Дистанційний моніторинг вертикальних зміщень земної поверхні як індикаторів деформації підземних споруд

Hudak, V., Kril, T., & Zatserkovnyi, V. (2025). Remote sensing analysis of vertical surface displacements as an indicator of underground structure deformations. Visnyk of Taras Shevchenko National University of Kyiv. Geology, 1(108), 94-102. http://doi.org/10.17721/1728-2713.108.13

Вступ. Присвячено аналізу вертикальних зміщень за даними дистанційного зондування як ідентифікатора небезпечних інженерно-геологічних процесів на ділянках із підземною інфраструктурою. Дослідження проведено на прикладі ділянки перегінного тунелю між станціями "Деміївська" і "Либідська" Київського метрополітену. У грудні 2023 р. виявлено нерівномірні процеси розущільнення, віброповзучості ґрунтового масиву навколо тунельної оправи та з'явився ризик втрати стійкості тунельних споруд і виникнення аварійної ситуації.

Методи. У досліджені застосовано метод диференціальної інтерферометрії D-InSAR, що використовується для моніторингу деформацій земної поверхні через аналіз фазових змін між радіолокаційними зображеннями. Для прибирання шумів на опрацьованих зображеннях через часову та геометричну декореляцію, атмосферні збурення і шумові перешкоди використано низку корекційних процедур. Для підвищення точності значень застосовано корекційні та фільтраційні методи, а саме лінійні фільтри Кенні та Собеля. Їх застосування до опрацьованих космічних знімків дало змогу підсилити контури зафіксованих вертикальних зміщень та зменшити шум геометричних спотворень, зберігаючи структурну цілісність зображень. За нашими розрахунками для ефективного виявлення аномалій на знімках урбанізованих територій потрібен мінімальний поріг у 25% контрастності та чіткості зображення. Використання фільтрів для підкреслення інтенсивних змін дало змогу досягти 28 % підвищення чіткості, що свідчить про високу ефективність обробки для подальшого аналізу карт зміщень та інших параметрів, пов'язаних із вертикальними зміщеннями.

Результати. За вертикальними зміщеннями на досліджуваній території встановлено аномальні зони. За спостережний період 2022–2023 рр. зафіксовано їх переміщення у напрямку до осі тунелю метро. Вертикальні зміщення безпосередньо над місцем провалів поряд із магазином "Розетка" виявлено у п'ятий спостережуваний період – жовтень–грудень 2023 – час закриття тунелю на ремонтні роботи. Загалом значення зміщень з від'ємних у 2022 р. змінилися на додатні в 2023 р., що вказує на те, що зміщення могли стати одним з індикаторів активізації деформацій підземної споруди. Використання фільтрів дало змогу отримати точнішу інформацію про динаміку переміщень та локалізацію зон деформації протягом періодів спостереження. В останньому періоді аномальна зона збіглася з місцем деформацій тунелю та осідання поверхні.

Висновки. На прикладі ділянки перегінного тунелю показано можливість використання аналізу вертикальних зміщень поверхні, проведеного методом D-InSAR разом з комбінацією фільтрів Кенні та Собеля для відстеження вертикальних зміщень поверхні, що є важливим для моніторингу стану підземних об'єктів та упередження можливих аварій. Це дослідження закладає основу для подальшого розвитку методологічних підходів до аналізу потенційних деформацій підземних конструкцій на основі динаміки поверхні (вертикальних зміщень). Подальше вдосконалення методології сприятиме забезпеченню точності і надійності даних у контексті моніторингу підземних конструкцій.