Нефтегазовая отрасль и использование радиолокационной съемки

Радиолокационная съёмка и её производные продукты набирают популярность. Это легко объяснить особенностями данного вида съёмки Земли: ни погода, ни время суток практически не влияют на качество изображения.

Радиолокационная съёмка (РЛС) — разновидность космической съёмки, в которой для получения информации используется микроволновый диапазон излучения с длинами волн от 1 см до 1 м. РЛС является активным методом дистанционного зондирования Земли. На спутниках установлена радиолокационная синтезированная апертура (SAR), которая позволяет выполнять съёмку.

Первые испытания РЛС проходили в США и СССР еще в 1960-х годах для поиска судов в высоких широтах и других военных целей. В 1968 году в СССР Лаборатория аэрометодов Министерства геологии СССР начала первые испытания площадной радиолокационной аэрофотосъёмки для нужд геологии. В испытаниях использовались советские радиолокационные системы бокового обзора (РЛСБО) «Торос» и «Нить». Первая радиолокационная съёмка из космоса с разрешением 25 м была произведена в 1978 году со спутника SeaSAT. А в 1981 году снимки с пространственным разрешением 40 м сделал космический корабль «Шаттл». Активное использование радиолокационной съёмки началось в 1991 году вместе с запуском спутника ERS-1 с радиолокатором. Изначально цель использования первого гражданского радиолокационного спутника со средним пространственным разрешением (20 м) ограничивалась мониторингом морей. Однако после прохождения спутником нескольких полных циклов вокруг Земли выяснилось, что кроме морских приложений, у этого спутника имеется большой потенциал для решения различных задач на суше.

Таблица 1. Наиболее распространённые диапазоны радиолокационной съёмки

Принцип работы радиолокационного спутника: космический аппарат посылает радарный сигнал в микроволновом диапазоне, который достигает земной поверхности и отражается от неё, а также частично проникает внутрь. Радиосигнал может проникнуть вглубь на расстояние равное половине длине волны. Интенсивность отражённого сигнала определяется свойствами поверхности (шероховатость, влажность, ориентация в пространстве, крутизна склонов, диэлектрическая проницаемость и др.) и длиной волны излучения, поэтому для разных задач подходит разный диапазон съёмки (рис. 1). После этого отражённый сигнал возвращается на спутник и регистрируется.

Рис. 1 Сравнение падения радарных лучей в разных диапазонах

Радиолокационная съёмка имеет множество применений в разных сферах: лесном и сельском хозяйстве, океанографии, градостроительстве, транспортной структуре, а также и особенно в добывающей промышленности, в том числе в нефтегазовой отрасли.

Применение радиолокационной съёмки в нефтегазовой отрасли:

• Создание и обновление топографических карт различных масштабов, инвентаризация объектов в местах добычи и охранных зон. Особенно это актуально для регионов с длительной облачностью, таких, как Дальний Восток.
• Мониторинг разливов нефти в морских акваториях. Нефтяной разлив представляет собой тонкую плёнку отличную по текстуре и структуре от воды. На радиолокационных снимках нефтяные разливы отличаются:
• правильной и простой геометрической формой;
• сглаженными границами с немного большим градиентом, чем у покрытия природного происхождения;
• небольшим размером (большие пятна обычно являются покрытиями естественного происхождения, например, скоплениями водорослей или планктона).

Мониторинг разливов нефти важен не только для мест добычи нефти, но и для нефтеналивных портов и акваторий, где пролегают пути следования нефтяных танкеров. Некоторые корабли сбрасывают топливные отходы на подступах к порту, чтобы не платить за утилизацию и переработку отработанного топлива. Также по радиолокационным данным можно обнаружить суда, у которых отсутствует сигнал слежения.

• Анализ рельефа. Радиолокационная съёмка фактически сканирует территорию, на основе полученных данных может быть создана цифровая модель местности и рельефа.
• Мониторинг смещений земной поверхности с помощью интерферометрической обработки радиолокационной съёмки. Интерферометрические измерения проводятся с использованием пар снимков одной и той же территории, полученных при разных положениях сенсора и в разный временной промежуток. Для формирования таких пар используется цикл повторного пролёта над территорией. Необходимы SSC-данные для получения информации об интенсивности и фазе излучения. Величины смещений определяются за счёт вычисления разницы между точками отражения на снимке. Точность измерений может быть меньше миллиметра. Интерферометрические методы (INSAR ― Interferometric Synthetic Aperture Radar) могут использоваться только при хорошей схожести парных изображений. 

Трубопроводы для транспортировки нефти и газа часто пролегают в местах, где с большой долей вероятности могут происходить смещения земной поверхности: карстовые, склоновые и т. д. Интерферометрическая обработка радиолокационной съёмки позволяет избежать катастрофы при серьёзных изменениях земной поверхности. Частая повторяемость съёмки (в среднем каждые 7–11 дней) и большая площадь кадра позволяют проводить мониторинг на регулярной основе.

Радарная интерферометрия применима и в других отраслях жизнедеятельности человека:

• В градостроительстве с помощью радарной интерферометрии можно определять уровень смещения зданий и склонов.
• В добывающей промышленности проводят постоянный мониторинг состояния местности, чтобы избежать опасных ситуаций. В местах добычи полезных ископаемых часто возникают просадки земной поверхности из-за образования пустот внутри. 

Важной задачей сейчас стоит автоматизация процесса проведения интерферометрического анализа, чтобы при получении нового радиолокационного снимка программа могла автоматически анализировать смещения относительно предыдущего положения точек, и могла бы сама подать сигнал о необходимости принять меры предосторожности. Глубокое обучение интерферометрической обработке радиолокационных космических снимков пока не применялось нигде в мире, и компания «Иннотер» является первопроходцем в данном направлении.