Attività: Tecniche di tomografia SAR satellitare

Le tecniche di tomografia SAR consentono di ricostruire in 3D la scena osservata. Le tecniche Tomografia Differenziale o Imaging 4D (spazio-tempo) consentono di monitorare ad alta risoluzione i target al suolo in modo più’ robusto ed accurato rispetto alle tecniche Persistent Scatterer Interferometry (PSI), avendo anche la capacità di entrare all’interno dei pixel radar per separare contributi provenienti da bersagli localizzati in punti diversi della stessa struttura o su diverse strutture. In tale ambito l’IREA ha contribuito in modo determinante allo sviluppo tecnologico del settore ed ha anche in tal caso l’IREA ha dimostrato per la prima volta l’applicabilità della tecnica con dati reali acquisiti dai satelliti ERS-1 ed ERS-2.

 

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Giovedì, 16 Giugno 2011 07:35

Studio dei Terremoti

Terremoti1SmallA causa dei continui e lenti movimenti che hanno luogo nelle profondità del nostro pianeta, la crosta terrestre si deforma immagazzinando una certa quantità di energia elastica. Le deformazioni, e di conseguenza gli sforzi accumulati in un certo intervallo di tempo, si possono rilasciare improvvisamente attraverso rapidi scorrimenti ai due lati di spaccature della crosta stessa, dette faglie. Questo rapido scorrimento, causato dalla fratturazione delle rocce sottoposte a sforzo, genera un terremoto, che rappresenta quindi il rilascio violento dell’energia elastica accumulatasi nel tempo. Inoltre, il processo di deformazione avviene in tempi lunghissimi e continua fino a quando l'energia accumulatasi per l'azione di questi sforzi supera il punto critico di resistenza delle rocce per cui si ha la loro frattura.

L'analisi delle deformazioni superfici associate ad un evento sismico (cioè la deformazione permanente associata ai terremoti) è estremamente utile per una migliore conoscenza della sorgente sismica, soprattutto quando parte del rilascio di sforzo avviene lentamente. In quest’ottica l’utilizzo delle tecniche di interferometria differenziale DInSAR riveste un ruolo fondamentale nello studio e analisi delle deformazioni (i) pre-, (ii) co- e (iii) post-sismiche a piccola e a grande scala. In particolare, (i) il rilevamento della deformazione pre-sismica potrebbe consentire l’individuazione di aree potenzialmente soggette a futuri eventi sismici, con conseguente ricaduta nella definizione di corretti scenari di pericolosità sismica dell’area investigata; (ii) l’analisi delle deformazioni co-sismiche permette lo studio e l’individuazione (in termini di geometria, localizzazione e tipo di faglia) della struttura sismogenetica che ha generato il terremoto in esame; infine (iii) lo studio delle deformazioni post-sismiche, soprattutto con l’ausilio dei satelliti di nuova generazione (Cosmo Sky-Med dell’ASI) che producono immagini di una stessa area Terremoto2Smallcon tempi di rivisitazione molto brevi (4 giorni), consente di seguire nello spazio e nel tempo in maniera molto più dettagliata rispetto a qualche anno fa, l’evoluzione del rilascio di stress accumulato durante e dopo il terremoto. In buona sostanza la tecnica satellitare DInSAR permette l’osservazione costante e dettagliata di aree tettonicamente attive anche molto estese e di aggiornare, rapidamente e con precisione, dati e informazioni relativi alla scena osservata anche laddove, misure puntuali in situ, sebbene spesso più precise, non sono agevolmente ottenibili. Ne discende che tale tecnica può fornire un valido supporto al fine dell’individuazione e del monitoraggio di zone sismiche e, conseguentemente, si pone anche come un potente strumento di pianificazione territoriale delle attività umane.

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PlotSarAereoSmallDurante la campagna sperimentale del 2004, il sistema OrbiSAR è stato montato su un velivolo RockwellTurbo Commander 690A. Sono stati effettuati undici sorvoli sull’area di Collazzone (PG): sei il 24 agosto 2004, cinque il giorno seguente. In tale area sono stati collocati due corner reflector. Al termine del primo giorno di sorvoli è stato manualmente spostato un corner reflector in direzione verticale, in modo da ottenere una variazione della distanza antenna-corner di circa 7.77 mm (pari ad un quarto della lunghezza d’onda impiegata). Lo spostamento relativo tra i due corner (proiettato lungo la direzione di vista del radar) è rappresentato dalla linea continua in Figura; i triangoli rappresentano, invece, lo spostamento misurato nei 29 interferogrammi a nostra disposizione.

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Lunedì, 18 Luglio 2011 06:22

Monitoraggio di frane

Frane1_260x300L’ampia diffusione dei fenomeni franosi è causa di un elevato numero di vittime e d’ingenti danni economici alle proprietà pubbliche e private in Italia e nel resto del mondo. In particolare, se ci concentriamo sul caso italiano, gli eventi franosi costituiscono la principale causa di morte tra tutti i rischi naturali; nonostante ciò, la loro pericolosità è spesso sottostimata e scarsamente considerata dalla collettività. Al verificarsi di un disastro, infatti, i danni prodotti dalle frane sono spesso inclusi in quelli derivanti dai processi di attivazione (ad esempio inondazioni, terremoti, eruzioni vulcaniche), a scapito, quindi, di una dettagliata informazione sul rischio da frana. A tale contesto va aggiunto che la continua evoluzione del sistema Terra (cambiamenti climatici, incontrollato uso del suolo, urbanizzazione, deforestazione) rende ipotizzabile un aumento dei fenomeni franosi su scala globale.

È quindi evidente la necessità di approntare efficaci misure di prevenzione e mitigazione del rischio da frana tramite una conoscenza dettagliata della cinematica dell’evento franoso e in particolar modo della distribuzione delle velocità attraverso la massa in movimento.

A tal proposito, le tecniche d’interferometria differenziale SAR (DInSAR) forniscono dati preziosi che possono integrare efficacemente i metodi tradizionali di analisi della frana, permettendo l’individuazione, la mappatura e il monitoraggio dei movimenti dei versanti. Lo studio delle frane può trarre grandi vantaggi dalle tecniche DInSAR in termini di analisi spaziale e temporale dei fenomeni. L'approccio avanzato DInSAR denominato Small Baseline Subset (SBAS), grazie generazione di mappe di velocità e serie storiche di deformazione, permette analisi a scala sia regionale sia locale, che consentono di rilevare fenomeni franosi attivi su vaste aree e allo stesso tempo di concentrarsi sulla deformazione locale che insiste su singoli elementi a rischio.

Un’altra caratteristica della tecnica SBAS è la capacità di sfruttare al meglio grandi archivi di dati SAR, come nel caso dei sensori europei ERS-1/2 ed ENVISAT, permettendo così di studiare fenomeni deformativi su lunghi intervalli temporali.

La figura mostra i risultati dell’analisi SBAS a piena risoluzione spaziale sull’area di Ivancich (Assisi, Italia) interessata da un lento movimento che sta provocando gravi danni a edifici e infrastrutture. La mappa di velocità e le corrispondenti serie storiche di deformazione generate elaborando immagini ERS-1/2 ed ENVISAT offrono importanti informazioni sul movimento del pendio esaminato e sul suo comportamento nel tempo, fornendo dati precisi che possono essere sfruttati in successive analisi e modellazioni. L’esempio mostra chiaramente l'efficacia dell’applicazione delle tecniche d’interferometria differenziale DInSAR (in particolar modo della tecnica SBAS) nello studio e nel monitoraggio delle frane. Queste analisi possono contribuire al miglioramento e alla gestione del rischio da frana, grazie anche all’attuale disponibilità di nuovi sistemi SAR, come la costellazione italiana Cosmo-SkyMed, caratterizzati da elevata risoluzione spaziale (in alcuni casi inferiore al metro) e breve tempo di rivisitazione (potenzialmente 4 giorni).

 

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fuochi immagine1

In Europa, si verificano circa 65000 incendi ogni anno e risulta incendiato, in media, circa mezzo milione di ettari di aree vegetate; più dell’85% delle aree bruciate si trova nei Paesi dell’Europa mediterranea (Francia meridionale, Grecia, Portogallo, Spagna e Italia) (San-Miguel-Ayanz and Camia, 2010). Se le condizioni meteorologiche sono particolarmente sfavorevoli, gli incendi possono sfuggire al controllo e causare ingenti danni all’ambiente ed alle persone, nonché importanti danni di tipo economico. Le attività umane sono la causa prima degli incendi e l’uomo è responsabile del 97% di tutti gli incendi forestali in Europa (Ganteaume et al., 2013). In Europa meridionale, il 2003 e 2007 sono stati tra gli anni più disastrosi per quanto riguarda gli incendi, come mostrato nella figura che riporta il numero di eventi registrati negli archivi dell’ESA ATSR World Fire Atlas. Anche secondo le statistiche riportate dall’European Forest Fires Information System, JRC (EFFIS), circa 700,117 ha e 862,452 ha di foresta sono bruciati a causa degli incendi avvenuti nel 2007 e nel 2003, rispettivamente.

fuochi atsr atlasLe indagini in situ permettono di raccogliere informazioni molto affidabili sugli effetti degli incendi (e.g. area bruciata) ma a scala regionale diventano troppo costose e poco praticabili; per questo motivo le tecniche di telerilevamento forniscono dati e misure fondamentali in grado di integrare i metodi più tradizionali basati su campagne in situ. Inoltre, negli ultimi anni la diminuzione dei costi dei dati satellitari e l’aumento della risoluzione spaziale delle immagini hanno reso le tecniche di osservazione delle terra competitive per il monitoraggio degli incendi forestali. Sebbene quasi tutti i sensori satellitari, sia di tipo attivo che passivo, siano stati testati per la mappatura delle aree percorse dal fuoco (Corona et al., 2008), i sensori ottici hanno dimostrato di possedere le caratteristiche più idonee per questo tipo di applicazione. In particolare, il sensore Landsat TM/ETM+ (Thematic Mapper / Enhanced Thematic Mapper Plus) è stato ampiamente utilizzato per il monitoraggio degli incendi a scala regionale in Europa, anche grazie alla facilità di accesso agli archivi di dati messi a disposizione in rete da US-USGS (Glovis) ed ESA (e.g. Mitri and Gitas, 2004; Bastarrika et al., 2011). Questa disponibilità gratuita di dati, unitamente al lancio dei sensori Operational Land Imager (OLI) e Thermal Infrared Sensor (TIRS) sulla piattaforma Landsat 8 che garantiranno continuità con gli archivi Landsat TM, rappresentano un forte incentivo allo sviluppo dialgoritmi automatici per la mappatura delle aree percorse dal fuoco e, più in generale, di attività di ricerca finalizzate alla mitigazione del rischio associato agli incendi.

Nell'ambito del monitoraggio degli incendi forestali, IREA-CNR ha sviluppato competenze specifiche nell'utilizzo di dati satellitari a media risoluzione spaziale sia ottici che radar per la mappatura delle aree percorse dal fuoco a scala regionale (algoritmo fuzzy di mappatura delle aree bruciate).


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Seminario sulle attività svolte nell'ambito di una collaborazione della sede IREA di Milano con l'IRRI - International Rice Research Institute a Los Banos, Laguna, Philippines sull'argomento: "Mapping rice areas in the temperate zones of Eurasia: Towards a global rice map using MODIS medium resolution satellite imagery"

Data a luogo: venerdì 9 settembre 2011 ore 10.00 in sala Riunioni-Biblioteca, IREA Milano, via Bassini 15

Il seminario riporta i risultati di una prima fase di collaborazione con l'IRRI - International Rice Research Institute a Los Banos, Laguna, Philippines, presso il quale Mirco Boschetti ha lavorato 2 mesi come Visiting Scientist.
Oltre ai temi scientifici riguardanti l'attività di ricerca condotta, nel corso del Seminario verranno toccati anche altri aspetti più generali riguardanti il paese ospitante fino alle possibili prospettive di ulteriori progetti e collaborazioni.

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Lunedì, 07 Novembre 2011 14:52

Dinamiche della vegetazione in zone semiaride

Workshop IREA Dinamiche della vegetazione in zone semiaride: i progetti del CNR e del POLIMI in Africa

martedì 8 novembre 2011 ore 9.00-12.00, sala Riunioni-Biblioteca, IREA Milano, via Bassini 15

Programma:

Il contributo del telerilevamento per lo studio e per il monitoraggio delle dinamiche della vegetazione in ambienti semi-aridi


9.10-9.15: Progetto Geoland: utilizzo di dati telerilevati di Earth Observation (EO)  per contribuire alla ricerca scientifica (relatore: P.A. Brivio)
9.15-9.30: Monitoraggio continentale e globale degli incendi: mappatura delle aree bruciate (relatori: P.A. Brivio, Daniela Stroppiana)
9.30-9.45: Monitoraggio vegetazionale, relazione piogge indici vegetazionali e risposte anomale degli ecosistemi. (relatore: Mirco Boschetti)
9.45-10.00: Stima della produzione pascoliva (DMP) (relatore: Francesco Nutini)

pausa caffè 10.00- 10-15

10.15-10.30: Introduzione ai modelli idrologici stocastici in ambienti aridi e semiaridi (relatori: Carlo De Michele; Renata Vezzoli) 
10.30-10.45: Modello TGS per la vegetazione di savana (relatore: Francesco Accattino)
10.45-11.00: Ciclo dell'azoto (relatore: Davide Donzelli)

11.00- 11.30: Discussione
11.30- 12.00: Pausa caffè e definizione di possibili collaborazioni

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