Misurare le deformazioni del suolo con i radar (SAR) satellitari

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1 Arpa Emilia-Romagna Bologna 3 Dicembre 2007 Misurare le deformazioni del suolo con i radar (SAR) satellitari Claudio Prati - Politecnico di Milano e.mail prati@elet.polimi.it 1 C. Prati Misurare le deformazioni del suolo con i radar satellitari

2 Le immagini SAR satellitari: fotografie con onde radio N Traiettoria della piattaforma (Track) Frame #1 S Frame #2 Strip-map Azimuth Antenna footprint Ground range Track#1 2 C. Prati Misurare le deformazioni del suolo con i radar satellitari

3 I satelliti SAR utilizzabili per interferometria ERS1 ERS2 RADARSAT-1 (a richiesta) ENVISAT 2010 RADARSAT JERS ALOS-PALSAR TerraSAR-X Inizio acquisizione completa dell archivio italiano: ovunque, ~80+80 passaggi Cosmo-Skymed 3 C. Prati Misurare le deformazioni del suolo con i radar satellitari

4 Il Globo e piastrellato da immagini SAR Immagini ERS discendenti 4 C. Prati Misurare le deformazioni del suolo con i radar satellitari

5 Il Globo e piastrellato da immagini SAR Immagini ERS ascendenti 5 C. Prati Misurare le deformazioni del suolo con i radar satellitari

6 Vantaggi delle immagini Radar rispetto a quelle ottiche R 1 R 2 1 E un sistema attivo: non ha bisogno di illuminatori come il Sole 2 Opera alla frequenza delle radio e penetra nuvole, pioggia, muri leggeri 3 E un sistema coerente: consente misure precise di variazioni di distanza radar bersagli usando tecniche interferometriche. Micro-onde λ r Ottico 6 C. Prati Misurare le deformazioni del suolo con i radar satellitari

7 Cosa si misura con l Interferometria SAR (1) Quote relative del terreno con precisione di qualche metro e risoluzione di 20m sfruttando la minima parallasse di orbite satellitari opportunamente programmate. 7 C. Prati Misurare le deformazioni del suolo con i radar satellitari

8 Cosa si misura con l Interferometria SAR (2) Spostamenti relativi del terreno con precisione di frazioni di lunghezza d onda Interferogramma Mappa a colori della variazione di distanza radar-bersagli in lunghezze d onda 2 r λ Eguale colore se la distanza cambia di multipli di r = λ 8cm 2 2. Micro-onde Ottico Bam (IRAN) 8 C. Prati Misurare le deformazioni del suolo con i radar satellitari

9 Selezione dei punti utili per le misure SAR interferometriche Si possono misurare quote e spostamenti relativi millimetrici del terreno in corrispondenza di bersagli altrettanto stabili a livello millimetrico (i Permanent Scatterers) R 1 R 2 I Permanent Scatterers sono identificati dall analisi congiunta di numerose immagini SAR, rilevate al più ogni 35 (24) giorni Arno Pisa Livorno r Migliarino VS VS VS PS VS PS Serchio 9 C. Prati Misurare le deformazioni del suolo con i radar satellitari

10 La densita di PS La densita di PS ottenibile con le immagini disponibili dai sensori disponibili e di molte centinaia per kmq in aree urbane e di alcune diecine per kmq in aree rurali. 10 C. Prati Misurare le deformazioni del suolo con i radar satellitari

11 Localizzazione 3-D relativa dei PS (Stazione Centrale a Milano) La precisione di localizzazione 3-D di ogni PS rilevato dai sensori ERS, ENVISAT, RADARSAT è circa un metro. 11 C. Prati Misurare le deformazioni del suolo con i radar satellitari

12 La precisione degli spostamenti relativi La precisione di misura degli spostamenti relativi di ogni PS rilevato dai sensori ERS, ENVISAT e RADARSAT è circa 1 millimetro. 3 2 Residui (mm) ,08-0,02-0,94-0,42 0,31-0,06-0,76-0,20 1,32 0,52 0,13-0,11 0, Punti di misura 12 C. Prati Misurare le deformazioni del suolo con i radar satellitari

13 Bay Area PS Analysis Treasure Island 13 C. Prati Misurare le deformazioni del suolo con i radar Alameda satellitari & Bay Farm

14 Identificazione di frane 14 C. Prati Misurare le deformazioni del suolo con i radar satellitari

15 Integrazione di misure di deformazione superciale 1 R N C. Prati Misurare le deformazioni del suolo con i radar satellitari

16 La preparazione per i satelliti futuri: dal puntuale all areale Molti bersagli sono stabili, ma solo ogni tanto, per qualche tempo. Il moto comune di un area che contenga molti di tali bersagli, puo essere stimato combinando TUTTE le misure parziali. I futuri satelliti passeranno più spesso (ogni 16 o 12 giorni): la ricerca di PS temporanei potrà essere molto utile. tempo 16 C. Prati Misurare le deformazioni del suolo con i radar satellitari

17 Tempi di calcolo molto elevati Si cerca la minima area che contenga in ogni intervallo di tempo abbastanza bersagli stabili. E quindi necessario individuare i periodi di stabilita di ogni bersaglio utilizzando tutte le plausibili combinazioni delle immagini. Centro di calcolo T.R.E. 17 C. Prati Misurare le deformazioni del suolo con i radar satellitari

18 per identificare la mappa di copertura temporale efficace 1. Sui bersagli stigmatici stabili sul lungo periodo (PS) si misurano le serie temporali di deformazione (misure affidabili) Durata media dei bersagli: da 35gg. (blu) a 10 anni (rosso) 2. Sui bersagli areali stabili sul medio periodo (10 volte piu numerosi dei PS) si misurano velocita medie (misure la cui utilita dipende dal fenomeno) 3. Sui bersagli areali stabili sul breve periodo (100 volte Fine sperimentazione per meta 2008 piu numerosi dei PS). si misurano solo le quote. 18 C. Prati Misurare le deformazioni del suolo con i radar satellitari

19 Il telerilevamento radar interferometrico satellitare consente di misurare le deformazioni millimetriche del suolo su vasta scala ovunque sia pianificata un acquisizione programmata d immagini. Dati utilizzabili con la tecnica PS: dal 1992 al 2008 : ERS-1/2 ed ENVISAT (ESA) dal 1995 : Radasat-1 (dal 2003 data-set completo dell Italia) da fine 2007 : Radarsat-2 (CSA) e sperimentazione con Cosmo- Skymed (ASI) e Terra-SAR-X (DLR) dal 2011 : SENTINEL (ESA) Conclusioni Con l aumento della potenza di calcolo disponibile e il raffinamento di nuove metodologie sara possibile aumentare la percentuale di superficie controllabile con la tecnica PS. 19 C. Prati Misurare le deformazioni del suolo con i radar satellitari

20 Se non ci sono PS in una zona d interesse si aggiungono diedro triedri cubi triedro 20 C. Prati Misurare le deformazioni del suolo con i radar satellitari

21 ma le misure necessitano dell interpretazione 21 C. Prati Misurare le deformazioni del suolo con i radar satellitari