Lungolago di Como
Analisi di dati radar satellitari acquisti
sull’area di interesse ed elaborati con
tecnologia SqueeSAR™
Proposta tecnica ed
economica
Alla cortese attenzione di:
Sig. Sindaco Dott. Geol. Mario Lucini
Ing. Antonio Viola
Ing. Antonio Ferro
Comune di Como
via Vittorio Emanuele II 97
22100 Como
Data: 23 ottobre 2012
Ref.: 11OP0312-PRP2.0
Progetto di elaborazione dati SAR con Tecnica SqueeSAR™ - Offerta
Data: 23/10/2012
Ref: 11OP0312-PRP2.0
Indice
Proposta tecnica .................................................................................................. 4
1 Inquadramento della problematica ................................................................ 4
1.1
Area di interesse.................................................................................... 4
2 Obiettivi di progetto ....................................................................................... 6
3 Disponibilità di dati SAR sull’area di interesse .............................................. 7
3.1
Osservazioni sui dati SAR ..................................................................... 7
4 Soluzione proposta per l’area di interesse .................................................... 8
4.1
Prospetto analisi - WBS ......................................................................... 9
5 Risultati da consegnare .............................................................................. 10
5.1
Analisi SqueeSAR™ ............................................................................ 10
5.2
Formato dei dati numerici .................................................................... 10
5.3
Sistema di coordinate .......................................................................... 11
5.4
Precisione............................................................................................ 11
5.5
Modalità di consegna ........................................................................... 11
Proposta economica .......................................................................................... 13
6 Prezzo delle analisi ..................................................................................... 13
7 Tempi di esecuzione e consegna ............................................................... 14
8 Validità dell’offerta ...................................................................................... 15
9 Piano di pagamento e modalità .................................................................. 15
10
Condizioni generali e note ....................................................................... 15
11
Comunicazioni e referenti........................................................................ 15
12
Brevetti in licenza esclusiva a TRE e marchi registrati ............................ 16
13
Altri dati ................................................................................................... 16
Principi base della tecnologia ............................................................................ 17
1 Analisi interferometriche ............................................................................. 17
2 Che cosa si può ottenere con le analisi SqueeSAR™................................. 20
3 Che cosa è possibile misurare .................................................................... 21
3.1
Geometrie di acquisizione ................................................................... 22
3.2
Note sulla scomposizione del moto...................................................... 23
4 Aggiornamento delle misure ....................................................................... 24
5 Precisione delle misure............................................................................... 24
6 Visualizzazione dei risultati delle analisi...................................................... 25
7 Applicazioni ................................................................................................ 27
8 Le analisi SqueeSAR™ a confronto con tecniche convenzionali ................ 29
8.1
Bibliografia........................................................................................... 31
9 Dati radar satellitari utilizzabili ai fini del monitoraggio ................................ 32
Tele-Rilevamento Europa .................................................................................. 34
1 La tecnologia di TRE .................................................................................. 34
1.1
La tecnica PSInSAR™......................................................................... 34
1.2
Il nuovo brevetto SqueeSAR™ ............................................................ 35
2 Esperienza di TRE ...................................................................................... 35
2.1
Progetti realizzati ................................................................................. 35
2.2
Il Piano Straordinario di Telerilevamento del MATTM .......................... 36
2.3
I clienti di TRE ..................................................................................... 37
Pagina 2 di 41
Progetto di elaborazione dati SAR con Tecnica SqueeSAR™ - Offerta
Data: 23/10/2012
Ref: 11OP0312-PRP2.0
2.4
Pubblicazioni scientifiche ..................................................................... 39
Modulo di accettazione della proposta ............................................................... 41
Pagina 3 di 41
Progetto di elaborazione dati SAR con Tecnica SqueeSAR™ - Offerta
Data: 23/10/2012
Ref: 11OP0312-PRP2.0
Proposta tecnica
1
Inquadramento della problematica
Nell’ambito del progetto di risistemazione e difesa idraulica in atto presso il
comune di Como, sono in corso alcuni approfondimenti per valutare le possibili
interazioni tra le opere recentemente realizzate e/o in corso di realizzazione ed i
fabbricati più vicini al lungolago.
Per approfondire il quadro conoscitivo dei possibili movimenti superficiali
riguardanti l’area interessata dai lavori e quelle immediatamente limitrofe, nonché
stimare le eventuali variazioni di trend (accelerazione/decelerazione) dei
fenomeni di subsidenza a cui è soggetta la città di Como, è stato richiesto il
supporto di informazioni derivanti da analisi di dati radar satellitari elaborati con
tecnica interferometrica.
L’analisi SqueeSAR™, il più recente tra gli algoritmi di analisi interferometrica
multi-immagine ed evoluzione della nota tecnica PSInSAR™, permette di
studiare e analizzare da satellite ed in quadro sinottico fenomeni di spostamento
del terreno nel corso degli anni e restituisce misurazioni che completano ed
integrano quelle ottenibili attraverso altre tecnologie di rilievo più tradizionali (per
una breve introduzione alla tecnica si rimanda ai “Principi base della tecnologia”).
L’analisi delle deformazioni superficiali avviene mediante la stima degli
spostamenti di due famiglie di bersagli radar individuati nell’area: i bersagli
puntiformi (Permanent Scatterers, PS) e i bersagli distribuiti (Distributed
Scatterers, DS). I PS corrispondono tipicamente ad edifici, rocce esposte ed altri
rilevati; i DS corrispondono a campi non coltivati, aree detritiche, aree desertiche,
ecc. Rispetto al passato, l’incremento della densità di punti di misura al suolo è
una delle principali innovazioni del nuovo algoritmo che consente quindi di
ottenere una maggiore comprensione dei fenomeni di spostamento superficiale.
Utilizzando l’archivio di immagini radar satellitari acquisite sull’area, per ciascun
punto di misura individuato è possibile restituire l’evoluzione dei movimenti nel
tempo (analisi storica) oppure, grazie alla pianificazione delle nuove acquisizioni,
avviare dei progetti di monitoraggio continuo.
1.1 Area di interesse
La presente proposta si riferisce all’analisi di un’area dell’estensione di circa
10 Km2, che include il Lungolago Trento ed il Lungolago Trieste, il centro storico
e si estende alle sponde orientale ed occidentale.
L’esatta ubicazione dell’area potrà essere successivamente raffinata per le vie
brevi attraverso shape file o planimetria con file .dwg georeferenziato in accordo
col committente qualora emergessero successive esigenze.
Pagina 4 di 41
Progetto di elaborazione dati SAR con Tecnica SqueeSAR™ - Offerta
Data: 23/10/2012
Ref: 11OP0312-PRP2.0
Figura 1: rappresentazione di massima dell’area di interesse (layer sfondo: BingMaps 2012)
Pagina 5 di 41
Progetto di elaborazione dati SAR con Tecnica SqueeSAR™ - Offerta
Data: 23/10/2012
Ref: 11OP0312-PRP2.0
2
Obiettivi di progetto
Scopo generale del progetto è l’elaborazione di dati radar satellitari mediante
tecnica SqueeSAR™, acquisiti sull’area di interesse, per evidenziare eventuali
fenomeni di spostamento superficiale.
A tal fine si andranno principalmente a:
 individuare e localizzare i punti di misura (PS e DS) presenti;
 stimare le velocità medie annue di spostamento dei PS e dei DS (in
mm/anno), misurate lungo la linea di vista del sistema (Line-Of-Sight LOS);
 stimare le serie storiche di spostamento dei PS e dei DS (in mm)
rispetto ad un riferimento.
 (opzionale) stimare le componenti verticale ed orizzontale (est-ovest)
del moto ottenute dall’utilizzo congiunto dei dati delle geometrie
ascendente e discendente.
Pagina 6 di 41
Progetto di elaborazione dati SAR con Tecnica SqueeSAR™ - Offerta
Data: 23/10/2012
Ref: 11OP0312-PRP2.0
3
Disponibilità di dati SAR sull’area di interesse
Per la presente proposta si propone l’utilizzo dei seguenti dati SAR:
1
Periodo
Sensore
Geom.
22 mag. 2003 – 19 set. 2012
RADARSAT-1, S3
Discendente
Track
197
Num. img.
120
Il tempo di rivisitazione (revisting time) del satellite RADARSAT-1 dell’Agenzia
Spaziale Canadese è di 24 giorni.
Per motivi di ordine tecnico, il numero di dati utilizzabile con successo ai fini delle
elaborazioni SqueeSAR™ potrebbe risultare inferiore al numero di immagini
disponibili in archivio e riportato in tabella. Le immagini eventualmente scartate,
perché non soddisfacenti i requisiti di elaborazione, saranno opportunamente
segnalate nella reportistica finale.
3.1 Osservazioni sui dati SAR
La scelta dei dataset da utilizzare ai fini dell’analisi dipende da considerazioni di
tipo geometrico e statistico.
Come riportato nella sezione tecnica, i movimenti rilevabili sono lungo la
direzione di vista del sensore, che risulta inclinata rispetto alla verticale di un
angolo variabile tra 20 e 45 gradi (a seconda del tipo di satellite) e disposta su un
piano pressoché parallelo al piano Est-Ovest. L’orientamento dipende dalla
geometria di acquisizione, sia essa ascendente o discendente. Le acquisizioni
ascendenti avvengono lungo orbite che vanno da Sud a Nord con il sensore che
“guarda” verso Est. Viceversa, le discendenti sono lungo orbite che vanno da
Nord verso Sud e puntano verso Ovest. Questa configurazione geometrica fa sì
che i versanti esposti verso Est siano ben visibili in geometria ascendente mentre
quelli con esposizione verso Ovest siano rilevati dal sensore in modalità
discendente.
L’effettiva visibilità di un versante è poi determinata anche dalle cosiddette
“deformazioni prospettiche”, dovute alla reale pendenza ed esposizione dell’area
osservata. Tali aspetti verranno approfonditi nella reportistica finale.
Pagina 7 di 41
Progetto di elaborazione dati SAR con Tecnica SqueeSAR™ - Offerta
Data: 23/10/2012
Ref: 11OP0312-PRP2.0
4
Soluzione proposta per l’area di interesse
Le aree di maggiore interesse per il committente sono costituite dal comparto di
Piazza Cavour, dal Lungolago Trento, nei pressi del quale è stata realizzata
l’opera per il contenimento delle possibili esondazioni, e dal Lungolago Trieste.
Si propone dunque un’analisi SqueeSAR™ di estremo dettaglio per aree di
estensioni contenute che miri all’estrazione del massimo contenuto informativo e
tenga in considerazione tutte le possibili forme del moto identificabili con gli
algoritmi di analisi multi interferometrici, sia lineare che non lineare.
L’estensione dell’analisi a tutto l’abitato cittadino in direzione sud ovest è inclusa
senza incremento del costo.
Il dataset SAR selezionato e disponibile sull’area è costituito da oltre 100
immagini che quindi possono essere interamente sfruttate per le analisi
interferometriche. Il satellite RADARSAT-1 ed il suo successore RADARSAT-2
continuano ad acquisire su tutto il territorio italiano, di conseguenza sarà
eventualmente possibile aggiornare le analisi sulla base delle future esigenze del
cliente.
Essendo un’area densamente urbanizzata e dalla topografia pressoché nulla, si
è in presenza delle migliori condizioni per applicare con successo la tecnologia di
analisi radar interferometrica SqueeSAR. Si attende quindi che l’analisi fornisca
una buona densità di punti di misura in particolare in corrispondenza degli edifici.
Sulla base di queste considerazioni si propone quanto segue:
Analisi storica
1. analisi SqueeSAR™ del dataset RADARSAT-1 in modalità discendente
per il periodo 2003-2012
Si anticipa nella presente proposta la possibilità di eseguire in futuro un
monitoraggio regolare nel tempo. Poiché a partire da fine 2012 il satellite
RADARSAT-1 sarà dismesso, l’aggiornamento potrà essere condotto utilizzando
il sostituto RADARSAT-2, che da circa 2 anni sta già acquisendo immagini sul
territorio italiano.
Tuttavia questa soluzione non viene riportata al momento nella proposta
economica in quanto sono ancora in corso le trattative con il fornitore del dato per
la definizione del prezzo delle immagini RADARSAT-2.
Monitoraggio
2. monitoraggio semestrale/annuale con dati RADARSAT-2 (7-8 nuove
immagini per geometria per semestre) per valutare lo stato di
avanzamento delle possibili deformazioni superficiali.
Nel caso fossero disponibili anche misurazioni ottenute con altre tecniche di
monitoraggio si potrebbe procedere al confronto di queste coi risultati delle
analisi interferometriche.
Pagina 8 di 41
Progetto di elaborazione dati SAR con Tecnica SqueeSAR™ - Offerta
Data: 23/10/2012
Ref: 11OP0312-PRP2.0
4.1 Prospetto analisi - WBS
Il progetto sarà operativamente suddiviso in differenti attività (Work Package)
ciascuna corrispondente all’analisi di un singolo dataset, costituito dall’insieme di
dati acquisiti nella stessa modalità (ascendente/discendente) dal medesimo
satellite.
Ogni WP è indipendente dagli altri e fornisce i propri risultati raccolti in un
database specifico.
Work Breakdown Structure
WP
Area
Descrizione
WP 1
WP 1.1
Analisi storica RADARSAT-1 (2003-2012)
10 Km
2
Analisi storica SqueeSAR™
RADARSAT-1, SB S3, Discendente
Periodo: 2003-2012
Pagina 9 di 41
Progetto di elaborazione dati SAR con Tecnica SqueeSAR™ - Offerta
Data: 23/10/2012
Ref: 11OP0312-PRP2.0
5
Risultati da consegnare
5.1 Analisi SqueeSAR™
Per l’analisi SqueeSAR™ saranno consegnati:
-
rapporto di elaborazione in formato elettronico (.pdf), contenente la
relazione tecnica sul lavoro svolto;
I risuItati numerici delle elaborazioni raggruppati in:
-
file metadati (.xml), con i dati tecnici relativi all’elaborazione;
shapefile, ovvero dataset di file di Punti di Misura (MP, siano essi PS, DS
e punto di riferimento) georeferenziati.
In particolare saranno consegnati i seguenti shapefile:
- shapefile REF, che descrive il punto utilizzato come riferimento
nel processing SqueeSAR™;
- shapefile TSR, contenente: la stima della velocità media annua di
spostamento, nell’arco temporale considerato, di ciascun punto di
misura (MP), le serie storiche (grafici tempo-spostamento) di tutti i
MP individuati nell’area di interesse.
5.2 Formato dei dati numerici
Negli shapefile sono presenti i seguenti campi, associati a ciascun MP
(Measurement Point):
- code (codice identificativo)
- vel (velocità media annua di spostamento)
- v_stdev (deviazione standard della velocità)
- height (quota del MP rispetto all’ellissoide di riferimento)
- ts (serie storica di spostamento)
- coherence (parametro di qualità)
- EFF_AREA (tipologia MP: 0 = PS, > 0 = DS )
Pagina 10 di 41
Progetto di elaborazione dati SAR con Tecnica SqueeSAR™ - Offerta
Data: 23/10/2012
Ref: 11OP0312-PRP2.0
Figura 2: esempio di file di metadati associati ai punti di misura (formato .dbf)
5.3 Sistema di coordinate
I risultati delle analisi saranno consegnati nel sistema di riferimento concordato
con il committente sulla base del supporto cartografico disponibile.
5.4 Precisione
La precisione delle misure è funzione della distanza di ogni singolo punto di
misura da quello di riferimento, dal numero di immagini utilizzate nel corso
dell’elaborazione e dalle caratteristiche radiometriche dell’area analizzata. Nel
rapporto di elaborazione che sarà consegnato al cliente saranno specificati i
dettagli del progetto attuale (per una breve introduzione all’argomento, si rimanda
alla sezione “Principi base della tecnologia”).
5.5 Modalità di consegna
Il cliente riceverà in un unico file di archivio compresso i file descritti ai punti
precedenti. I file saranno consegnati a mezzo CD e anticipati via posta
elettronica.
I risultati potranno essere facilmente visualizzati in ambiente GIS.
Pagina 11 di 41
Progetto di elaborazione dati SAR con Tecnica SqueeSAR™ - Offerta
Data: 23/10/2012
Ref: 11OP0312-PRP2.0
Figura 3: Esempio di rappresentazione delle misure in ambiente GIS e visualizzazione di due serie
storiche di spostamento espresse in mm.
Pagina 12 di 41
Progetto di elaborazione dati SAR con Tecnica SqueeSAR™ - Offerta
Data: 23/10/2012
Ref: 11OP0312-PRP2.0
Proposta economica
6
Prezzo delle analisi
Con riferimento alle attività descritte nell’Offerta Tecnica si riportano i prezzi delle
analisi proposte.
Area:
Estensione:
Satellite:
Geometrie:
Periodo:
Dettagli Analisi:
Como
10 km2
RADARSAT-1
Discendente
2003-2012
-
WP
Area
Descrizione
WP 1
WP 1.1
a piena risoluzione (full res.)
serie temporale degli spostamenti e quota di ciascun
punto di misura
Prezzo
Analisi storica RADARSAT-1 (2003-2012)
10 Km
2
Analisi storica SqueeSAR™
RADARSAT-1, SB S3, Discendente
Periodo: 2003-2012
€ 30.000,00
Nota: il prezzo indicato si intende IVA esclusa.
Il prezzo esposto si intende per la sola analisi SqueeSAR™ con i relativi elaborati
previsti nel capitolo 5.
Pagina 13 di 41
Progetto di elaborazione dati SAR con Tecnica SqueeSAR™ - Offerta
Data: 23/10/2012
Ref: 11OP0312-PRP2.0
7
Tempi di esecuzione e consegna
WP
Area
Descrizione
WP 1
WP 1.1
Consegna
Analisi storica RADARSAT-1 (2003-2012)
10 Km
2
Analisi storica SqueeSAR™
RADARSAT-1, SB S3, Discendente
Periodo: 2003-2012
T1* + 4 settimane
*T1: data di ricevimento del buono d’ordine
Pagina 14 di 41
Progetto di elaborazione dati SAR con Tecnica SqueeSAR™ - Offerta
Data: 23/10/2012
Ref: 11OP0312-PRP2.0
8
Validità dell’offerta
La presente offerta a voi riservata ha validità fino al 31/12/2012
9
Piano di pagamento e modalità
Si propone il seguente piano di pagamento:
 100% alla consegna di ogni singolo WP
Modalità di pagamento:
Bonifico bancario a 30 giorni data fattura.
Coordinate bancarie:
Banca Popolare Commercio Industria
Filiale di Milano Lombardia
Via Lombardia 14/16
20131 MILANO
Codice ABI: 05048
Codice CAB: 01629
Numero di Conto Corrente: 31230
Codice IBAN: IT57O0504801629000000031230
BIC CODE (Swift code): BLOPIT22
10 Condizioni generali e note
Le condizioni generali di licenza d’uso dei prodotti sono descritte nel documento
allegato alla presente offerta:
“Termini e Condizioni di Licenza d’Uso per i Prodotti PSInSAR™ e SqueeSAR™”
(Valido dal 26 luglio 2010, Ref.: 10.00-TCI1.0)
e si richiede che siano espressamente accettate al momento dell’invio della
conferma dell’incarico (buono d’ordine).
11 Comunicazioni e referenti
Tutte le comunicazioni relative al presente progetto vanno indirizzate a:
Tele-Rilevamento Europa
Ripa di Porta Ticinese, 79
20143 Milano
tel.: 02.4343.121
fax: 02.4343.1230
I referenti interni per il progetto sono:
Ing. Stefano Cespa
Ing. Chiara Giannico
Pagina 15 di 41
Progetto di elaborazione dati SAR con Tecnica SqueeSAR™ - Offerta
Data: 23/10/2012
Ref: 11OP0312-PRP2.0
12 Brevetti in licenza esclusiva a TRE e marchi registrati
PSInSAR™
- IT: No. MI99A001154, May 25, 1999
- US: No. 6,583,751 B1, Jun. 24, 2003
- EU: No. 1183551, Dec. 17, 2003
- AUS: No. 781580/00, Sep. 15, 2005
SqueeSAR™
- IT: No. 1393687 8 May 2012
- IT: No. 1394733 13 Jul 2012
Patent pending
- Double-Geometry Corner Reflector:
MI 2010A 001167 June 28, 2010
Marchi internazionali registrati
- PSInSAR™
- POLIMI PS TECHNIQUE™
- SIMCAT™
- DespecKS™
- SqueeSAR™
13 Altri dati
Ragione sociale
Tele-Rilevamento Europa – T.R.E. s.r.l.
Cod. Fisc. e P.IVA 13097440153
Iscr. Reg. Imp. 99206/2000
REA Milano 1613871
Sede Legale
c/o Politecnico di Milano
P.za Leonardo da Vinci, 32
20133 Milano
Milano, 23 ottobre 2012
Ing. Stefano Cespa
Tele-Rilevamento Europa
Pagina 16 di 41
Progetto di elaborazione dati SAR con Tecnica SqueeSAR™ - Offerta
Data: 23/10/2012
Ref: 11OP0312-PRP2.0
Principi base della tecnologia
1
Analisi interferometriche
Le tecniche avanzate di rilevamento da satellite degli spostamenti della superficie
terrestre sono note come interferometria SAR (InSAR).
I sistemi radar coerenti e, nello specifico, i radar di tipo SAR (Synthetic Aperture
Radar) sono in grado di misurare la distanza tra il sensore e un bersaglio a terra,
registrando il tempo intercorso tra l’emissione dell’onda elettromagnetica e la
ricezione del segnale retro-diffuso dal bersaglio stesso. Grazie alla loro
periodicità di acquisizione, i dati SAR forniscono misure ripetute della distanza
sensore-bersaglio lungo la direzione di vista del satellite (LOS). Il confronto della
distanza, misurata in istanti di tempo diversi, consente di mettere in luce
eventuali spostamenti dei bersagli al suolo.
La tecnica convenzionale per lo studio dei dati SAR è l’interferometria
differenziale (DInSAR) e si basa sul confronto tra due immagini distinte, acquisite
sulla stessa area di interesse. Essa tuttavia risente di alcuni effetti che riducono,
o addirittura compromettono, la qualità dei risultati.
Grazie al Politecnico di Milano, che ha sviluppato e brevettato l’algoritmo
PSInSAR™, è nata una seconda generazione di tecniche interferometriche,
conosciute come Persistent Scatterer Interferometry (PSI).
In particolare, la tecnica PSInSAR™, che è stata concessa in licenza esclusiva a
TRE, sfrutta tutte le acquisizioni disponibili su una stessa area di interesse per
individuare quei bersagli a terra (i Permanent Scatterers), che mantengono
inalterate nel tempo le proprie caratteristiche elettromagnetiche. Per ciascuno di
essi è possibile ricostruire le velocità medie e la serie storica di spostamento
nell’intervallo di tempo analizzato, con precisione millimetrica. I PS corrispondono
tipicamente a edifici, rocce esposte e altri rilevati.
Pagina 17 di 41
Progetto di elaborazione dati SAR con Tecnica SqueeSAR™ - Offerta
Data: 23/10/2012
Ref: 11OP0312-PRP2.0
R1
R2
Rn
PS
T1 ...
no data
ΔR12
... T2 ...
ΔR…n
... Tn
Figura 1: concetto base delle analisi interferometriche: il confronto tra misurazioni successive
della distanza sensore-bersaglio permette di determinare spostamenti del terreno.
Le misure sono possibili solo in corrispondenza di bersagli radar con
caratteristiche elettromagnetiche specifiche: punti già presenti al suolo
(scatterers) che sono visibili in tutte le immagini acquisite nel periodo di
osservazione e che mantengono una sufficiente stabilità nel tempo (permanent)
del cosiddetto segnale di fase. Quest’ultimo 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 (es. Rn-1 vs. Rn) che possono essere rilevati.
Pagina 18 di 41
Progetto di elaborazione dati SAR con Tecnica SqueeSAR™ - Offerta
Data: 23/10/2012
Ref: 11OP0312-PRP2.0
Principio di base dell’interferometria
 = 5.66 cm
ΔR..n
Rn-1
Rn
sfasamento  spostamento
Rn
ΔR…n
spostamento
Sequenza temporale di immagini
ΔR12
ΔR…n
t1
t2
…
tempo
tn
Serie storica degli spostamenti
Figura 2: rappresentazione schematica del principio di base dell’interferometria per la misura
di spostamenti rilevando gli sfasamenti di onde successive; estensione del principio per il
calcolo delle serie storiche di spostamento di bersagli al suolo.
A distanza di dieci anni dal brevetto PSInSAR™, TRE ha sviluppato un nuovo
algoritmo proprietario, SqueeSAR™, che rappresenta un ulteriore traguardo nel
campo dell’interferometria e una soluzione avanzata per il monitoraggio di tutte le
aree extra-urbane, dove la densità delle misure PS può talvolta risultare non
soddisfacente. L’innovazione consiste nell’aver individuato una nuova famiglia di
“bersagli” monitorabili da satellite, i cosiddetti Distributed Scatterer o DS, che si
vanno così ad aggiungere ai PS.
I dati, in un immagine radar, provengono da bersagli di varia natura a terra. È
possibile classificare i pixel dell’immagine in due famiglie di bersagli: i bersagli
puntiformi, che caratterizzano un solo pixel, o al più pochi altri pixel ad esso
connessi, e i bersagli distribuiti, che caratterizzano tutto un gruppo di pixel, e che
generano caratteristiche pressoché identiche del segnale radar riflesso. I primi
rappresentano i già noti PS, mentre i secondi costituiscono la nuova famiglia dei
DS.
Pagina 19 di 41
Progetto di elaborazione dati SAR con Tecnica SqueeSAR™ - Offerta
Data: 23/10/2012
Ref: 11OP0312-PRP2.0
A differenza di un target puntiforme, dove l’energia retro-diffusa verso il sensore
risulta elevata e concentrata in un’area molto ridotta, l’intensità dell’eco radar per
un pixel appartenente a un DS è solitamente meno forte, perché manca un
bersaglio dominante. D’altra parte, l’utilizzo congiunto di tutti i pixel appartenenti
al DS permette di ridurre il rumore presente nei dati, migliorando in modo
significativo la qualità della stima, tanto che le serie storiche di movimento di un
DS appaiono meno rumorose.
Esempi di target distribuiti sono le aree detritiche, i campi non coltivati, le aree
desertiche non sabbiose. È importante sottolineare come il nuovo approccio di
analisi contenga in sé anche la catena di processing delle misure PS. Questo
significa che i PS continueranno a esistere accanto ai DS.
Figura 4: rappresentazione schematica dei diversi bersagli monitorabili da satellite.
2
Che cosa si può ottenere con le analisi SqueeSAR™
In generale la tecnologia di elaborazione dei dati satellitari SqueeSAR™
permette di:
-
-
Misurare deformazioni nell’ordine del millimetro
Le misure interferometriche sono state validate tramite confronto con
misure da rete GPS, leveling topografico, inclinometri e altro
Studiare l’evoluzione degli spostamenti nel tempo e identificare trend
stagionali attraverso le serie storiche di spostamento
Ricostruire dinamiche di spostamento passate: l’esistenza di archivi
storici di dati satellitari permette di ricostruire, in molte aree di interesse
nel mondo, dinamiche di spostamento a partire dal 1992. Nessun altra
tecnologia può fare altrettanto
Pagina 20 di 41
Progetto di elaborazione dati SAR con Tecnica SqueeSAR™ - Offerta
Data: 23/10/2012
Ref: 11OP0312-PRP2.0
-
-
-
-
3
Identificare movimenti non lineari: le più recenti innovazioni
nell’algoritmica di elaborazione delle immagini satellitari hanno reso
possibile anche l’analisi di deformazioni non lineari
Determinare le componenti verticale e orizzontale della velocità di
spostamento dei punti.
Se il satellite acquisisce sulla stessa area di interesse in entrambe le
modalità (ascendente e discendente), combinandole è possibile misurare
le componenti verticale e orizzontale (in direzione est-ovest) della velocità
di spostamento dei punti di misura.
Effettuare analisi multi scala: da satellite è possibile monitorare aree
estese fino a 10.000 km² con costi molto ridotti rispetto ad altre tecniche
tradizionali, guadagnando una visione sinottica su città, bacini, pianure
alluvionali, intere catene montuose.
Integrare altre fonti di dati: i sono complementari ad altre tecniche di
misurazione come il rilievo GPS, il leveling topografico, i tiltmetri, la
microsismica, ecc. estendendo i risultati di queste indagini ad aree molto
più ampie. Inoltre possono fornire utili indicazioni per progettare o
migliorare la dislocazione di reti di monitoraggio a terra.
Che cosa è possibile misurare
Come già accennato nei paragrafi precedenti, la tecnica consente di identificare
alcuni bersagli a terra passibili di misure estremamente accurate. Ma che cosa è
possibile misurare effettivamente?
I satelliti acquisiscono lungo una direzione inclinata di alcuni gradi (da 23 a 45)
rispetto alla verticale (linea di vista del satellite – Line Of Sight, LOS). Questo
significa che i movimenti misurati sono in realtà la proiezione degli spostamenti
reali lungo la congiungente sensore-bersaglio.
Di fatto si tratta quindi di misure monodimensionali.
La proiezione del movimento rilevato lungo altre direzioni, quali ad esempio la
direzione di massima pendenza di un versante, può essere effettuata previa
definizione delle ipotesi di reale direzione del moto e delle condizioni al contorno.
In ogni caso questa operazione, che prevede di fatto un’ipotesi di interpretazione
del dato, avviene in accordo con il committente. TRE si impegna a fornire la
massima assistenza e disponibilità per consentire al committente una corretta
lettura dei risultati forniti.
Pagina 21 di 41
Progetto di elaborazione dati SAR con Tecnica SqueeSAR™ - Offerta
Data: 23/10/2012
Ref: 11OP0312-PRP2.0
Figura 5: il movimento rilevato è quello della proiezione del movimento reale nella direzione della
linea di vista del satellite (LOS).
È importante ricordare come tutte le misure di movimento siano misure relative,
nel tempo e nello spazio. L’analisi prevede infatti l’utilizzo di un’immagine di
riferimento, chiamata immagine master, che rappresenta lo “zero temporale”, cui
riportare le misure di spostamento. Inoltre, le misure sono relative ad un
“caposaldo radar” assunto fermo (reference point, REF).
3.1 Geometrie di acquisizione
I satelliti radar percorrono orbite elio-sincrone lievemente inclinate rispetto ai
meridiani terrestri. Dalla combinazione della rotazione terrestre con le orbite del
satellite, risulta che una stessa area della superficie terrestre viene illuminata dal
sensore sia durante un passaggio del satellite in direzione Nord-Sud, denominata
geometria discendente, sia durante un passaggio del satellite in direzione SudNord, denominata geometria ascendente. Entrambe le geometrie hanno lo stesso
tempo di rivisitazione. L’angolo di incidenza della radiazione emessa dipende dal
sensore utilizzato.
Pagina 22 di 41
Progetto di elaborazione dati SAR con Tecnica SqueeSAR™ - Offerta
Data: 23/10/2012
Ref: 11OP0312-PRP2.0
N
N
S
S
Ascending
Descending
Figura 6: geometrie di acquisizione ascendente e discendente.
3.2 Note sulla scomposizione del moto
Utilizzando una sola geometria di acquisizione, non è in generale possibile
distinguere i vari contributi di spostamento. Tuttavia, se si dispone, per una
stessa area di interesse, di dati acquisiti sia in modalità ascendente che
discendente, si può procedere alla stima del vettore di spostamento in direzione
verticale e in direzione orizzontale est-ovest. Una vera ricostruzione 3D del
vettore spostamento non è tuttavia possibile, essendo la direzione Nord-Sud
quasi parallela alla direzione di volo del satellite e, in quanto tale, praticamente
cieca al sensore.
La disponibilità di dati acquisiti lungo traiettorie distinte permette in generale di:
analizzare versanti reciprocamente non visibili nelle due geometrie, ottenere un
incremento decisivo dei punti di misura, distinguere moti verticali da moti
orizzontali.
La combinazione dei risultati ottenuti dall’elaborazione del data-set discendente e
ascendente consente di scomporre il vettore di velocità stimato (che risulta
orientato lungo la LOS del satellite) nelle componenti di deformazione in
direzione verticale e in direzione est-ovest.
Per la configurazione della geometria di acquisizione, non risultano possibili
stime del moto in direzione Nord-Sud, in quanto quest’ultima è quasi parallela
all’orbita del satellite, direzione lungo la quale è impossibile rilevare variazioni “in
range” poiché i satelliti acquisiscono perpendicolarmente ad essa.
Se il fenomeno di deformazione che interessa l’area in esame ha delle
significative componenti in direzione orizzontale, i valori di velocità individuati
Pagina 23 di 41
Progetto di elaborazione dati SAR con Tecnica SqueeSAR™ - Offerta
Data: 23/10/2012
Ref: 11OP0312-PRP2.0
dall’analisi delle due geometrie di acquisizione ascendente e discendente
risultano diverse, come illustrato in Figura 7.
Figura 7: Differenti punti di vista della velocità. Se il punto si muove solo lungo la direzione
verticale, le proiezioni del moto lungo la LOS sono identiche per entrambe le geometrie; se il moto
ha invece anche una componente orizzontale, le proiezioni risultano sensibilmente differenti.
Operativamente, a valle dei risultati della analisi SqueeSAR™ svolta su un’area è
possibile procedere con la stima delle componenti orizzontale e verticale del
moto.
L’area di interesse viene suddivisa in celle di 50x50m o di 100x100m il cui moto
viene descritto da un singolo “pseudo PS”. L’ipotesi è che tutti i PS all’interno
della stessa cella presentino valori di spostamento simili così che il moto locale
possa essere descritto mediante un unico vettore di spostamento. Sotto queste
ipotesi le velocità e le serie storiche di spostamento di tutti i PS identificati
all’interno della stessa cella con una medesima geometria di acquisizione
(ascendente o discendente) vengono mediati e opportunamente proiettati per
ottenere il risultato finale.
4
Aggiornamento delle misure
Per poter iniziare un’analisi SqueeSAR™ solitamente è necessario disporre di un
dataset consistente in almeno 15-20 immagini satellitari. Ciò garantisce la
robustezza dell’algoritmo di elaborazione e la qualità dei risultati. In seguito è
possibile aggiornare i risultati a intervalli regolari (solitamente ogni 6 mesi o un
anno). Data la natura statistica delle elaborazioni, è possibile che nei successivi
aggiornamenti possa aumentare la quantità e il dettaglio dell’informazione fornita
in sede di prima elaborazione: maggiore il numero dei dati, migliore la qualità
delle stime.
5
Precisione delle misure
La qualità delle misure PS risulta dipendente da diversi fattori. I principali sono i
seguenti:
Pagina 24 di 41
Progetto di elaborazione dati SAR con Tecnica SqueeSAR™ - Offerta
Data: 23/10/2012
Ref: 11OP0312-PRP2.0
-
Numero di immagini disponibili e loro frequenza: maggiore il numero dei
dati, più elevata è la probabilità di identificare punti di misura; più frequenti
nel tempo le misure, migliore la stima degli spostamenti differenziali dei
PS.
- Problemi di decorrelazione legati all’incertezza dei parametri orbitali dei
satelliti e all’eventuale variazione nel tempo delle proprietà
elettromagnetiche del bersaglio.
- Rumore atmosferico: la tecnica PS consente di rimuovere quasi
totalmente l’errore legato all’atmosfera; eventuali errori residui possono
presentarsi in caso di condizioni atmosferiche non perfettamente
simulabili durante il processo.
- Distanza dal punto di riferimento: similmente a quanto succede nelle rete
geodetiche tradizionali, la precisione delle misure diminuisce con
l’aumentare della distanza dal punto di riferimento ed è espressa dal
valore di deviazione standard associato a ciascun PS.
L’elenco è simile a quanto avviene in quel campo delle misure con GPS
differenziali. Nel caso dei dati PS la maggiore densità spaziale delle misure
consente una individuazione più semplice e affidabile di eventuali inconsistenze
o errori locali, ma la minore frequenza temporale delle misure non permette di
adottare alcune tecniche di filtraggio che sono invece comunemente adottate nei
dati GPS.
Si riportano in tabella, a titolo di esempio, i valori di precisione (90% del
campione) relativi a misure di spostamento, per distanze inferiori a 1 km dal
punto di riferimento (indipendentemente dal prodotto):
Velocità media
sull’intero periodo di osservazione
Spostamenti
(singolo valore della serie storica)
< 1 mm/year
< 5 mm
Tabella 1: Precisione del dato PS a una distanza dal punto di riferimento < 1km per un dato
ottenuto dall’analisi di un dataset di 5 anni.
È importante sottolineare come SqueeSAR™ consista in un processo di
elaborazione di immagini radar satellitari basato su modelli statistici e permetta di
ottenere margini di affidabilità delle misure estremamente più elevati di quanto
ricavabile con l’approccio interferometrico standard. Ad oggi, l’affidabilità del dato
è inferiore a un punto spurio ogni 10.000 consegnati.
6
Visualizzazione dei risultati delle analisi
Per la visualizzazione delle misurazioni ottenute, è possibile importare i punti di
misura su un qualsiasi supporto cartografico, in modo da favorire l’individuazione
e l’interpretazione dei fenomeni in atto (la condizione ottimale è operare in
ambiente GIS, dove l’utente può selezionare il layer opportuno).
Pagina 25 di 41
Progetto di elaborazione dati SAR con Tecnica SqueeSAR™ - Offerta
Data: 23/10/2012
Ref: 11OP0312-PRP2.0
Esistono soluzioni alternative, quali ad esempio la visualizzazioni ambienti webgis, che tuttavia non sono a portafoglio di TRE, di conseguenza sono proposte a
titolo sperimentale e quindi senza costi aggiuntivi e sempre previo accordo con il
committente.
Pagina 26 di 41
Progetto di elaborazione dati SAR con Tecnica SqueeSAR™ - Offerta
Data: 23/10/2012
Ref: 11OP0312-PRP2.0
7
Applicazioni
I risultati delle elaborazioni con tecnica SqueeSAR™ costituiscono uno strumento
unico di analisi del territorio che si va ad aggiungere al panorama delle
tecnologie di monitoraggio tradizionali e che si presta all’utilizzo in diverse
applicazioni.
-
Individuazione di aree soggette a subsidenza o sollevamento
La tecnica è sempre più utilizzata da pubbliche amministrazioni e società
del settore oil&gas per l’analisi dei fenomeni di subsidenza e
compattazione generati da cause naturali o antropiche (es. prelievi di
acqua, di gas o idrocarburi dal sottosuolo). La disponibilità di un vasto
archivio di dati permette di ricostruire, in poco tempo, le dinamiche di
porzioni molto estese di territorio a partire dal 1992.
-
Individuazione di aree soggette a fenomeni franosi e di instabilità di
versante
Uno dei principali ambiti di applicazione delle analisi PS è quello dello
studio dei fenomeni franosi. Nel corso degli ultimi anni i risultati ottenuti
hanno mostrato come il monitoraggio satellitare possa contribuire a
migliorare il livello di conoscenza, grazie ad informazioni quantitative dei
movimenti in atto, alla possibilità di estendere le aree di indagine e di
misurare spostamenti di piccola entità non identificabili con tecnologie
tradizionali.
Un esempio emblematico è stato l’utilizzo dei dati PS per aggiornare e
migliorare i risultati del progetto IFFI, Inventario dei Fenomeni Franosi in
Italia. In molti casi le misure PS hanno consentito di definire meglio i limiti
di frana, di stabilire lo stato di attività dei movimenti e di individuare nuovi
fenomeni non riconoscibili con l’adozione dei metodi di rilevamento
tradizionali.
-
Monitoraggio di zone vulcaniche e faglie sismiche
Il monitoraggio radar da satellite può fornire informazioni per la Protezione
Civile e gli Istituti di Ricerca in zone edificate a elevato rischio sismico e/o
vulcanico, sia in un’ottica di prevenzione e pianificazione, sia di studio a
carattere scientifico.
-
Mappatura del territorio
Poter disporre di informazioni sui movimenti occorsi nell’ultimo decennio
su centinaia o migliaia di chilometri quadrati di superficie risulta utile per
caratterizzare in tempi brevi il territorio e valutare la presenza e
l’ubicazione di aree a rischio. Si ha quindi uno strumento di analisi, di
valutazione e di pianificazione per la gestione ambientale.
-
Progettazione di tracciati stradali
Uno strumento strategico per la progettazione di nuovi tracciati: conoscere
lo stato di attività di un versante potrebbe consigliare di valutare alternative
a minor rischio.
Pagina 27 di 41
Progetto di elaborazione dati SAR con Tecnica SqueeSAR™ - Offerta
Data: 23/10/2012
Ref: 11OP0312-PRP2.0
-
Stato dell’arte ante operam
Definire lo stato di attività di una zona di interesse, prima di intervenire con
lavori per la realizzazione di grandi opere e monitorare in futuro le
conseguenze che i lavori stessi hanno generato sull'ambiente circostante
sono tra i possibili obiettivi di un’analisi SqueeSAR™.
-
Accertamento della responsabilità per danni causati da costruzioni
La possibilità di avere un archivio storico di dati radar consente di
verificare i legami causa-effetto tra la costruzione di opere (gallerie, linee
metropolitane, ecc.) ed eventuali danni indotti ad abitazioni ed edificati in
genere. La tecnica SqueeSAR™ è uno strumento efficace per compiere
analisi retrospettive e risolvere vertenze riguardo a danni passati,
conseguenza sia di intervento umano che di cause naturali (es.: terremoti).
I risultati delle indagini si rilevano di grande interesse anche per le
compagnie di assicurazione.
-
Analisi di stabilità dei beni architettonici e degli edifici pubblici
È possibile avvalersi di questo strumento di prevenzione e sorveglianza
per fornire dati utili a verifiche e controlli più mirati e di lunga durata su
beni architettonici, riducendone i costi di manutenzione.
Pagina 28 di 41
Progetto di elaborazione dati SAR con Tecnica SqueeSAR™ - Offerta
Data: 23/10/2012
Ref: 11OP0312-PRP2.0
8
Le analisi SqueeSAR™ a confronto con tecniche convenzionali
Rispetto alle convenzionali tecniche di monitoraggio a terra, la tecnica
SqueeSAR™ offre numerosi vantaggi, tra cui:
- possibilità di acquisire informazioni su una rete di capisaldi radar
estremamente densa, soprattutto nelle aree urbane, dove la densità dei
punti di misura può raggiungere valori notevolmente superiori rispetto a
quanto ottenibile con le reti geodetiche convenzionali; inoltre, bisogna
considerare che i bersagli sono già presenti sul terreno e, a differenza dei
tradizionali strumenti di misura (quali, capisaldi geodetici e GPS,
estensimetri, inclinometri), essi non richiedono alcuna produzione,
installazione e successiva manutenzione da parte dell’operatore;
- disponibilità per ciascun bersaglio radar la serie storica degli
spostamenti con una elevata precisione, superiore a quella del GPS
in direzione verticale, e con una frequenza temporale regolare e più
elevata in confronto a molte delle tecniche di misura convenzionali;
- possibilità di studiare ampie porzioni di territorio, incluse aree difficilmente
accessibili (dal momento che non richiede alcun intervento a terra),
consentendo di ottimizzare i costi ed i tempi di indagine;
- disponibilità di un archivio storico che consente di ricostruire
l’evoluzione pregressa di un fenomeno deformativo a partire dal 1992
(data di inizio dell’acquisizione delle immagini radar ERS), che può
rivelarsi un elemento decisivo, soprattutto laddove le velocità in gioco
(mm/anno) sono estremamente ridotte e le tecniche convenzionali
richiederebbero anni prima di poter dare misure significative.
Quest’ultimo aspetto si è rivelato in molti casi determinante nella
caratterizzazione di siti destinati alla realizzazione di nuove opere e/o
infrastrutture e nella valutazione del loro impatto sul territorio.
L’analisi SqueeSARTM rappresenta inoltre uno strumento di grande valore a
supporto della progettazione di reti di monitoraggio ed allertamento, in quanto
fornisce informazioni relative sia all’estensione del fenomeno da monitorare sia
alla sua dinamica evolutiva.
Molti casi applicativi possono essere citati a dimostrazione della completa
sinergia dei dati SqueeSAR™ con quelli ottenuti con la strumentazione
convenzionale. Un esempio di interesse è quello della baia di San Francisco
(California), dove l’analisi satellitare ha portato all’identificazione di
un’elevatissima quantità di punti di misura che consentono di individuare diversi
fenomeni in atto (tettonici, idrogeologici, geomorfologici) oggetto di studio
dell’Università di Berkley (Burgmann et al., 2006; Ferretti et al., 2004, Hilley et al.
2004). L’integrazione tra i dati PS (oltre 115.000 punti di misura) e i dati GPS
(200 stazioni presenti su tutta la baia) ha consentito di risolvere il campo di
velocità orizzontale e verticale come mostrato in figura 1.
Pagina 29 di 41
Progetto di elaborazione dati SAR con Tecnica SqueeSAR™ - Offerta
Data: 23/10/2012
Ref: 11OP0312-PRP2.0
Figura 1: Baia di San Francisco: campo di velocità orizzontale e verticale ottenuto
dalla combinazione di dati PS e GPS (Bürgmann et al., 2006).
Numerosi sono inoltre i confronti tra dati PS e dati GPS, come quelli relativi
all’edificio vulcanico del Mauna Loa sull’isola di Hilo, Hawai (USA) di figura 2.
Nell’ambito del progetto ESA - GlobVolcano sono stati forniti dal Rosenstiel
School for Marine and Atmospheric Science (RSMAS) dell’Università di Miami i
dati di 47 stazioni GPS sparse sull’isola principale delle Hawaii e confrontati con i
risultati SqueeSAR™ (ascendenti e discendenti).
Come risulta dalla Figura 8Errore. L'origine riferimento non è stata trovata.,
esiste un ottimo accordo tra i dati GPS, proiettati lungo la linea di vista del
satellite, e le serie storiche relative ai bersagli radar più vicini. Pur confermando il
trend evidenziato dai dati PS, i dati GPS si presentano più rumorosi a causa della
minor precisione della tecnica nella direzione verticale.
Pagina 30 di 41
Progetto di elaborazione dati SAR con Tecnica SqueeSAR™ - Offerta
Data: 23/10/2012
Ref: 11OP0312-PRP2.0
Figura 8: Confronto tra gli spostamenti (lungo la linea di vista del satellite) registrati in
corrispondenza del caposaldo GPS e quelli del PS ad esso più vicino. A sinistra il risultato
dell’elaborazione ascendente a destra quella discendente.
8.1 Bibliografia
Y. BOCK, S. WDOWINSKI, A. FERRETTI, F. NOVALI, A. FUMAGALLI
Recent subsidence of the Venice Lagoon from continuous GPS and
interferometric synthetic aperture radar
Geochemistry Geophysics Geosystems, Volume 13, Number 1
TAMBURINI A, BIANCHI M., GIANNICO C. AND NOVALI F. (2010)
Retrieving surface deformation by PSInSAR™ technology: A powerful tool in
reservoir monitoring. Int. J. Greenhouse Gas Control, in press.
PELTIER A., BIANCHI M., KAMINSKI E., KOMOROWSKI J.-C., RUCCI A.,
STAUDACHER T. (2010)
PSInSAR™ as a new tool to monitor pre-eruptive volcano ground deformation:
Validation using GPS measurements on Piton de la Fournaise. Geophysics
Research Letters, Vol. 37, L12301, doi: 10.1029/2010GL043846, 2010
BURGMANN R., HILLEY G., FERRETTI A., NOVALI F. (2006)
Resolving vertical tectonics in the San Francisco Bay Area from permanent
scatterer InSAR and GPS analysis. Geology, March 2006, Volume 34, N. 3, pp.
221-224
FERRETTI A., COLESANTI C., PRATI C., ROCCA F. (2001).
Comparing GPS, Optical Levelling and Permanent Scatterers. Proceedings of the
IEEE International Geoscience and Remote Sensing Symposium, IGAARS 2001,
Sydney (Australia), 9-13 July 2001, VOL. 6, Pages 2622-2624, 2001
Pagina 31 di 41
Progetto di elaborazione dati SAR con Tecnica SqueeSAR™ - Offerta
Data: 23/10/2012
Ref: 11OP0312-PRP2.0
9
Dati radar satellitari utilizzabili ai fini del monitoraggio
Le analisi SqueeSAR™ possono essere eseguite utilizzando i dati acquisiti da
diversi satelliti, ognuno dei quali ha le proprie caratteristiche peculiari, in termini
di risoluzione e di frequenza dei passaggi sulla stessa area.
-
ERS1-ERS2: satelliti per la Ricerca della Agenzia Spaziale Europea
hanno acquisito dati con regolarità su tutto il territorio nazionale nel
periodo 1992-2001.
-
ENVISAT: attualmente in funzione, sostituto nominale dei precedenti,
acquisisce dati con frequenza irregolare dal 2003 utilizzabili
principalmente per progetti di ricerca, saltuariamente per scopi operativi;
terminerà le acquisizioni nel 2010.
-
RADARSAT-1: satellite canadese ad uso commerciale, acquisisce con
regolarità dati su tutto il territorio italiano da marzo 2003, garantendo la
possibilità di attivare progetti di analisi e monitoraggio. Per densità di dati
e precisione risulta essere ad oggi il migliore strumento di utilizzo per
analisi aggiornate sul territorio italiano.
-
RADARSAT-2: sostituto di RADARSAT-1, in orbita dal 2008, proseguirà
le acquisizioni sul territorio italiano dando continuità all’archivio già oggi
esistente permettendo quindi l’attivazione di progetti di monitoraggio.
-
TerraSAR-X: satellite radar dell’Agenzia Spaziale Tedesca in banda X ha
già dimostrato le sue enormi potenzialità grazie all’incremento di
risoluzione sia spaziale, sia temporale; la possibilità di pianificazione delle
acquisizioni permette di creare database di immagini utili per le analisi in
soli 6 mesi.
-
Cosmo Sky-Med: costellazione di quattro satelliti italiani, di cui il primo è
in orbita da Maggio 2007, opera anch’essa in banda X. A regime garantirà
una densità delle misure e una frequenza delle acquisizioni
estremamente elevata che apriranno nuovi scenari di possibili
applicazioni.
Pagina 32 di 41
Progetto di elaborazione dati SAR con Tecnica SqueeSAR™ - Offerta
Data: 23/10/2012
Ref: 11OP0312-PRP2.0
Satellite
Proprietà
ERS1-2
Agenzia
Spaziale
europea
Agenzia
Spaziale
europea
Agenzia
Spaziale
Canadese
Agenzia
Spaziale
Canadese
Agenzia
Spaziale
tedesca
Agenzia
Spaziale Italiana
ENVISAT
RADARSAT
1
RADARSAT
2
TerraSAR X
Cosmo
SkyMed
Tempo di
rivisitazio
ne
35 giorni
Risoluzione
Ban
da
Operatività
20x5 m
C
1992-2001
35 giorni
20x5 m
C
2003-ad oggi
24 giorni
Fino a
10 x 5 m
C
24 giorni
Fino a
3x3m
C
1995-ad oggi
(dal 2003 sul
territorio italiano)
2008-ad oggi
11 giorni
Fino a 1 x 1 m
X
2008-ad oggi
8 giorni
Fino a 1 x 1 m
X
2008-ad oggi
Tabella 1: Satelliti in orbita utilizzabili per analisi SqueeSAR™: la risoluzione dell’immagine non
corrisponde alla dimensione dei punti di misura individuati al suolo ma denota il campionamento
spaziale del terreno e quindi la dimensione del pixel dell’immagine. I PS corrispondono ad elementi
all’interno della cella di dimensioni ridotti, i DS ad aree di riflessione omogenea che coinvolgono più
pixel dell’immagine.
Figura 3: satelliti SAR disponibili per analisi SqueeSAR™.
Pagina 33 di 41
Progetto di elaborazione dati SAR con Tecnica SqueeSAR™ - Offerta
Data: 23/10/2012
Ref: 11OP0312-PRP2.0
Tele-Rilevamento Europa
Le tecniche avanzate di monitoraggio del territorio con Radar ad Apertura
Sintetica (SAR) hanno subito una continua evoluzione nel corso degli anni ‘90,
grazie in particolare al Gruppo Radar del Dipartimento di Elettronica del
Politecnico di Milano il cui lavoro è culminato nella realizzazione dell’algoritmo
denominato Tecnica PS (PSInSAR™).
A seguito dei numerosi riconoscimenti della comunità scientifica internazionale e
dei risultati ottenuti, nel giugno 1999 la Tecnica PS è stata brevettata dal
Politecnico di Milano e dai suoi inventori (Prof. Rocca, Prof. Prati e Ing. Ferretti):
IT: No. MI99A001154, May 25, 1999. Il brevetto è stato poi approvato anche
negli Stati Uniti, presso la Comunità Europea e in Australia.
Sulla base di questo patrimonio e vista la necessità di trasferire le conoscenze
acquisite e la tecnologia sviluppata al mercato, è stata fondata Tele-Rilevamento
Europa, prima società di spin-off del Politecnico di Milano, a cui è stato concesso
in esclusiva l’utilizzo del brevetto della Tecnica PS.
Ad oggi, sono numerose le collaborazioni con soggetti privati (compagnie del
settore energia, ingegneria, utilities), gruppi di ricerca (università e agenzie
spaziali) ed enti istituzionali, quali Protezione Civile, Ministero dell’Ambiente,
Regioni e Autorità di Bacino.
1
La tecnologia di TRE
1.1 La tecnica PSInSAR™
Frutto di un lungo cammino di ricerca svolto presso il Dipartimento di Elettronica
del Politecnico di Milano, l’algoritmo di elaborazione di dati radar satellitari per
l’individuazione e la stima dei moti di diffusori permanenti, denominato
comunemente “Tecnica PS” è stato brevettato in Italia nel 1999. Il titolare del
brevetto è il Politecnico di Milano e i suoi inventori sono il Prof. Fabio Rocca, il
Prof. Claudio Prati e l’Ing. Alessandro Ferretti.
Successivamente sono state approvate le estensioni presso l’Unione Europea, gli
Stati Uniti d’America, l’Australia e il Giappone.
Si riportano in seguito i riferimenti delle registrazioni del brevetto:
- IT: No. MI99A001154, May 25, 1999
- US: No. 6,583,751 B1, Jun. 24, 2003
- EU: No. 1183551, Dec. 17, 2003
- AUS: No. 781580/00, Nov. 2000
POLIMI PS Technique™ e PSInSAR™ sono marchi internazionali registrati.
Pagina 34 di 41
Progetto di elaborazione dati SAR con Tecnica SqueeSAR™ - Offerta
Data: 23/10/2012
Ref: 11OP0312-PRP2.0
1.2 Il nuovo brevetto SqueeSAR™
A distanza di dieci anni dal brevetto PSInSAR™, TRE ha sviluppato un nuovo
algoritmo proprietario, SqueeSAR™, che rappresenta un ulteriore traguardo nel
campo dell’interferometria e una soluzione avanzata per il monitoraggio di tutte le
aree extra-urbane, dove la densità delle misure PS può talvolta risultare non
soddisfacente. L’innovazione consiste nell’aver individuato una nuova famiglia di
“bersagli” monitorabili da satellite, i cosiddetti Distributed Scatterer o DS, che si
vanno ad aggiungere ai PS.
L’algoritmo SqueeSAR™ ha ottenuto il brevetto italiano No. 1394733 il 13 Luglio
2012.
SqueeSAR™ è un marchio internazionale registrato.
2
Esperienza di TRE
2.1 Progetti realizzati
Essendo, di fatto, TRE una società mono-prodotto, l’intero fatturato di TRE è
interamente associabile a lavori di interferometria SAR satellitare. Il valore
cumulato della produzione degli ultimi 3 esercizi ha superato i 13 milioni di Euro.
In seguito si riporta una selezione dei principali e più recenti progetti svolti da
TRE con Pubbliche Amministrazioni, Protezione Civile, Università ed Istituti di
Ricerca e clienti privati, sia in Italia che all’estero.
Settore
Destinatario
Nazion.
Anno
Pubb. Amm.
Ministero dell’Ambiente
ITA
2008-2010
Pubb. Amm.
Arpa Piemonte
ITA
2010
Pubb. Amm.
Regione Lombardia
ITA
2008
Pubb. Amm.
Regione Lombardia
ITA
2010
Pubb. Amm.
Regione Valle d'Aosta
ITA
2010
Pubb. Amm.
Ministero dell'Ambiente e
tutela territorio – Regione
Campania
ITA
2006-2008
Oggetto
Elaborazione dell’intero
archivio ESA-ERS
Italiano
Analisi di circa
2
10.000 km della
Regione Piemonte per
monitoraggio fenomeni
franos e tettonici con dati
RADARSAT
Analisi satellitari con dati
e RADARSAT delle aree
alpine della Regione
Lombardia
Analisi satellitari con dati
e RADARSAT per lo
studio di fenomeni franosi
Analisi dell’intero
territorio regionale per
monitoraggio frane (dato
RADARSAT)
Analisi dell’intero
territorio della Regione
Campania
Pagina 35 di 41
Progetto di elaborazione dati SAR con Tecnica SqueeSAR™ - Offerta
Data: 23/10/2012
Ref: 11OP0312-PRP2.0
Pubb. Amm.
ARPA Emilia - Romagna
ITA
2006
Univ. e Centri
Ric.
Università di Firenze
ITA
2009-2010
Progetti ESA
ESA - GlobVolcano
INTL
2008-2010
Progetti ESA
ESA - Terrafirma
INTL
2008-2010
Oil&Gas
Eni
ITA
2008-2010
Oil&Gas
BP
UK
2008-2010
Oil&Gas
Shell
NL
2008
Industria
Italferr
ITA
2008-2010
Analisi dell’intera area di
pianura della Regione
Emilia Romagna
Analisi di diverse aree
appenniniche e a rischio
idrogeologico per la
Protezione Civile.
Progetto ESA volto allo
studio di un Servizio di
Monitoraggio di zone
vulcaniche
Progetto ESA per il
monitoraggio di frane e
subsidenza in diverse
città europee
Diverse aree di interesse
in Italia e nel mondo
Monitoraggio di aree di
iniezione CO2
Analisi e moniotraggio su
giacimenti in Medio
Oriente
Analisi e monitoraggio di
infrastrutture ante
operam, in fase
realizzativa, in esercizio
Tabella 2 Selezione di lavori e progetti
2.2 Il Piano Straordinario di Telerilevamento del MATTM
Nel 2008 TRE si è aggiudicata l’assegnazione del Piano Straordinario di
Telerilevamento Ambientale (PST), un Accordo di Programma varato dal
Ministero dell’Ambiente e della Tutela del Territorio e del Mare al fine di generare
e rendere disponibili e condivisibili, all’intero comparto della Pubblica
Amministrazione, informazioni territoriali ad alto valore aggiunto.
L’obiettivo della fornitura è la realizzazione di una base di dati dei movimenti del
terreno, disponibile attraverso il Portale Cartografico Nazionale nei Sistemi
Informativi Geografici delle Amministrazioni coinvolte nel PST, e in particolare del
Ministero dell’Ambiente e del Dipartimento di Protezione Civile, relativa all’intero
territorio Nazionale, basato su tecniche interferometriche di telerilevamento, ad
alta precisione.
Nell’ambito del progetto, TRE ha elaborato una notevole mole di dati satellitari
ERS dell’Agenzia Spaziale Europea (ESA) acquisiti nell’arco temporale 19922001 sull’intero territorio nazionale, fornendo informazioni di supporto nella
formulazione di un quadro sinottico dei fenomeni di dissesto potenziali o in atto
sull’intero territorio nazionale.
Pagina 36 di 41
Progetto di elaborazione dati SAR con Tecnica SqueeSAR™ - Offerta
Data: 23/10/2012
Ref: 11OP0312-PRP2.0
Tra i vantaggi principali apportati dalla realizzazione di una banca dati
interferometrici:
- l’evidenziazione di fenomeni di dissesto geologico e idrogeologico in aree
precedentemente non identificate come a rischio
- la valutazione di altri fenomeni quali il rischio sismico, vulcanico e i
fenomeni di subsidenza
- la possibilità di avere una banca dati di riferimento per nuove indagini
operate con sensori ad alta risoluzione (ad esempio Cosmo Sky-Med e
RADARSAT)
2.3 I clienti di TRE
Si riporta un elenco dei principali clienti di TRE Italia suddiviso per settore di
competenza e nazionalità.
Settore
Nome
Nazionalità
Industria
A2A
ITA
Autostrade
ITA
CESI
ITA
Consorzio Cavet
ITA
Enel Green Power
ITA
Exponent
USA
Hera
ITA
Image One
JAP
Italferr
ITA
OYO Corporation
JAP
Pizzarotti & C. S.p.A
ITA
Proger Spa
ITA
Ruffillo scrl
ITA
Seledison
ITA
SIS Scpa
ITA
SNAM Rete Gas
ITA
Studio Geotecnico Italiano
ITA
BP
UK
Conoco Phillips
USA
Devon
CAN
Eni S.p.A.
ITA
ERG Rivara Storage
ITA
PDO
OMAN
Shell Intl.
NETHRL
Whiting Petroleum Corporation
USA
ARPA Emilia - Romagna
ITA
Oil&Gas
Pubbliche Amministrazioni
Pagina 37 di 41
Progetto di elaborazione dati SAR con Tecnica SqueeSAR™ - Offerta
Data: 23/10/2012
Ref: 11OP0312-PRP2.0
Università e Centri di
Ricerca
Arpa Lombardia
ITA
Arpa Piemonte
ITA
Autorità Bacino dell'Arno
ITA
City of Richmond
CAN
Comune di Ancona
ITA
Geological Survey of Slovenia
SLO
Ministero dell'Ambiente
ITA
Regione Emilia Romagna
ITA
Regione Lazio
ITA
Regione Liguria
ITA
Regione Lombardia
ITA
Regione Valle d'Aosta
ITA
Regione Veneto
ITA
Servizio Geologico Provincia Autonoma di Trento
ITA
BGS (British Geological Service)
UK
BRGM (Bureau des Recherches Geologiques et
Minieres)
CIRFE
FRA
ITA
Geological Survey of Slovenia
SLO
Istituto Nazionale di Geofisica e Vulcanologia
ITA
Lawrence Berkeley Lab, Univ. of California Berkeley
USA
Marsec
ITA
NGU - Norway Geological Survey
NORW
Politecnico di Milano
ITA
Università della Calabria
ITA
Università di Bologna
ITA
Università di Firenze
ITA
Università Studi di Roma La Sapienza
ITA
University of Alaska
USA
Pagina 38 di 41
Progetto di elaborazione dati SAR con Tecnica SqueeSAR™ - Offerta
Data: 23/10/2012
Ref: 11OP0312-PRP2.0
2.4
Pubblicazioni scientifiche
Si riporta in seguito una selezione delle pubblicazioni scientifiche
Per la bibliografia completa consultare il sito web www.treuropa.com alla sezione
Technique / Pubblications
CASTELLETTO N., FERRONATO M., GAMBOLATI G., JANNA C., TEATINI P.
MARZORATI D., CAIRO E. COLOMBO D., FERRETTI, A., BAGLIANI A. AND MANTICA
S. (2010) 3D geomechanics in UGS projects. A comprehensive study in northern Italy.
ARMA, 10-185
TAMBURINI A, BIANCHI M., GIANNICO C. AND NOVALI F. (2010) Retrieving surface
deformation by PSInSAR™ technology: A powerful tool in reservoir monitoring. Int. J.
Greenhouse Gas Control, in press.
FERRETTI A., FUMAGALLI A., NOVALI F., PRATI C., ROCCA F., RUCCI A. (2010) A
new algorithm for processing interferometric data-stacks: SqueeSAR. Submitted to IEEE
Trans. on Geoscience and Remote Sensing, November 2010
PELTIER A., BIANCHI M., KAMINSKI E., KOMOROWSKI J.-C., RUCCI A.,
STAUDACHER T. (2010) PSInSAR™ as a new tool to monitor pre-eruptive volcano
ground deformation: Validation using GPS measurements on Piton de la Fournaise.
Geophysics Research Letters, Vol. 37, L12301, doi: 10.1029/2010GL043846, 2010
PIGORINI A., RICCI M., SCIOTTI A., GIANNICO C., TAMBURINI A. (2010) La tecnica
PSInSAR™ di telerilevamento satellitare applicata al progetto ed alla realizzazione delle
infrastrutture ferroviarie. Ingegneria Ferroviaria anno LXV Ottobre 2010 numero 10 pag
729
KLEMM H., QUSEIMI I., NOVALI F., FERRETTI A., TAMBURINI A. (2010) Monitoring
Horizontal and Vertical Surface Deformation over a Hydrocarbon Reservoir by
PSInSAR™. First Break, Vol. 28, 2010
MATHIESON A., MIDGLEY J., DODDS K., WRIGHT I., RINGROSE P., SAOUL N. (2010)
CO2 Sequestration Monitoring and Verification Technologies Applied at Krechba, Algeria.
The Leading Edge, Vol. Feb., 2010
RINGROSE P., ATBI M., MASON D., ESPINASSOUS M., MYHRER O., IDING M.,
MATHIESON A., WRIGHT I. (2009) Plume Development Around Well KB-502 at the In
Salah CO2 Storage Site. First Break , Vol. 27, 2009
RAIKES S., MATHIESON A., ROBERTS D. AND RINGROSE P. (2008) Integration of 3D
Seismic with Satellite Imagery at In Salah CO2 Sequestration Project, Algeria. SEG 2008,
2856-2858.
FERRETTI A., BIANCHI M., NOVALI F., TAMBURINI A., RUCCI A. (2008) Volcanic
TM
deformation mapping using PSInSAR : Piton de la Fournaise, Stromboli and Vulcano
test sites for the Globvolcano project. Submitted to USEReST 2008
VASCO D., FERRETTI A., NOVALI F. (2008) Estimating Permeability From Quasi-static
Deformation: Temporal Variations and Arrival-Time Inversion. Geophysics, Vol. 73, n.6,
2008
Pagina 39 di 41
Progetto di elaborazione dati SAR con Tecnica SqueeSAR™ - Offerta
Data: 23/10/2012
Ref: 11OP0312-PRP2.0
BELL J. W., AMELUNG F., FERRETTI A., BIANCHI M., NOVALI F. (2008) Permanent
Scatterer InSAR reveals seasonal and long-term acquifer system response to
groundwater pumping and artificial rechange. Water Resources Research, Vol. 44,
February 2008, pages 1-18.
DIXON T., AMELUNG F., FERRETTI A., NOVALI F., ROCCA F., DOKKA R., SELLA G.,
KIM S., WDOWINSKI S., WHITMAN D. (2006) Subsidence and Flooding in New Orleans.
Nature, Vol. 441, June 2006
BURGMANN R., HILLEY G., FERRETTI A., NOVALI F. (2006) Resolving vertical
tectonics in the San Francisco Bay Area from permanent scatterer InSAR and GPS
analysis. Geology, March 2006, Volume 34, N. 3, pp. 221-224
HILLEY G., BÜRGMANN R., FERRETTI A., NOVALI F., ROCCA F. (2004) Dynamics of
Slow-Moving Landslides from Permanent Scatterer. Analysis, Science, Vol. 304, 25 June
2004 Volume 304, Number 5679, Pages 1952-1955
COLESANTI C., FERRETTI A., PRATI C., ROCCA F. (2003) Monitoring Landslides and
Tectonic Motions with the Permanent Scatterers Technique. Engineering Geology, N. 68,
2003; pages 3-14
COLESANTI C., FERRETTI A., NOVALI F., PRATI C., ROCCA F. (2003) SAR Monitoring
of Progressive and Seasonal Ground Deformation Using the Permanent Scatterers
Technique. IEEE Transactions on Geoscience and Remote Sensing, Vol. 41, N. 7, July
2003; pages 1685-1701
FERRETTI A., PRATI C., ROCCA F. (2001) Permanent Scatterers in SAR Interferometry.
IEEE Transactions on Geoscience and Remote Sensing, Vol. 39, NO. 1, January 2001,
Pages 8 – 20
FERRETTI A., COLESANTI C., PRATI C., ROCCA F. (2001). Comparing GPS, Optical
Levelling and Permanent Scatterers. Proceedings of the IEEE International Geoscience
and Remote Sensing Symposium, IGAARS 2001, Sydney (Australia), 9-13 July 2001,
VOL. 6, Pages 2622-2624, 2001
THARP T.M. (2000) Cover-collapse sinkhole formation and piezometric surface
drawdown. P.E. LaMoreaux and Associates, Louisville, Kentucky.
FERRETTI A., PRATI C., ROCCA F. (2000) Nonlinear Subsidence Rate Estimation Using
Permanent Scatterers in Differential SAR Interferometry. IEEE Transactions on
Geoscience and Remote Sensing, Vol. 38, NO. 5, September 2000, Pages 2202 – 2212
THARP T.M. (1999) Mechanics of upward propagation of cover-collapse sinkholes . Eng.
Geol., 52, 23-33.
IUGS/WGL—International Union of Geological Sciences Working Group on Landslides
(1995) A suggested method for describing the rate of movement of a landslide. IAEG Bull
52:75–78
Pagina 40 di 41
Progetto di elaborazione dati SAR con Tecnica SqueeSAR™ - Offerta
Data: 23/10/2012
Ref: 11OP0312-PRP2.0
Modulo di accettazione della proposta
Si prega di inviare via fax e/o e-mail il presente modulo per confermare l’accettazione della
Proposta di Progetto ed Economica e i Termini e Condizioni di Licenza d’Uso per i Prodotti
PSInSAR™ e SqueeSAR™.
Mittente
Tel.
FAX
Destinatario
Tele Rilevamento Europa
C.A.
Tel.
+39.02.43.43.121
FAX
+39.02.43.43.1230
Con la presente si conferma l’accettazione della Proposta Tecnica ed Economica
TRE Ref: 12OP0312-PRP2.0
e si accettano i “Termini e Condizioni di Licenza d’Uso per i Prodotti PSInSAR™ e
SqueeSAR™” come da documento ad essa allegato (Valido dal 26 luglio 2010, Ref.:
10.00-TCI1.0).
Data: .............................................................................
Nome del Cliente: .........................................................
Pagina 41 di 41