Questa pagina riporta alcune elaborazioni effettuate sui dati interferomentrici messi a disposizione dalla Regione Toscana. Tali dati, sono ottenuti dall’elaborazione multi-interferometrica delle immagini radar acquisite dai satelliti Sentinel1 nel periodo gennaio 2018 – settembre 2021. La metodologia applicata si basa sulla Tecnica PS (PSInSAR TM) sviluppata dal gruppo SAR del Politecnico di Milano e da Tele-Rilevamento Europa – T.R.E. s.r.l. I diffusori permanenti (Permanet Scatterers, PS) corrispondono ad oggetti già presenti sul terreno che vengono identificati dal satellite grazie alle loro caratteristiche elettromagnetiche e sono in grado di fornire informazioni sul moto del punto osservato. In funzione della loro densità sul territorio, dall’elevata precisione delle misure e dell’ottimizzazione dei tempi di calcolo e dei costi, la tecnica PSInSAR TM si colloca nell’ambito del monitoraggio territoriale come strumento idoneo allo studio dei fenomeni deformativi. Per un approfondimento dei concetti alla base dell’analisi interferometrica e delle sue possibili applicazioni nel campo dei dissesti gravitativi di versante ed ai fenomeni di subsidenza si rimanda a queste linee guida.

Per ogni ulteriore chiarimento ed informazione potete rivolgervi al dott. Geol. Giovanni Montini (055-26743226 – g.montini@appenninosettentrionale.it) che ha curato l’analisi e l’elborazione dei dati.

Ambito di applicazione
Descrizione
L’elaborazione multi-interferometrica delle immagini radar permette di rilevare con precisione sub-millimetrica spostamenti differenziali tra due successive acquisizioni inferiori ad un quarto della lunghezza d’onda utilizzata. I satelliti Sentinel1 operano con lunghezza d’onda di 5.6 cm e tempo di rivisitazione di circa 6 giorni, per cui lo spostamento massimo rilevabile in questo intervallo temporale risulta uguale a circa 1.4 cm mentre la velocità media annua corrisponde a circa 80 cm/anno.
Queste caratteristiche fanno si che possano essere analizzati soltanto movimenti a cinematica lenta costanti nel tempo, mentre non consentono l’analisi di movimenti rapidi o istantanei, tipo colate rapide o collassi strutturali. Tale tecnica risulta quindi particolarmente utile per l’analisi di fenomeni franosi lenti o molto lenti e di fenomeni di subsidenza del terreno e possono fornire un valido ausilio per definire geometria e stato di attività dei fenomeni osservati.  
I progetti webgis
Link ai progetti
I progetti webgis sono stati realizzati per ogni Unit of Management (UoM) interessata dal “Progetto di PAI Dissesti Geomorfologici” e possono essere visualizzati ai seguenti link:
UoM ARNO
UoM SERCHIO
UoM TOSCANA NORD
UoM TOSCANA COSTA
UoM OMBRONE
Elaborazioni riportate nei progetti
Descrizione
Rispetto ai dati originari, che possono essere scaricati liberamente a questo link, i dati di deformazione sono stati aggregati spazialmente secondo celle quadrate con lato di 100 metri, per ognuna delle quali sono stati esaminati il numero di PS ascendenti e/o discendenti e le rispettive velocità medie espresse in mm/anno. Inoltre, nelle celle dove ricadono sia PS ascendenti che discendenti, è stata effettuata la ricostruzione del vettore velocità media annua nel piano Est-Ovest-Zenit-Nadir (EOZN) secondo la procedura riportata nelle  linee guida.

Si ricorda che tale elaborazione viene effettuata approssimando le traiettorie del satellite alla direzione N-S, sia per il dataset ascendente che discendente, mentre in realtà queste si discostano rispettivamente di circa -/+ 10° da tale direzione. Peraltro, anche se tale approssimazione non permette di effettuare analisi quantitative, ci consente comunque una valutazione qualitativa del fenomeno osservato, in modo da capire se si tratta di un moto prevalentemente verticale, come nel caso di un fenomeno di subsidenza del terreno, oppure se è presente anche un’importante componente orizzontale, come si verifica generalmente nell’analisi di un fenomeno franoso.

Al fine di limitare al massimo la quantità di dati riportati nei progetti e rendere più gestibile la loro visualizzazione e interrogazione, è stato deciso di pubblicare solamente le elaborazioni riferite a celle “attive”, ovvero celle che presentano valori di velocità media di deformazione annua esterni all’intervallo di confidenza strumentale della tecnica interferometrica utilizzata (+/- 2 mm/anno).
In questo modo infatti vengono eliminate tutte le celle che potrebbero a prima vista risultare stabili, ma che in funzione della particolare geometria di acquisizione delle immagini da parte del satellite potrebbero in realtà essere fortemente sottostimate. Dobbiamo tenere presente che le velocità di deformazione caratterizzanti i PS ricadenti in ogni cella, sono misurate lungo la linea di vista del satellite e pertanto qualsiasi movimento che si discosta da tale direzione viene sottostimato. Questo discorso vale ovviamente anche per le celle “attive”, ma in questo caso l’eventuale sottostima non può che confermarne ulteriormente lo stato di attività. In relazione a queste considerazioni è stata quindi definita la percentuale di movimento rilevabile lungo la linea di vista del satellite ipotizzando uno spostamento reale lungo la linea di massima pendenza del versante, come descritto di seguito. Per un maggiore approfondimento di questo aspetto si rimanda alle  linee guida.  

Strati informativi pubblicati e legenda esplicativa
Descrizione

Per semplicità di lettura, i progetti webgis con le suddette elaborazioni sono stati impostati in modo da evidenziare le legende dei vari temi pubblicati, che possono essere sintetizzati come segue:
1) Direzione del movimento nel piano EOZN File puntuale che mostra quale è la componente principale del movimento nel piano EOZN, ovvero verso EST (freccia orientata), OVEST (freccia orientata), ZENIT (punto nero) o NADIR (punto rosso), in modo da comprendere meglio se abbiamo a che fare con un movimento con importante componente orizzontale (EST, OVEST), come generalmente avviene nel caso di fenomeni franosi, oppure con un movimento a prevalente componente verticale (ZENIT, NADIR), come nel caso di fenomeni di subsidenza-rigonfiamento del terreno o fenomeni franosi con superficie di scivolamento subverticale.
2) Velocità di movimento nel piano EOZN File poligonale riportante le celle di riferimento utilizzate per l’aggregazione dei dati comprendenti sia dati ascendenti che discendenti, per le quali è stato quindi possibile effettuare la ricostruzione quantitativa del vettore velocità media annua nel piano EOZN secondo la procedura riportata a questo link. La legenda e stata strutturata secondo classi di velocità crescente utilizzando il campo “velocità ricostruita nel piano EOZN (mm/anno)”. Interrogando le celle con il tasto sinistro del mouse è possibile visualizzare i seguenti attributi:

  • n° ascendenti: numero di PS ascendenti ricadenti nella cella selezionata;
  • velocità media ascendenti (mm/anno): velocità media annua dei PS ascendenti ricadenti nella cella selezionata, espressa in mm/anno;
  • percentuale media di stima ascendenti: stima della percentuale di movimento rilevabile lungo la linea di vista del satellite in geometria ascendente ipotizzando uno spostamento reale lungo la linea di massima pendenza del versante. Per un maggiore approfondimento di questo aspetto si rimanda alle linee guida;
  • n° discendenti: numero di PS discendenti ricadenti nella cella selezionata;
  • velocità media discendenti (mm/anno): velocità media annua dei PS ascendenti ricadenti nella cella selezionata, espressa in mm/anno;
  • percentuale media di stima discendenti: stima della percentuale di movimento rilevabile lungo la linea di vista del satellite in geometria discendente ipotizzando uno spostamento reale lungo la linea di massima pendenza del versante. Per un maggiore approfondimento di questo aspetto si rimanda alle linee guida;
  • angolo rispetto allo zenit nel piano EOZN: stima quantitativa della direzione e verso del vettore velocità media annua nel piano EOZN definite come angolo che il vettore forma rispetto allo zenit, secondo la procedura illustrata nelle linee guida;
  • velocità ricostruita nel piano EOZN (mm/anno): stima quantitativa del modulo del vettore velocità media annua nel piano EOZN, espresso in mm/anno, ottenuto tramite la procedura illustrata nelle linee guida;
  • direzione prevalente di movimento: campo testuale che esprime la direzione prevalente del movimento (Est, Ovest, Zenit o Nadir), come riportato visivamente nel file puntuale di cui al punto 1);
  • popolazione 2011: stima della popolazione residente nella cella considerata in base al censimento ISTAT della popolazione del 2011.

  3) Celle con soli PS ascendenti File poligonale riportante le celle di riferimento utilizzate per l’aggregazione dei dati che comprendono solamente dati ascendenti, per le quali non è stato quindi possibile effettuare la ricostruzione quantitativa del vettore velocità media annua nel piano EOZN. La legenda e stata strutturata secondo classi di velocità crescente utilizzando il campo “velocità media ascendenti (mm/anno). In particolare, interrogando le celle con il tasto sinistro del mouse è possibile visualizzare i seguenti attributi:

  • n° ascendenti: numero di PS ascendenti ricadenti nella cella selezionata;
  • velocità media ascendenti (mm/anno): velocità media annua dei PS ascendenti ricadenti nella cella selezionata, espressa in mm/anno;
  • percentuale media di stima ascendenti: stima della percentuale di movimento rilevabile lungo la linea di vista del satellite in geometria ascendente ipotizzando uno spostamento reale lungo la linea di massima pendenza del versante. Per un maggiore approfondimento di questo aspetto si rimanda alle linee guida;
  • popolazione 2011: stima della popolazione residente nella cella considerata in base al censimento ISTAT della popolazione del 2011.

  4) Celle con soli PS discendenti File poligonale riportante le celle di riferimento utilizzate per l’aggregazione dei dati che comprendono solamente dati discendenti, per le quali non è stato quindi possibile effettuare la ricostruzione quantitativa del vettore velocità media annua nel piano EOZN. La legenda e stata strutturata secondo classi di velocità crescente utilizzando il campo “velocità media discendenti (mm/anno)”. In particolare, interrogando le rispettive celle con il tasto sinistro del mouse è possibile visualizzare i seguenti attributi:

  • n° discendenti: numero di PS discendenti ricadenti nella cella selezionata;
  • velocità media discendenti (mm/anno): velocità media annua dei PS ascendenti ricadenti nella cella selezionata, espressa in mm/anno;
  • percentuale media di stima discendenti: stima della percentuale di movimento rilevabile lungo la linea di vista del satellite in geometria discendente ipotizzando uno spostamento reale lungo la linea di massima pendenza del versante. Per un maggiore approfondimento di questo aspetto si rimanda alle linee guida;
  • popolazione 2011: stima della popolazione residente nella cella considerata in base al censimento ISTAT della popolazione del 2011.

  Sebbene non visibili all’apertura dei progetti, nella finestra che riporta la “Layer list” è possibile attivare i singoli PS ricadenti in ogni cella considerata (“PS ascendenti in celle attive” e “PS discendenti in celle attive”) per la loro visualizzazione e interrogazione. Tale operazione permette di verificare le velocità medie annue di deformazione di ogni singolo PS e la loro effettiva natura, ovvero se si tratta di un vero PS (Permanent Scatterer se EFF_AREA = 0), cioè un punto riferito ad un oggetto reale, oppure di un DS (Distribute Scatterer se EFF_AREA <> 0), cioè un valore riferito ad un’area (EFF_AREA). Per un maggior approfondimento sulla natura dei punti considerati e sulla tecnica utilizzata per l’elaborazione delle immagini SAR si rimanda a Ferretti et al. (2011).

Approfondimenti
Documentazione

Per una migliore comprensione e utilizzo pratico dei dati puntuali di deformazione (PS) derivati da analisi multi-interferometrica di dati radar satellitari, elaborati, in particolare, nell’ambito del Piano Straordinario di Telerilevamento Ambientale e del Programma di Monitoraggio Radar Satellitare della Regione Toscana, si rimanda alle seguenti linee guida:

Linee guida per l’utilizzo dei dati di deformazione (PS) derivati da analisi multi-interferometrica di immagini radar satellitari

Si riportano di seguito alcuni articoli e report tecnici effettuati dall’Autorità di Bacino del fiume Arno per l’analisi dei fenomeni di deformazione del terreno (frane e subsidenza) tramite interferometria radar differenziale:

Analisi PSInSAR delle deformazioni superficiali di un’area in frana ubicata presso l’ex area mineraria di Santa Barbara (AR) nel periodo 2015-2020

Utilizzo dei dati interferometrici del Piano Straordinario di Telerilevamento Ambientale come supporto all’analisi di vulnerabilità dei beni a vincolo architettonico nel bacino del fiume Arno.

Use of SAR interferometry for landslide analysis in the Arno river basin

Utilizzo dell’interferometria radar satellitare per la gestione delle risorse idriche sotterranee nel bacino del fiume Arno

Valutazione degli effetti della variazione delle riserve idriche sotterranee sulle velocità di subsidenza nella pianura di Prato (PO) durante il periodo 1992-2010

Analisi dei fenomeni di subsidenza nel bacino del fiume Arno tramite l’utilizzo dell’interferometria radar differenziale da piattaforma satellitare