L’interpretazione dei dati InSAR satellitari per la definizione dei processi deformativi attivi sul territorio

Metodologie per la quantificazione dei fenomeni deformativi

Le tecniche basate su metodologie A-DInSAR (Advanced Differential Synthetic Aperture RADAR Interferometry) sono oramai ampiamente utilizzate per la quantificazione e la comprensione dei fenomeni deformativi che possono interessare il territorio e le strutture o le infrastrutture. Grazie all’uso di numerose acquisizioni SAR satellitari, tali tecniche permettono di analizzare processi (ad esempio frane o subsidenza) in aree vaste o inaccessibili, rispetto alle classiche metodologie di monitoraggio in-situ e senza la necessità di installazione di strumenti in loco.

La tecnica A-DInSAR più diffusa è la cosiddetta Persistent Scatterers Interferometry (PSI) che permette di ottenere numerosi punti di misura ognuno dei quali è caratterizzato da una serie temporale di spostamento con accuratezza dell’ordine dei millimetri. Tali punti (detti Persistent Scatterers - PS) possono essere classificati con colori che identificano gli spostamenti misurati in millimetri/anno (Figura 1). L'utilizzo delle tecniche A-DInSAR permette non solo di individuare un dato processo deformativo, passato o in atto, ma anche di stimarne l'evoluzione nel tempo e nello spazio.

Generalità della tecnica A-DInSAR

I satelliti SAR possono acquisire in due geometrie diverse:

il passaggio del satellite su una stessa area avviene in direzione circa Nord-Sud (geometria discendente) ed in direzione circa Sud-Nord (geometria ascendente) (Figura 2). A causa della configurazione side-looking dei satelliti, la stessa area, quindi, viene rilevata da due angoli di vista quasi complementari.

È bene osservare che la geometria di acquisizione, anche in funzione delle orbite dei sensori SAR, può determinare delle difficoltà oggettive nel rilevamento degli spostamenti con determinate caratteristiche. Ad esempio, in aree caratterizzate da elevata energia di rilievo o con geometria speculare rispetto all’inclinazione di misura del satellite sul piano orizzontale si possono presentare problemi di distorsione dell’immagine (layover) o addirittura zone d’ombra (shadowing) che possono rendere difficoltosa l’analisi dei dati (Figura 3).

Inoltre, sotto determinate condizioni di movimento (es. spostamenti a forte componente orizzontale con prevalente direzione N-S o con determinate inclinazioni), può risultare possibile l’analisi del dato, ma non la misura accurata del movimento.

In questi ultimi casi, se non analizzati attentamente, si possono determinare interpretazioni errate o non congruenti con il fenomeno indagato.

Importanza della post-elaborazione

Poiché ad un occhio inesperto potrebbe risultare complesso interpretare il significato di ogni elemento di un dataset contenente centinaia di PS, si sta attribuendo un peso sempre maggiore alle attività di post-elaborazione.

Infatti, la caratterizzazione e l’interpretazione di tali punti di misura durante le attività di post-elaborazione, è di fondamentale rilevanza per la comprensione del comportamento dei fenomeni deformativi o nel determinare la stabilità di un edificio o di una infrastruttura. Inoltre, tali analisi possono supportare un sistema decisionale in fase di progettazione di un’opera o nella identificazione delle passività ambientali indotte da rischi naturali che incidono il territorio.

Pertanto, le analisi di interferometria SAR satellitare possono essere divise in quattro macro-attività di pari importanza:

• acquisizione del dato SAR: selezione del sensore SAR satellitare caratterizzato dalla frequenza temporale di campionamento inferiore nell’area di interesse;
• analisi: elaborazione dei dati acquisti;
• validazione dei risultati ottenuti;
• post-elaborazione: trasformazione del dato elaborato in informazione.

Tali attività possono essere schematizzate nello schema riportato in Figura 4.

Ma come trasformare il dato grezzo dei punti di misura in informazioni utili per la comprensione del quadro deformativo di un’area?

Poiché le misure di spostamento e di velocità dei punti di misura riguardano solo la componente dello spostamento e della velocità lungo la linea di vista del sensore (Line of Sight - LOS), i movimenti misurati sono in realtà la proiezione degli spostamenti dei punti. Pertanto, una delle attività di post-elaborazione che vengono attuate è la scomposizione vettoriale (o vectorial decomposition) dei punti di misura che permette di scomporre la risultante nelle componenti principali dello spostamento ovvero verticale (Up-Down) e orizzontale (East-West).

In Figura 5 si riportano i dati di una frana localizzata in Italia rispettivamente in geometria orbitale ascendente e discendente dove i colori verso il blu identificano punti che si muovono verso il sensore, mentre i colori caldi (rosso e arancione) indicano un movimento in allontanamento dal sensore.

In tali condizioni può essere complesso definire in maniera dettagliata le caratteristiche del fenomeno, mentre grazie alla scomposizione vettoriale è possibile determinare il movimento reale caratterizzato da una componente predominante orizzontale con direzione ovest, concorde con la direzione di massima pendenza del versante.

Una sezione interferometrica può inoltre supportare l’individuazione di uno specifico settore di una infrastruttura (ad esempio un’autostrada) maggiormente influenzato da spostamenti che possono compromettere la sua stabilità.

In particolare, in Figura 7 si riporta il profilo interferometrico dei punti in geometria ascendente tracciato lungo una tratta stradale. Grazie alla sezione è possibile indentificare il settore affetto da maggior spostamento così da programmare e progettare i possibili interventi di messa in sicurezza del settore.

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