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.
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.
UoM ARNO
UoM SERCHIO
UoM TOSCANA NORD
UoM TOSCANA COSTA
UoM OMBRONE
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 e ai diagrammi con cui è possibile verificare la percentuale di movimento registrato dal satellite in funzione dei valori di esposizione (indicati sulla circonferenza più esterna e corrispondenti ai raggi del cerchio) e inclinazione (indicati sull’asse verticale e corrispondenti alle varie circonferenze concentriche) dell’ipotetica superficie di movimento del dissesto esaminato.
Nella barra degli strumenti riportata in alto a destra dei progetti è stata inserita anche la funzione “Chart” che permette di verificare i valori medi del vettore velocità nel piano verticale (EOZN) e la percentuale di movimento registrabile dal satellite (visibilità) in una specifica regione d’interesse da selezionare manualmente. Tale strumento risulta molto utile per effettuare valutazioni di massima su un determinato dissesto geomorfologico, permettendo di stimare in modo qualitativo eventuali cambiamenti di inclinazione e modulo del vettore velocità media annua nel piano EOZN lungo il profilo di un versante e verificare l’attendibilità dei risultati ottenuti in funzione del confronto tra orientamento della linea di vista del satellite e linea di massima pendenza.
Una volta attivato lo strumento, è possibile scegliere tra l’analisi del vettore velocità media annua nel piano verticale (Statistiche su vettore EOZN) oppure verificare la visibilità dei PS ascendenti e discendenti utilizzati per la ricostruzione del vettore stesso (Statistiche sulla visibilità del movimento). Dopo avere selezionato una delle due opzioni, deve essere azionato il flag “Use spatial filter to limit features” in modo da selezionare solo le celle su cui vogliamo effettuare l’analisi (in caso contrario la media verrà effettuata su tutta l’estensione del layer). A questo punto è possibile scegliere se analizzare tutte le celle che compaiono nella vista (Only features intersecting the current map area) oppure effettuare una selezione manualmente (Only features intersecting a user-defined area). Quest’ultima opzione risulta sicuramente più utile per gli scopi dell’analisi, in quanto permette di selezionare solo alcune specifiche celle per poi effettuare confronti tra i valori ottenuti in aree distinte. Una volta selezionata l’area d’interesse è possibile generare i grafici corrispondenti (apply), in modo da ottenere un istogramma con il valore medio dell’inclinazione e modulo del vettore velocità media annua nel piano verticale EOZN (Statistiche sulla visibilità del movimento), oppure un confronto tra la percentuale di stima della velocità media lungo le due linee di vista del satellite (ascendente e discendente) ipotizzando che il movimento avvenga lungo la linea di massima pendenza del versante.
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 e ai diagrammi con cui è possibile verificare la percentuale di movimento registrato dal satellite in funzione dei valori di esposizione (indicati sulla circonferenza più esterna e corrispondenti ai raggi del cerchio) e inclinazione (indicati sull’asse verticale e corrispondenti alle varie circonferenze concentriche) dell’ipotetica superficie di movimento del dissesto esaminato;
- 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 e ai diagrammi con cui è possibile verificare la percentuale di movimento registrato dal satellite in funzione dei valori di esposizione (indicati sulla circonferenza più esterna e corrispondenti ai raggi del cerchio) e inclinazione (indicati sull’asse verticale e corrispondenti alle varie circonferenze concentriche) dell’ipotetica superficie di movimento del dissesto esaminato;
- 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 e ai linee guida e ai diagrammi con cui è possibile verificare la percentuale di movimento registrato dal satellite in funzione dei valori di esposizione (indicati sulla circonferenza più esterna e corrispondenti ai raggi del cerchio) e inclinazione (indicati sull’asse verticale e corrispondenti alle varie circonferenze concentriche) dell’ipotetica superficie di movimento del dissesto esaminato;
- 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 e ai diagrammi con cui è possibile verificare la percentuale di movimento registrato dal satellite in funzione dei valori di esposizione (indicati sulla circonferenza più esterna e corrispondenti ai raggi del cerchio) e inclinazione (indicati sull’asse verticale e corrispondenti alle varie circonferenze concentriche) dell’ipotetica superficie di movimento del dissesto esaminato;
- 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).
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:
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:
Use of SAR interferometry for landslide analysis in the Arno river basin
Diagrammi per la verifica di visibilità dell’informazione interferometrica