Інститут геотехнічного машинобудування та геодезичних досліджень RadarMon
Інститут геотехніки та геодезії
Дослідження шахт та геоінформація> Дослідження
Інформація про проект
Назва проекту
Моніторинг вертикальних рухів наземної добової поверхні в районах Бересників та Солікамська (Перм, Росія) за допомогою комплексного використання радіолокаційних методів інтерферометричного виявлення та ГІС (RadarMon).
тривалість роботи
01.04.2007 - 31.12.2016
01.04.2019 - 31.12.2019
Контактна особа
Ун-т-проф. Доктор-інж. Вольфганг Буш
Контактна інформація електронною поштою Тел. +49 (0) 5323/72-2076
Доктор-інж. Майкл Шефер
Контактна інформація електронна пошта Тел. +49 (0) 5323/72-2794
Партнер проекту
Гірничий інститут Уральського відділення Російської академії наук (RAW)
614007, Перм, вул.Сибірська, 78-а.
мета
Калійний рудник БКРУ-1 у Березниках (Пермська область, Росія) не працював з кінця 2006 року через аварію. Затоплення порожнини порожнини може призвести до зміни висоти на поверхні дня. У зоні розслідування міста Березники знаходяться серед інших. Житлові будинки, промислові заводи та об'єкти інфраструктури на поверхні.
Технології радіолокаційної інтерферометрії, що базуються на супутнику, використовуються для постійного фіксування підняття та опускання, пов'язаного з видобуванням корисних копалин, на великій території. Процес "стійкої розсіяної інтерферометрії" (PSI) застосовується поступово, тоді як процес "диференціальної інтерферометрії SAR" (DInSAR) застосовується на широкій території.
Для того, щоб визначити потенціал радіолокаційної інтерферометрії для досліджуваної території, було проведено ретроспективну радіолокаційну інтерферометричну оцінку за допомогою архівних запасів даних, доступних із супутників ERS-1 та ERS-2 (період 1992-1997 рр.). Для порівняння використовувались результати наземного обстеження (дані вирівнювання).
Для того, щоб зафіксувати поточні зміни висоти в результаті затоплення шахти, були оцінені дані ENVISAT, отримані з грудня 2006 року. Останні дані SAR від радіолокаційного супутника TerraSAR-X оцінювались з 2008 року. З 2019 року, крім оцінок TerraSAR-X, також проводились ретроспективні дослідження з радіолокаційними даними із супутників Sentinel-1.
Існує високий потенціал радіолокаційної інтерферометрії в Березниках і Солікамську в міських районах, для чого можна отримати хороші результати. На додаток до рослинності та снігового покриву, довжина базових ліній (просторово та часово) призводить до обмежень методів радіолокаційного інтерферометричного виявлення. Оцінка цих впливів є предметом сучасних досліджень.
Стаття GOSLARSCHE ZEITUNG/TU-Nachrichten (29.08.2007)
Управління катастрофами з космосу: дослідницький проект Клаусталя в Росії
У російському шахтарському містечку Бересники на західній стороні Уралу земля відривається від розміру футбольного поля, але ніхто не постраждав - адже дослідники Clausthaler Erzstraße 18 звернули на це увагу та своєчасно попередили їх. Цей сценарій все ще може здатися перебільшеним, можливо. З квітня цього року група в Інституті геотехніки та вишукування шахт під керівництвом професора Вольфганга Буша працює над дослідницьким проектом, який фінансується з Росії. На основі оцінених супутникових знімків можна визначити просідання декількох міліметрів у шахтному регіоні за 3000 кілометрів. Це так, ніби лондонський Шерлок Холмс міг за допомогою лупи відстежити кожну деталь північноафриканських пустельних пісків. Процедура називається радіолокаційною інтерферометрією.
Гірнича компанія "Уралкалій АГ" базується в Бересниках. "Це одна з найбільших видобувачів калію у світі", - говорить Томас Гаманн. Випускник інженера з Університету Клаусталя цього літа відвідав цей район, багатий на природні ресурси, разом із професором Бушем та випускником інженера Діаною Вальтер. Окрім зображень з космосу, група також отримала уявлення про проблеми на місці.
У районі бідного промислового міста Березники діяли чотири калійні шахти, одна з яких підриває міську територію. Саме в районі видобутку корисних копалин було підтоплення з часів гірської аварії в жовтні минулого року. Існує ризик колапсу. Яму довелося закрити. У майбутньому можна припустити підвищення ціни на калійну сіль, яка використовується як добриво. У 1986 році вже сталася аварія на іншій калійній шахті поблизу Березників. У той час земля занурилася на 60 метрів глибиною на площу розміром з авіаносець. "Подібних щоденних спадів слід побоюватися в міській місцевості, це вже було в кінці липня на безлюдному краю Березників", - попереджає картограф Хаманн. Саме тому місцева влада вирішила евакуювати жителів району протягом найближчих кількох місяців. Для запобігання людським стражданням, а також подальшого пошкодження будівель та транспортної інфраструктури, вченим слід передбачити просідання та обвал земної поверхні і, таким чином, зробити ризик більш передбачуваним.
Очевидно, що буде задіяний гірничий інститут Російської академії наук у сусідньому місті Пермі. Але як великий російський концерн "Уралкалій" отримує дослідників з далекого Клаусталя? За часів глав урядів Єльцина та Коля між Пермським краєм та Нижньою Саксонією було домовлено про партнерство, в рамках якого Технологічний університет Клаусталя уклав співпрацю з гірничим інститутом та двома університетами в Пермі. Коли настав час залучити до проекту зовнішніх незалежних експертів, старий контакт було відновлено. Вчені ТУ мають досвід моніторингу рухів землі, спричинених видобуванням корисних копалин, оскільки роками оцінювали супутникові дані з Рурської області (кам'яне вугілля) та Лейпцизького бурого вугілля.
У Росії метод вимірювання, розроблений дослідниками Клаусталя, розглядається по-різному. З одного боку, східноєвропейці цінують технологічний прогрес. "Радіолокаційна інтерферометрія має значні переваги перед складними наземними методами", - підтверджує Аркаді Красноштайн. Директор Гірничого інституту та член Академії наук виступає за поєднання супутникового, наземного та підземного моніторингу руху Землі: "Це дозволяє вчасно прогнозувати критичні ситуації у просторі та часі та ініціювати захисні заходи". З іншого боку, радіолокаційна інтерферометрія, яка також використовується для прогнозування землетрусів та вивержень вулканів, буде отримувати подальший розвиток. "Ми порівняли наші результати з результатами геодезистів" Уралкалію АГ "- це відповідає", - говорить Томас Гаманн. Однак це стає проблематичним для супутникових знімків з висоти 600 кілометрів у районах, багатих рослинністю або після снігопаду. Моніторинг, тобто моніторинг вертикальних рухів землі, є найбільш точним в населених пунктах.
Команда професора Буша отримує дані про свою процедуру від європейського супутника ENVISAT, який летить над Бересниками кожні 35 днів. У майбутньому інтервал перельоту від одного збору даних до іншого може бути зменшений, збільшуючи тим самим надійність прогнозу руху Землі. Німецький радіолокаційний супутник TerraSAR-X, який був успішно запущений в червні, буде реєструвати нові дані над Уралом кожні одинадцять днів.
Чи покладатиметься в майбутньому Технологічний університет Клаусталя на новий супутник спостереження Землі, також залежить від російських клієнтів. Спочатку проект триватиме рік. Планується продовження ще на два роки. У вересні російські партнери приїжджають до Клаусталя з візитом у відповідь - а потім дивляться звідти з "великою лупою" на свої домашні калійні шахти.
Контакт:
Клаустальський технологічний університет, прес-офіцер
Крістіан Ернст, телефон: 05323 - 72 3905
Електронна адреса: christian.ernst @ tu-clausthal.de
Стаття FRANKFURTER NEUE PRESSE (07.09.2007)
Бернхард Макковяк
Пошкодження гір: нехай вас прогнозують?
Кратер у районі Ботхума Ваттеншайд-Гентроп був розміром 500 квадратних метрів і з’їв три гаражі та кілька автомобілів у своїй воронці глибиною 40 метрів. На думку експертів, ця так звана перерва дня 2 січня 2000 року була однією з найбільших в історії Рурської області. На щастя, ніхто не загинув - на відміну від події в австрійському місті Лассінг влітку 1998 р. Заявлено десять смертей. У той час як аварія в Бохум-Ваттеншайді була спричинена обваленим стволом, стабільність якого погіршувалась протягом століть, стан Ласінгу був викликаний незаконним видобутком природних ресурсів.
Денні перерви - це лише один з видів збитків, які гірничодобувна промисловість із рухом ґрунту та деформаціями завдає земній поверхні. Тріщини в стінах будинків або будівель під кутом, тріщини або опуклості на вулицях або навіть прорив труб; "Деформована" каналізація та залізничні колії, судноплавні канали, перероблені водою, струмки та річки, які порушені в природному прийомі води, так що необхідні дамби, перенаправлення та будівництво насосних станцій, а також пошкодження росту в районах, що використовуються для сільського та лісового господарства через зміну рівня ґрунтових вод - прояви гірських збитків різноманітні.
Але на відміну від цієї повільно розвивається шкоди, денні перерви - це найпідступніша і найдраматичніша біда. У цьому вони нагадують землетруси, тому що подібно до них вони трапляються непомітно в глибині, аби раптово справити руйнівний вплив на поверхню. Вони загрожують усюди, де люди видобувають мінеральні ресурси під землею, щоб використовувати їх як сировину для промислового виробництва: кам’яне вугілля, поташ, кам’яну сіль, а також сиру нафту та природний газ.
Денні перерви трапляються особливо як наслідок приповерхневого видобутку корисних копалин, а саме тоді, коли старі гірничі вироби гінуть Особливо це стосується південної Рурської області - Дортмунда, Віттена, Хаттінгена та Бохума - де вугілля знаходилося трохи нижче поверхні землі. Від 50 до 70 таких гірських пошкоджень щороку є нормою, оскільки територія повна ям, як швейцарський сир: 10 000 із 50 000 шахт, з яких видобували вугілля, проходять через колишній "горщик". Теоретично, так стверджують експерти, відвідувачі могли блукати під землею по всій Рурській області.
У Німеччині Федеральний закон про гірничодобувну промисловість регулює правові питання, пов’язані з пошкодженням гір. Після цього забруднювач зобов'язаний виплатити компенсацію згідно з правилами BGB. Цікаво, що тут є зворотні докази: гірничодобувна промисловість повинна довести, що мова не йде про шкоду від видобутку. В даний час Deutsche Steinkohle AG щороку повідомляє про близько 35 000 нових збитків від видобутку корисних копалин, обсяг збитків - 70 000 000 євро для ремонту та коригування.
Своєчасне виявлення за допомогою спостережень із спеціальними прогнозами помітно зменшило б розмір шкоди і, перш за все, небезпеку для життя людей. Чи може тут допомогти попередження з космосу за допомогою супутникових спостережень, як це поширене сьогодні в багатьох областях? Робота групи під керівництвом професора Вольфганга Буша з Інституту геотехнічного машинобудування та вишукування шахт Клаустальського технологічного університету дає надію. Він оцінює зображення з європейського екологічного супутника Envisat, які були отримані методом радіолокаційної інтерферометрії (Interferometric Synthetic Aperture Radar - Insar). "Радіолокаційні хвилі, надіслані супутником і відбиті від земної поверхні, знову приймаються датчиком на супутнику, і якщо це повториться після 35 днів орбіти навколо Землі, ці два зображення випромінювання накладаються на Землю за допомогою спеціального програмного забезпечення", пояснює Буш процедуру. "За допомогою цієї інтерферометрії ми можемо реєструвати зміни висоти в міліметрі та сантиметрі".
Це успішно робиться для російського містечка для видобутку калію Бересників, що на відстані 3000 кілометрів. Одна з чотирьох поташних ям підриває всю територію міста, і після гірничої аварії в жовтні минулого року повені трапляються знову і знову, так що існує ризик обвалення. Під час чергової катастрофи поблизу міста в 1986 році земля затонула на глибину 60 метрів на площі розміром з авіаносець. "Наші вимірювання допомагають прогнозувати такі вертикальні рухи землі при екстенсивних видобутках корисних копалин, тому Росія фінансує цей проект", - говорить Буш. "На жаль, роздільна здатність наземних датчиків радіолокаційних станцій все ще занадто мала, а інтервал часу між перельотами супутника занадто великий, щоб запобігти аваріям, таким як Ваттеншайд або Лассинг". Ось чому вчені та техніки працюють над збільшенням скрізь у світі, де виконуються гірничі роботи та вдосконалення процесу Інсар - шляхом розміщення більшої кількості радіолокаційних супутників та ще більш високої роздільної здатності пристроїв, оскільки вони знають: «Не тільки« перед мотикою темно », але пізніше і за нею.
Стаття DIE WELT (10.09.2007)
Бернхард Макковяк
Супутники попереджають про пошкодження від мін
Будинки, які занурюються в тунель, повинні піти в минуле - дослідники розробляють сигналізацію про пошкодження мін
Клаусталь - "У землі 170 000 мешканців міста Бересники зяє діра. Глибина 60 метрів і величина площі двох авіаносців є кратером у російському шахтарському містечку. Одна з чотирьох діючих поташних ям, що покривають територію із західної сторони Місто на Уралі з одним із найбільших у світі видобувачів калію впало через повені ".
Завдяки групі навколо професора Вольфганга Буша ця новина є вигадкою. З квітня вона працює в Інституті геотехніки та геодезичних досліджень Технологічного університету Клаусталя над дослідницьким проектом, який фінансує Росія. Оцінюються супутникові знімки, отримані європейським екологічним супутником "Envisat" та його радіолокаційними приладами. Вони реєструють просідання на кілька міліметрів у шахтному регіоні за 3000 кілометрів.
Процедура називається радіолокаційною інтерферометрією. "Радіолокаційні імпульси передаються супутником, відображаються на поверхні землі і знову приймаються датчиком на супутнику", - говорить Вольфганг Буш. "Після того, як супутник здійснить орбіту навколо нашої планети, він прибуде в ту саму точку - в нашому випадку через 35 днів - де він знову випромінить своє радіолокаційне випромінювання і негайно знову отримає відбите випромінювання. Ці два потім будуть на Землі Радіаційні зображення накладаються інтерферометрично ", - говорить Буш.
Інтерферометрія - це суперпозиція пучків однакової довжини хвилі. Це призводить до світло-темних ефектів. "Лише завдяки цій суперпозиції набору даних можлива висока точність вимірювання для запису цієї зміни висоти."
Найкращі зміни земної поверхні в міліметровому та сантиметровому діапазоні можна зафіксувати за допомогою Інтерферометричного радіолокаційного синтетичного діафрагми (InSAR), оскільки вони відбуваються не тільки в льодовиках, вулканізмі, зсувах та землетрусах, але і в осіданнях, спричинених (гірською) конструкцією. Буш та його команда зосереджуються на фіксації вертикальних рухів землі, які відбуваються при екстенсивних видобутках корисних копалин. Сюди входять підземна видобуток вугілля, калію та солі та, нарешті, але не менш важливе - видобуток нафти та газу.
"Хоча вертикальні рухи землі, що генеруються ними, знаходяться в діапазоні сантиметрів і дециметрів, масштабні добові перерви, спричинені видобуванням вугілля, поташу та солі, передбачають осідання площі метра", - пояснює Буш. Подібним чином, перекачування води в активні шахти бурого вугілля та засипка сусідніх шахт водою можуть призвести до просідання, як це відбувається в центральнонімецькому районі бурого вугілля.
Росія справді є найбільш вражаючим операційним районом "групи Буша", але вона також працює в центральнонімецькому районі видобутку бурого вугілля, в Рурській області та в Емсланді. Дослідники вже встановили 25 відбивачів. "Вони посилають радіолокаційні промені назад до супутника в комплекті і таким чином генерують особливо хороші сигнали", - говорить Буш. "Ми використовуємо ці відбивачі як контрольні точки для нашої оцінки".
Скрізь у світі, де існує видобуток корисних копалин, дослідники працюють над вдосконаленням процесу InSAR, оскільки одне є впевненим: "Metalla exercere necesse est - видобуток необхідний!"