Družicový monitoring v obci Tuchlovice

Co se děje kolem Vás: Družicový monitoring západní části kladenského revíru  

Těžba černého uhlí v kladenském revíru byla ukončena v roce 2002. Od té doby dochází k postupnému zatápění vydobytých prostor.

Téměř dvě stě let trvající těžby uhlí se projevovala jak ztrátou vody, tak poklesy povrchu. Mnohé stavby v Tuchlovicích jsou dokladem těchto změn. Od čtyřicátých let minulého století jsou tyto pohyby povrchu pravidelně monitorovány. Jedny z největších poklesů byly zaznamenány také v Tuchlovicích. Od počátku měření byly dokumentovány největší poklesy v okolí ulic Hornická, Mírová, Národního odboje, a to až 4 m oproti stavu před počátkem měření.

Ukončení těžby znamenalo i postupný konec poklesů povrchu. Postupné zatápění podzemí kladenského revíru, vedlo k jejich zastavení. Na druhou stranu to ale neznamená trvalé uklidnění. Téměř dvě stě let trvající těžba vedla k dlouhodobému odvodnění horninových vrstev nad slojí. Tyto vrstvy ve velké míře obsahují jílové minerály, které při zpětném zavodnění bobtnají. A byť jsou to mikroskopické objemy v celkovém objemu hornin v nadloží vydobyté sloje mají významné dopady. Monitorování pohybů nebylo po ukončení těžby zastaveno, a tak státní podnik DIAMO, který převzal do své správy kladenské revír, dnes na některých místech v Tuchlovicích přibližně od poloviny minulé dekády monitoruje přechod od poklesů území k jeho zdvihům. V některých místech až 4 milimetry za rok. Souvisí to právě s postupným zavodňováním nadložních vrstev, které byly téměř 2 století osušovány.

Pohyby území jsou sledovány nejen pravidelným měřením státního podniku, ale jsou také plošně registrovány družicovým snímáním v rámci evropského programu Copernicus, spuštěným v r. 2014. Pro zájemce - informace o programu Copernicus je možné nalézt na webových stránkách tohoto evropského programu - https://egms.land.copernicus.eu/. Obrázku můžete vidět jak kladenský revír „vystupuje“ o okolí, které je více méně bez změn.

Jak takovýto monitoring funguje? K monitorování povrchu jsou využívány přirozené odrazy družicového radarového signálu od existující zástavby. Přesnost měření je dána obrovským množstvím dat a výpočetními metodami jejich zpracování. Přímo na webových stránkách programu můžete na mapce Evropy vidět území se zdvihy či jeho poklesy. Ukázka detailních odrazů na území Tuchlovic je na dalším obrázku. Monitoring je v místech zástavby díky velkému počtu dat i velmi přesný, milimetry za rok, chybí ale území bez zástavby.

Žijeme v době digitalizace, automatizace, umělé inteligence, a státní podnik DIAMO nechce zůstat stranou. Jednou z oblastí přímo předurčenou k digitalizaci je právě monitoring po skončené těžbě. A program Copernicus s veřejně dostupnými daty je pro toto příležitostí. Proto byl v loňském roce zahájen výzkumný projekt Digitalizace automatizace monitoringu (akronym DiAMo), s dotační podporou Technologické agentury ČR z programu Prostředí pro život, jehož cílem je využít nových digitálních technologií a vyvinout metodu monitoringu povrchu, využívající družicového snímání v kombinaci s doplňkovými povrchovými automatizovanými měřeními. Státní podnik naplňuje zodpovědnost státu za zahlazování následků minulých těžebních aktivit. Zodpovědnost za zahlazování následků hornické činnosti, tj. za vypořádání případné škody na majetku z prostředků státu, je postavena na pravidelném monitoringu o třech pilířích: (1) přesnost, (2) důvěryhodnost a (3) soustavnost. A to je přesně předmětem a cílem výše zmíněného projektu. Vyvinout metodu, která bude dostatečně přesná, důvěryhodná pro stát, úřady i stavebníky, a také plošně i dlouhodobě dostupná.

Jako testovací území byla vybrána západní část kladenského revíru zhruba mezi obcemi Lány – Kačice – Tuchlovice – Kamenné Žehrovice. Pro účely projektu jsou vyžívány radarové signály z družic Sentinel-1a a Sentinel-1b, z výšky 693 km nad povrchem Země, ve 12denních oběhových cyklech. Každá družice má dva radary a dva snímače, otočené ve směru a v protisměru letu družice. Při každém obletu, tj. celkem 30krát za rok, tak vznikají v testovacím území série čtyř sad radarových snímků, ve kterých je pak možno po příslušném matematickém vyhodnocení nalézt konkrétní místa s vysokou intenzitou odrazu, a na nich odečíst konkrétní vertikální pohyb – to vše s přesností mm za rok.

Vyvíjená metoda musí pokrývat celé území, nikoliv jen intravilány obcí. Je to dáno jak z důvodů jeho budoucího využití, tak pro liniovou infrastrukturu. Jen soustavným monitoringem lze určit požadavky na ochranu staveb před vlivy minulé hornické činnosti, jen tak lze snížit riziko vzniku budoucích důlních škod. K vykrytí území bez přirozených odrazů, slouží doplnění o takzvané koutové odražeče, malé plochy pro odraz družicového signálu. Tyto koutové odražeče mohou být relativně malé, protože jejich předností je přesná konstrukce a natočení vůči družicovému signálu, a tedy vysoká kvalita odrazu, a tedy i dat, které takto pro účely monitoringu získáme. K dalšímu zpřesnění získaných dat pak slouží přijímače GPS, osazené na vhodných místech v obcích a v okolním terénu, tzv. GNSS přijímače (Global Navigation Satellite Systém, česky - globální družicový polohový systém). Celý monitorovací plán na povrchu je na mapce okolí Tuchlovic.

Koutové odražeče, v minulosti pro tyto účely vyvinuté, jsou ale velmi robustní – a nevzhledné. Představte si jakýsi hranatý tří stěnový trychtýř, o hraně 1 m, otočený k obloze. To jsme si ve vašem krásnem okolí nemohli dovolit. Proto jsme navrhli a vyzkoušeli koutový odražeč v podobě zdvojené lavičky o stěně 65 cm. Prototyp umístili v odlehlém místě pod tuchlovickou haldou. První měření družicového odrazu naznačují, že vyvinutý tvar velmi dobře splňuje požadavky na vysokou odrazivost družicového signálu. Ve všech 4 družicových snímačích bylo detekováno významné zvýšení odrazivosti daného místa – o 350, 450, 550 a 800 % oproti průměrné hodnotě před instalací lavičky. Po drobných konstrukčních úpravách – zmizí žebra na zádové straně a budou zaobleny ostré hrany, bude dalších 14 kusů instalováno na dalších místech kladenského revíru v průběhu tohoto čtvrtletí, jak je znázorněno na mapce zkoumaného území. Na lavičkách budou umístěny QR kódy o informacích o projektu i o kladenském revíru. Prototyp pod tuchlovickou haldou i finální návrh dvoj lavičky můžete vidět na dalších obrázcích. Více o projektu a jeho výsledcích v některém z dalších čísel tohoto zpravodaje.

RNDr. Jiří Slovák, DIAMO, s. p., manažer projektu,

Doc. Ing. Eva Jiránková, Ph.D., Ústav geoniky AV ČR

Stručně o projektu:

Cíl projektu: Vývoj expertního systému digitalizovaného automatizovaného monitoringu na bázi propojených družicových a pozemních metod k monitoringu synergických vlivů důlních, podzemních a povrchových vod na pohyby a deformace povrchu v souvislosti s ukončením těžby uhlí. Vývoj systému digitálního monitoringu je realizován na příkladu západní části kladenského revíru, v území mezi obcemi Kamenné Žehrovice, Tuchlovice a Lány. 

Doba řešení projektu:      04/2024–6/2026

Hlavní řešitel projektu:    DIAMO, s. p.,

Manažer projektu:             RNDr. Jiří Slovák, o. z. Příbram, kontakt: slovak@diamo.cz

Partneři projektu:             Ústav geoniky AV ČR, v. v. i.

                                            Ústav teorie informace a automatizace AV ČR, v. v. i.

                                            Výzkumný ústav geodezie, topografie a kartografie, v. v. i.

                                             Hydrometeorologický ústav