Design and implementation of a geodetic network for monitoring the Dnister hydroelectric complex using ground-based and remote sensing methods

Abstract

Мета цієї роботи – обґрунтування та практична реалізація високоточної системи геодинамічного моніторингу Дністровського гідроенергетичного комплексу. Цей стратегічний об’єкт (ГЕС-1, ГЕС-2 та ГАЕС) розташований у складних інженерно-геологічних умовах: на стику тектонічних плит, у зоні розломів та активного карсту. Це створює постійні ризики деформацій споруд, що вимагає надійного інструментального контролю. Методика. Запропоновано комбінований підхід, що поєднує наземні методи (ГНСС, нівелювання) та супутникову радарну інтерферометрію (InSAR). На основі ГІС-аналізу рельєфу та геології спроєктовано мережу із восьми нових комплексних геодезичних пунктів. Їх особливість – оснащення спеціальними кутовими відбивачами, завдяки чому супутники Sentinel-1 можуть чітко ідентифікувати пункти навіть на незабудованій місцевості. У травні 2025 р. виконано монтаж пунктів, а в липні – перший цикл вимірювань двочастотними приймачами. Результати. Створено повноцінний геодинамічний полігон. Аналіз ГНСС-спостережень показав, що фактична точність мережі перевищила розрахункову: середньоквадратична похибка в плані становила 1,2 мм, а за висотою – 5,6 мм. Це дає змогу фіксувати найменші зміщення земної поверхні. Перевірка ефективності кутових відбивачів за супутниковими знімками показала зростання інтенсивності сигналу на 10–12 дБ, що гарантує стабільність InSAR-моніторингу. Наукова новизна та практична значущість полягають у впровадженні інтегрованої методики, яка поєднує точність наземних вимірювань із масштабністю космічного зондування. Створена мережа забезпечує довготривалий контроль стабільності гребель та схилів, даючи змогу своєчасно виявляти небезпечні процеси (зсуви, просідання) для безаварійної експлуатації комплексу. Отримані дані стануть основою (нульовим циклом) для подальших регулярних спостережень.The aim of this work is to substantiate and practically implement a high-precision geodynamic monitoring system for the Dnister Hydroelectric Complex. This strategic facility (HPP-1, HPP-2, and PSP with an upper reservoir of 32.7 million m³) is in complex engineering-geological conditions: at the junction of tectonic plates, in a zone of faults and active karst. This creates risks of structural deformations, requiring reliable instrumental control. Methodology. A combined approach is proposed, integrating ground-based methods (GNSS, leveling) and Satellite Radar Interferometry (InSAR). Based on GIS analysis of relief and geology, a network of 8 new complex geodetic points was designed. A key feature is their equipment, which includes special corner reflectors, allowing Sentinel-1 satellites to clearly identify points even in undeveloped terrain. The installation was completed in May 2025, and the first measurement cycle using dual-frequency receivers was conducted in July. Results. A full-scale geodynamic polygon has been established. Analysis of GNSS observations revealed that the actual network accuracy exceeded the calculated value: the root mean square error is 1.2 mm in the plane and 5.6 mm in height. This allows for detecting the slightest ground displacements. Verification of corner reflectors using satellite imagery revealed a signal intensity increase of 10–12 dB, ensuring stable InSAR monitoring. Scientific novelty and practical significance lie in the implementation of an integrated methodology that combines the precision of ground measurements with the scale of spaceborne sensing. The created network ensureslong-term stability control of dams and slopes, enabling timely detection of dangerous processes (landslides, subsidence) for the accident-free operation of the complex. The obtained data will serve as a baseline for future regular observations.