InSAR coherence and phase information for mapping environmental indicators of opencast coal mining: a case study in Jharia Coalfield, Jharkhand, India

AbstractMapping and monitoring the environmental indicators of opencast coal mining can help immensely for efficient planning and management of mining operations, assessment of environmental impacts on land use, and execution of reclamation measures. Previous workers have found that areas of opencast mining can be delineated efficiently from optical multispectral data. However, it is difficult to distinguish unreclaimed abandoned or closed opencast mines from the active opencast mines in optical multispectral images. Similarly, overburden dumps cannot be distinguished from flat-lying degraded lands and recently reclaimed quarries covered with overburden materials. Overburden materials have a spectral response similar to that of bare rock outcrops and therefore are difficult to separate. In addition, coal dumps have a spectral response similar to that of the opencast mining area, occupied by coal seams and coaliferous matter, and therefore are also difficult to separate. In this work, the differential temporal decorrelation criterion of the terrain elements in InSAR data pairs has been utilized to distinguish unreclaimed abandoned or closed opencast mines from active opencast mines. Coherence information of InSAR data pairs with diverse temporal baselines provides temporal decorrelation of the scattering elements in individual resolution cells or pixels of the terrain elements. Contrast in coherence values between abandoned or closed opencast mines and active opencast mines or other land use - land cover classes is more pronounced in the InSAR data pairs with shorter temporal baselines. Shorter temporal baseline InSAR data pairs also facilitate the generation of a high-quality DEM from InSAR phase information due to substantially less temporal decorrelation noise. An ERS SAR tandem data pair with a 1-day temporal baseline was found to be the best suited for delineating unreclaimed abandoned or closed opencast mines from the active opencast mines among all the data pairs. High overall coherence in the data pair also facilitates the generation of a good quality, spatially consistent DEM from which overburden and coal dumps could be successfully delineated from the surrounding areas due to their higher relative elevations.La cartographie et le suivi des indicateurs environnementaux des exploitations de charbon à ciel ouvert peuvent aider grandement à la planification et la gestion efficaces des opérations minières, à l'évaluation des impacts environnementaux sur l'utilisation du sol et à l'exécution de mesures de restauration. Des travaux antérieurs ont montré que l'on peut délimiter efficacement les zones d'exploitation à ciel ouvert à l'aide des données optiques multispectrales. Cependant, il est difficile de faire la distinction dans les images multispectrales entre les exploitations à ciel ouvert abandonnées non restaurées ou fermées et les exploitations à ciel ouvert en activité. De la même manière, les dépôts de morts-terrains qui comprennent également des terres dégradées à relief plat ainsi que des carrières récemment restaurées recouvertes de morts-terrains ne sont pas séparables. Les matériaux des morts-terrains ont des réponses spectrales semblables à celles des affleurements de roche nue et, conséquemment, ils sont difficiles à distinguer. De plus, les décharges de résidus de charbon ont des signatures spectrales semblables à celles des zones d'exploitation à ciel ouvert occupées par des couches de charbon et des matériaux carbonifères et ainsi ne pouvaient être séparées de ces dernières. Dans ce travail, on a appliqué un critère de décorrélation temporelle différentielle aux éléments du terrain sur des couplets de données InSAR pour distinguer les exploitations à ciel ouvert abandonnées non restaurées ou fermées des exploitations à ciel ouvert en activité. L'information sur la cohérence dans les couplets de données InSAR avec diverses périodes de référence temporelle fournit une décorrélation temporelle des éléments de diffusion dans les cellules de résolution ou les pixels individuels des éléments du terrain. Le contraste dans les valeurs de cohérence entre les mines à ciel ouvert abandonnées ou fermées et les mines à ciel ouvert en activité ou les autres classes d'utilisation du sol et du couvert est plus prononcé dans les couplets de données InSAR avec une référence temporelle plus courte. Les couplets de données InSAR avec une référence temporelle plus courte facilitent aussi la génération de MNE de haute qualité à partir de l'information sur la phase InSAR à cause du niveau nettement plus faible de bruit de décorrélation temporelle. Dans cette recherche, parmi tous les couplets de données, le couplet de données tandem RSO ERS avec une référence temporelle de 1 jour s'est avéré être le mieux adapté pour délimiter les exploitations à ciel ouvert abandonnées non restaurées ou fermées par rapport aux mines à ciel ouvert en activité. La cohérence généralement élevée dans le couplet de données facilite également la génération d'un MNE de bonne qualité et spatialement cohérent à partir duquel les dépôts de morts-terrains et les décharges de résidus de charbon peuvent être délimités avec succès par rapport aux zones environnantes en raison de leur élévation relativement plus élevée.[Traduit par la Rédaction]

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