, А.А. Нагибин, Н.И. Гей, А.Д. Каранеева. Изучение современных геодинамических процессов г.Караганды с применением спутниковой радарной интерферометрии: итоговый отчет о научно-исследовательской работе. - Караганда, 2014. – 110с.;
-
Технический отчет о ведении наблюдений по геодезическим реперам и наблюдательным скважинам. Объект: «Создание и ведение наблюдений на 9 постах по изучению ОГП в Карагандинской области» / РГКП «Центрмаркшейдерия».- Караганда, 2010;