Спутниковый радиолокационный мониторинг инфраструктуры
И.Н. РОЗЕНБЕРГ, заместитель директора ОАО "НИИАС"
М.М.ЖЕЛЕЗНОВ, руководитель Центра внедрения космических технологий
Мониторинг состояния объектов инфраструктуры железнодорожного транспорта и своевременное принятие мер по устранению аварийных и предава-рийных ситуаций, возникающих в результате воздействия неблагоприятных природных и техногенных факторов, является одним из эффективных путей обеспечения бесперебойной работы железных дорог и безопасности перевозок.
К источникам негативного воздействия прежде всего относятся геологические, гидрологические и климатические процессы, вследствие которых изменяются физические свойства и пространственная структура земной поверхности на территории прокладки железнодорожных путей и строительства сооружений.
Современные методы радиолокационной космической интерферометрии позволяют на ранней стадии и с высокой точностью выявлять смещения земной поверхности, благодаря чему возможна выработка мер по предупреждению стихийных ситуаций. Разрабатываемая технология обработки материалов, полученных с помощью дифференциальнои радиолокационной интерферометрии, представляет собой эффективное средство прямого картографирования подвижек земной поверхности и деформаций сооружений. Преимущество радиолокационной интерферометрии перед другими методами мониторинга заключается в возможности прямой фиксации изменений рельефа, произошедших между съемками, с миллиметровой точностью. Информацию можно получать при любых погодных условиях и освещенности, что актуально для территории России.
Рассматриваемая технология базируется на новейших геоинформационных системах (ГИС). Они позволяют осуществлять совместный анализ данных с привязкой к железнодорожной инфраструктуре, создавать карты риска неблагоприятных воздействий и выдавать рекомендации для проведения ремонтных работ.
ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЕ ПРОЦЕССЫ МОНИТОРИНГА ЖЕЛЕЗНОДОРОЖНОГО ПУТИ
Дистанционный мониторинг потенциально опасных участков железнодорожного пути на основе использования материалов космической съемки включает в себя: заказ и получение материалов космической съемки интересующего района; первичную обработку полученных данных; тематическую обработку и создание карты космического мониторинга потенциально опасных явлений; размещение тематической карты в ГИС; создание сводного отчета и рекомендаций по проведению необходимых путевых работ.
Среди задач, которые решаются с использованием результатов спутникового радиолокационного мониторинга потенциально опасных участков, можно выделить следующие:
контроль и анализ состояния полосы отвода и охранных зон железнодорожного транспорта, земляного полотна, верхнего строения пути, водоотводных и дренажных осушительных сооружений, мостовых переходов, пересечений с транспортными коммуникациями;
построение высокоточных цифровых моделей рельефа местности;
выявление наиболее потенциально опасных мест с точки зрения возникновения неблагоприятных природных и/или природно-техногенных явлений, воздействующих на объекты инфраструктуры железнодорожного транспорта;
определение местоположения и характеристик оползней, обвалов, селей, просадок, карстов, участков эрозии почв (оврагообразования), подтопления, заболачивания и мерзлотных процессов с оценкой площадей источников селеобразования, количества водотоков и водоводов.
Полученные с помощью спутникового радиолокационного зондирования материалы могут использоваться также при подготовке исходных данных при предпроектных обследованиях; во время оперативного мониторинга участков капитального строительства и ремонта в ходе реконструкции и нового строительства железных дорог и объектов инфраструктуры; оперативного выборочного мониторинга с целью контроля текущего содержания пути.
Кроме того, эти материалы помогут выявить и определить местоположение экологически опасных объектов с целью их учета при разработке инвестиционных проектов, а также оценить последствия воздействия на окружающую среду и возможный ущерб при железнодорожных авариях (катастрофах).
Таким образом, применение спутникового радиолокационного зондирования способствует комплексному и эффективному решению задач оперативного и регулярного мониторинга потенциально опасных участков железных дорог. Использование этой технологии позволит повысить надежность, эффективность и безопасность железных дорог в сложных инженерно-геологических условиях.
ПИЛОТНЫЙ ПРОЕКТ СПУТНИКОВОГО РАДИОЛОКАЦИОННОГО МОНИТОРИНГА
Пилотный проект по созданию и вводу в эксплуатацию спутникового радиолокационного мониторинга железных дорог и геоинформационной базы данных (ГБД) по опасным природно-техногенным участкам организован на полигоне Туапсе - Адлер Северо-Кавказской дороги.
В рамках проекта выполнен анализ существующих методов радиолокационной интерферометрии для построения цифровой модели рельефа (рис. 1) и определения смещений поверхности, проведено сравнение программного обеспечения для интерферометрической обработки радиолокационных данных. Произведен отбор и подготовка радиолокационных снимков из архивов данных космических аппаратов ERS1/2, ENVISAT и ALOS. Разработана методика и технология оценки смещения земной поверхности по радиолокационным снимкам среднего разрешения, а также методика дешифрирования потенциально опасных участков местности по данным космической оптической съемки высокого разрешения. Апробирована технология оценки смещений земной поверхности на снимках среднего разрешения из архивов КА ERS1/2, ENVISAT и ALOS.
На основе анализа данных дистанционного зондирования Земли (ДЗЗ) создана технология оценки риска опасного воздействия неблагоприятных природно-техногенных факторов на железнодорожную инфраструктуру, а также специализированная геоинформационная система с интегрированной базой данных, аккумулирующей результаты обработки данных ДЗЗ.
Вместе с тем разработано клиентское WEB-приложение для отображения результатов анализа подвижек земной поверхности и технологическая схема мониторинга (рис. 2) по оптическим и радиолокационным снимкам среднего разрешения, позволяющая с высокой точностью строить цифровые карты склонов, определять критические точки деформаций земной поверхности (рис. 3), строить карту потенциально опасных воздействии.
На основе совместного анализа этих данных в специализированной ГИС создается карта риска неблагоприятных воздействий на железнодорожную инфраструктуру с выдачей соответствующих рекомендаций.
