Il dato radar satellitare: uno strumento operativo per il monitoraggio del territorio e delle sue infrastrutture

Transcript

1 Il dato radar satellitare: uno strumento operativo per il monitoraggio del territorio e delle sue infrastrutture Dott.ssa Iolanda Iannicella Bologna, 5 luglio 2017

2 Telerilevamento satellitare Circa un migliaio di satelliti attualmente in orbita attorno alla Terra, utilizzati per differenti applicazioni (telecomunicazioni, GPS, scopi miliatari )

3 Obiettivo: misurare distanze I sistemi SAR illuminano la superficie terrestre con un segnale coerente nel dominio delle microonde. Obiettivo: misurare la distanza sensore-bersaglio Radar satellite R (distanza sensore-bersaglio) = T (tempo tx/rx). C (vel. luce) R Earth 3

4 Radar vs Ottico Radar Ottico

5 Radar vs Ottico Vantaggi rispetto all ottico 1. È un sistema attivo: non ha bisogno di sorgenti esterne come il Sole 2. Opera alla frequenza delle microonde che penetrano attraverso nuvole e pioggia 3. È un sistema coerente: consente misure molto precise di variazioni di distanza dal radar per mezzo dell interferometria Radar

6 Principio di Base Interferometria SAR Δr R 2 R 1 time R 1 R 2 Oggetto Riflettente Δr Misura della variazione di distanza Area soggetta a deformazione superficiale Lunghezze d onda: Banda C = 5.66 [cm] Banda X = 3.10 [cm] Banda L = 24.0 [cm] Interferometria (InSAR): confronto tra coppie di immagini misura variazioni i.e.: lo spostamento superficiale determina uno sfasamento tra le due misurazioni della distanza sensore-bersaglio a terra.

7 Interferogramma Immagini satellitari raw: Interferogramma: Tempo 1 Tempo 2 Confronto Evento deformativo time -π 0 +π Variazione di fase (Δθ) Noto = 5.66 cm Variazione di distanza (mm)

8 Interferogramma cosismico InSAR Confronto tra 2 immagini radar

9 Immagine di un terremoto ca. 50 Km InSAR Confronto tra due immagini radar

10 Dall interferometria a SqueeSAR Principio: sfruttare tutta la sequenza di immagini radar Tecnica: SqueeSAR Identificazione bersagli coerenti in ogni immagine Rimozione contributi atmosferici e altri rumori Generazione serie storiche di spostamento tempo Minimo immagini Misurare gli spostamenti nel tempo

11 Misurare spostamenti sui bersagli radar R1 R2 Rn PS no data ΔR12 ΔR n T T T n Distanza satellite-suolo Evento deformativo Nuovo passaggio del satellite sulla stessa area Misura dello spostamento superficiale su bersagli specifici

12 SqueeSAR : principali informazioni SqueeSAR permette di identificare al suolo una fitta rete di punti di misura. Per ciascun punto di misura si fornisce: Posizione latitudine, longitudine, altezza Velocità [mm/anno] velocità media annua di spostamento Long Beach, CA Serie storica di spostamento si ricostruisce lo spostamento nell arco di tempo analizzato Ogni punto rappresenta un acquisizione Sono inoltre identificati accelerazioni del movimento e trend stagionali di spostamento

13 Segnale ricevuto Signal SqueeSAR Schematic PS Permanent Scatterers (PS) Distributed Scatterer (DS) DS Rumore Range

14 Punti di Misura Permanent Scatterers (PS) Buildings Man-Made Structures Pipelines Distributed Scatterers (DS) Homogenous Ground Rocky Outcrops

15 PSInSAR PSInSAR Area alpina, Italia 69 immagini RSAT

16 SqueeSAR SqueeSAR Area alpina, Italia 69 immagini RSAT

17 Emilia Romagna Monitoraggio subsidenza : progettazione rete regionale di monitoraggio con livellazione e GPS 1999: prima campagna acquisizione e prima carta della subsidenza 1973/ : seconda campagna acquisizione e integrazione con dati InSAR : levelling + InSAR

18 Aggiornamento 2011 Nuovo Approccio 2011: Calibrazione dei dati SqueeSAR sulla rete GNSS Satellite:RADARSAT-1 ascendente Period: Area processata: km 2 17 stazioni GNSS selezionate da tre differenti reti geodetiche (IGS-EUREF, RING, SoGER)

19 Dato SqueeSAR post-calibrazione Residuo Medio mm/year

20 Satelliti SAR

21 Nuovi satelliti, nuove potenzialità SATELLITI SENTINEL1 (A e B)» Mappatura di vaste aree: la nuova costellazione di satelliti radar Sentinel-1 dell ESA acquisisce immagini (gratuite) a media risoluzione sull intero territorio europeo, una ogni 6 giorni. È possibile effettuare mappature di ampie aree di territorio (migliaia di kmq) 22

22 Sentinel ascending + descending (Oct. 2016) First application of SqueeSAR Continuous Streaming at regional scale (2016)

23 Tempo Differito vs. Tempo Reale T1 T2 Analisi Storica di un set di acquisizioni T1 T2 Tn Off-Line Aggiornamento ad ogni nuova acquisizione (12gg o 6gg) (near) Real Time

24 Periodo di riferimento dal 16/02/2017 al 28/02/2017 Bollettino

25 Vantaggi di un monitoraggio regionale continuo» Mappatura uniforme di vaste aree (fenomeni regionali, reti, )» Monitoraggio in continuo ad ogni nuova immagine acquisita» Generazione di livelli informativi sinottici e riepilogativi» Segnalazione di cambi di trend» Individuazione aree per un successivo raffinamento dell analisi con immagini ad alta risoluzione (banda-x) 26

26 Satelliti SAR

27 Nuove potenzialità: alta risoluzione COSMO-SkyMed e TERRASAR-X (Alta Risoluzione)» Analisi di dettaglio: maggiore densità di punti di misura al suolo per una migliore caratterizzazione del territorio» Spostamenti veloci e complessi: migliore sensibilità agli spostamenti e ricostruzione di spostamenti anche molto complessi 28

28 Monitoraggio rete idrica

29 Rete di drenaggio idrico urbano Il monitoraggio continuo ad alta risoluzione ha permesso di rilevare i movimenti anomali della superficie correlati a danneggiamenti dell impianto di collettazione dell area metropolitana milanese. 30

30 31

31 CGRYY3A B32VE5J 32

32 Conclusioni Aumento della consapevolezza delle possibilità offerte in diversi settori (gestione rischio idrogeologico, monitoraggio infrastrutture, ecc.); Grande disponibilità di dati satellitari, da media ad alta risoluzione nuove missioni (SNT, PAZ, ); Algoritmi sempre più sofisticati per il data processing e data mining. L interferometria è sempre più uno strumento operativo per il monitoraggio «near real time» del territorio. 33

33 GRAZIE PER L ATTENZIONE IOLANDA.IANNICELLA@TRE-ALTAMIRA.COM