Identification and analysis of mining areas subsidence with using insar technique based on sentinel-1 SAR imagery

Radosław Grzybek

Abstrakt

The repeat pass interferometric synthetic aperture radar (InSAR) technique is becoming increasingly common in monitoring Earth’s surface and its deformation. It uses at least two radar images of the same area, registered in temporal interval. As a result, the raster of vertical changes (interferogram) is generated. Specifi cally, it allows to interpret and calculate the value of subsidence in mining areas. A north-west part of Upper Silesian Coal Basin (USCB) in Poland was chosen as the area of interest. Together with interferogram, the coherence image is calculated. That provided to create a mean coherence maps for chosen mining areas in USCB. It allowed to verify in which of them the monitoring with InSAR techniques may be effective.

Keywords: radar interferometry, mining industry, SAR imagery, coherence

Abstrakt
Identyfikacja i analiza zmian powierzchni terenów górniczych z wykorzystaniem inSAR na bazie zobrazowań Sentinel-1

Metoda radarowej interferometrii powtórnego przelotu staje się coraz bardziej popularna w monitoringu powierzchni Ziemi i jej deformacji. Wykorzystuje ona co najmniej 2 obrazy radarowe zarejestrowane dla tego samego obszaru, w pewnym odstępie czasu. W wyniku zastosowania tej metody wygenerowany zostaje raster pionowych zmian terenu (interferogram). W szczególności umożliwia on interpretację oraz obliczenie wartości obniżeń w rejonie terenów górniczych. Jako obszar badań wybrano północno-zachodnią część Górnośląskiego Okręgu Przemysłowego w Polsce. Razem z interferogramem obliczony zostaje obraz koherencji. Dla każdego z wybranych terenów górniczych stworzono mapę uśrednionej koherencji. Pozwoliło to ocenić, na których terenach górniczych monitoring z wykorzystaniem metody InSAR może być efektywny.

Słowa kluczowe: interferometria radarowa, górnictwo, zobrazowania SAR, koherencja
References

Cabała J., Ćmiel S., Idziak A. “Environmental impact of mining activity in the Upper Silesian Coal Basin (Poland)”, Geologica Belgica, volume 7, 2004, number 3–4 – Proceedings of the 5th European Coal Conference.

Gonzalez R. C., Woods R. E. “Digital Image Processing”, Pearson, 2008, ISBN 9780133002324.

Hanssen R., Ferretti A., Grebenitcharsky R., Kleyer F., Elawar A., Bianchi M. “Atmospheric Phase Screen (APS) estimation and modeling for radar interferometry”, In: Fourth International Workshop on ERS/Envisat SAR Interferometry, `FRINGE05’, Frascati, Italy, 28 Nov–2 Dec 2005.

Ketelaar G. “Monitoring surface deformation induced by hydrocarbon production using satellite radar interferometry”, Doctor thesis, Delft Institute of Earth Observation and Space Systems, Delft University of Technology, 2008.

Krawczyk A., Perski Z., Hanssen R. “Application of ASAR interferometry for motorway deformation monitoring”, ESA ENVISAT Symposium, Montreux, Switzerland, pp. 23–27, 2007/4.

Leśniak A., Porzycka S. „Detekcja pionowych przemieszczeń terenu na obszarach górniczych z wykorzystaniem satelitarnej interferometrii radarowej typu PSInSAR”, Archiwum Fotogrametrii, Kartografi i i Teledetekcji, 2007 vol. 17b, p. 451–461, ISBN 978-83-920594-9-2.

Mirek K. “Interferometric synthetic aperture radar InSAR – method for study and monitoring subsidence over mining areas”, Polish Journal of Environmental Studies, No. 3A, 2009.

Perski Z. “Applicability of ERS-1 and ERS-2 InSAR for land subsidence monitoring in the Silesian coal mining region, Poland”, International Archives of Photogrammetry and Remote Sensing, volume 32, pages: 555–558, 1998

Perski Z. “Earth’s surface deformation measurements with SAR interferometry. Methods and newest achievements”, Geoinformatica Polonica, 2009, T. 9, pp. 79–92.

Perski Z., Popiołek E., Hejmanowski R., Krawczyk A. “The application of satellite radar interferometry to the examination of the areas of mining exploitation” SURFACE Mining braunkohle and other minerals, T. 54, pp. 74–82, 2002.

Przeździcki K., Zawadzki J. “Chosen remote-sensing methods in monitoring environment of mining areas”, Systemy wspomagania w inżynierii produkcji, No. 1(13), pp. 11–24, September 2016.

Yin Q., Hong W., Lin Y., Li Y. “Soil moisture change estimation using InSAR coherence variations with preliminary laboratory measurements”, Article in Science China, Information Sciences 60(2) · February 2017 DOI: 10.1007/s11432-015-0839-1.

https://earth.esa.int

https://nsidc.org/sites/nsidc.org/fi les/fi les/SARTheory.pdf