Інтерферометрія зі штучними супутниками для моніторингу деформації ґрунту: Повний посібник і сфери застосування

Інтерферометричний радар із синтезованою апертурою (InSAR) — це потужна технологія дистанційного зондування, яка дозволяє з високою точністю вимірювати деформацію земної поверхні на великих площах. Аналізуючи радарні зображення поверхні Землі, отримані у різний час, InSAR може виявляти мінімальні зміни у висоті землі — на рівні сантиметрів чи навіть міліметрів — що свідчать про деформацію en.wikipedia.org. У цьому комплексному керівництві пояснюється, як працює InSAR, розглядаються різні його технології, основні супутникові місії, що забезпечують роботу InSAR, та широкий спектр застосувань для моніторингу деформацій поверхні. Ми також порівнюємо InSAR з іншими методами моніторингу деформації, такими як GNSS і оптичне дистанційне зондування, обговорюємо переваги та обмеження InSAR, наводимо приклади реального застосування та висвітлюємо майбутні тенденції й інновації у технологіях InSAR.

Що таке InSAR та як він працює

InSAR — це радарний метод картування змін земної поверхні шляхом використання фазових різниць між двома або більше радарними зображеннями із синтезованою апертурою (SAR) однієї і тієї ж ділянки en.wikipedia.org. SAR-супутник випромінює мікрохвильові радарні імпульси до земної поверхні та фіксує зворотні сигнали. Кожен піксель SAR-зображення містить амплітудну (сила сигналу) та фазову інформацію. Коли отримані два SAR-зображення одного місця у різний час, можна обчислити фазову різницю для кожного пікселя. Ця фазова різниця — після врахування відомих факторів, таких як положення супутника та рельєф — використовується для створення інтерферограми, яка показує, наскільки перемістилася поверхня між моментами зйомки usgs.gov. Кольорові “фрінжи” на інтерферограмі відповідають контурам рівного руху (кожен фрінж зазвичай дорівнює кільком сантиметрам переміщення вздовж напрямку спостереження супутника). Якщо поверхня піднімалася ближче до супутника (підіймання) або віддалялася (осідання), виникає фазовий зсув, що створює характерні інтерференційні візерунки usgs.gov usgs.gov. Підраховуючи та аналізуючи ці фрінжи, науковці можуть вимірювати деформації земної поверхні з точністю від сантиметра до міліметра на великих площах.

InSAR може виконуватися методом повторної зйомки (один і той самий супутник повертається в ту ж область через певний час) або одноразової зйомки з використанням двох антен одночасно (як це було у Місії радарної топографії шатла для створення цифрової моделі рельєфу). У повторних зйомках два зображення отримують з інтервалом у дні-чотижні. Будь-яка зміна поверхні за цей час (наприклад, тектонічний рух чи осідання) проявиться як фазова різниця. Одна із складностей — те, що нефільтрована інтерферограма містить внесок не лише від деформації ґрунту, а й від рельєфу, відмінностей в орбіті супутника, атмосферних затримок та шуму earthdata.nasa.gov. Щоб виділити сигнал деформації, поширений підхід — це диференціальний InSAR (D-InSAR) — використання відомої цифрової моделі рельєфу (DEM) або додаткового SAR-зображення для віднімання топографічної фази, залишаючи лише фазові зміни, викликані деформаціями earthdata.nasa.gov. Після такої обробки (включаючи вирівнювання кривизни, видалення рельєфу, фільтрацію шуму та розгортання фази для перетворення відносної фази у фактичне переміщення) результатом є карта переміщень ґрунту між датами зйомки.

Типи технологій InSAR

Технологія InSAR еволюціонувала від базового порівняння двох зображень до більш досконалих алгоритмів багаторазового аналізу, які підвищують точність і дають змогу долати обмеження, такі як шум і декореляція. Основні технології InSAR включають:

Диференціальний InSAR (D-InSAR): Класичний підхід, що використовує два SAR-зображення (до та після події) та часто DEM для виявлення змін. Симулюючи та прибираючи внесок рельєфу з інтерферограми, D-InSAR створює диференціальну інтерферограму, що виділяє поверхневі деформації між датами знімків ltb.itc.utwente.nl. Ця технологія ефективна для одиничних випадків деформацій (наприклад, землетрус або виверження вулкана) і була вперше продемонстрована під час землетрусу Landers 1992 року в Каліфорнії, коли InSAR вперше відобразив співсейсмічні переміщення поверхні en.wikipedia.org. D-InSAR концептуально простий і широко використовується, проте його точність може знижуватися через декореляцію (втрату когерентності сигналу), якщо поверхня зазнала значних змін або якщо між знімками змінилася рослинність.
InSAR стійких розсіювачів (PS-InSAR): Сучасна багаторазова технологія, яка аналізує стек з десятків або навіть сотень SAR-зображень для виявлення “стійких розсіювачів” — точок на землі (часто це антропогенні об’єкти чи скельні виступи), які постійно відбивають радарний сигнал протягом тривалого часу en.wikipedia.org en.wikipedia.org. Зосереджуючись на цих стабільних точках, PS-InSAR може вимірювати мінімальні переміщення з точністю до міліметрів протягом тривалих періодів earthdata.nasa.gov. Ця методика, розроблена наприкінці 1990-х, долає багато обмежень класичного InSAR, уникаючи ділянок з декореляцією. PS-InSAR розділяє деформації, атмосферні затримки та шум шляхом статистичного аналізу багатозображувального набору earthdata.nasa.gov earthdata.nasa.gov. Вона особливо корисна у міських районах із великою кількістю стійких конструкцій і ефективно застосовується для моніторингу повільних процесів, таких як осідання, зсуви та осадки будівель з точністю у кілька міліметрів на рік earthdata.nasa.gov earthdata.nasa.gov.
InSAR малих базових інтервалів (SBAS): Ще один багаторазовий підхід, який використовує мережу інтерферограм, сформованих з кількох SAR-зображень, але обмежує їх лише парами з малими просторовими та часовими інтервалами (тобто отриманих із близьких орбітальних положень і у схожий час). Парування зображень, які розташовані не надто далеко у часі та просторі, дозволяє SBAS зменшити декореляцію та атмосферні відмінності ltb.itc.utwente.nl. Надалі ці малі-базові інтерферограми об’єднуються для отримання часових рядів деформації для кожного когерентного пікселя ltb.itc.utwente.nl. SBAS добре підходить для вимірювань повільних, довготривалих деформацій на великих площах, навіть у районах із рослинністю чи малою кількістю забудови, оскільки використовує всі доступні когерентні точки (а не лише окремі стійкі розсіювачі). Результатом SBAS зазвичай є карта середньої швидкості деформації та історія переміщень для кожного пікселя за період спостережень. Коротко: якщо PS-InSAR зосереджений на нечисленних надійних точках, то SBAS-InSAR використовує розподілені точки завдяки продуманому підбору пар зображень і може фіксувати нелінійний розвиток деформацій mdpi.com researchgate.net.

Ці технології (і їх варіанти) часто спільно називають часогодинним InSAR або багатотемпоральним InSAR. Вони є «другим поколінням» InSAR-методів en.wikipedia.org en.wikipedia.org і істотно розширили можливості InSAR — від виявлення одиничних подій до безперервного моніторингу повільних деформацій протягом багатьох років.

Ключові супутникові місії та технології InSAR

Супутникові радарні місії є основою InSAR. За останні десятиліття було запущено численні космічні SAR сенсори, що забезпечують радарні знімки, необхідні для інтерферометрії. Кожна місія має особливі частотні діапазони радару, режими зйомки та інтервали повторного проходження, які впливають на ефективність InSAR. Нижче представлений огляд ключових SAR місій, які зазвичай використовують для моніторингу деформацій земної поверхні:

Супутникова місія	Агентство	Діапазон радару	Цикл повтору	Експлуатація	Примітки
ERS-1/ERS-2 (European Remote Sensing)	ESA (Європа)	C-діапазон (5,6 см)	35 днів	1991–2000 (ERS-1); 1995–2011 (ERS-2)	Перші супутники, що продемонстрували можливості InSAR для моніторингу тектонічних і вулканічних деформацій earthdata.nasa.gov. Інтервал у 35 днів обмежував виявлення швидких змін, але заклав основу для розвитку InSAR.
Envisat	ESA (Європа)	C-діапазон	35 днів	2002–2012	Продовжив здобутки ERS з удосконаленою апаратурою. Забезпечив дані для багатьох перших InSAR досліджень осідань і землетрусів usgs.gov.
ALOS-1 (Daichi) / ALOS-2	JAXA (Японія)	L-діапазон (23,6 см)	46 днів (ALOS-1); 14 днів (ALOS-2) earthdata.nasa.gov	2006–2011 (ALOS-1); 2014–теперішній час (ALOS-2)	Довгохвильовий L-діапазон краще проходить через рослинність, забезпечуючи когерентність у лісистих районах earthdata.nasa.gov. 14-денний цикл ALOS-2 і сенсор PALSAR-2 покращили моніторинг тропічних регіонів.
TerraSAR-X / TanDEM-X	DLR (Німеччина)	X-діапазон (3,1 см)	11 днів (TerraSAR-X)	2007–теперішній час (TSX); 2010–теперішній час (TDX)	Високодеталізований X-діапазон (~1 м). TerraSAR-X і його “близнюк” TanDEM-X працюють у формації для створення світових DEM високої точності. Часто використовується для локальних досліджень (наприклад, моніторинг міст).
COSMO-SkyMed (Сузір’я)	ASI (Італія)	X-діапазон	~4-16 днів (залежно від кількості супутників у сузір’ї – 4)	2007–теперішній час (1-е покоління); 2019–теперішній час (2-е покоління)	Чотири супутники забезпечують часте знімкування, особливо корисне для реагування на події. X-діапазон дає високу деталізацію, хоча може швидше декогерувати на рослинності.
Sentinel-1A/B (Copernicus)	ESA (Європа)	C-діапазон	12 днів на супутник (6 днів разом) en.wikipedia.org	2014–теперішній час (1A – запуск 2014; 1B – 2016; 1C – запуск 2024)	Основний “робочий кінь” глобального InSAR. Відкриті та безкоштовні дані, широка смуга огляду (250 км) і регулярне повторення дають змогу виконувати оперативне картографування деформацій по всьому світу. 6-12-денний цикл (з двома супутниками) забезпечує щільні часоряди, що дозволило запускати національні програми моніторингу esa.int.
RADARSAT-2 / RCM (Radarsat Constellation)	CSA (Канада)	C-діапазон	24 дні (Radarsat-2); 4 дні (RCM, 3 супутники)	2007–теперішній час (R-2); 2019–теперішній час (RCM)	RCM (сузір’я Radarsat) забезпечує часте покриття Канади та суміжних територій для оперативного моніторингу (наприклад, вічна мерзлота, інфраструктура).
NISAR (NASA-ISRO SAR)	NASA/ISRO (США/Індія)	L- і S-діапазон одночасно	12 днів (планується)	Плановий запуск ~2025	Майбутня місія з можливістю двох діапазонів. Передбачає 12-денне глобальне покриття як у L-, так і S-діапазоні, покращивши вимірювання деформацій у лісистих та міських регіонах. Очікується суттєве зростання об’єму даних InSAR для науки та цивільних застосувань.

Технічна примітка: Різні радарні діапазони мають свої переваги й недоліки. C-діапазон (довжина хвилі ~5–6 см, використовують ERS, Envisat, Sentinel-1, Radarsat) забезпечує хороший баланс між роздільною здатністю та проникненням через рослинність, але може втрачати когерентність у сильно зарослих або засніжених районах. X-діапазон (~3 см, TerraSAR-X, COSMO-SkyMed) дає дуже високу просторову роздільну здатність, але швидко декогерує на рослинності й часто використовується для локального моніторингу. L-діапазон (~23–24 см, ALOS, майбутній NISAR-L) має довшу хвилю, краще проходить через рослинність та ґрунт, зберігаючи когерентність протягом триваліших інтервалів та крізь зелені насадження earthdata.nasa.gov. L-діапазон ідеально підходить для моніторингу деформацій у лісах або на сільськогосподарських територіях, хоча має меншу власну просторову роздільну здатність.

Орбіта супутника й інтервал повтору мають вирішальне значення для InSAR: коротші цикли дозволяють частіше оновлювати дані про деформації й зменшують ризик некогерентності через проміжні зміни. Наприклад, сузір’я Copernicus Sentinel-1 (два супутники й 6-денний комбінований цикл) забезпечує постійний потік даних, що революціонізувало нашу здатність безперервно моніторити рухи ґрунту esa.int earthscope.org. Натомість ранні місії на кшталт ERS або ALOS-1 із циклами 35–46 днів могли пропустити швидкі зміни або зазнати втрати когерентності за тривалих інтервалів. Сучасна тенденція – перехід до мультисупутникових сузір’їв і коротших інтервалів повтору – деякі комерційні оператори (Capella Space, ICEYE та ін.) мають флотилії X-діапазонних мікросупутників, здатних знімати певні ділянки щодня або навіть кілька разів на день, хоча з меншим охопленням за один прохід.

Підсумовуючи, сучасна екосистема InSAR базується на поєднанні державних супутників (як Sentinel-1, ALOS-2) та комерційних місій, що надають багатодиапазонні дані з глобальним охопленням. Відкрита політика доступу до даних місій на кшталт Sentinel-1 особливо посилила застосування InSAR, зробивши часті радарні знімки для моніторингу деформацій безкоштовно доступними для науковців і державних агентств esa.int.

Основні застосування InSAR для моніторингу деформацій земної поверхні

Однією з найбільших переваг InSAR є його універсальність у спостереженні багатьох типів деформацій ґрунту. Нижче наведено основні напрямки практичного застосування InSAR, які зробили його незамінним інструментом, разом із реальними прикладами:

Землетруси та тектонічні рухи

InSAR, мабуть, найбільше відомий створенням карт деформацій ґрунту, спричинених землетрусами. Порівнюючи SAR-знімки до й після землетрусу (косейсмічний InSAR), науковці можуть створювати інтерферограми з візерунком деформацій, пов’язаних із подією. Ці фрінжеві візерунки дають прямий вимір того, наскільки сильно земля зсунулася у напрямку до/від супутника, зазвичай демонструючи великі зони підняття й осідання уздовж розлому. InSAR може фіксувати як горизонтальні, так і вертикальні компоненти (спроєктовані на напрям радару) землетрусних зсувів із сантиметровою точністю по всьому ураженому регіону – чого неможливо досягти за допомогою поодиноких наземних сенсорів. Перше велике застосування відбулося під час землетрусу у Ландерсі (Каліфорнія, 1992, M7.3), коли InSAR вперше показав поле зрушень і став відкриттям для геофізичної спільноти en.wikipedia.org. Після цього InSAR використовувався для практично всіх значущих землетрусів світу для мапування рухів ґрунту й оцінки розподілу зсуву уздовж розлому на глибині.

Наприклад, землетрус у Ізміті (Туреччина, 1999, M7.6) створив класичну інтерферограму зі щільними фрінжами біля розлому – кожен кольоровий цикл відповідає кільком сантиметрам переміщення ґрунту – що дозволило визначити особливості зсуву. Останнім часом європейські супутники Sentinel-1 дозволяють швидко створювати пост-сейсмічні інтерферограми. Після землетрусу Ільяпель у Чилі у вересні 2015 року (M8.3) науковці за декілька днів отримали InSAR-зображення, що чітко показало підняття узбережжя і просідання всередині материка earthdata.nasa.gov. На цій інтерферограмі один фрінж (повний цикл кольору) відповідає близько 8,5 см руху ґрунту вздовж лінії погляду радару earthdata.nasa.gov. Такі карти безцінні для розуміння, які саме райони зазнали найбільших зміщень, і для моделювання розподілу зсуву на розломі. InSAR також використовується для моніторингу акумуляції міжсейсмічного напруження (повільні деформації між землетрусами) та постсейсмічних зрушень (післязсувове та в’язкопластичне реагування). Загалом InSAR дає оглядову картину тектонічної деформації, доповнюючи сейсмологію і мережі GNSS завдяки детальному просторовому покриттю розломів.

Моніторинг вулканів

Вулкани зазнають деформацій поверхні внаслідок руху магми під ними, і InSAR став революційним методом для виявлення та відстеження цих змін. Вулканічна деформація часто проявляється у вигляді підняття (інфляції) під час накопичення магми в камерах або дайках, або осідання (дефляції), коли магма відходить чи відбувається виверження. InSAR дозволяє дистанційно моніторити ці ледве помітні опуклості чи западини на поверхні вулкану, навіть у дуже важкодоступних регіонах. Завдяки супутниковим радарним спостереженням багато вулканів, які раніше вважалися сплячими, виявилися такими, що періодично “дихають” (надуваються/здуваються).

Перші дослідження за допомогою InSAR успішно зафіксували великі зміни, пов’язані з виверженнями (ко-вивержувальна деформація). Наприклад, у 1990-х роках InSAR застосовували для картографування деформацій ґрунту в Андах та на Алясці, пов’язаних із виверженнями earthdata.nasa.gov. З часом методика досконалилася і почала виявляти також довоивержувальну інфляцію й міжвивержувальні тенденції. Знаковим прикладом стало моніторування вулкана Окмок на Алясці: зображення InSAR показали, що Окмок надувався на кілька сантиметрів упродовж кількох років до виверження, і продовжував стабільно надуватися після виверження 2008 року, що свідчило про надходження магми agupubs.onlinelibrary.wiley.com. Виявлення такої інфляції є критично важливим для раннього попередження про вулканічну небезпеку: це є доказом того, що у вулкані відбувається наростання тиску магми, який може призвести до виверження за відповідного збігу інших умов.

Можливість InSAR охоплювати великі, часто недоступні поля вулканів є неабиякою перевагою. Наприклад, сузір’я COSMO-SkyMed Італійського космічного агентства використовували для моніторингу підняття кальдери Кампі Флегрей в Італії, а Sentinel-1 рутинно застосовується обсерваторіями для спостереження за вулканами в таких місцях, як Алеутські острови та Центральна Америка. В одному випадку часові ряди InSAR виявили довготривале осідання вершини Кілауеа та епізодичне підняття перед виверженнями на Гаваях. Глобальний проєкт Європейського космічного агентства TerraFirma (і його наступник — ініціатива Geohazard Supersites) застосував PS-InSAR для десятків вулканів, виявивши деформовані вулкани, які не входили до жодного переліку спостереження en.wikipedia.org en.wikipedia.org. Не кожна деформація веде до виверження, але InSAR допомагає пріоритезувати моніторинг: вулканічний конус, що непомітно піднімається на 5 мм/рік, може потребувати детальнішого дослідження. Сучасно InSAR став наріжним каменем вулканічної геодезії, даючи змогу виявляти неспокій вулканів у всьому світі й забезпечуючи дані для моделювання глибини та об’єму магматичних камер — критично важливо для оцінки ризиків.

Осідання ґрунту та виснаження підземних вод

Осідання ґрунту — це поступове опускання земної поверхні, яке часто спричинене людською діяльністю: вилученням підземних вод, видобутком нафти й газу чи гірничими роботами. InSAR ідеально підходить для вимірювання просторового охоплення та величини западин, які формуються під дією цих процесів usgs.gov. На відміну від нівелювань або GPS, які дають дані лише в окремих точках, InSAR забезпечує карти деформацій із високою щільністю вимірювань (тисячі пікселів на квадратний кілометр), які охоплюють ціле місто чи сільськогосподарську долину usgs.gov. Це дає змогу ідентифікувати де відбувається осідання, з якою швидкістю, а також навіть зробити висновки щодо його причин.

Добре відомий приклад — картографування осідань у надмірно експлуатованих водоносних горизонтах. Наприклад, у долині Сан-Хоакін та інших частинах Центральної долини Каліфорнії зафіксовано значні осідання (від кількох до десятків сантиметрів на рік) внаслідок вилучення підземних вод під час посух. Зображення InSAR над Каліфорнією в період 2007–2009 років показали великі западини, які відповідали зонам інтенсивного сільськогосподарського водозабору usgs.gov. Подібно, в районі Фінікса (Аризона) InSAR виявив цикли осідання й підняття, пов’язані із сезонним використанням і поповненням підземних вод.

Одним із найекстремальніших випадків осідання є Мехіко, зведене на стисливих глинистих озерних відкладах, яке десятиліттями просідає у зв’язку з розробкою підземних вод. Останні часові ряди InSAR за даними Sentinel-1 виявили вражаючі темпи просідання до 40–50 см на рік у деяких районах Мехіко nature.com nature.com. Таке стрімке просідання призвело до серйозних руйнувань будівель та інфраструктури (зокрема, системи метро міста) nature.com. InSAR відіграє ключову роль у кількісній оцінці цього осідання й визначенні найбільш уражених зон. В одному дослідженні вчені поєднали інтерферометрію, нівелювання й інженерні дані, щоб оцінити, як нерівномірне опускання (диференціальне осідання) викликає вигин і руйнування метроліній nature.com nature.com.

Моніторинг осідання ґрунту за допомогою InSAR не обмежується лише проблемами підземних вод; його також застосовують для зон підземних гірничих робіт або будівництва тунелів (де відбуваються обвали чи осідання), видобутку вуглеводнів (що може призводити до утворення великих западин, наприклад, у нафтових родовищах), а також осушення торфовищ чи танення багаторічної мерзлоти у північних регіонах. У прибережних містах навіть незначне просідання (кілька мм/рік) у поєднанні зі зростанням рівня моря може збільшувати ризики затоплення — InSAR допомагає виявити таке непомітне опускання. Перевага методу в широкому огляді, який дозволяє знаходити гарячі точки осідання: наприклад, PS-InSAR-анализ Джакарти (Індонезія), яка також швидко просідає, дозволив визначити райони із просіданням понад 20 см/рік — ця інформація критично важлива для міських планувальників і органів з надзвичайних ситуацій.

Зсуви та стійкість схилів

Виявлення та моніторинг повільних зсувів є ще однією важливою галуззю застосування InSAR. Хоча InSAR не завжди може зафіксувати раптовий швидкий зсув у реальному часі (оскільки такі події часто супроводжуються декореляцією радарного сигналу), він чудово підходить для моніторингу повзучих схилів та попереджувальних деформацій, що відбуваються упродовж місяців чи років. Зсуви, які рухаються на кілька сантиметрів на рік, практично неможливо помітити візуально, проте InSAR дозволяє картографувати такі рухи цілими гірськими схилами. Це допомагає у складанні інвентаризацій зсувів та карт схильності до них, а також у ранньому попередженні про ризик обвалів.

Наприклад, InSAR використовували в Альпах і Аппалачах для виявлення повільних зсувів, які можуть загрожувати дорогам або населеним пунктам. В одному дослідженні в районі водосховища Три ущелини в Китаї SBAS InSAR виявив численні нестабільні схили вздовж берегів, що дозволило владі скерувати геологічні обстеження у найбільш небезпечні зони nature.com mdpi.com. В Італії PS-InSAR із сузір’я Sentinel-1 включили до національної програми картографування зсувів, ідентифікуючи рухи в уже відомих зсувах, таких як повільний зсув в Анконі, і на раніше не виявлених нестабільних схилах. Європейський проєкт Terrafirma продемонстрував можливості InSAR для моніторингу стабільності схилів у Піренеях та Північній Італії en.wikipedia.org.

Типовий підхід полягає у використанні часових рядів InSAR (PS або SBAS) для розрахунку швидкостей зміщення схилів. Кластери точок із послідовним рухом вниз (наприклад, кілька см/рік) свідчать про повзучий зсув. Ці дані можуть стати підставою для наземних досліджень чи встановлення вбудованих приладів ще до того, як невеликий зсув переросте в катастрофічний обвал. Прикладом успішної реалізації є повільний зсув на Ла-Пальма (Канарські острови): InSAR зафіксував прискорення деформацій на одному з вулканічних схилів, за яким згодом вели пильний нагляд для оцінки ризику обвалу. Ще один приклад — у горах Сан-Гавріель (Каліфорнія) — коли InSAR допоміг відобразити сезонні переміщення земель у районах з високою ймовірністю сієїливих потоків та виявити схили, що вже були готові до зсуву після сильних дощів.

Підсумовуючи, InSAR додає цінний дистанційний шар для оцінки небезпеки зсувів. Він найбільш ефективний для довготривалих, повільних зсувів або для картування зміщень після події (наприклад, вимірювання, як зсув змінив рельєф місцевості). Однак навіть швидкі зсуви іноді можна дослідити після факту, порівнюючи SAR-знімки до і після події (якщо поверхня не була повністю зруйнована). Загалом, моніторинг зсувів за допомогою InSAR, особливо при об’єднанні з оптичними зображеннями й ГІС, є перспективною галуззю у сфері управління ризиками стихійних лих.

Моніторинг інфраструктури і міст

Оскільки радарні сигнали добре відбиваються від штучних конструкцій, InSAR природно підходить для моніторингу стійкості будівель та інфраструктури у міському середовищі. Persistent Scatterer InSAR, зокрема, використовує велику кількість сталих відбивачів у містах (таких як будівлі, мости та інші споруди), щоб відстежувати мінімальні вертикальні або горизонтальні зсуви. Це дало поштовх застосуванням у цивільному будівництві та міському плануванні — фактично використовуючи супутники для дистанційного визначення стану конструкцій і стабільності ґрунту під містами.

Наприклад, дані InSAR Sentinel-1 за 2015–2016 роки виявили деформацію ґрунту в центрі Сан-Франциско, точно визначивши райони осідання будівель. На зображенні вище зелені точки позначають стабільний ґрунт, а жовті, оранжеві та червоні — споруди, що осідають (віддаляються від супутника). Примітно, що хмарочос Millennium Tower виділяється червоним, що підтверджує його осідання до близько 40 мм на рік у напрямку лінії візування супутника esa.int (приблизно 50 мм/рік фактичного вертикального осідання за умов відсутності крену). Цей відомий випадок «споруди, що тоне» спочатку був відомий за локальними вимірюваннями, проте InSAR забезпечив комплексну карту прилеглої території, продемонструвавши, що осідання вежі було відхиленням у порівнянні з іншими будівлями esa.int. Така інформація є вкрай цінною для інженерів і міських служб: це допомогло підтвердити, що фундамент споруди справді є причиною значних зсувів і що необхідно провести укріплення. Окрім Сан-Франциско, PS-InSAR-карти міської деформації були створені для міст, таких як Лос-Анджелес, Мехіко, Шанхай і Амстердам, допомагаючи виявити проблеми осідання від метро, ущільнення намитої землі чи просідання від використання підземних вод.

Моніторинг інфраструктури за допомогою InSAR застосовується й до лінійної інфраструктури та критичних об’єктів. Наприклад, радарна інтерферометрія використовується для моніторингу залізниць і автомагістралей на предмет осідання ґрунту або зсувних зміщень уздовж їхніх трас. У Норвегії створений всенаціональний InSAR-сервіс регулярно перевіряє рух рейок і доріг esa.int esa.int. InSAR також застосовується для дамб і водосховищ — перевіряючи, чи не деформуються сама споруда або прилеглий до неї ґрунт, що може свідчити про небезпеку. Аналогічно, мости і тунелі у міських умовах (наприклад, проєкти метротунелів) досліджувалися за допомогою InSAR для контролю можливих дефляцій під час будівництва.

Ще один важливий напрям — моніторинг прибережної та портової інфраструктури; наприклад, відстеження осідань портових платформ або морських дамб. Також можна контролювати злітні смуги аеропортів і великі об’єкти, такі як стадіони чи електростанції, щодо осідання й підняття ґрунту. Фактично будь-який об’єкт, що розташований на стисних ґрунтах або у зонах просідання, може отримати перевагу від дистанційного моніторингу. Ключова перевага — InSAR охоплює всю територію дослідження і може періодично повертатися (для Sentinel-1 це кожні кілька днів чи тижнів) для оновлення інформації про деформацію — все без необхідності встановлювати фізичні сенсори на спорудах.

Підсумовуючи, InSAR став цінним інструментом в інфраструктурному менеджменті, забезпечуючи широкомасштабні, деталізовані дані про деформації. Багато комерційних компаній вже пропонують послуги моніторингу InSAR для міст і підприємств (наприклад, моніторинг кластера нафтосховищ на наявність осідання чи швидкісної залізниці). Це економічний додаток до польових інспекцій, часто даючи можливість виявити ранні ознаки рухів, які інакше залишилися б непоміченими до появи видимих пошкоджень.

Порівняння з іншими технологіями моніторингу деформацій

InSAR — потужна технологія, але як вона порівнюється з іншими методами, такими як GNSS (GPS)-зйомка чи оптичний дистанційний моніторинг? Нижче наведені основні відмінності, доповнення та компроміси:

InSAR проти GNSS: GNSS (Глобальні навігаційні супутникові системи, зазвичай GPS) дає точні вимірювання деформацій у трьох вимірах (північ, схід, вертикаль) у конкретних точках земної поверхні. Станція GNSS може реєструвати рухи безперервно (часто щодня або з ще більшою частотою), що робить її відмінною для фіксації змін у часі саме в цій точці. GNSS здатен досягати міліметрової точності для горизонтальних і вертикальних зміщень і не залежить від хмарності чи темряви. Однак GNSS-мережі рідкі — кожна станція охоплює тільки своє місцеположення, тож щільне покриття дороге й трудомістке. InSAR, навпаки, забезпечує просторово безперервне покриття деформацій на великих площах (мільйони вимірювальних пікселів), але вимірює тільки рухи вздовж напрямку візування супутника (комбінація вертикальної та горизонтальної складових) researchgate.net. InSAR зазвичай дає епізодичні вимірювання (коли пролетів супутник), а не справді безперервний запис, як у GNSS. Інша різниця — практичність: InSAR не потребує приладів на місці (що корисно у важкодоступних чи небезпечних районах), тоді як GNSS вимагає встановлення та обслуговування приймачів у кожній точці. За точністю GNSS часто краще реєструє дрібні довгострокові тренди, оскільки не чутливий до атмосферних завад на великих відстанях — має стабільну референсну систему. InSAR-вимірювання, особливо для дуже великих площ (>100 км), можуть містити похибки через атмосферні затримки чи орбітальні невизначеності agupubs.onlinelibrary.wiley.com agupubs.onlinelibrary.wiley.com. Наприклад, InSAR-сцена може показувати плавний нахил, зумовлений власне тропосферою, а не реальною деформацією. Дослідники часто комбінують обидва методи: використовують GNSS-дані для калібрування чи перевірки результатів InSAR або для отримання 3D-контексту (наприклад, розділення вертикальних і горизонтальних рухів), який не дає одна орбіта InSAR mdpi.com. Незважаючи на відмінності, ці дві технології дуже взаємодоповнюючі. Чітка теза: “GNSS забезпечує високоточні вимірювання в окремих точках, але ціною великих зусиль, тоді як InSAR дає дуже велику кількість даних по площі” mdpi.com. На практиці, сучасні дослідження деформацій поєднують GNSS і InSAR — GNSS дає стабільну референцію і безперервний запис у ключових точках, а InSAR деталізує просторові закономірності по всій території.
InSAR проти оптичного дистанційного зондування: Оптична зйомка (на кшталт аерофотознімків чи супутникових фото LandSat, SPOT тощо) — ще один метод виявлення змін на земній поверхні. Традиційні оптичні методи дозволяють бачити зміни, наприклад, сліди зсувів, розломи, карстові провали, але не дають змоги прямо виміряти дрібні деформації настільки точно, як InSAR. Один з оптичних методів вимірювання зміщень — визначення зсуву пікселів: за співставленням особливих деталей на двох зображеннях, зроблених із різницею у часі, можна виміряти горизонтальний зсув (використовується, наприклад, для картування зміщення під час землетрусів чи руху льодовиків). Та точність оптичного відстеження — це частка пікселя (зазвичай дециметри-метри на місцевості) — значно менша, ніж у InSAR (міліметри-сантиметри). Оптичні методи добре працюють для швидких і великих зсувів (наприклад, 2-метровий розрив при землетрусі чи 100 м/рік рух льодовика), тоді як InSAR — для повільних і малих (пару сантиметрів за місяці). Ще одне обмеження — оптичні сенсори потребують денного освітлення і ясної погоди. Радарний InSAR має значну перевагу — працює за будь-якої погоди, вдень і вночі capellaspace.com. Хмари, дим або темрява не заважають SAR, оптичну ж зйомку зупиняють хмари і потрібне світло. Для довгострокового моніторингу InSAR дозволяє отримати регулярні дані у хмарних районах (наприклад, у тропіках), де оптичні знімки часто недоступні. Водночас, оптичні дають справжнє кольорове чи інфрачервоне зображення, чого InSAR не має — тож вони кращі для візуальної ідентифікації пошкоджень чи змін (напр., межі зсуву чи руйнування будівлі). Виникають нові синергії: наприклад, використання високодетальних оптичних супутників для фіксації раптових подій, і SAR — для моніторингу довготривалих процесів. В окремих випадках зміни висоти можна вимірювати за допомогою оптичної фотограмметрії чи лідара (наприклад, поєднуючи цифрові моделі рельєфу до і після події з фотограмметричних знімків або лазерного сканування). Вони можуть дати детальні локальні результати, але зазвичай це разові проекти та вимагають складної обробки. InSAR залишається найбільш ефективним методом рутинного, широкомасштабного моніторингу деформацій.

Підсумовуючи, InSAR проти інших: InSAR відзначається просторовим охопленням і відносною точністю по площі, GNSS — перевагою безперервного та абсолютного вимірювання в точках, а оптичні методи корисні для великих дискретних змін і візуального контексту (а також у випадках, коли радар може не впоратись, наприклад, при надшвидких рухах з ефектом аліасингу). Найкраще — застосування мультисенсорного підходу: приміром, використання GNSS для корекції довгохвильових похибок у даних InSAR escholarship.org, або ж комбінування оптичних та SAR-даних для повного опису зсуву (оптичний метод покаже площу, а InSAR — швидкість зсуву).

Переваги та обмеження InSAR

Як і будь-яка технологія, InSAR має свої сильні та слабкі сторони. Розуміння цих аспектів є ключовим для ефективного застосування цієї методики:

Основні переваги InSAR:

Широке покриття з високою щільністю: InSAR дозволяє вимірювати деформацію на великих площах (сотні квадратних кілометрів) на одному знімку, з точками вимірювання через кожні кілька десятків метрів. Це дає мільйони точок даних — набагато більше просторове розділення, ніж у наземних спостережень usgs.gov. Це ідеальний інструмент для виявлення локальних зон деформації в межах великої території – наприклад, для знаходження невеликої просідаючої зони у цілому місті.
Дистанційне зондування (без наземних приладів): Оскільки технологія базується на супутниках, InSAR може моніторити віддалені чи важкодоступні місцевості (гори, пустелі, зони бойових дій) без будь-якої наземної інфраструктури. Це також дозволяє не наражати співробітників на небезпеку при обслуговуванні вузлів спостережень на вулканах, зсувних ділянках тощо.
Висока точність і чутливість: InSAR здатен виявляти дуже незначні рухи поверхні – порядку міліметрів-сантіметрів – протягом періоду повторної зйомки супутником en.wikipedia.org. Важко й дорого досягнути такої точності традиційними методами на великих площах. Технології на кшталт PS-InSAR додатково підвищують точність до кількох міліметрів на рік для стабільних об’єктів earthdata.nasa.gov.
Економічна ефективність: Використання наявних супутникових даних (особливо таких як безкоштовні Sentinel-1) є дешевшим порівняно з розгортанням густих мереж GPS або регулярними геодезичними міряннями. Для роботи з InSAR найчастіше потрібен лише час для обробки та відповідна експертиза – самі дані дедалі частіше відкриті та безкоштовні. Зазначено, що InSAR “зазвичай дешевший, ніж отримання поодиноких точкових вимірювань трудомісткими методами нівелювання й GPS” usgs.gov, особливо для регулярного моніторингу.
Всі погодні умови та незалежність від денного світла: Радіолокаційні сигнали практично не залежать від погоди (проникають крізь хмари) і не вимагають сонячного освітлення. Тобто InSAR може збирати дані навіть через хмари, дим, вночі capellaspace.com. Це велика перевага перед оптичною зйомкою у районах із частими хмарними покривами чи під час довгої полярної ночі, а також для оперативної реакції на події (інтерферограму можна зробити навіть якщо землетрус стався вночі чи під час негоди, тоді як оптичній камері потрібно чекати ясного дня).
Історичний архів даних: Існує великий архів SAR-даних (починаючи з 1990-х з ERS-1). У багатьох випадках можна проаналізувати минулу деформацію, обробивши архівні зображення. Такий ретроспективний аналіз дає змогу виявити рухи, які сталися до встановлення наземних приладів або залишилися непоміченими (наприклад, повільне просідання протягом десятиліть). Це фактично дозволяє “подорожувати в часі” для аналізу змін, якщо для відповідного періоду існують SAR-знімки.
Синергія з іншими даними: Результати InSAR можна інтегрувати з моделями чи іншими даними (наприклад, вставити карту зміщень з InSAR у модель підземних вод або руху розлому). Також InSAR допомагає спрямовано розгортати наземні прилади: наприклад, якщо InSAR виявив несподіваний рух в певній точці, дослідники можуть доставити туди GPS чи інші прилади для детальнішого вивчення usgs.gov.

Основні обмеження та виклики InSAR:

Декореляція сигналу: InSAR залежить від того, що радіолокаційний сигнал від певної ділянки лишається когерентним між знімками. Зміни поверхні можуть рандомізувати фазу, що унеможливлює вимірювання для таких областей. Ріст рослинності, оранка, зміни снігового покриву чи будівництво – усе це може спричинити декореляцію en.wikipedia.org en.wikipedia.org. У сильно зарослих або швидкозмінних ландшафтах великі ділянки інтерферограми можуть виглядати шумними (декорельованими) й не надавати даних. Зростає декореляція і при збільшенні інтервалу часу та просторової бази між зображеннями en.wikipedia.org. Новітні методи (PS, SBAS) пом’якшують це, концентруючись на стабільних точках чи коротших інтервалах часу, але декореляція лишається фундаментальною проблемою – наприклад, InSAR складно застосовувати в густих тропічних лісах (тому ведуться місії на L-діапазоні, який менше декорелюється в рослинності).
Вимірювання лише в лінії огляду (напрямне обмеження): InSAR фіксує лише зміщення у напрямку лінії огляду супутника (інцидентний кут зазвичай 20–45° від вертикалі). Тобто з одного датасету InSAR ми не отримуємо повний 3D-вектор зміщення researchgate.net. Вертикальний рух і компонент горизонтального руху в напрямку погляду радара фіксуються, але рух перпендикулярний до радарного променя (наприклад, північ-південь для супутників на полярній орбіті) може залишитися непоміченим. Для повної характеристики деформації зазвичай комбінують дві геометрії огляду (східний і західний проходи) або InSAR із GNSS. Також InSAR дає відносні зміщення між точками – зазвичай піксель обирають за еталон із нульовим рухом, і всі інші вимірювання – відносні. Будь-який рух, спільний для всього зображення, або довгохвильові наклони можуть лишитися непоміченими без зовнішніх референтів.
Атмосферні затримки: Зміни в атмосфері між радіолокаційними проходами можуть спричиняти фазові затримки, що імітують деформацію. Наприклад, кишеня волого повітря або відмінність у тиску можуть сповільнити сигнал радара, утворюючи фазовий малюнок, не пов’язаний із рухом земної поверхні en.wikipedia.org en.wikipedia.org. Такі атмосферні артефакти можуть бути від кількох до десятків кілометрів у розмірі, інколи формуючи “кільця” чи градієнти, які помилково можна сприйняти за справжню деформацію, якщо їх не скоригувати. Хоча існують методики для зменшення атмосферних впливів (стекування кількох інтерферограм, застосування метеомоделей чи GNSS-даних про водяний пар), це лишається значним джерелом помилок для дрібних деформацій. InSAR найнадійніший для сигналів із чітким просторовим розташуванням або часовою еволюцією, які відрізняють їх від випадкового атмосферного шуму.
Покриття супутниками та інтервал повторних зйомок: Незважаючи на кілька супутників у роботі, все ще існують обмеження щодо де і коли вони виконують зйомку. Супутники мають фіксовану орбіту й графік повторних проходів; якщо зйомка певної ділянки не запланована, зображень не буде (історично це призводило до прогалин у деяких районах). Раніше супутники ERS чи Envisat не охоплювали всюди постійно, тому в багатьох місцях архівних даних мало en.wikipedia.org. Нині Sentinel-1 забезпечує систематичне покриття, тоді як високороздільні комерційні SAR-супутники можуть працювати лише на запит. Тож моніторинг InSAR певної місцевості залежить від регулярних надходжень даних. Це не безперервний моніторинг на вимогу – дані надходять кожні 6–12 днів (або ще рідше у разі виходу супутника з ладу чи вимкнення). Якщо подія відбувається між проходами, можна побачити лише її сукупний ефект після події. Це не біда для повільних процесів, але для раптових – провалля чи зсуву – InSAR може не зафіксувати момент самої події (хоча зможе уловити передвісники чи результат).
Геометричні проблеми (накладання/тінь): SAR працює у бічному огляді, тому на ділянках з дуже крутим рельєфом (гори, урвища) чи у районах із високими будівлями можливі накладання (об’єкти різної висоти потрапляють в один піксель) або радарна тінь (немає даних на скатах, повернутих від сенсора) en.wikipedia.org. Тобто деякі місця (наприклад, північні схили гір для сходячої орбіти) не можна якісно знімати, і виникають прогалини в InSAR-покритті. У таких випадках допомагає наземний або повітряний InSAR, але супутниковий має своє обмеження за геометрією.
Вимагає експертних знань і обробки: Хоча даних багато, отримання достовірних результатів InSAR є нетривіальним завданням. Воно передбачає складну обробку (співставлення, формування інтерферограм, розмотування фази тощо) і ретельну аналітику для уникнення хибних сигналів. Результати можуть бути дуже чутливими до параметрів обробки. Проте нині це дедалі простіше із сучасними open-source інструментами та хмарними платформами, але для правильного тлумачення інтерферограм усе одно потрібна спеціалізована підготовка (наприклад, для розрізнення артефакту і реального сигналу деформації groundstation.space).
Обмеження при дуже швидких або великих зсувах: Якщо поверхня переміщується більш ніж на половину довжини хвилі радара між знімками (~2,8 см для C-діапазону, ~1,5 см для X-діапазону, ~12 см для L-діапазону), фаза може обмотатися декілька разів, що ускладнює її розмотування та інтерпретацію. Дуже швидкі рухи призводять до повної декореляції (наприклад, якщо землетрус змістив ґрунт на метр, ця зона може повністю втратити когерентність). Тому InSAR ідеально підходить для малих і середніх деформацій. Дуже великі зсуви (метри) чи гострі зміни (наприклад, вибух із кратером) можуть не фіксуватися окрім країв зони ураження.

На практиці багато з цих обмежень можна пом’якшити завдяки стратегії: використанню коротших інтервалів повтору, багатотемпоральних методик, додатковим даним для калібрування, та фокусуванню на відповідних ділянках. Незважаючи на свої недоліки, переваги InSAR часто переважають виклики, особливо зараз, коли даних багато. Це унікальний спосіб широкомасштабного спостереження, якому немає аналогів, і для багатьох задач деформації він став інструментом №1.

Реальні приклади з практики

Щоб проілюструвати наведені вище концепції, ось короткий добір прикладів з реального світу, де InSAR відіграв вирішальну роль:

Землетрус у Бамі 2003 року, Іран: InSAR використовувалася для картографування деформації від руйнівного землетрусу в Бамі. Інтерферограма показала ~25 см переміщення поверхні вздовж розлому. Ці дані допомогли науковцям визначити, що землетрус стався на невідомому раніше зсувному розломі, і дали уявлення про розподіл ковзання, що було важливим для переоцінки сейсмічної небезпеки в цьому регіоні.
Землетрус Тохоку 2011 року, Японія: Японський супутник PALSAR (ALOS) зафіксував величезну деформацію від землетрусу магнітудою 9,0 у Тохоку. Зміщення в лінії погляду перевищували метр у деяких місцях (декілька френжів), а після об’єднання з даними GPS вдалося виявити підняття морського дна, що і сприяло виникненню цунамі. Ця подія підтвердила цінність InSAR для картографування великих субдукційних землетрусів, доповнюючи густу GPS-мережу Японії.
Неаполь (Кампі-Флегрей), Італія: Метод сталих розсіювачів InSAR, використовуючи дані ERS/Envisat, а згодом COSMO-SkyMed, дозволяє постійно моніторити кальдеру Кампі-Флегрей – це неспокійна вулканічна область під густонаселеним містом. InSAR фіксував періоди підняття (наприклад, 2012–2013 рр.) на кілька сантиметрів, попереджаючи науковців і цивільну владу про зростання вулканічного тиску. Ці вимірювання разом із наземними датчиками визначають статус небезпеки (зараз підвищений, але без виверження) для цієї зони.
Центральна долина, Каліфорнія: Багаторічні часові ряди InSAR (спочатку Envisat, потім Sentinel-1) використовувалися Геологічною службою США для картографування просідання ґрунтів через відкачування підземних вод у Центральній долині Каліфорнії. Помітне відкриття: під час посухи 2012–2016 років окремі ділянки долини Сан-Хоакін осіли більш ніж на 60 см, що призвело до ушкоджень каналів і свердловин. InSAR-карти показали масштаб просідання, допомігши планувати заходи з водного менеджменту usgs.gov.
Осло, Норвегія (Міська інфраструктура): InSAR-дослідження в Осло виявили просідання центру міста, збудованого на намивних ґрунтах. Поєднання даних Sentinel-1 PS-InSAR та історичних радарних знімків продемонструвало: старі частини центрального вокзалу (на м’якому насипі) просідають, тоді як нові будівлі, закріплені на скельній основі, залишаються стабільними esa.int esa.int. Цей випадок продемонстрував, як InSAR дозволяє визначати локальні зони просідання в міському середовищі, допомагаючи інженерам визначати першочергові об’єкти для підсилення фундаментів.
Три ущелини, Китай: InSAR використовується для моніторингу схилів навколо велетенського водосховища Три ущелини. Після підняття рівня у водосховищі кілька схилів почали зміщуватися через насичення водою. Китайська влада застосовувала InSAR (разом із наземними датчиками) для раннього виявлення нестабільності схилів sciencedirect.com nhess.copernicus.org, що дозволило заздалегідь проводити евакуацію та зміцнювати банки водосховища. Це яскравий приклад того, як InSAR допомагає у поточному моніторингу безпеки великих інфраструктурних об’єктів.

Кожен із цих прикладів підкреслює особливі переваги InSAR — чи то велике покриття території (Центральна долина), точність (Кампі-Флегрей), чи здатність виявляти критичні зони (Осло, Три ущелини). Майже завжди інтерпретація InSAR проводиться разом із іншими даними (GPS-мережі в Японії, геодезичний нівелір у Каліфорнії чи геологічні дослідження в Норвегії). Висновок: з 1990-х років, коли технологія ще була експериментальною, InSAR перетворилася на робочий та надійний інструмент моніторингу деформацій у 2020-х роках.

Майбутні тренди та інновації в InSAR

Галузь InSAR швидко розвивається: на горизонті з’являються нові супутникові місії та методи обробки даних, які ще більше розширять її можливості. Ось кілька ключових майбутніх трендів і інновацій:

Нові багаточастотні SAR-місії: Запуск NISAR (NASA-ISRO Synthetic Aperture Radar) приблизно у 2025 році стане етапною подією. NISAR працюватиме на L- і S-діапазонах радару, надаючи багатий масив даних для досліджень деформацій. Довші хвилі L-діапазону (як у NISAR та майбутньої місії ESA BIOMASS із P-діапазоном) покращать моніторинг рослинних зон по всьому світу завдяки меншій декореляції earthdata.nasa.gov. Також з’являтимуться послідовні місії, наприклад, Sentinel-1C/D для підтримки покриття C-діапазоном. Поєднання різних частот (X, C, L, S, навіть P) з різних супутників дозволить проводити мультидіапазонний аналіз – наприклад, підтвердити сигнал у C-діапазоні за допомогою L-діапазону.
Вища періодичність та супутникові сузір’я: Тренд йде до збільшення кількості супутників і скорочення часу повторних зйомок. До кінця 2020-х, ймовірно, земна поверхня майже щодня зніматиметься SAR-сузір’ями малих супутників від приватних компаній (Capella Space, ICEYE тощо) на додаток до державних систем. Вища тимчасова роздільна здатність дозволить оперативніше фіксувати раптові явища і майже миттєво моніторити деформації. Наприклад, Capella Space впроваджує сузір’я на різних орбітах для отримання різних кутів огляду та дуже частих повторних зйомок capellaspace.com capellaspace.com. Частіші дані й автоматична обробка дозволять отримувати InSAR-карти вже за день-два після землетрусу чи деформації вулкану, аби швидко інформувати служби реагування.
Оперативні моніторингові сервіси: InSAR поступово стає не дослідницьким інструментом, а повноцінною операційною послугою державного рівня. Сервіси картографування деформацій на основі InSAR виникають на національному й регіональному рівнях. Приклад проєкту InSAR Norge — це щорічно оновлювані карти рухів поверхні по всій країні esa.int esa.int. Ще одна ініціатива — Європейська служба моніторингу руху ґрунту (EGMS), яка забезпечує послідовні PS-InSAR дані для всієї території Європи на основі Sentinel-1. Очікується, що така практика стане типовою і для інших країн (деякі вже впровадили, наприклад, національний портал Італії з моніторингу руху землі). Подібні сервіси доносять InSAR до кінцевих користувачів, які не є експертами, через зручні інтерактивні мапи стабільності місцевості. Широке впровадження таких послуг спонукатиме спільноту до уніфікації методів, підвищення надійності й врахування потреб користувачів (наприклад, для простого розрізнення різних причин руху).
Передова обробка та алгоритми: В аналітиці InSAR постійно з’являються інновації для покращення результатів. Наприклад, атмосферна корекція — це використання побічних даних (метеомоделі, GNSS-вимірювання вологості, або навіть самих SAR-даних — split-spectrum) для зниження атмосферного шуму earthdata.nasa.gov earthdata.nasa.gov. Інша новинка — машинне навчання й ШІ: вони застосовуються для фазового розгортання (надійніше розв’язання 2π неоднозначностей), розпізнавання типових патернів деформації (автоматичне “виловлювання” активізованих вулканів у сотнях часових рядів) чи інтеграції кількох видів даних. Дослідники вже застосовують некерований пошук аномалій на великих InSAR-масивах — наприклад, для виявлення потенційної вулканічної активізації чи інфраструктурних проблем на фоні шуму agupubs.onlinelibrary.wiley.com. Розробляють і нові алгоритми, наприклад, Distributed Scatterer InSAR (DS-InSAR), які поєднують PS і SBAS для залучення більшої кількості (навіть частково когерентних) пікселів у часових рядах, підвищуючи густину вимірювань у малозаселених зонах. Ще один прорив — трьохвимірний InSAR (SAR-томографія): використовуючи численні зйомки з різних кутів або групові супутники (TanDEM-X), можливо розділяти розсіювачі на різних висотах у межах одного пікселя (наприклад, відрізнити рух землі від руху будівлі у місті). Хоча це й ресурсомісткі алгоритми, із розвитком обчислювальної потужності вони ставатимуть доступнішими.
Інтеграція з іншими сенсорами: Майбутнє — це ще тісніша інтеграція InSAR з іншими просторовими та геофізичними сенсорами. Наприклад, поєднання InSAR та GNSS в автоматичних процесах: GNSS коригує довгохвильові похибки InSAR, а InSAR дає просторовий контекст для точок GNSS papers.ssrn.com. Інша інтеграція — з оптичними даними: наприклад, для підтвердження зсуву по супутникових знімках, де InSAR показує рух. У моніторингу небезпек InSAR може стати частиною мультисенсорної системи разом із сейсмодатчиками, тильтометрами, лідаром тощо, всі дані з яких надходитимуть до єдиного аналітичного центру — наприклад, вулканічної лабораторії. Мета — отримати більш цілісний моніторинг, де InSAR є лише одним інформаційним шаром.
Поляриметричний InSAR і нові додатки: Поляриметричний InSAR (Pol-InSAR), який поєднує різні поляризації радара з інтерферометрією, — перспективна технологія для аналізу режимів розсіювання, а також розділення рухів ґрунту та рослинності earthdata.nasa.gov earthdata.nasa.gov. Хоч метод ще поки спеціалізований, він зможе краще відділяти рух рослинності від руху ґрунту у зелених зонах. Також розширюються сфери застосування InSAR: наприклад, точне землеробство (моніторинг змін вологості ґрунту за імпульсами його розбухання і усадки, що детектуються InSAR), дослідження багаторічної мерзлоти (відстеження сезонних спучувань). Моніторинг стану інфраструктури може значно розширитись — можна буде регулярно “оглядати” кожен крупний міст чи дамбу високороздільним SAR, створюючи дистанційний індекс технічного стану споруд. InSAR вже застосовують для гліціології — дослідження динаміки льодовиків і льодових щитів, особливо в поєднанні з оптичними даними, для вимірювання руху криги чи зони «відриву» (особливо за хвиль довших, що здатні проникати крізь сніг і вловлювати рух криги).
Обчислення та робота з даними: Вибухове зростання обсягу SAR-даних (і через численні нові супутники), створює проблеми “великих даних”, але й відкриває нові можливості. Все частіше обробка й зберігання даних виноситься у хмару (Google Earth Engine тощо), що дозволяє запускати алгоритми InSAR напряму на підготовлених даних без потреби завантажувати терибайти сирого масиву. Автоматизовані пайплайни обробки InSAR (деякі відкриті, деякі комерційні) вже рутинно опрацьовують потоки даних майже в реальному часі — саме так функціонують оперативні служби моніторингу. Ця тенденція лише зростатиме, роблячи результати InSAR доступними навіть нефахівцям (можна буде просто авторизуватися у веб-порталі та переглядати “мапу” руху свого міста щомісяця).

Дивлячись у майбутнє, перспективи InSAR дуже оптимістичні. Як відзначають учасники індустрії, технологія “готова до стрімкого розвитку”: із кращими алгоритмами, інтеграцією ШІ та зростанням супутникового покриття InSAR відкриває нові горизонти — від екологічної науки до агросектору й моніторингу інфраструктури capellaspace.com. Можна уявити час, коли моніторинг InSAR стане таким же звичним і масовим, як супутникові метеопрогнози — щоденно відстежуючи “пульс” земної поверхні й допомагаючи запобігати небезпекам і підтримувати розвиток нашого середовища рівноважним. Чим більше очей у космосі й “розумних” інструментів на Землі, тим значимішим ставатиме InSAR для науки й суспільства — щоб бачити, як наша динамічна планета змінюється і рухається.

Джерела (Ключові джерела)

Основи інтерферометричного радіолокатора з синтетичною апертурою (InSAR) – Геологічна служба США usgs.gov usgs.gov
Вікіпедія: інтерферометричний радіолокатор з синтетичною апертурою – загальний огляд, сталі відбивачі й застосування en.wikipedia.org en.wikipedia.org en.wikipedia.org
NASA Earthdata (Z. Lu, 2006/2024): Інтерферометричний SAR: створюючи інструменти майбутнього вже сьогодні – докладне пояснення техніки InSAR та її розвитку earthdata.nasa.gov earthdata.nasa.gov
Університет Твенте, ITC: пояснення техніки SBAS (Small Baseline Subset) у InSAR ltb.itc.utwente.nl ltb.itc.utwente.nl
MDPI Remote Sensing (2022): Інтегрований аналіз InSAR та GNSS для осідання землі – порівняння точок InSAR та GNSS mdpi.com
Capella Space (2025): Як InSAR революціонізує спостереження за Землею – переваги SAR (будь-яка погода, ніч) та перспективи розвитку capellaspace.com capellaspace.com
ESA Copernicus Sentinel-1: Супутники підтверджують осідання хмарочосу Millennium Tower у Сан-Франциско – приклад міського осідання esa.int esa.int
Scientific Reports (2024): Дослідження осідання метро Мехіко – екстремальні темпи осідання ~500 мм/рік у Мехіко nature.com
Groundstation.Space (2022): Помилкові уявлення щодо інтерпретації даних InSAR – розглядаються проблеми, такі як роздільна здатність і усереднення (groundstation.space).
Дослідження ESA InSARap: Деформація Сан-Франциско та Осло – доведено можливість моніторингу в національному масштабі esa.int esa.int.