SAR

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Terremoti, frane, eruzioni vulcaniche o, più in generale, fenomeni di deformazione della superficie terrestre, possono essere monitorati grazie all’uso di sensori  Radar ad Apertura Sintetica (SAR).

Il SAR è in grado di rivisitare la stessa area ad intervalli regolari, fornendo informazioni ad altissima risoluzione spaziale della scena osservata. Nel caso dei satelliti ERS 1/2 ed ENVISAT dell’Agenzia Spaziale Europea (ESA), attivi dal 1992 il tempo di rivisitazione stabilito è ogni 35 giorni, per i sensori invece di nuova generazione come ad esempio la costellazione Cosmo SKY-Med, tale intervallo si è ridotto ad 8 giorni. Utilizzando la tecnica denominata Interferometria Differenziale SAR (DInSAR), in cui si confrontano (si fanno “interferire”) due immagini acquisite da posizioni leggermente differenti (baseline spaziale) e in tempi diversi (baseline temporale) è possibile ottenere immagini tridimensionali della superficie terrestre, misurandone anche la topografia. Se qualcosa è cambiato, nell’intervallo di tempo tra le due acquisizioni, ossia se si rileva una deformazione del terreno tra i due passaggi successivi del sensore, questa viene visualizzata mediante una serie di strisce colorate, le cosiddette frange di interferenza o interferogramma.  Le onde elettromagnetiche utilizzate sono caratterizzate da una alternanza di creste distanziate di circa 5 cm; questa distanza è la cosiddetta lunghezza d’onda. È proprio “contando” queste creste che il radar riesce a capire a quale distanza si trova l’oggetto che sta osservando. Non solo, se l’oggetto, che può trovarsi anche a centinaia di chilometri di distanza, si sposta di appena qualche centimetro il numero di creste che caratterizzano le onde elettromagnetiche cambierà, consentendo di rilevare e misurare lo spostamento con accuratezza, appunto, centimetrica. 

Le tecniche interferometriche generano non solo le mappe di deformazione del suolo misurata lungo la linea di vista del sensore, ma usufruendo di una serie di immagini (invece di due sole) acquisite nel corso del tempo, consentono di seguire l’evoluzione temporale della deformazione stessa. Per esempio, la misura delle deformazioni del suolo in aree vulcaniche è di estrema importanza in quanto queste sono spesso precursori di eruzioni, o comunque indice di un incremento dell’attività vulcanica. E se si considera che i primi satelliti utilizzabili a tale scopo hanno raccolto dati fin dal 1992, è evidente la possibilità di analizzare con un dettaglio precedentemente impensabile la storia deformativa di un vulcano negli ultimi 19 anni. Tutto questo senza avere alcuna necessità di accedere al vulcano, un ulteriore vantaggio, in caso di crisi eruttiva, rispetto a tecniche più “tradizionali”.

Queste ultime prevedono una raccolta manuale di dati da effettuarsi mediante campagne di misura sul territorio, oppure l’istallazione, in postazioni fisse, di ricevitori GPS del tutto analoghi a quelli dei navigatori satellitari. In entrambi i casi, il numero di punti di misura risulta essere limitato.

Una mappa di deformazione satellitare, invece, permette di coprire aree molto vaste e con una densità di punti di misura molto elevata.

modellazioneI processi geofisici che avvengono a diversi chilometri sotto la superficie terrestre, come il movimento di una faglia sismogenetica, l'accumulo di magma, la variazione di pressione nei serbatoi magmatici, provocano in molti casi deformazioni della superficie terrestre che possono essere misurate con metodi geodetici e con tecniche di telerilevamento come quelle SAR interferometriche (InSAR). I risultati di tali misure e la successiva modellazione geofisica delle sorgenti, causa delle deformazioni, possono fornire informazioni fondamentali per la valutazione del rischio vulcanico e sismico e per la corretta pianificazione delle attività umane e del territorio.

E’ possibile modellare le sorgenti di deformazione mediante approcci analitici e numerici. Nella modellazione analitica i modelli più diffusi riescono a riprodurre la deformazione osservata in maniera sufficientemente realistica utilizzando funzioni semplici caratterizzate da un numero limitato di parametri. Sebbene in questi approcci semplificati vengano trascurati diversi aspetti (le proprietà del magma all'interno della sorgente, tra cui la sua compressibilità, le asperità lungo il piano di faglia, le eterogeneità crostali), i modelli analitici costituiscono comunque un valido strumento per una valutazione preliminare della localizzazione e delle caratteristiche geometriche delle sorgenti che hanno generato la deformazione osservata, informazioni ottenute grazie all’inversione dei dati di deformazione superficiale misurati (InSAR, GPS, EDM, tiltmetria, ecc…).

La modellazione numerica è uno strumento avanzato in grado di consentire simulazioni realistiche dei processi geofisici mediante l’utilizzo di informazioni eterogenee e di efficienti metodi matematici. Esistono diverse tecniche di modellazione numerica; quella generalmente in uso nelle Scienze della Terra è la tecnica FEM (Finite Element Method). L’incremento esponenziale delle conoscenze sui sistemi geofisici e lo sviluppo tecnologico degli strumenti di calcolo numerico hanno consentito l’implementazione di modellazioni sempre più complesse, capaci di rappresentare la variabilità spazio temporale delle grandezze fisiche che condizionano l’evoluzione di un sistema naturale. In questo contesto la modellistica multi fisica agli elementi finiti rappresenta una nuova frontiera per la comprensione dell’evoluzione spazio temporale dei diversi contesti geodinamici quali le aree vulcaniche, sismiche e quelle affette da fenomeni di dissesto idrogeologico.

L’IREA è impegnata nello sviluppo di attività di ricerca sul tema della modellazione geofisica di dati telerilevati e geodetici; tali attività hanno già fornito importanti risultati nell’ambito dello studio dei principali eventi sismici che hanno colpito il territorio nazionale negli ultimi anni.Rilevanti sono stati anche i risultati relativi all’analisi dei principali vulcani italiani e di vari altri siti vulcanici di grande interesse scientifico.

Mercoledì, 16 Settembre 2020 14:30

Tecnologie SAR per l’ambiente marino

SAR marino

Stima della velocità radiale ottenuta dall’elaborazione dell’immagine ENVISAT del 22 Settembre 2010. La mappa geocodificata è visualizzata in ambiente Google Earth.

Il SAR si rivela uno strumento prezioso anche per le applicazioni marine e costiere, consentendo la determinazione di alcuni dei parametri che caratterizzano lo stato del mare: correnti ed onde, oltre ai campi di vento sulla superficie marina. Le attività dell’IREA in tale ambito, nate recentemente, si sono concentrate sulla stima delle correnti marine. La misurazione delle correnti è effettuata a partire da una singola immagine SAR utilizzando il metodo della valutazione della distribuzione spaziale dell’effetto “Doppler”. Tale metodo si basa sul fenomeno per cui l’esistenza di un moto relativo tra la scena osservata ed il sensore, come quello associato alle correnti, determina variazione dello spettro di frequenze proporzionale al valore della componente radiale del movimento. Le attività si sono concentrate soprattutto sulla depurazione dei segnali dovuti alla rotazione terrestre e all’assetto del sensore per estrarre la misura della velocità di spostamento della superficie marina. In Figura è riportato un esempio di applicazione della tecnica all’area costiera della Campania.

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Rifocalizzazione di navi in movimento da dati SAR Cosmo-SkyMed (copyright ASI per i dati grezzi).

Un ulteriore aspetto applicativo riguarda l’imaging a microonde di navi da dati acquisiti da sensori SAR in movimento, aerotrasportati o satellitari, o da un sistema radar fisso. Nell’ultimo caso la tecnica prende il nome di imaging SAR Inverso (ISAR). In quest’ambito il fenomeno Doppler è sfruttato per generare (focalizzare) immagini radar bidimensionali ad alta risoluzione di navi in movimento. Le applicazioni riguardano il controllo del traffico marittimo, dei porti e dell’area marina in prossimità di porti. In figura è mostrato un esempio di focalizzazione di navi in movimento acquisite del sensore radar Cosmo-SkyMed in modalità spotlight.

Infine, nell’ambito del potenziamento del sistema SAR aviotrasportato InSAeS4 operante in banda X (10 GHz), sono state sviluppate attività di ricerca connesse alla disponibilità di tre antenne dislocate in maniera da ottenere una configurazione SAR interferometrica ibrida across-/along- track (XT/AT-InSAR). Tale configurazione consente di ottenere, a valle di un opportuno processo di elaborazione dei segnali ricevuti, informazioni legate sia alla topografia sia alla velocità della superficie marina osservata con un dettaglio spaziale molto maggiore rispetto alla tecnica Doppler basata sull’analisi dello spettro di frequenze.

Mappa di umidità del suolo

Mappa di umidità del suolo (SSM) ad 1km di risoluzione derivata da una composizione di immagini Sentinel-1 (S-1) acquisite in 6 giorni sul Mediterraneo e relativa mappa di deviazione standard (st. dev.) (progetto ESA SEOM “Exploitation of S-1 for Surface Soil Moisture Retrieval at High Resolution (Exploit-S-1)”)

I sensori di Osservazione della Terra (OT) a microonde sono molto sensibili al contenuto idrico della superficie (e.g., 0-5 cm) dei suoli (SSM) e della vegetazione (VWC) perché esiste un forte contrasto tra la costante dielettrica relativa dell’acqua (ε_r~80) e quella del suolo o della vegetazione secchi (ε_r~3-5). Inoltre, le osservazioni a microonde risultano sensibili alla morfologia superficiale dei suoli (rugosità) ed alla geometria delle piante (struttura) che costituiscono le superfici di separazione con l’aria (ε_r~1). Per questi motivi, il telerilevamento a microonde è la principale sorgente d’informazioni a larga scala di SSM e VWC.

In particolare, SSM è una variabile climatica essenziale (ECV) che svolge un ruolo importante nello scambio di acqua, energia e flussi biochimici tra la superficie terrestre e l'atmosfera. D’altra parte il VWC è fortemente correlato alla biomassa, anch’essa una ECV, e ricopre un importante interesse in applicazioni agricole perché rappresenta un indicatore di stress idrico delle piante. I sistemi a microonde passivi (radiometri) forniscono informazioni a bassa risoluzione (≳25 km) mentre quelli attivi e coerenti (SAR) raggiungono alte risoluzioni (≲0.1 km) e, per questo motivo, sono potenzialmente più idonei in molte applicazioni su superfici terrestri.

La stima di questi parametri attraverso modelli fisici si basa su approcci di minimizzazione dell’errore quadratico tra l’osservazione radar e la sua previsione teorica. Tuttavia, questi problemi risultano spesso mal posti e la loro soluzione richiede l’integrazione d’informazioni a priori sullo stato dei suoli e della vegetazione. Quest’ultime possono essere attinte da misure in situ, da modelli ecologici o da altri dati OT, per es., dati ottici. Metodi alternativi e, spesso, più robusti utilizzano tecniche di change detection che sfruttano l’alta risoluzione temporale delle più recenti costellazioni di sensori SAR - come Cosmo-SkyMed dell’Agenzia Spaziale Italiana (ASI), Sentinel-1 (S-1) di quella Europea (ESA), la costellazione RADARSAT Canadese (CSA) o la futura SAOCOM di quella Argentina (CONAE) - unitamente alle proprietà di variabilità spazio-temporale dei parametri superficiali. Per esempio, SSM, al contrario della rugosità dei suoli, del VWC e della struttura della vegetazione, varia lentamente nello spazio ma molto velocemente nel tempo (1-3 giorni). Per questo motivo, le tecniche di change detection riescono ad isolare i cambiamenti “veloci” di SSM da quelli “lenti” degli altri parametri superficiali. In particolare, la sistematicità delle acquisizioni del sistema S-1, che ha un tempo di rivisita medio di ~3 giorni in Europa, e la libera distribuzione del dato, hanno consentito un forte sviluppo dell’uso del SAR anche per la stima pre-operativa di SSM a ~1 km di risoluzione (un esempio di prodotto è riportato in figura). Inoltre, integrando informazioni di dati OT da sensori ottici, come quelli acquisiti dalla costellazione Europea Sentinel-2, è possibile ulteriormente separare cambiamenti di VWC da quelli di rugosità superficiale e dunque non solo migliorare la risoluzione spaziale delle stime di SSM fino alla a scala di campo (~0.1 km), ma anche ottenere stime affidabili dei cambiamenti di rugosità dei campi agricoli e di VWC e la identificazione precoce di campi irrigati.

 

cloud small

L’interferometria SAR differenziale (DInSAR) è una tecnica per la stima delle deformazioni del suolo con accuratezze centimetriche e in alcuni casi millimetriche. Negli ultimi decenni, grazie ad una sempre crescente disponibilità di dati SAR satellitari e allo sviluppo di algoritmi avanzati come la tecnica SBAS (Small BAseline Subset), l’interferometria differenziale si è affermata come un efficace strumento di telerilevamento non solo per comprendere meglio i fenomeni geofisici a scala locale e regionale ma anche per dare supporto alla gestione e mitigazione dei rischi naturali e antropici.

Lo scenario attuale del DInSAR vede un costante incremento della disponibilità di grossi archivi di dati SAR satellitari, acquisiti dai sensori ERS ed ENVISAT dell’ESA prima e dalle costellazioni TerraSAR-X (DLR) e COSMO-SkyMed (ASI) poi, passando per le missioni canadesi RADARSAT-1/2. Nel prossimo futuro, i sensori SAR a bordo della costellazione europea Sentinel-1 permetteranno di compiere un ulteriore passo in avanti nella disponibilità di dati acquisiti, grazie al tempo di rivisita che può scendere fino a 6 giorni (con Sentinel-1A e 1B) e alla politica di acquisizione global coverage adottata.

Al fine di poter beneficiare di questa enorme mole di dati per l’analisi e il monitoraggio interferometrico delle deformazioni del suolo, è necessario disporre non solo di risorse di calcolo ad alte prestazioni (HPC) ma anche di algoritmi DInSAR che siano in grado di sfruttarle in modo efficace ed efficiente.

In questo contesto, l’attività di ricerca di IREA si concentra sullo studio, sviluppo, ed implementazione di soluzioni algoritmiche DInSAR innovative che sfruttino piattaforme di calcolo ad alte prestazioni. In particolare, ci si concentra sull’utilizzo di architetture distribuite multi-nodo e multi-core (GRID e Cloud) per beneficiare di piattaforme di calcolo parallelo, con conseguente possibilità di abbattimento dei tempi di elaborazione.

Gli obiettivi dell’attività sono la ricerca di soluzioni algoritmiche DInSAR che permettano di gestire ed elaborare la crescente mole di dati SAR disponibili in tempi ragionevoli. Si sta studiando, inoltre, lo sviluppo di nuovi strumenti algoritmici per la generazione di mappe di deformazione del suolo a scala continentale che possano essere utilizzate per l’analisi di fenomeni deformativi di interesse globale. Oltre alle notevoli ricadute scientifiche, il raggiungimento di tali obiettivi ha importanti risvolti in ambiti di Protezione Civile per la gestione, la prevenzione e la mitigazione del rischio naturale ed antropico, sia in fase di preallerta sia in condizioni di emergenza. Infine, la possibilità offerta dalle piattaforme Cloud di ospitare gli archivi di dati, le risorse di processing e gli algoritmi di elaborazione, in congiunzione con la capacità di semplificare la condivisione di dati e risultati, apre nuovi scenari di diffusione e fruizione della conoscenza scientifica.

 

cover

La prestigiosa rivista di Signal Processing della IEEE, Signal Processing Magazine, ha riservato nel numero di Luglio 2014 uno Special Issue dal titolo “Recent Advances in Synthetic Aperture Radar Imaging”, dedicato ai più significativi sviluppi recenti nei campi delle tecniche di elaborazione e delle applicazioni dei dati SAR.

Gianfranco Fornaro, Primo ricercatore dell’IREA, è uno dei Guest Editor di questo numero speciale insieme ad altri tre autorevoli esperti internazionali nel settore. Gli articoli dello Special Issue forniscono una review dei metodi di telerilevamento con sensori a microonde Radar ad Apertura Sintetica (SAR), descrivendone il panorama applicativo, ed includono spunti per linee di sviluppo future.

L’IREA è coinvolta in modo specifico sul tema della tomografia SAR, in collaborazione con l’Università di Pisa, per applicazioni a scenari complessi come quelli urbani e le infrastrutture, e in collaborazione con  Seconda Università di Napoli, per le tecniche SAR in scenari non convenzionali, tra cui imaging del sottosuolo e through-wall-imaging.

La copertina del numero speciale è dedicata proprio ai risultati ottenuti dall’IREA in collaborazione con l’Agenzia Spaziale Tedesca (DLR)  nella ricostruzione dei singoli edifici attraverso la Tomografia SAR. La rilevanza della tecnologia proposta e sviluppata presso l’IREA è ampiamente riconosciuta dalla comunità scientifica e testimoniata da diversi premi a livello internazionale.

Il numero speciale è consultabile all’indirizzo:

http://ieeexplore.ieee.org/xpl/tocresult.jsp?isnumber=6832726

 

 



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Chile-earthquake-Sentinel-1-Interferogram-CNR-19092015
  Mappa di deformazione superficiale (interferogramma) indotta dal sisma di 
magnitudo 8.3 del 19 settembre 2015 in Cile. L'interferogramma è stato generato
sfruttando due immagini Sentinel-1 acquisite prima e dopo l'evento.
Ogni ciclo di colore corrisponde ad uno spostamento di circa 2,8 cm.
 

Il satellite europeo Sentinel-1, che opera nell'ambito del programma europeo per il monitoraggio ambientale Copernicus, rappresenta un potente sistema per la misura delle deformazioni della superficie terrestre attraverso la tecnica di Interferometria Radar ad Apertura Sintetica (InSAR), grazie in particolare alle sue caratteristiche di acquisizione a scala globale, nonché alla politica di accesso ai dati aperta e libera.

Tuttavia, I dati grezzi acquisiti dal satellite richiedono specifici algoritmi di elaborazione per essere trasformati in prodotti con informazione direttamente fruibile da un utilizzatore scientifico, e questo può scoraggiare coloro che non hanno familiarità con le tecniche InSAR.

A tal proposito, l’IREA ha sviluppato uno strumento che, attraverso una interfaccia web user-friendly, permette agli utenti di generare interferogrammi in modo automatico. Grazie a questo servizio, gli utenti possono selezionare le immagini SAR dall’archivio di dati Sentinel-1, impostare alcuni parametri di elaborazione, ed automaticamente elaborare le immagini così da ottenere l’interferogramma corrispondente. Ciò consentirà di promuovere un uso più ampio dei dati SAR di Sentinel-1, di estendere la ricerca sulle tecniche interferometriche e di rendere più semplice la generazione di misure InSAR accurate.

L’IREA ha sviluppato questo strumento web nell’ambito del progetto Geohazards TEP (Geohazards Thematic Exploitation Platform) dell’Agenzia Spaziale Europea (ESA), che ha lo scopo di implementare una piattaforma informatica per lo sfruttamento massiccio ed automatico di dati satellitari di Osservazione della Terra. Lo strumento web è disponibile da aprile 2016, per gli utenti scientifici appartenenti alla comunità che ruota intorno al Geo-hazard, come primo prototipo all’interno dell’infrastruttura di elaborazione dell'ESA G-POD (Grid Processing On Demand). Il prototipo diventerà un servizio pre-operativo entro l'inizio del 2017.

La notizia è stata riportata sul sito dell’Agenzia Spaziale Europea.

 


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big cover-remotesensing-v13-i23Il comitato editoriale della rivista Remote Sensing ha selezionato l’articolo High Performance Computing in Satellite SAR Interferometry: A Critical Perspective di Pasquale Imperatore, Antonio Pepe ed Eugenio Sansosti, ricercatori dell’IREA-CNR, per la copertina del numero 23 pubblicato a dicembre 2021.

Lo studio presenta un’estesa discussione sullo stato dell’arte delle tecniche di calcolo ad alte prestazioni applicate all’elaborazione interferometrica di dati Radar ad Apertura Sintetica (SAR) acquisiti da satellite.

L'interferometria SAR è diventata rapidamente una tecnica ampiamente utilizzata per misurare le deformazioni del suolo terrestre, con applicazioni a una pletora di processi naturali e antropici. Con la maggiore quantità di dati forniti dalle moderne piattaforme SAR satellitari, l'elaborazione su larga scala ha dovuto affrontare sfide incredibili a causa del carico computazionale associato. L'applicazione delle metodologie di calcolo ad alte prestazioni (HPC) all'elaborazione SAR interferometrica sta quindi guadagnando sempre più attenzione da parte della comunità scientifica: diversi approcci sono stati recentemente sviluppati adottando diverse strategie parallele, architetture di calcolo e modelli di programmazione.

Il lavoro esamina, per ognuna delle fasi della catena di elaborazione, le diverse implementazioni esistenti, le differenti strategie e architetture parallele utilizzate e le loro prestazioni e affronta aspetti computazionali dell'elaborazione SAR interferometrica su larga scala, offrendo spunti su questioni aperte e delineando le tendenze future nel settore.

 

 

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Giovedì, 03 Febbraio 2011 14:55

SBAS

Sbas1smallL’approccio DInSAR denominato SBAS, acronimo di Small BAseline Subset  è una tecnica interferometrica che consente di generare mappe di velocità media di deformazione e di seguire l’evoluzione temporale degli spostamenti di singoli punti dell’immagine; questo può essere fatto a due scale spaziali: a media risoluzione (risoluzione al suolo di circa 100x100m) e a piena risoluzione (risoluzione al suolo di circa 10x10m) .

Una delle caratteristiche peculiari della metodologia SBAS è la possibilità di preservare le caratteristiche di ampia copertura tipiche dei sistemi di immagini satellitari. Per ottenere questo, la tecnica SBAS utilizza interferogrammi ottenuti a partire da dati satellitari acquisiti da orbite sufficientemente vicine (piccole baseline spaziali) e con tempi di rivisitazione non elevati (piccole baseline temporali). Queste caratteristiche consentono di minimizzare alcuni effetti (denominati rumore di decorrelazione spaziale e temporale) che disturbano i dati, aumentando il numero di punti per unità di area sui quali si riesce a fornire una misura affidabile della deformazione. I prodotti ottenuti con questo metodo sono, quindi, caratterizzati da un’elevata densità spaziale di punti monitorabili, i quali presentano un’accuratezza di circa 1 mm/anno sulle misure di velocità media di deformazione e di circa 5 mm sulle misure di deformazione (Casu et al., 2006). Inoltre, l’estensione tipica dell’area analizzabile (a media risoluzione spaziale) è dell’ordine dei 100x100 km, benché sia stata dimostrata l’applicabilità della tecnica anche ad aree molto più vaste. Una versione estesa dell’algoritmo SBAS, infatti, è in grado di generare mappe di velocità e serie storiche di deformazione in aree molto vaste (estensione spaziale dell’ordine di varie decine di migliaia di km2) e di fornire informazioni sulle caratteristiche spazio-temporali delle deformazioni individuate con accuratezze che sono risultate essere in linea con quelle tipiche dell’algoritmo SBAS convenzionale.

Un ulteriore sviluppo della tecnica sopra descritta, particolarmente importante per la continuità nel tempo del monitoraggio delle deformazioni superficiali, consiste nella possibilità di utilizzare congiuntamente dati acquisiti da sensori diversi, purché caratterizzati dalla stessa geometria di illuminazione. E’ questo il caso dei sensori messi in orbita dall’Agenzia Spaziale Europea, ERS-1/2 ed ASAR-ENVISAT, entrambi operanti in banda-C (5 GHz) e caratterizzati da frequenze portanti leggermente diverse. L’algoritmo sviluppato in IREA (Pepe et al., 2005) offre il vantaggio di poter estendere “temporalmente” le serie storiche ottenute con dati acquisiti dai sensori ERS-1 ed ERS-2 lanciati rispettivamente nel 1991 e 1995 e già (ERS-1) o in procinto di essere (ERS-2) dismessi. Tale estensione è possibile mediante l’utilizzo dei dati acquisiti dal sensore ENVISAT (in orbita dal 2002) e consente, pertanto, di ottenre una analisi dei fenomeni deformativi su intervalli temporali sempre più lunghi (dal 1992 ad oggi).

Da questa analisi ne consegue che l’elaborazione SBAS fornisce un grande numero di misure di deformazione, implicando, pertanto, la gestione di un’elevata mole di dati. Allo stato attuale le procedure SBAS disponibili permettono di ottenere mappe di deformazione e le relative serie storiche nell’arco di circa 30 giorni, per un data set di dati ERS-1/2 ed ENVISAT composto in media da circa 40-60 immagini.

La tecnica SBAS a media risoluzione spaziale è oramai consolidata ed è stata già sperimentata con esito positivo (utilizzando dati SAR ERS-1/2 ed ENVISAT) per lo studio di deformazioni in aree soggette a deformazioni di natura vulcanica, sismica, antropica, ecc.. In particolare, è stata applicata con successo all’analisi delle deformazioni dell’Etna  del Vesuvio e del Pico de Teide (Fernandez et al., 2009), delle caldere dei Campi Flegrei (Trasatti et al., 2008) e di Long Valley; in tali contesti spesso sono stati individuati trend deformativi di grande entità (con tassi di spostamento compresi tra 1 mm/anno e qualche cm/anno) e caratterizzati da andamenti prettamente non lineari. Ad alcuni di tali risultati è stato dato risalto, tra l’altro, anche dalla stampa non specializzata nazionale ed estera (Science, Le Scienze, la Repubblica, Il Mattino, Il Corriere della Sera, etc.).

La tecnica SBAS a piena risoluzione spaziale è stata ampiamente applicata nello studio di dettaglio delle deformazioni di strutture antropiche. In particolare, sono stati analizzati deformazioni relative a singoli edifici.

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Un ulteriore sviluppo, particolarmente importante in ambito urbano, si è avuto con l’estensione dell’approccio SBAS per l’elaborazione di dati SAR a piena risoluzione spaziale (circa 5-10 m) al fine di rilevare fenomeni deformativi, anche molto localizzati spazialmente, che mostrano uno spostamento relativo rispetto a quello medio del terreno.
 
L’approccio SBAS consente, quindi, di generare serie temporali di deformazione a due differenti scale spaziali, definite scala regionale e locale. La prima sfrutta i dati SAR a media risoluzione spaziale (dimensione dei pixel intorno ai 90-100 m), che consentono di generare mappe di velocità media e serie storiche di deformazione relative all’intero frame (tipicamente intorno ai 100 x 100 km). Alla scala locale, la tecnica sfrutta gli interferogrammi single-look generati a piena risoluzione spaziale (dimensione dei pixel intorno ai 5-10 m), che permettono di individuare ed analizzare fenomeni deformativi localizzati che possono interessare singoli edifici e strutture isolate. L’approccio SBAS a due scale spaziali necessita, come punto di partenza, dell’informazione di deformazione media del suolo, generata dall’analisi alla scala regionale, la quale viene opportunamente sottratta dagli interferogrammi a piena risoluzione spaziale per isolare la sola componente ad alta frequenza, che deve essere successivamente elaborata per estrarre il segnale di deformazione ad alta risoluzione spaziale.
 
Un esempio della capacità dell’approccio SBAS-DInSAR a piena risoluzione spaziale di identificare deformazioni molto localizzate alla scala della singola struttura è riportato in Figura 1, dove è rappresentata la mappa di velocità di deformazione a piena risoluzione spaziale, sovrapposta ad un’immagine ottica della diga sul Lago Locone, relativa all’elaborazione dei dati ERS-1/2 ed ENVISAT acquisiti da orbite discendenti nel periodo 1992-2007. E’ da notare la precisione con cui è stato possibile tracciare il campo di deformazione a piena risoluzione della struttura.
 
In tale ambito, l’attività in corso è principalmente focalizzata sulla generazione di serie storiche di deformazione a piena risoluzione spaziale utilizzando lunghe sequenze di dati SAR acquisiti dai più sensori, in particolare dai sensori europei ERS-1/2 ed ENVISAT. Un risultato di questo tipo consente di sfruttare a pieno l’archivio di dati SAR acquisiti dai sensori ERS ed ENVISAT dell’Agenzia Spaziale Europea dal 1992 fino ad oggi e permette di creare serie storiche di deformazione molto lunghe relative ad un intervallo di studio anche superiore a 15 anni, consentendo, così, di studiare fenomeni deformativi lenti in atto da parecchi anni.
 
AreaUrbana1smallI risultati ottenuti finora hanno dimostrato l’importanza di avere a disposizione dati ad alta risoluzione spaziale con tempi di rivisitazione più bassi possibile per l’analisi efficace delle deformazioni localizzate alla scala del singolo edificio. A tal proposito, la disponibilità di dati SAR acquisiti dai sensori di nuova generazione, come ad esempio la costellazione italiana COSMO-SkyMed ed il sensore TerraSAR-X, ha certamente ricadute importanti sullo studio e monitoraggio delle deformazioni che interessano singole strutture ed edifici isolati.  Tali sensori, infatti, operanti in banda X, grazie alle loro elevate risoluzioni spaziali (circa 3m e fino a 1 m nella modalità denominata spotlight), alle accuratezze geometriche delle immagini prodotte e alla riduzione dei tempi di rivisitazione dei satelliti stessi (circa 8 giorni), diventano strategici per il monitoraggio del territorio, consentendo un controllo molto spinto delle aree urbane, grazie alla possibilità di rilevare anche movimenti differenziali degli edifici (movimenti intra-buildings).

Figura 1. Mappa geocodificata della velocità di deformazione a piena risoluzione spaziale, espressa in mm/anno, sovrapposta ad un’immagine ottica della diga sul Lago Locone (Puglia). L’immagine si riferisce all’elaborazione dei dati ERS-1/2 ed ENVISAT acquisiti da orbite discendenti nel periodo 1992-2007. La serie storica DInSAR a piena risoluzione spaziale di un punto selezionato in corrispondenza della zona di massima deformazione è riportato nel plot sottostante.

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