L’Interferometria radar terrestre (indicata con l’acronimo GBInSAR) è una tecnica di monitoraggio sviluppata nel corso degli ultimi 15 anni, e quindi relativamente nuova, a partire dall’interferometria radar satellitare. Questa tecnica, sfruttando la differenza di fase tra il segnale radio (microonde) inviato e quello riflesso dagli oggetti illuminati dalle antenne, consente di ottenere completamente da remoto e fino ad alcuni km di distanza, gli spostamenti dello scenario nel tempo con precisione sub-millimetrica. Poiché per la misura degli spostamenti viene direttamente sfruttato il segnale radar inviato e riflesso naturalmente dagli oggetti nello scenario, non è necessaria l’installazione di alcuna mira, caposaldo o bersaglio aggiuntivo. Allo stesso tempo lo strumento è indipendente dalle condizioni di illuminazione del sito ed quindi utilizzabile in qualsiasi condizione meteorologica (nebbia, pioggia, neve), sia durante il giorno e sia durante la notte.
L’elevata frequenza di acquisizione delle immagini SAR consente di monitorare in continuo ed in tempo reale l’evoluzione degli spostamenti di scenari complessi ed estesi, sia di origine naturale e sia antropica. La tecnica può infatti essere applicata per la misura ed il controllo degli spostamenti delle frane, dei pendii naturali in terra ed in roccia, dei fronti di scavo, delle cave e miniere nonché per la misura degli spostamenti e delle deformazioni di strutture ed infrastrutture (edifici , paratie, ponti, viadotti, dighe, tubazioni etc…).
A seguito dell’elaborazione delle immagini SAR si ottengono mappe di spostamento che possono essere facilmente visualizzate in 2D ed in 3D in ambiente GIS, integrandole con altri dati tematici di interesse per la perimetrazione delle aree interessate da spostamenti e per l’analisi di rischio. Le mappe possono essere facilmente georeferenziate e sovrapposte anche a modelli digitali del terreno.
Servizi di monitoraggio con Interferometro radar terrestre
Geosolving è in grado di fornire due principali tipologie di servizio al cliente mediante l’interferometria radar terrestre:
- Monitoraggio di tipo continuo con possibilità di allertamento rapido.
- Monitoraggio di tipo discontinuo.
La scelta della tipologia di sensore da adottare e la modalità di monitoraggio continuo o discontinuo dipendono dalle caratteristiche dello scenario, dall’entità e dalla velocità degli spostamenti attesi e dalla finalità del monitoraggio stesso. Geosolving è in grado di valutare questi fattori e fornire al cliente il servizio che maggiormente si adatta alle specifiche esigenze richieste.
Nel monitoraggio di tipo continuo la strumentazione radar viene installata su un basamento stabile (generalmente in calcestruzzo) appositamente realizzato ed acquisisce in continuo immagini SAR dello scenario. Questa configurazione è utile per il monitoraggio di spostamenti relativamente veloci, fino a un massimo di circa 0.7-0.8 m/gg e per periodi di tempo generalmente lunghi (settimane o mesi). Nel monitoraggio continuo, le immagini acquisite dallo strumento radar vengono in parte elaborate in sito direttamente sul pc di controllo dello strumento radar ed in parte vengono trasferite tramite protocollo FTP ad un server remoto dove viene completato il processing ottenendo così le mappe di spostamento dello scenario. Tutto il processo è effettuato in tempo reale. Per la post elaborazione delle mappe di spostamento è possibile utilizzare il software EWuSAR, sviluppato con la collaborazione del Politecnico di Torino. Il software è in grado di analizzare le mappe generate dal sistema radar confrontandole con soglie di spostamento o velocità impostate dall’utente al superamento delle quali possono essere inviati SMS ed email di allarme.
Nel monitoraggio discontinuo invece il sistema radar viene installato sfruttando in generale strutture stabili preesistenti o un basamento trasportabile appositamente progettato. Le campagne di durata limitata (da poche ore fino ad un massimo di 24 ore) vengono ripetute dalla stessa posizione di misura ad intervalli regolari, ad esempio quindicinali o mensili in funzione della velocità degli spostamenti attesi. Questa configurazione è estremamente utile per il monitoraggio di spostamenti lenti e molto lenti (fino al alcuni cm/anno) in quanto permette di ottimizzare l’utilizzo del sensore radar limitando allo stesso tempo i costi per il cliente. Le immagini acquisite da ogni campagna vengono successivamente elaborate e confrontate con quelle delle campagne successive. Per ogni campagna di misura si ottengono così mappe di spostamento incrementali riferite alla prima campagna.
Per le attività di monitoraggio Geosolving si avvale di strumentazione fornita da IDS Georadar di Pisa e in particolare del radar IBIS-L e del nuovo radar Hydra.
Radar interferometrico ad apertura sintetica lineare (IBIS-L)
Lo strumento è costituito da una testa radar munita di due antenne, una trasmittente ed una ricevente, montata su una slitta che viene movimentata tramite un posizionatore lineare su un binario di lunghezza pari a 2 m, realizzando così l’apertura sintetica.
Il sistema è completato da un modulo di alimentazione munito di batterie e da un pc di controllo. In caso di mancanza di alimentazione elettrica da rete è possibile utilizzare pannelli fotovoltaici. Grazie all’apertura sintetica ed alla larghezza di banda di segnale emessa è possibile ottenere un’accuratezza millimetrica ed un alta risoluzione spaziale nella misura degli spostamenti, pari – ad esempio – a circa 2 m2 ad 1 km di distanza. Lo strumento è inoltre in grado di monitorare oggetti fino a distanze di 3 km e monitorare contemporaneamente uno scenario di ampiezza complessiva di diversi chilometri quadrati. Per l’acquisizione di una singola immagine, il sistema interferometrico impiega mediamente 5-6 minuti e di conseguenza in questo intervallo temporale è possibile misurare spostamenti massimi nell’intervallo ±4.4 mm.
Le applicazioni principali del radar interferometrico ad apertura lineare sono volte principalmente al medio-long range (da 500 m fino a 3 km) e comunque per il monitoraggio di oggetti naturali ed artificiali che hanno una medio-grande estensione spaziale con finalità di allertamento rapido: in particolare pendii instabili, fronti di cava, fronti minerari e dighe.
Radar interferometrico ad apertura sintetica circolare (HYDRA)
Questo strumento di nuovissima concezione è costituito da una testa radar munita di due antenne (trasmittente e ricevente) montata su un braccio di lunghezza di un metro che viene movimentato su un arco di circonferenza realizzando così un’apertura sintetica circolare. La testa radar ed il posizionatore sono a loro volta fissati su di un treppiede portatile che consente un rapido posizionamento della strumentazione contenendo al tempo stesso pesi ed ingombri. Lo strumento è anche dotato di una camera ottica ad infrarossi ad alta risoluzione in grado di acquisire immagini dello scenario da utilizzare per la proiezione delle mappe di spostamento. La strumentazione è completata da un pc di controllo e da un’unità di alimentazione provvista di batterie. L’apertura sintetica su un arco di cerchio consente di ottenere una risoluzione angolare molto elevata (inferiore al m2), una precisione nella misura inferiore a 0.1 mm, unitamente ad una frequenza di acquisizione delle immagini fino a 30 secondi. L’impiego principale di questo strumento è per lo short range (entro 500 m di distanza dal sensore) ed in particolare per il monitoraggio real-time e per l’allertamento rapido su edifici ed infrastrutture antropiche, fronti di scavo naturali ed ingegnerizzati ed anche per un utilizzo in ambienti sotterranei (tunnel e caverne minerarie).