Monitoring of Technical Infrastructure by Radar Interferometry

Juraj Struhár

Doctoral thesis

Anotácia:

V tejto práci sa používajú radarové údaje z programu Sentinel-1, ktoré sú spracované metódou PSInSAR. Výsledky PSInSAR sú časové rady na permanentných odrážačoch v skúmanej oblasti. Analýzou týchto časových radov zisťujem pohyby zemského povrchu, v mojom prípade nad podzemnými zásobníkmi plynu a cestnou infraštruktúrou. Pri analýze údajov sa používajú nástroje na spracovanie signálov, ktoré umožňujú zistiť periodicitu a znížiť šum. Počas spracovania boli zistené abnormálne pohyby v skúmanej oblasti. Anomálne správanie bolo určené na základe teoretických vertikálnych pohybov UGS odvodených od vtláčania/ťaženia plynu. Oblasť s anormálnym pohybom vykazovala opačný smer pohybu týkajúci sa procesov UGS. Zistené pohyby som vizualizoval pomocou špirálového grafu na mape. Potom som porovnal výsledky PSInSAR s dočasnou stanicou GNSS TVRN. Z meraní zo stanice TVRN boli zistené vertikálne a horizontálne pohyby. Preto sa merania PSInSAR rozložil na vertikálny (UP) a horizontálny pohyb (V-Z) a porovnali s meraniami GNSS. Prepočet na vertikálny/horizontálny pohyb potvrdil vplyv tektonického zlomu na vertikálny a horizontálny pohyb v oblasti počas napúšťania/odpúšťania v ÚGS, resp. Pozornosť sa venovala aj mostným konštrukciám a ich deformáciám sledovaným pomocou InSAR. Možno povedať, že rozlíšenie údajov Sentinel-1 nie je vhodné na sledovanie mostných konštrukcií vzhľadom na nízke rozlíšenie a nízky počet nami zistených trvalých rozptylov. Vychádzame z predpokladu, že mostná konštrukcia bude vykazovať značnú dilatáciu v dôsledku zmeny ročných teplôt.

Abstract:

The radar data from the Sentinel-1 program are used in this work which is processed by the PSInSAR method. The PSInSAR results are time series on the permanent reflectors in the surveyed area. By analysing these time series, I detect the movements of the Earth's surface, in my case, over underground gas storage and road infrastructure. Signal processing tools are used in the data analysis to allow us to detect periodicity and reduce noise. During processing, abnormal movements in the surveyed area were detected. The anomalous behaviour was determined based on theoretical vertical movements of the UGS derived from gas injection/withdrawal. The area with abnormal motion exhibited the opposite direction of motion concerning the UGS processes. I visualized the detected motions using a spiral plot on a map. I then compared the PSInSAR results with the temporary GNSS station TVRN. Vertical and horizontal motions were detected from the measurements from the TVRN station. Therefore, I decomposed the PSInSAR measurements into vertical (UP) and horizontal motion (E-W) and compared them with the GNSS measurements. The conversion to vertical/horizontal motion confirmed the influence of tectonic faulting on the vertical and horizontal motion in the area during injection/withdrawal in the UGS, respectively. Attention also was paid to the bridge structures and their deformations tracked by InSAR. It can be said that the resolution of Sentinel-1 data is not suitable for tracking bridge structures due to the low resolution and the low number of permanent scatterers detected by us. The assumption is that the bridge structure will show substantial dilation due to the change in annual temperatures.

Kľúčové slová

InSAR, PSInSAR, podzemný zásobník plynu, mostná konštrukcia, špirálový graf

Keywords

InSAR, PSInSAR, underground gas storage, bridge structure, spiral graph

Jazyk práce: English

Datum vytvoření / odevzdání či podání práce: 3. 11. 2022

Obhajoba závěrečné práce

• Obhajoba proběhla 23. 2. 2023
• Vedúci: Petr Rapant
• Oponent: Eva Jiránková, Juraj Papčo, Lena Halounová

VSB – Technical University of Ostrava

Hornicko-geologická fakulta

Doctoral programme / odbor:
Geodézie, kartografie a geoinformatika (čtyřleté) / Geoinformatika