SATELLITE BASED INSAR FOR OPERATIONAL MONITORING OF GROUND DISPLACEMENTS ACROSS VEGETATED OIL & GAS NETWORKS

ABSTRACT: Satellite based interferometric synthetic aperture radar (InSAR) has the unique ability to detect and monitor ground displacements across large and remote areas. This paper presents the results of a 2019-2020 pilot project monitoring a pipeline network distributed over more than 30,000 square kilometers in Alberta and Saskatchewan. The study area includes various terrains susceptible to landslides including wetland and muskeg with various land cover and land use. High resolution (3m), long-wavelength (L-band, 23.5cm) radar data from the ALOS-2 satellite, was used for this project to improve penetration through pervasive vegetation canopy, to measure displacement of the underlying ground surface and stable targets. Samples from the freely available, short-wavelength (C-band, 5.6cm) and coarser resolution (20m) Sentinel-1 satellite are also presented for comparison of the effects of resolution and wavelength. The paper describes the InSAR technology and type of products delivered for this project. It also explains the methodology used to post-process the data and identify potential ground displacement features affecting the asset within the monitoring area. Ground verification data are presented, and the values and challenges of InSAR data are discussed. The study concludes that high resolution L-band InSAR is a reliable and cost-effective tool for near real-time monitoring of ground displacement over very large areas. It can be used to optimize field activities (inspection/monitoring/mitigation) related to ground displacement hazards and can provide valuable information for the planning of future developments and route/site selections to avoid instabilities. Several challenges in the use of InSAR for pipeline geohazard monitoring were also identified during the project: very slow rate of movement such as creep may require a longer time to be identified and users need to understand the limitations and weaknesses of the technology. As such, the data must be reviewed by experienced geotechnical engineers to identify type of hazard, natural vs. man-made ground disturbance, and false positives.

RÉSUMÉ: L'interférométrie par satellite radar (InSAR) a la capacité unique de détecter et de surveiller les déplacements du sol dans des zones vastes et éloignées. Cet article présente les résultats d'un projet pilote, effectué en 2019-2020, de surveillance d'un réseau d’oléoduc réparti sur plus de 30 000 kilomètres carrés en Alberta et en Saskatchewan. La zone d'étude comprend divers terrains susceptibles de glissements de terrain, de terres humides et de fondrières avec diverses couvertures et utilisations des terres. Les données radar à haute résolution (3m) et à grande longueur d'onde (bande L, 23.5cm) du satellite ALOS-2 ont été utilisées dans ce projet afin d'améliorer la pénétration à travers le couvert végétal envahissant, pour mesurer le déplacement de la surface du sol sous-jacente et des cibles stables. Des échantillons du satellite Sentinel-1 à courte longueur d'onde (bande C, 5.6cm) et à résolution plus grossière (20m) disponibles gratuitement sont également présentés pour comparer les effets de la résolution et de la longueur d'onde. Le document décrit la technologie InSAR et le type de produits livrés pour ce projet. Il explique également la méthodologie utilisée pour traiter les données et identifier les caractéristiques potentielles de déplacement du sol affectant l'actif dans la zone de surveillance. Les données de vérification au sol sont présentées et les valeurs et les défis des données InSAR sont discutés. L'étude conclut que l'InSAR à haute résolution en bande L est un outil fiable et rentable pour la surveillance en temps quasi réel du déplacement du sol sur de très vastes zones. Il peut être utilisé pour optimiser les activités de terrain (inspection/surveillance/atténuation) liées aux risques de déplacement du sol et il peut fournir des informations précieuses pour la planification des futurs développements et des sélections d'itinéraires/sites pour éviter les instabilités. Plusieurs défis liés à l'utilisation de l'InSAR pour la surveillance des géorisques d’oléoduc ont également été identifiés au cours du projet : un taux de mouvement très lent tel que le fluage peut nécessiter un temps plus long pour être identifié et les utilisateurs doivent comprendre les limites et les faiblesses de la technologie. À ce titre, les données doivent être examinées par des ingénieurs géotechniciens expérimentés pour identifier le type de danger; les perturbations du sol naturelles comparées à celles causées par l'homme et les faux positifs.