Evaluation of the subsidence based on dInSAR and GPS measurements near Karviná, Czech Republic

The main impacts on the landscape due to coal mining in the Czech part of the Upper Silesian basin are ground subsidence and manmade landscape changes related to the mining. Two measurement techniques were used to determine the values of subsidence; these were then compared together to verify the results obtained. The first, differential SAR interferometry (dInSAR), a remote sensing method, was applied by Gamma Remote Sensing in the frame of ESA GMES Project Terrafirma, using ALOS PALSAR data. The second was the GPS fast static method, which was provided by the Institute of Geonics AS CR. The GPS monitoring was established at a locality near Karviná in 2006. A comparison of the results is described on one subsidence depression created above a panel mined from February 2007 to May 2008. Aspects of the comparison applying to the subsidence measurements are discussed along with the advantages and disadvantages of both methods. Měření poklesů z poddolování technikami diferenciální radarové interferometrie a GPS na lokalitě nedaleko Karviné V české části hornoslezské pánve způsobuje hlubinná těžba uhlí značné změny reliéfu. Přímo člověk upravuje reliéf zejména navážením hlušiny a tvorbou dalších antropogenních tvarů, během těžby i následně po ní pak rekultivacemi postiženého území. Nepřímým důsledkem těžby na povrchu jsou poklesy z poddolování. Poklesová kotlina se vytváří na povrchu nad těženým porubem a postupuje ve směru těžby. Největší úhrny poklesů jsou zaznamenány do jednoho roku od začátku těžby, avšak pokles povrchu může doznívat i několik let. V rámci projektu ESA GMES Terrafirma, jehož řešitelem byl Ústav struktury a mechaniky hornin AV ČR, v.v.i., bylo zpracováno metodou satelitní diferenciální radarové interferometrie (dInSAR) území části hornoslezské pánve, na české straně zahrnující i oblast současné těžby černého uhlí nedaleko města Karviná. Zpracování snímků PALSAR japonské družice ALOS pro období od února 2007 do května 2008 provedla firma GAMMA Remote Sensing. Výsledky odhalily kolem 20 dynamicky se vyvíjejících poklesových kotlin pro toto období. Pro ověření výsledků a vyhodnocení jejich kvality bylo provedeno srovnání vertikálních hodnot poklesů s měřeními statickou metodou GPS prováděnou pracovníky Ústavu geoniky AV ČR, v.v.i. z Ostravy. Tato měření byla prováděna od listopadu 2006 po dobu šesti let na zhruba 100 bodech v dobývacím prostoru Louky nedaleko zastavěné části města Karviné. Srovnávanými veličinami byly vertikální pohyby přepočtené ze změn mezi povrchem a satelitem pro každé z pěti zpracovaných období pomocí dInSAR s gridem 20 × 20 m a hodnoty vertikálních pohybů změřených pomocí GPS na všech bodech, jejichž hodnoty byly interpolovány v čase podle dní pořízení použitých satelitních snímků. Z bodových GPS dat byly dále plošnou interpolací vytvořeny mapy poklesů pro celé zkoumané území a taktéž mapy poklesů podle přepočtených dInSAR vertikálních hodnot v místech měřených GPS bodů. Výsledky srovnání ukázaly relativní shodu pro některé z bodů zejména v místech na okrajích vznikající poklesové kotliny pro všechna časová období. V místech centra poklesové kotliny však hodnoty změřené pomocí GPS v obdobích největších poklesů (40 cm/92 dní ve čtvrtém období) výrazně přesahovaly hodnoty vypočtené pomocí techniky dInSAR. Naopak pomocí plošné interpolace nebylo z map poklesů vždy možné jasně vymezit celkovou oblast poklesu kvůli nedostatku bodů v celé lokalitě. Rozdíly ve srovnávaných vertikálních hodnotách byly způsobeny zejména: A) rozdílnými daty mezi zpracovávanými snímky a daty GPS měření, B) kalkulací dInSAR vertikálních hodnot z gridu 20 × 20 m vůči přesným souřadnicím GPS bodů, C) chybami zpracování dInSAR, zejména chybami filtrování a rozbalení fáze před určením konkrétních hodnot poklesu, D) chybami měření pomocí GPS. Provedené srovnání ukázalo na možnost využití těchto dvou technik (i společného monitoringu) pro místa plošných deformací území jako jsou poklesy z poddolování, zejména na plošné vymezení hranic poklesové oblasti. Pro zvýšení kvality výsledků je v místech značných změn reliéfu nutné doplnění o výsledky analýzy dalších dat, a to pomocí leteckých snímků, výškových dat a geomorfologické analýzy území, která je na lokalitě prováděna od roku 2011.