PS-InSAR technika és Budapest mozgástérképe

Műholdradar-interferometriát alkalmazva több magyarországi település, így a főváros függőleges felszínmozgási térképe is elkészült.

A műholdas technika

A műholdradar-interferometria (Synthetic Aperture Radar Interferometry, InSAR és az újabb válfaja, a Persistent Scatterer InSAR, PS-InSAR/ASMI) egy új, igen perspektivikus mozgásvizsgálati technika. Az Európai Űrügynökség (ESA) ERS-1, ERS-2 és Envisat műholdjain elhelyezett radarberendezések és szenzorok tették lehetővé kifejlesztését. Jelenleg számos műhold apertúra-szintézises radarmérései szolgálják ki a műholdradaros mozgásvizsgálatot: Radarsat-1 és -2, JERS-1, ALOS, TerraSAR-X és a COSMO-SkyMed. Az ESA a Sentinel műholdsorozat elkészítésével és pályára állításával biztosítja a 1992-től tartó adatfolytonosságot a jövőben, s ezzel hosszú távú kilátást nyújt a technika jövőbeli alkalmazására is.

Az ESA által tervezett Sentinel műhold, amely váltani fogja a jelenleg működő Envisatot. (Kép: ESA)

Az ESA Envisat holdat példaként tekintve, az ASAR (újabb generációs apertúra-szintézises radar) szenzorral felszerelt műhold 8,5°os azimutú pályán 700–800 km magasságban kerüli a Földet, mialatt 5,331 GHz ferekvenciájú radarjeleket bocsát ki 23 fokos szögben a vertikálistól jobb oldalra. Így a műhold északról dél felé (descending) vagy fordítva (ascending) halad át, mindkét irányból leképezi a tájat, azaz a visszaszórt radarjelek amplitúdóját, fázisát az antennájával detektálja, majd tárolja. Egy következő időpontban ugyanazon pálya mentén – ez az Envisat esetében 35 naponként lehetséges – a következő észlelést is elvégzi és eltárolja. A két felvétel fáziskülönbségéből a felszín időközben bekövetkezett elmozdulása számítható. A fáziskülönbségnek több összetevője van, melyet pontos pályaadatokkal, korrekciókkal, digitális terepmodellel, atmoszférikus hatások modellezésével és becslésével le lehet szorítani magára az elmozdulásból eredő fázisváltozásra. Ennek az észlelt radarképekből való számítása jelenti a műholdradar-interferometria mozgásvizsgálatra való alkalmazásának alapját.

A technika előnyei:

• a nagy vertikális (magassági irányú) pontosság, nagy és egységes területi lefedettség;
• kicsiny, elhanyagolható felhasználói/megrendelői munka és közreműködés szükséges;
• beépített területeken ideális;
• a technika a „múltba is lát”, visszamenőleg is rendelkezésre áll az adat, és a havi gyakoriságú újraészlelés elvben biztosított. 16 év időbázis eleve van már, így az eredmények feldolgozás után azonnal megvannak, nagy időbeli felbontás, 35 naponta (ERS, Envisat) új észlelési adat állhat rendelkezésre, térbeli felbontása óriási (akár 1000 pont/km²), valamint közvetlenül az adott építményeket, szerkezeteket vizsgálja;
• pontállandósítás nem szükséges, és az észlelések jelene és jövője is biztosított.

A technika hátrányai:

• a vízszintes felületek nem verik vissza a jeleket;
• 10 cm/év nagyságrendet meghaladó mozgásokra nem alkalmas a ciklusugrás miatt;
• erdős, növényzettel borított területeken, termőföldeken nem használható az időbeli dekorreláció miatt;
• a szóró objektumok helyzete előre nem ismert (ha nem alkalmazunk mesterségeset);
• a műholdak átvonulásának periódusánál gyakoribb mérés nem lehetséges.

Alkalmazási területek:

• az emberi tevékenység hatásvizsgálata: külszíni és felszín alatti bányászat, ivóvíz és ipari vízkivét, szénhidrogén kitermelés, földalatti munkák: mélyépítés, alagutak, instabil feltöltött, rekultivált területek, épületek, építmények stabilitás- és mozgásvizsgálata;
• a természetes mozgások monitorozása tekintetében vizsgálható a kéregmozgás, földrengések, vulkáni tevékenység, gleccserek mozgása, földcsuszamlás, üledék instabilitások, kompakció stb.

Budapest műholdas mozgástérképe

Összesen már mintegy 30 hazai település PS-InSAR/ASMI mozgástérképét készítettük el eddig a vásárolt műholdradar felvételekből. Budapest esetében az ASMI alapú függőleges felszínmozgás-térképet az EU/ESA GMES Terrafirma projekt keretében az Altamira Information adatai alapján készítettük. 73 radarképet használtunk fel, az elsőt 1995. május 6-án, az utolsót 2005. december 30-án regisztrálták az ERS, illetve az Envisat műholdak. Budapest környezetében 750 km² területet jelöltünk ki a számításokhoz. Eredményként közel 340 000 radarszóró pontban ismerjük az elmúlt évtized vertikális felszínmozgásának történetét. A minden egyes radarszóró objektumhoz tartózó idősor az egyes meghatározások során az első adathoz képest jelentkező magasságkülönbséget mutatja a műholdfelvétel idejének függvényében.

A nagy ábra azt a közel 340 000 pontot mutatja Budapesten és környékén, ahol az InSAR technika segítségével ismerjük a felszínmozgás sebességét és annak időbeli lefolyását az 1995 és 2006 közötti időszakra. Példaként egy ilyen pont idősorát mutatja a jobb felső grafikon. (Kép: FÖMI KGO)

Hazánkban számos helyen és körülmény között használtuk már az InSAR technikát: külszíni fejtések, ivóvíz-kitermelés, szénhidrogén-bányászat, mélyépítés, alagútfúrás hatásvizsgálatára, valamint nagyfontosságú építmények stabilitás- és mozgásvizsgálatára.

Több település mozgástérképe is elkészült. Rendelkezünk egy budapesti épületszintű mozgásadatbázissal is, amely 2006-ig egy évtizedre visszamenőleg 1 mm/év sebességnél is pontosabban mutatja az épületek stabilitását, illetőleg mozgását (2. ábra). Ez az adatbázis kitűnő alapnak bizonyul például a metróépítés okozta épületmozgások vizsgálata esetében, hiszen bizonyítja a mozgás avagy a stabilitás korábbi meglétét, így az esetleg bekövetkezett mozgás eredete elkülöníthető.

Dr. Grenerczy Gyula
Földmérési és Távérzékelési Intézet, Kozmikus Geodéziai Obszervatórium

Kapcsolódó cikkek:
Mikrohullámú távérzékelt adatok integrálása a felszínvizsgálatokba (1. rész)
Mikrohullámú távérzékelt adatok integrálása a felszínvizsgálatokba (2. rész)
Mikrohullámú távérzékelt adatok integrálása a felszínvizsgálatokba (3. rész)

Kapcsolódó linkek:
Műholdradar-interferometria információs oldal - magyarul (FÖMI KGO)