Радар с синтезированной апертурой L-диапазона для горнодобывающей промышленности

Компания ASTERRA, занимающаяся мониторингом инфраструктуры, использует технологию SAR L-диапазона для разработки решений для горнодобывающего сектора.

В то время как многие применения спутниковых снимков основаны на использовании известных электрооптических (или просто оптических) приборов, радар с синтезированной апертурой, или SAR, является еще одним датчиком дистанционного зондирования, который способен посылать собственное излучение на объект и затем регистрировать количество этого излучения, отраженного обратно после взаимодействия с Землей. Он относится к категории активных датчиков дистанционного зондирования, способных вести наблюдение в темноте, при облачности и дожде.

Различные длины волн, на которых работают приборы SAR, называются диапазонами с буквенными обозначениями, такими как X, C, L и P, а средние длины волн показаны на рисунке ниже. Учитывая разнообразие длин волн, каждый диапазон имеет различные области применения: SAR X-диапазона обычно используется для мониторинга с высоким разрешением, а также для мониторинга льда, снега и океана; SAR C-диапазона обычно используется для непрерывного глобального картографирования и обнаружения изменений; SAR L-диапазона обычно используется для мониторинга поверхности земли; SAR в P-диапазоне обычно используется для картографирования растительности.

SAR в L-диапазоне

SAR L-диапазона обычно работает на длинах волн 15-30 см и часто используется для наземного мониторинга, такого как наземная инфраструктура (трубопроводы, деформация грунта и т.д.), а также для прогнозирования землетрясений и извержений вулканов. В отличие от более распространенных SAR X-диапазона и C-диапазона, SAR L-диапазона может проникать в почву на различную глубину, в зависимости от почвенных условий. Хотя SAR в L-диапазоне не позволяет получать изображения с таким высоким разрешением, как в X- и C-диапазонах, он хорошо работает в районах с густой растительностью, что означает, что он является эффективным решением для районов, труднодоступных для мониторинга или получения данных.

По состоянию на сентябрь 2023 года на орбите в настоящее время работает лишь несколько спутников SAR L-диапазона: спутники SAOCOM аргентинского космического агентства CONAE, спутник ALOS-2 японского космического агентства JAXA и спутник Ludi Tance 4-01 китайского космического агентства CNSA.

Забегая вперед, отметим, что планируется запуск как минимум двух спутников SAR L-диапазона: NISAR, созданный в партнерстве между американским космическим агентством NASA и индийским космическим агентством ISRO, запуск которого ожидается в 2025 году, а также миссия ROSE-L, которая является частью следующего поколения программы Copernicus Ожидается, что спутник будет запущен в 2028 году. Наряду с этим, по крайней мере, одна частная компания, занимающаяся наблюдением за Землей, объявила о планах запуска миссии SAR в L-диапазоне - канадская компания Alpha Insights планирует запустить миссию SAR в двух диапазонах (X и L).

Как ASTERRA использует технологию SAR в L-диапазоне

ASTERRA (ранее Utilis) - стартап со штаб-квартирой в Израиле, который предоставляет водоканалам, правительственным учреждениям и менеджерам инфраструктуры аналитические данные о том, что происходит на их крупнейших объектах инфраструктуры. Компания использует радиолокационную аналитику, запатентованные алгоритмы и искусственный интеллект для обнаружения утечек, оценки состояния труб, изучения полезных ископаемых и определения влажности почвы вблизи крупных объектов, включая трубопроводы, автомобильные и железные дороги, дамбы, коммерческие объекты и шахты.

ASTERRA использует данные SAR L-диапазона, которые могут проникать в почву на различную глубину в зависимости от почвенных условий, для определения подземной влажности почвы. По сравнению с традиционными методами определения влажности почвы, такими как лабораторный метод, который включает в себя лабораторное тестирование полученных образцов почвы, или метод прямых полевых испытаний, который включает в себя зонд, прикрепленный к измерительному прибору, вставленному в почву, использование данных, полученных со спутников, является более масштабируемым. Несмотря на точность, эти методы не позволяют оценить обширную территорию, что имеет решающее значение для коммерческого применения для мониторинга инфраструктуры, такой как трубопроводы, плотины и шахты.

В следующем разделе обсуждается, как решение ASTERRA для земляных работ использует измерение влажности почвы на основе данных L-диапазона SAR, которые могут быть использованы для обеспечения безопасности в шахтах.

L-диапазон SAR для обеспечения безопасности в шахтах

Безопасность горных работ, которая является постоянной темой для обсуждения в горнодобывающем секторе, приобретает все большее значение в связи с изменением климата. В то время как слабые места конструкций и открытые карьеры представляют опасность для людей, работающих в шахтах, глобальное потепление повышает вероятность наводнений, оползней и других геофизических угроз. В 2022 году около половины крупных аварий на шахтах были вызваны либо структурными рисками для хвостохранилищ, либо геофизическими рисками в районах эксплуатации, которые можно отслеживать и потенциально избежать.

Современные методы реагирования на такие риски, как правило, основаны на использовании датчиков движения или получении данных с помощью беспилотных летательных аппаратов для выявления проблем при их визуальном обнаружении. Однако решения ASTERRA, основанные на данных SAR со спутников, охватывают гораздо более широкую область. Даже при однократном прохождении спутника мониторинг может проводиться на площади более 3500 кв. км (1359 кв. миль), что на самом деле невозможно с помощью полевых специалистов и наземных датчиков. Спутниковый мониторинг обеспечивает масштабируемое решение для шахт, позволяющее постоянно выявлять риски и принимать меры по их снижению.

Примером успешного проведения земляных работ может служить работа ASTERRA с хвостохранилищем в Северной Европе. В рамках проекта EarthWorks, который был выбран оператором шахты для проведения земляных работ, были использованы данные SAR в L-диапазоне для составления карт подповерхностной влажности почвы для выбранной области. Из них примерно на 2% территории была выявлена высокая влажность почвы, что в сочетании с топографическими данными этого района, а также данными, полученными от других наземных датчиков, позволило получить критическую информацию о структурной целостности этого района. Таким образом, благодаря постоянному мониторингу влажности почвы с помощью SAR операторы горных работ использовали этот дополнительный уровень данных в своих инструментах оценки инфраструктуры, что позволило им улучшить свои возможности по мониторингу безопасности горных работ.

В дополнение к обеспечению безопасности на шахтах, ASTERRA также является пионером в использовании L-диапазона SAR для разведки месторождений, о чем рассказывается в следующем примере использования SAR для определения местоположения залежей лития.

L-диапазон SAR для разведки месторождений

По мере того, как мир переходит к экономике чистой энергетики, ожидается рост спроса на различные полезные ископаемые, которые будут способствовать этому переходу. Как отмечается в отчете Международного энергетического агентства (МЭА) "Обзор рынка важнейших полезных ископаемых", "спрос на литий вырос втрое, в то время как спрос на никель и кобальт увеличился на 40 и 70% соответственно в период с 2017 по 2022 год". Таким образом, глобальный переход к энергетике в значительной степени зависит от наличия нескольких важнейших полезных ископаемых.

Данные радиолокационной станции L-диапазона, обладающие способностью проникать сквозь грунт, могут быть использованы для определения различных физических свойств поверхности путем измерения типа рассеяния, создаваемого поверхностью. Используя метод, называемый поляриметрией, данные SAR можно использовать для получения различной и дополнительной информации об одной и той же поверхности, с помощью которой из космоса можно идентифицировать важные минералы, такие как литий.

ASTERRA, благодаря своим запатентованным алгоритмам и методам обработки, смогла успешно обнаружить литий в Неваде. Благодаря сотрудничеству с компанией по разведке полезных ископаемых ACME Lithium, технология ASTERRA позволила обнаружить примерно в два раза больше вероятных залежей лития в этом районе, чем было подтверждено традиционными методами геохимических исследований. Таким образом, решение на основе SAR позволило точно определить места, содержащие различные сорта лития, что позволило ACME увеличить количество мест залегания лития, а также потенциально сократить время и затраты на разведку. Кроме того, метод ASTERRA не предполагает какой-либо деятельности на местах или необходимости создания инфраструктуры, что означает, что технология не оказывает никакого воздействия на окружающую среду.

Как решения ASTERRA способствуют достижению целей устойчивого развития

ASTERRA использует данные из космоса для защиты ограниченных природных ресурсов и мониторинга общественной инфраструктуры на Земле. Предоставляя картографию насыщенности подземных вод с очень высоким пространственным разрешением на трех основных рынках: водоснабжение, очистка сточных вод и оценка наземной инфраструктуры, ASTERRA вносит свой вклад как минимум в достижение трех из семнадцати целей Организации Объединенных Наций в области устойчивого развития (ЦУР 6, 9 и 13). В представленных выше примерах решения ASTERRA продемонстрировали, как компания вносит свой вклад в достижение ЦУР 9, связанных с промышленностью, инновациями и инфраструктурой.