Гудак ВасильКріль Тетяна0009-0003-5187-6125Зацерковний, Віталій ІвановичВіталій ІвановичЗацерковний2025-05-292025-05-292025-03-12Hudak, 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.UDC 550.8+528.410.17721/1728-2713.108.13https://ir.library.knu.ua/handle/15071834/6585Background. The paper is devoted to the analysis of vertical displacements based on remote sensing data as an identifier of hazardous engineering-geological processes in areas with underground infrastructure. The study was carried out on the example of the section of the tunnel between Demiivska and Lybidska stations of the Kyiv subway. In December 2023, processes of uneven compaction and vibration creep of the soil massif around the tunnel lining were detected, and there was a risk of loss of stability of the tunnel structures and an emergency. Methods. This study employs the Differential Interferometric Synthetic Aperture Radar (D-InSAR) method which allows monitoring of soil surface deformations through phase change analysis among radar images. The correction procedures were applied to mitigate noise in processed images caused by temporal and geometric decorrelation, atmospheric disturbances, and other noise interferences. Correction and filtering method, specifically Canny and Sobel linear filters, were used to improve accuracy. Their application to processed satellite images enhances the contours of recorded vertical displacements and reduces geometric distortion noise, preserving the structural integrity of the images. According to our calculations, effective anomaly detection in images of urbanized areas requires a minimum threshold of 25% in image contrast and clarity. The filters' application for highlighting significant intensity changes achieved a 28% increase in clarity, indicating high processing effectiveness for further analysis of displacement maps and other parameters related to vertical shifts. Results. Abnormal zones of vertical displacements were identified within the study area based on vertical displacement data. During the 2022–2023 observation period, these zones shifted toward the metro tunnel axis. Vertical displacements directly above the area of subsidence near the 'Rozetka' store were detected during the fifth observation period, October–December 2023, coinciding with the tunnel closure for repairs. Overall, displacement values shifted from negative in 2022 to positive in 2023, suggesting that displacements may have served as an early indicator of underground structure deformation activation. The use of filters allowed for more precise identification of displacement dynamics and localization of deformation zones throughout the observation periods. In the final period, the anomalous zone aligned with the location of tunnel deformations and recorded surface subsidence. Сonclusions. Using the example of the distillation tunnel section, we demonstrate the possibility of using the analysis of vertical surface displacements performed by D-InSAR together with a combination of Kenny and Sobel filters to track vertical surface displacements, which is important for monitoring the condition of underground facilities and preventing possible accidents. This study lays the foundation for further development of methodological approaches to the analysis of potential deformations of underground structures based on surface dynamics (vertical displacements). Further improvement of the methodology will help to ensure the accuracy and reliability of data in the context of monitoring underground structures.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.enVertical surface displacementssatellite imagesD-InSARunderground structuresDemiivska metro accidentвертикальні зміщення земної поверхнісупутникові знімкипідземні спорудиаварія на станції метро "Деміївська"Стаття