Від супутникового сигналу до карти екологічних ризиків: У НУБіП опановують InSAR та APSIS™

У межах проєкту Українського науково-технологічного центру «Визначення військово-техногенного забруднення ґрунту та води у повоєнних ландшафтах» у НУБіП України проведено другий онлайн-курс — «Детальний курс з методологій обробки InSAR та використовуваного програмного забезпечення». Навчання стало продовженням системної підготовки дослідницької команди до застосування сучасних супутникових технологій для аналізу деформацій земної поверхні, просторової діагностики небезпечних процесів і оцінювання екологічних ризиків.

Участь у курсі взяли науково-педагогічні працівники, аспіранти та молоді вчені НУБіП України. Окрему увагу було приділено магістрантам освітньо-професійних програм «Охорона та технології відновлення ґрунтів» та «Агрохімсервіс у прецизійному агровиробництві». Для майбутніх фахівців такі компетентності є особливо важливими, адже сучасна оцінка стану земель дедалі більше ґрунтується на поєднанні польових спостережень, лабораторної аналітики, GIS і дистанційного зондування Землі.

Теоретичний блок курсу провели фахівці Terra Motion Limited. Учасники послідовно розглянули фізичні основи інтерферометрії радарів із синтезованою апертурою — InSAR. На відміну від оптичного знімання, радарний супутник реєструє не лише амплітуду відбитого сигналу, а й його фазу. Порівняння фаз повторних супутникових спостережень дає змогу виявляти надзвичайно малі зміни відстані між сенсором і земною поверхнею та, відповідно, фіксувати осідання або підняття території із субсантиметровою, а за сприятливих умов — міліметровою точністю.

Під час навчання детально розібрано повний ланцюг формування інтерферометричного продукту: роботу з даними Single Look Complex, кореєстрацію зображень, побудову інтерферограм, вилучення «плоскої Землі» та топографічної складової, розгортання фази, використання цифрових моделей рельєфу й перехід до диференціальної інтерферометрії DInSAR. Значну увагу приділено джерелам похибок — неточності орбіт, помилкам цифрової моделі висот, атмосферним затримкам, просторовій і часовій декореляції. Саме розуміння цих чинників дозволяє відрізняти реальну деформацію від артефактів оброблення та коректно інтерпретувати часові ряди.

Окремий змістовий блок стосувався класичних багаточасових методів PSInSAR і SBAS. Вони добре зарекомендували себе в містах, на промислових об’єктах і ділянках зі стабільними радіолокаційними відбивачами. Водночас їх застосування на сільськогосподарських угіддях, природній рослинності, лісах і торфовищах часто ускладнюється нестійкою когерентністю сигналу, що змінюється під впливом росту рослин, вологості, снігового покриву та погодних умов. Для проєктів, пов’язаних із ґрунтами і повоєнними ландшафтами, це принципове обмеження, оскільки саме поза забудованими територіями необхідно отримувати найбільш повне просторове покриття.

Особливий інтерес викликало знайомство з технологією APSIS™. Її принципова відмінність полягає у використанні не лише постійно когерентних точок, а й інтерферометричних пар, у яких достатня якість сигналу виникає періодично. За наявності великого архіву супутникових знімків система перебирає додаткові комбінації пар і «відновлює» розірвану інтерферометричну мережу. Це дає змогу одержувати піксельно орієнтовані растрові карти рухів земної поверхні з кращим покриттям сільських, природних і рослинно вкритих територій та безпосередньо інтегрувати результати у GIS.

Практичну цінність технології було продемонстровано на міжнародних кейсах. Учасники розглянули моніторинг постгірничих територій Великої Британії, оцінювання підняття поверхні внаслідок відновлення рівня шахтних вод, аналіз деформацій у Донецькому вугільному басейні, зокрема в районі шахти «Юнком», а також дистанційну діагностику стану торфовищ і контроль небезпечних процесів на хвостосховищах. Ці приклади переконливо показують, що часові ряди InSAR можуть бути не лише картою переміщень, а й індикатором прихованих гідрогеологічних, геомеханічних і екологічних змін.

Для дослідження повоєнних ландшафтів технології InSAR та APSIS™ відкривають можливість перейти від разових спостережень до системного дистанційного контролю. Карти швидкостей деформації можуть допомагати виявляти осідання, підняття й локальну нестабільність поверхні; відстежувати території, де змінюється рівень підземних або шахтних вод; визначати ділянки потенційного поширення забруднювачів; обґрунтовувати розміщення пунктів відбору проб ґрунту та води. Поєднання таких даних із результатами хімічного аналізу, польовим обстеженням і просторовим моделюванням підвищує достовірність оцінки ризиків і дозволяє ранжувати території за пріоритетністю подальших досліджень.

Важливим результатом курсу стало формування цілісного розуміння того, що супутникова інтерферометрія — це не окремий картографічний інструмент, а складова інтегрованої системи екологічного моніторингу. Вона поєднує фізику радарного сигналу, математичне опрацювання часових рядів, геоінформаційний аналіз і предметну інтерпретацію процесів у системі «ґрунт – вода – рельєф – техногенне навантаження».

Жваві дискусії між учасниками та викладачами допомогли краще зрозуміти практичні аспекти застосування InSAR та окреслити напрями його використання для дослідження забруднення ґрунтів в Україні.

Проведення другого онлайн-курсу зміцнює науково-освітній потенціал НУБіП України та розширює можливості дослідницької команди у застосуванні передових геопросторових технологій. Набуті знання будуть використані під час виконання проєкту УНТЦ, підготовки молодих науковців і магістрів, а також у подальшому розвитку методології дистанційної діагностики, моніторингу й відновлення земель, порушених воєнними та техногенними впливами.