L’uso dell’interferometria satellitare ad altissima risoluzione per il monitoraggio dei cedimenti di edifici e infrastrutture

A partire dalla metà degli anni Novanta, grazie alle prime acquisizioni del satellite ERS e allo sviluppo dei primi pioneristici algoritmi di elaborazione interferometrica, le immagini SAR (Synthetic Aperture Radar) satellitari sono state utilizzate per la misura delle deformazioni del suolo (Massonnet et al., 1993). Negli ultimi due decenni l’applicazione delle immagini acquisite attraverso l’interferometria satellitare per l’individuazione e la mappatura delle deformazioni indotte dai processi geologici hanno acquisito un’attenzione sempre maggiore, non solo all’interno della comunità scientifica, ma anche all’interno della vasta comunità di utenti finali (enti locali e regionali, Protezione Civile, Autorità di Distretto).

Il progressivo consolidamento delle tecniche di interferometria satellitare per la misura degli spostamenti superficiali può essere legato principalmente a tre fattori:

• al miglioramento delle capacità di acquisizione dei sistemi satellitari, capaci adesso di fornire immagini di aree molto vaste con una crescente risoluzione temporale e spaziale;
• al fiorire di sempre più sofisticate catene di elaborazione di immagini radar, in grado di ridurre l’impatto del rumore intrinseco del dato e dei disturbi atmosferici;
• all’aumento delle capacità computazionali, che consente di ridurre notevolmente i tempi di elaborazione.

Un ulteriore impulso al consolidamento delle tecniche di interferometria satellitare è legato all’enorme disponibilità di dati radar che hanno aperto sempre nuove opportunità per il monitoraggio della superficie terrestre e per la valutazione degli scenari di rischio connessi a movimenti del suolo. […]

L’interferometria satellitare si basa sull’analisi multi-temporale di una lunga serie di immagini radaracquisite sulla stessa area in tempi diversi, in modo da permettere misure non invasive e ad alta precisione degli spostamenti del terreno e di manufatti già presenti al suolo.

In particolare, mediante elaborazione delle immagini con tecniche PSI (Persistent Scatterer Interferometry), vengono identificati alcuni bersagli radar puntiformi,costituiti da diffusori permanenti chiamati PS(acronimo di Permanent Scatterers), ch emantengono la stessa “firma elettromagnetica” in tutte le immagini radar utilizzate, al variare della geometria di acquisizione e delle condizioni climatiche, preservando l’informazione di fase nel tempo.

Il segnale di fase è proprio l’elemento che contiene l’informazione relativa alla posizione al suolo e alla distanza del bersaglio dal satellite. Poiché i segnali utilizzati hanno lunghezze d’onda centimetriche (microonde), spostamenti anche di pochi millimetri inducono degli sfasamenti tra un’onda e la successiva che possono essere rilevati (Ferretti et al., 2001, 2011).

I PS sono elementi già presenti al suolo e a riflettività costante, quali strutture di origine antropica (es. edifici, strade, ponti, ferrovie, elementi metallici) o elementi naturali (es. affioramenti rocciosi, accumuli di detrito), per i quali le caratteristiche elettromagnetiche non variano sensibilmente da acquisizione in acquisizione, mentre ciò non accade ad esempio per la vegetazione che muta di continuo. L’insieme dei PS costituisce pertanto una sorta di rete geodetica naturale di bersagli radar utilizzati come capisaldi di riferimento per il monitoraggio periodico a distanza degli spostamenti con precisione millimetrica, con frequenza di aggiornamento del dato che dipende dal tempo di rivisitazione del satellite utilizzato (e.g., 16 giorni utilizzando COSMO-SkyMed oppure 6 giorni grazie alla costellazione Sentinel-1 dell’Agenzia Spaziale Europea caratterizzata tuttavia da minor risoluzione spaziale). […]

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