Моніторинг вертикальних зсувів у Солотвинській агломерації за допомогою супутникових знімків Sentinel-1
DOI:
https://doi.org/10.32347/2411-4049.2024.2.102-114Ключові слова:
дистанційне зондування, SAR, деформація рельєфу, природні та антропогенні зміни, моніторинг, охорона навколишнього середовищаАнотація
Супутники Sentinel-1, обладнані радіолокаційними системами із синтезованою апертурою (РСА), є цінним джерелом даних для спостереження за Землею. Вони забезпечують просторову роздільну здатність від 10 до 20 метрів, залежно від режиму зйомки. На відміну від оптичних сенсорів, радіолокатори РСА можуть працювати вдень і вночі, а також за хмарної погоди та відсутності сонячного світла. Це робить їх надійним джерелом даних у будь-яких умовах. В свою чергу, Google Earth Engine (GEE) містить дані Sentinel-1 у подвійній поляризації у своєму великому та актуальному архіві. Оскільки у GEE відсутній комплекс з єдиним пошуком (SLC), що дозволяє стандартними методами досліджувати зміни у рельєфі, авторами було поставлено за мету побудувати модель, на основі бібліотеки машинного навчання Random Forest (RF), вбудованої в GEE, яка б добре працювала для виявлення природних і антропогенних змін у гіпсометричній структурі рельєфу.
У цій статті проаналізовано супутникові радіолокаційні знімки Sentinel-1 та автоматично отримано дані про місцезнаходження помітних змін рельєфу. Територією наших досліджень є природно-техногенні зони, що охоплюють агломерацію селища Солотвино та поля затоплених соляних шахт з активним розвитком карстових форм та ділянками, в яких спостерігаються вертикальні зсуви рельєфу. На основі супутникових радіолокаційних знімків побудовано карти та графіки змін та деформацій на території Солотвинської агломерації.
Авторами розроблено алгоритм на основі машинного навчання Random Forest для виявлення локальних вертикальних зміщень земної поверхні, що має переваги над іншими алгоритмами та полягає в тому, що він не потребує обробки даних (SLC). Алгоритм базується на класифікації земної поверхні та добре ідентифікує ділянки, де рельєфні зміщення заповнені водою, та дозволяє підвищити точність оцінки небезпечних зон деформацій поверхні (ландшафтів) в районі розташування житлових, промислових, рекреаційних об'єктів, важливих об'єктів критичної інфраструктури.
Посилання
Gorelick, N., Hancher, M., Dixon, M., Ilyushchenko, S., Thau, D. and Moore, R. (2017). Google Earth Engine: Planetary-Scale Geospatial Analysis for Everyone. Remote Sensing of Environment, 202, 18-27. https://doi.org/10.1016/j.rse.2017.06.031
Mutanga, O.; Kumar, L. Google Earth Engine Applications. (2019). Remote Sens. 11, 591. https://doi.org/10.3390/rs11050591.
Conradsen, K., Nielsen, A., Schou, J., Skriver, H. (2003). A test statistic in the complex Wishart distribution and its application to change detection in polarimetric SAR data. IEEE Transactions on Geoscience and Remote Sensing, 41, 4-19. https://doi.org/10.1109/TGRS.2002.808066
Akbari, V., Anfinsen, S. N., Doulgeris, A. P., Eltoft, T., Moser G., Serpico S. B. (2016). Polarimetric SAR Change Detection with the Complex Hotelling–Lawley Trace Statistic, in IEEE Transactions on Geoscience and Remote Sensing, 54 (7), 3953-3966. https://doi.org/10.1109/TGRS.2016.2532320
Canty, M.J., Nielsen, A.A., Conradsen, K., & Skriver, H. (2019). Statistical Analysis of Changes in Sentinel-1 Time Series on the Google Earth Engine. Remote. Sens., 12, 46. https://doi.org/10.3390/rs12010046
Trofymchuk, O., Kolodyazhnyy, O., Yakovlev, E. (2014). Hazardous activation of Landslides Within Western Carpathian Region (Ukraine). In: Sassa, K., Canuti, P., Yin, Y. (eds) Landslide Science for a Safer Geoenvironment. Springer, Cham. https://doi.org/10.1007/978-3-319-05050-8_82/
Risk Assessment Report of Advisory Mission to Ukraine. (2016). Solotvyno salt mine area. Union Civil Protection Mechanism of EU.
Anpilova, Y., Hordiienko, O., Horbulin, V., Trofymchuk, O., Yakovliev, Y. (2021). The use active sensors of remote sensing to describe structures and landscape changes in Solotvyno. In: Conference Proceedings, Geoinformatics, May 2021, Volume 2021, 1-7. https://doi.org/10.3997/2214-4609.20215521018
Anpilova, Y., Yakovliev, Y., Trofymchuk, O., Myrontsov, M., Karpenko, O. (2022). Environmental hazards of the Donbas hydrosphere at the final stage of the coal mines flooding. In Systems, Decision and Control in Energy III. Studies in Systems, Decision and Control. Springer, Cham, 305-316. https://doi.org/10.1007/978-3-030-87675-3_19
Martin-del-Campo-Becerra, G.D., Reigber, A., Nannini, M., Hensley, S. (2020). Single-Look SAR Tomography of Urban Areas, Remote Sensing, doi: https://doi.org/10.3390/rs12162555
Trofymchuk, O., Anpilova, Y., Hordiienko, O., Myrontsov, M., Karpenko, O. (2023). Method for Detecting Natural and Anthropogenic Changes That Filled with Water in Landscapes Using Radar Satellite Imagery. In: Zaporozhets, A. (eds) Systems, Decision and Control in Energy V. Studies in Systems, Decision and Control, 481. Springer, Cham. https://doi.org/10.1007/978-3-031-35088-7_46
Trofymchuk, О., Anpilova, Ye., Yakovlev, Ye., Kreta, D., Shekhunova, S. (2020). Assessment of Solotvyno agglomeration mines flooding impact on water resources with GIS. In Monografie - Politechnika Lubelska. Water Supply and Wastewater Disposal: Designing, Construction, Operation and Monitoring, 315-327.
O. Trofymchuk, Y. Yakovliev, Y. Anpilova, M. Myrontsov, V. Okhariev, (2021). Ecological Situation of Post-mining Regions in Ukraine. Decision and Control in Energy II, 293-306, doi: https://doi.org/10.1007/978-3-030-69189-9_17
Trofymchuk, O., Anpilova, Y., Yakovliev, Y., Zinkiv, I. (2020). Ground Deformation Mapping of Solotvyno Mine Area Using Radar Data and GIS. 1-5. https://doi.org/10.3997/2214-4609.2020geo138
Bovenga, F. (2020). Special Issue “Synthetic Aperture Radar (SAR) Techniques and Applications”, doi: https://doi.org/10.3390/s20071851
Canisius, F., Brisco, B., Murnaghan, K., Kooij, M., Keizer, E. (2019). SAR Backscatter and InSAR Coherence for Monitoring Wetland Extent, Flood Pulse and Vegetation: A Study of the Amazon Lowland, doi: https://doi.org/10.3390/rs11060720
Monti-Guarnieri, A., Manzoni, M., Giudici, D., Recchia, A., Tebaldini, S. (2020). Vegetated Target Decorrelation in SAR and Interferometry: Models, Simulation, and Performance Evaluation. doi: https://doi.org/10.3390/rs12162545
Zhao, J., Yu, A., Zhang, Y., Zhu, X., Dong, Z. (2019). Spatial Baseline Optimization for Spaceborne Multistatic SAR Tomography Systems. doi: https://doi.org/10.3390/s19092106.
Morton, C. (2019). Image Analysis, Classification, and Change Detection in Remote Sensing, 4th ed., Boca Raton, BR.
Conradsen, K., Nielsen, A., Skriver, H. (2016). Determining the Points of Change in Time Series of Polarimetric SAR Data. Retrieved from https://ieeexplore.ieee.org/document/7398022
Liang, S., Wang, J. (2019). Advansed Remote Sensing 2nd ed., Beijing, BJ.
Trofimchuk, A., Vasyanin, V. (2015). Simulation of Packing, Distribution and Routing of Small-Size Discrete Flows in a Multicommodity Network. Journal of Automation and Information Sciences, 47, 15-30. https://doi.org/10.1615/JAutomatInfScien.v47.i7.30
Trofymchuk, O., Kaliukh, I., Klymenkov, O. (2018). TXT-tool 2.380-1.1: Monitoring and Early Warning System of the Building Constructions of the Livadia Palace, Ukraine. https://doi.org/10.1007/978-3-319-57774-6_37
Anpilova, Y., Dovgyi, S., Yakovliev, Y., Hordiienko, O., Myrontsov, M., Karpenko, O. (2023). Impact of Modern Anthropogenic Factors on the Hydrological System of the Donbas. In: Zaporozhets, A., Popov, O. (eds) Systems, Decision and Control in Energy IV. Studies in Systems, Decision and Control, vol 456. Springer, Cham. https://doi.org/10.1007/978-3-031-22500-0_16
Kaliukh, I., Trofymchuk, O., Farenyuk, G., Ivanik, O., Shekhunova, S. (2019). Practical measures for landslide risk mitigation in the Ukrainian Carpathians. https://doi.org/10.3997/2214-4609.201902165
Kaliukh, I., Trofymchuk, O., Lebid, O. (2019). Numerical Solution of Two-Point Static Problems for Distributed Extended Systems by Means of the Nelder–Mead Method. Cybern Syst Anal, 55, 616–624. https://doi.org/10.1007/s10559-019-00170-3
##submission.downloads##
Опубліковано
Як цитувати
Номер
Розділ
Ліцензія
Авторське право (c) 2024 О.М. Трофимчук, О.В. Гордієнко, Є.С. Анпілова, Є.О. Яковлєв
Ця робота ліцензується відповідно до Creative Commons Attribution 4.0 International License.
Збірник «Екологічна безпека та природокористування» працює у рамках міжнародної ліцензії Creative Commons Attribution («із зазначенням авторства») 4.0 International (CC BY 4.0).
Ліцензійна політика журналу сумісна з переважною більшістю політик відкритого доступу та архівування матеріалів.
