Inštitút pre geotechnické inžinierstvo a baníctvo RadarMon
Inštitút pre geotechniku a geodetické práce
Banské prieskumy a geoinformácie> Výskum
Informácie o projekte
Názov projektu
Monitorovanie vertikálnych pozemných pohybov denného povrchu v oblastiach Beresniki a Solikamsk (Perm, Rusko) pomocou integrovaného využívania metód radarovej interferometrickej detekcie a GIS (RadarMon).
doba chodu
1. 4. 2007 - 31. 12. 2016
1. 4. 2019 - 31. 12. 2019
Kontaktná osoba
Univ.-Prof. Dr.-Ing. Wolfgang Busch
Kontaktné informácie e-mail Tel. +49 (0) 5323/72-2076
Dr.-Ing. Michael Schäfer
Kontaktné informácie e-mailom Tel. +49 (0) 5323/72-2794
Partner projektu
Banský ústav uralskej pobočky Ruskej akadémie vied (RAW)
614007, Perm, ul. Sibirskaya, 78-a.
cieľ
Baša na potaš BKRU-1 v Bereznikách (oblasť Perm v Rusku) je od konca roku 2006 mimo prevádzky kvôli nehode. Prichádzajúce zaplavenie dutiny môže viesť k zmenám výšky na povrchu dňa. Vo vyšetrovacej oblasti mesta Berezniki sú okrem iného. Obytné domy, priemyselné závody a infraštruktúrne zariadenia na povrchu.
Satelitné radarové interferometrické technológie sa používajú na rozsiahle a nepretržité zaznamenávanie zdvíhania a klesania v súvislosti s ťažbou. Proces „Persistent Scatterer Interferometry“ (PSI) sa používa bod po bode, zatiaľ čo proces „Differential SAR Interferometry“ (DInSAR) sa uplatňuje v širokom rozsahu.
Za účelom stanovenia potenciálu radarovej interferometrie pre študovanú oblasť bolo vykonané retrospektívne radarové interferometrické hodnotenie pomocou archívnych dátových zdrojov dostupných zo satelitov ERS-1 a ERS-2 (obdobie 1992-1997). Na porovnanie boli použité výsledky pozemského prieskumu (údaje o nivelácii).
Za účelom zaznamenania aktuálnych zmien nadmorskej výšky v dôsledku zaplavenia bane boli vyhodnotené údaje ENVISATu získané od decembra 2006. Najnovšie údaje o SAR z radarového satelitu TerraSAR-X sa vyhodnocujú od roku 2008. Od roku 2019 sa okrem hodnotení TerraSAR-X uskutočňujú aj retrospektívne štúdie s radarovými údajmi zo satelitov Sentinel-1.
V mestách Berezniki a Solikamsk v mestských oblastiach existuje vysoký potenciál pre radarovú interferometriu, pre ktorú možno dosiahnuť dobré výsledky. Okrem vegetácie a snehovej pokrývky vedie dĺžka základných línií (priestorovo a časovo) k obmedzeniam metód radarovej interferometrickej detekcie. Odhad týchto vplyvov je predmetom súčasného výskumu.
Článok GOSLARSCHE ZEITUNG/TU-Nachrichten (29.08.2007)
Kontrola katastrof z vesmíru: Clausthalov výskumný projekt v Rusku
V ruskom banskom mestečku Beresniki na západnej strane Uralu sa zem rozpadá na rozlohe futbalového ihriska, ale nikomu sa nič nestalo - pretože vedci z Clausthaler Erzstraße 18 venovali pozornosť a včas ich upozornili. Tento scenár sa môže zdať prehnaný, je to možné. Od apríla tohto roku pracuje skupina na Ústave pre geotechniku a geodetické práce pod vedením profesora Wolfganga Buscha na výskumnom projekte financovanom z Ruska. Na základe vyhodnotených satelitných snímok je možné určiť pokles pár milimetrov v banskej oblasti vzdialenej 3000 kilometrov. Je to, akoby Sherlock Holmes z Londýna dokázal pomocou lupy vypátrať každý detail v severoafrickom púštnom piesku. Postup sa nazýva radarová interferometria.
Ťažobná spoločnosť Uralkali AG sídli v Beresniki. „Je to jeden z najväčších ťažiarov potaše na svete,“ hovorí Thomas Hahmann. Vyštudovaný inžinier z Clausthal University of Technology navštívil tento región bohatý na prírodné zdroje toto leto spolu s profesorom Buschom a vyštudovanou inžinierkou Dianou Walterovou. Okrem obrázkov z vesmíru skupina získala aj predstavu o problémoch na mieste.
V oblasti chudobného priemyselného mesta Berezniki sa nachádzali štyri aktívne bane na potaš, z ktorých jedna podkopáva mestskú oblasť. Presne v tamojšej banskej oblasti od vlaňajšieho októbra v októbri došlo k povodniam. Existuje riziko zrútenia. Jama musela byť uzavretá. V budúcnosti možno predpokladať celosvetové zvýšenie ceny potašovej soli, ktorá sa používa ako hnojivo. V roku 1986 sa už mala stať nehoda v inej bani na potaš neďaleko Berezniki. V tom čase sa zem potopila 60 metrov hlboko na plochu veľkú ako lietadlová loď. „Podobných denných prepadov sa treba obávať aj v mestských oblastiach; koncom neobjaveného okraja Berezniki už bol jeden na konci júla,“ varuje kartograf Hahmann. Preto sa miestne úrady rozhodli v najbližších mesiacoch evakuovať obyvateľov okresu. Aby sa zabránilo ľudskému utrpeniu, ako aj ďalším škodám na budovách a dopravnej infraštruktúre, mali by vedci predpovedať úpadok a zrútenie zemského povrchu, a tak zvýšiť predvídateľnosť rizika.
Je zrejmé, že do toho bude zapojený banský ústav Ruskej akadémie vied v susednom meste Perm. Ako však veľký ruský koncern Uralkali získa výskumníkov zo vzdialeného Clausthalu? V čase predsedov vlád Jeľcina a Kohla bolo dohodnuté partnerstvo medzi permským regiónom a Dolným Saskom, v rámci ktorého Clausthal University of Technology uzavrela spoluprácu s banským ústavom a dvoma univerzitami v Perm. Keď nadišiel čas zapojiť do projektu externých, nezávislých odborníkov, starý kontakt sa obnovil. Vedci TU majú skúsenosti s monitorovaním zemných pohybov spôsobených ťažbou, pretože už roky vyhodnocujú satelitné údaje z Porúria (čierne uhlie) a lipskej oblasti hnedého uhlia.
V Rusku sa na metódu merania vyvinutú výskumníkmi z Clausthalu pozerá odlišne. Na jednej strane východoeurópania oceňujú technologický pokrok. „Radarová interferometria má oproti komplexným pozemným metódam významné výhody,“ potvrdzuje Arkadi Krasnostein. Riaditeľ Banského ústavu a člen Akadémie vied sa zasadzuje o kombináciu satelitného, pozemného a podzemného monitorovania pohybov Zeme: „To umožňuje včas predvídať kritické situácie v priestore a čase a iniciovať ochranné opatrenia.“ Na druhej strane radarová interferometria, ktorá sa tiež používa na predpovedanie zemetrasení a sopečných erupcií, bude sa ďalej rozvíjať. „Porovnali sme naše výsledky s výsledkami banských inšpektorov v spoločnosti Uralkali AG - to sedí,“ hovorí Thomas Hahmann. So satelitnými snímkami z výšky 600 kilometrov v oblastiach bohatých na vegetáciu alebo po snežení to však začína byť problematické. Monitorovanie, teda monitorovanie vertikálnych pohybov zeme, je najpresnejšie v zastavaných oblastiach.
Tím profesora Buscha dostáva údaje o jeho postupe z európskeho satelitu ENVISAT, ktorý letí nad Beresniki každých 35 dní. V budúcnosti by sa interval preletov z jedného zberu dát na ďalší mohol znížiť, čím by sa zvýšila spoľahlivosť predpovede pre pohyby Zeme. Nemecký radarový satelit s názvom TerraSAR-X, ktorý bol úspešne vypustený v júni, bude každých jedenásť dní zaznamenávať nové údaje na Urale.
To, či sa Clausthal University of Technology bude v budúcnosti spoliehať na nový satelit na pozorovanie Zeme, závisí aj od ruských klientov. Spočiatku bude projekt trvať rok. Plánované je predĺženie o ďalšie dva roky. V septembri prichádzajú ruskí partneri do Clausthalu na spiatočnú návštevu - a potom sa odtiaľ pozrú „nadrozmernou lupou“ na svoje miestne potašové bane.
Kontakt:
Clausthal University of Technology, tlačový referent
Christian Ernst, telefón: 05323 - 72 3905
E-mail: christian.ernst @ tu-clausthal.de
Článok FRANKFURTER NEUE PRESSE (07.09.2007)
Bernhard Mackowiak
Škody na horách: nechajte sa predvídať?
Kráter v bochumskej štvrti Wattenscheid-Höntrop mal rozlohu 500 metrov štvorcových a vo svojom 40 metrov hlbokom lieviku pohltil tri garáže a niekoľko automobilov. Podľa odborníkov bol tento takzvaný zlom dňa dňa 2. januára 2000 jedným z najväčších v histórii Porúria. Našťastie, nikto nebol zabitý - na rozdiel od udalosti v rakúskom meste Lassing v lete 1998. Desať mŕtvych si vyžiadalo. Zatiaľ čo nehodu v Bochum-Wattenscheid spôsobila zrútená šachta, ktorej stabilita sa v priebehu storočí zhoršovala, stabilitu v Lassingu spôsobila nelegálna ťažba prírodných zdrojov.
Denné prestávky sú iba jedným typom poškodenia, ktoré baníctvo svojimi pohybmi a deformáciami pôdy spôsobuje na zemskom povrchu. Praskliny v stenách na domoch alebo budovách pod určitým uhlom, praskliny alebo vydutia v uliciach alebo dokonca prasknutie potrubia; „Pokrútené“ stoky a železničné trate, vytečené dopravné kanály, potoky a rieky, ktoré sú narušené v ich prirodzenej prijímacej vode, takže sú potrebné hrádze, presmerovanie a výstavba čerpacích staníc, a poškodenie rastu v oblastiach využívaných na poľnohospodárstvo a lesníctvo v dôsledku zmenenej hladiny podzemnej vody - prejavy horských škôd sú rôzne.
Ale na rozdiel od tohto pomaly sa rozvíjajúceho poškodenia sú prestávky na deň najzákernejšie a najdramatickejšie nešťastia. V tomto pripomínajú zemetrasenia, pretože tak ako oni, vyskytujú sa neviditeľne v hĺbke, len aby mali zrazu na povrch ničivý vplyv. Ohrozujú všade, kde ľudia ťažia nerastné suroviny pod zemou, aby ich mohli použiť ako surovinu na priemyselnú výrobu: čierne uhlie, potaš, kamenná soľ, ako aj ropa a zemný plyn.
Denné prestávky sa vyskytujú najmä v dôsledku povrchovej ťažby, najmä keď sa zrútia staré banské diela. To platí najmä v južnom Porúrí - Dortmund, Witten, Hattingen a Bochum - kde sa uhlie nachádzalo tesne pod zemským povrchom. Normou je 50 až 70 takýchto škôd na horách ročne, pretože oblasť je plná dier ako švajčiarsky syr: 10 000 z 50 000 šácht, z ktorých sa ťažilo uhlie, preteká cez bývalý „hrniec“. Teoreticky, tak povedzme odborníci, sa návštevníci mohli túlať pod zemou celou oblasťou Porúria.
V Nemecku upravuje právne otázky týkajúce sa škôd pri ťažbe federálny banský zákon. Potom je znečisťovateľ povinný zaplatiť náhradu podľa pravidiel BGB. Je zaujímavé, že tu existujú dôkazy zvrátené: ťažobný priemysel musí dokázať, že nejde o škody na ťažbe. V súčasnosti je spoločnosti Deutsche Steinkohle AG každý rok hlásených okolo 35 000 nových poškodení pri ťažbe, s objemom poškodenia 70 000 000 eur za opravy a úpravy.
Včasné odhalenie pomocou pozorovaní so špeciálnymi predikciami by znateľne znížilo množstvo škôd a predovšetkým nebezpečenstvo pre ľudský život. Mohlo by tu pomôcť varovanie z vesmíru prostredníctvom satelitných pozorovaní, ako je to dnes bežné v mnohých oblastiach? Nádej dáva práca skupiny pod vedením profesora Wolfganga Buscha z Inštitútu pre geotechnické inžinierstvo a baníctvo na Clausthal University of Technology. Vyhodnocuje snímky z európskeho environmentálneho satelitu Envisat, ktoré boli získané metódou radarovej interferometrie (Interferometric Synthetic Aperture Radar - Insar). „Radarové vlny vysielané satelitom a odrážané od zemského povrchu sú opäť prijímané senzorom na satelite. Ak sa to stane znovu po 35 dňoch obiehania Zeme, tieto dva radiačné obrazy sa na zem superponujú špeciálnym softvérom,“ vysvetľuje Bush postup. „Pomocou tejto interferometrie môžeme zaznamenať zmeny výšky v rozmedzí milimetrov a centimetrov.“
Úspešne sa tak deje v ruskom banskom meste Beresniki, ktoré je vzdialené 3 000 kilometrov. Jedna zo štyroch jamiek na potaš podrýva celú oblasť mesta a po banskej nehode z vlaňajšieho októbra sa opakovane vyskytujú záplavy, takže hrozí zrútenie. Pri ďalšej katastrofe neďaleko mesta v roku 1986 sa zem potopila 60 metrov hlboko na plochu veľkú ako lietadlová loď. „Naše merania pomáhajú predvídať také vertikálne pohyby zeme pri rozsiahlej ťažbe, a preto Rusko financuje tento projekt,“ hovorí Busch. „Bohužiaľ, pozemné rozlíšenie radarových senzorov je stále príliš malé a časový interval medzi preletmi satelitov je príliš veľký na to, aby sa zabránilo nehodám ako Wattenscheid alebo Lassing.“ Preto vedci a technici pracujú na zvyšovaní všade na svete, kde sa vykonáva ťažba. a vylepšenie insarského procesu - umiestnením väčšieho množstva radarových satelitov a ešte vyšším pozemným rozlíšením zariadení, pretože vedia: Nielen „pred motykou je tma“, ale neskôr aj za ňou.
Článok DIE WELT (10.09.2007)
Bernhard Mackowiak
Družice varujú pred poškodením mínami
Domy, ktoré sa ponárajú do tunela, by mali byť minulosťou - vedci vyvíjajú poplašný systém pre prípad poškodenia mín
Clausthal - "V zemi 170 000 obyvateľov mesta Beresniki je medzera. 60 metrov hlboký a veľký ako plocha dvoch lietadlových lodí je kráter v ruskom banskom meste. Jedna zo štyroch aktívnych potašových jám, ktoré pokrývajú oblasť na západnej strane Mesto na Urale s jedným z najväčších ťažiarov potaše na svete sa zrútilo kvôli záplavám. ““
Vďaka skupine okolo profesora Wolfganga Buscha sú tieto správy fikciou. Od apríla pracuje v Inštitúte pre geotechnické inžinierstvo a baníctvo na Clausthal University of Technology na výskumnom projekte, ktorý financuje Rusko. Vyhodnocujú sa satelitné snímky získané z európskeho environmentálneho satelitu „Envisat“ a jeho radarových prístrojov. Registrujú pokles pár milimetrov v banskej oblasti vzdialenej 3000 kilometrov.
Postup sa nazýva radarová interferometria. „Radarové impulzy sú vysielané satelitom, odrážajú sa na zemskom povrchu a opäť sú prijímané snímačom na satelite,“ hovorí Wolfgang Busch. "Akonáhle satelit obehne našu planétu na jednej obežnej dráhe, dorazí zhruba na to isté miesto - v našom prípade po 35 dňoch - kde bude opäť vysielať svoje radarové žiarenie a okamžite opäť bude odrážať odrazené žiarenie. Tieto dva potom budú na Zemi Radiačné obrazy sú superponované interferometricky, “hovorí Busch.
Interferometria je superpozícia lúčov rovnakej vlnovej dĺžky. To vedie k efektom svetlo-tma. „Iba pomocou tejto superpozície súboru údajov je možná vysoká presnosť merania na zaznamenanie tejto zmeny výšky.“
Najjemnejšie zmeny na zemskom povrchu v rozmedzí milimetrov a centimetrov môžeme zaznamenať pomocou radaru Interferometric Synthetic Aperture Radar (InSAR), pretože sa vyskytujú nielen pri ľadovcoch, vulkanizme, zosuvoch pôdy a zemetraseniach, ale aj pri poklese spôsobenom (horskou) výstavbou. Busch a jeho tím sa sústreďujú na zachytenie vertikálnych pohybov zeme, ktoré sa vyskytujú pri rozsiahlej ťažbe. Patrí sem podzemná ťažba uhlia, potaše a solí a v neposlednom rade ťažba ropy a plynu.
„Zatiaľ čo nimi vyvolané vertikálne pohyby pôdy sú v rozmedzí centimetrov a decimetrov, rozsiahle denné zlomy spôsobené ťažbou uhlia, potaše a soli predpokladajú pokles plochy metra,“ vysvetľuje Busch. Rovnako čerpanie vody v aktívnych lignitových povrchových baniach a zasypávanie susedných povrchových baní vodou môže viesť k poklesu, ako je to v stredonemeckej oblasti hnedého uhlia.
Rusko je skutočne najpozoruhodnejšou operačnou oblasťou „Busch Group“, ale funguje aj v stredonemeckej ťažobnej oblasti hnedého uhlia, v Porúrí a Emslande. Vedci už nastavili 25 reflektorov. „Posielajú radarové lúče späť na družicu v združenej podobe a generujú tak obzvlášť dobré signály,“ hovorí Busch. „Tieto reflektory používame ako kontrolné body pre naše hodnotenie.“
Všade na svete, kde sa ťaží, pracujú vedci na zdokonalení procesu InSAR, pretože jedna vec je istá: „Metalla exercere neede est - ťažba je nevyhnutná!“