Prodotti DInSAR

La procedura utilizzata in questo studio è stata essenzialmente basata sull’utilizzo del software SARScape (www.sarmap.ch) che comprende un insieme di tools dedicati alla generazione di prodotti derivati dai dati SAR satellitari. Il modulo più utilizzato in questa fase è stato quello DInSAR che permette sia la generazione di Modelli Digitali di Superficie che di carte di Deformazione del Suolo, (Figura 65 e Figura 66). Ulteriori procedure, ma soprattutto l’utilizzo di un originale “tool esterno”, che infine ha caratterizzato la metodologia di calcolo, sono stati impiegati per ottimizzare il processing e saranno illustrati di seguito. Essenzialmente si sono seguiti i seguenti step successivi :

1. Import dei dati: prima di cominciare il processo interferometrico si è proceduto all’estrazione dei dati relativi al sensore specifico e ai relativi “header parameters”;

2. Focalizzazione e multilooking: un’immagine complessa è prodotta da informazioni di fase e intensità. Con l’utilizzo dell’algoritmo “Omega-K” (Rocca, 1987; Prati et al., 1991) si ottiene un’immagine complessa dove i valori di intensità sono relativi alla riflettività del target e l’informazione di fase alla geometria di acquisizione ed alla topografia del terreno. La focalizzazione è stata eseguita solo sui prodotti acquisiti in formato raw mentre il multilooking è stato applicato sia ai raw che agli slc al fine di trasformare i prodotti da Single Look (pixel rettangolari) a Multi Look (pwr), (pixel quadrati) e per ridurre l’effetto “speckle”;

3. Verifica della baseline: questa operazione ci ha permesso di verificare la veridicità dei dati acquisiti preliminarmente rispetto al valore della baseline e di acquisirne di nuovi relativi ai parametri orbitali di shift;

4. Generazione della fase sintetica: si è cominciato il processing con la generazione di un interferogramma sintetico. Questa procedura abilita un filtro speciale “spectral shift” (sviluppato da SARMAP e dal Politecnico di Milano) che, applicato alle immagini “slc” in input, permette la generazione di interferogrammi di migliore qualità. La fase sintetica è stata generata utilizzando come input le due immagini focalizzate ed il DTM messo a disposizione dal Centro Cartografico Regionale che dopo una particolare fase di mosaicatura e trasformazione è stato implementato nel software;

5. Generazione dell’interferogramma differenziale: utilizzando una coppia di immagini slc si è proceduto alla generazione degli interferogrammi. Avendo generato la fase sintetica di cui al punto 4, l'output di questo step è stato già un interferogramma differenziale, insieme al quale sono state prodotte 2 immagini di intensità coregistrate e corrispondenti rispettivamente alla Master e alla Slave. Il software ci ha permesso di optare per il calcolo dei parametri di shift, utilizzati per la coregistrazione, direttamente dai parametri orbitali, utilizzando un valore costante oppure variabile linearmente lungo la direzione di azimut;

Figura 65. Schema di calcolo dell’interferogramma.

Il diagramma in alto mostra i passaggi principali relativi alla generazione dell’interferogramma (guida SARSCAPE - SARMAP 2008).

6. Filtraggio dell’interferogramma e generazione della mappa di coerenza: questo passaggio permette di ridurre il noise “lisciando” l’interferogramma differenziale prima della successiva fase di “unwrapping” (srotolamento della fase). Durante questo step si genera anche la carta di coerenza relativa alla coppia elaborata;

7. Phase unwrapping: la fase dell’interferogramma è conosciuta a meno di multipli di 2π. L'operazione che permette di derivare il valore assoluto della fase e che risolve questa ambiguità è conosciuto come “srotolomento dell’interferogramma differenziale” o “unwrapping”:

φu = φw + 2Nπ essendo : (4.1)

ƒ φw = fase wrapped ;

ƒ N = numero intero da calcolare.

L'output è l’immagine di fase assoluta, relativa ai punti in cui la coerenza risulta superiore a una soglia di riferimento. L'immagine prodotta è ancora rappresentata nella direzione di vista del satellite (slant range). Essa è funzione geometrica della quota e il valore dei suoi pixel è fornito in radianti. Esistono numerosi algoritmi di unwrapping. Quello che è stato utilizzato in questa analisi è il “region growing” (Reigber et al., 1997);

8. Baseline fit: questa fase è di particolare importanza per correggere gli errori relativi ai dati orbitali dei satelliti, che quasi sempre affliggono la qualità e la bontà dei prodotti interferometrici e di conseguenza la corretta trasformazione delle informazioni di fase in valori di quota. L'esecuzione di questo step, presuppone l’identificazione sull’immagine di punti di controllo. Questi devono essere piazzati sulle immagini evitando di creare singolarità e dove le frange topografiche sono state eliminate dal processo di “flattening”;

9. Reiterazione del processo dal punto 4 al punto 7: per quello che concerne la generazione di carte di deformazione dopo l’esecuzione della correzione dei dati orbitali con la “baseline fit”, SARScape prevede la reiterazione della procedura dal punto 4 al 7 utilizzando i dati orbitali corretti. L’ultima versione del software prevede una procedura automatizzata più semplice per la reiterazione che precedentemente doveva essere eseguita a mano;

10.1 Phase to map: questo rappresenta l’ultimo passaggio del processing per la produzione di Modelli Digitali di Superficie. I valori di fase assoluta calibrati e “srotolati” sono convertiti in quote e direttamente geocodificati;

10.2 Phase to displacement: i valori di fase assoluta calibrata e “srotolata” sono convertiti in spostamento e direttamente geocodificati nella proiezione desiderata. Le equazioni “Range-Doppler” sono applicate simultaneamente alle due antenne, permettendo così di ottenere non solo lo spostamento di ogni pixel, ma anche la relativa posizione (Easting, Northing) in un sistema di riferimento geocartografico. È possibile specificare un vettore (es. direzione e inclinazione) su cui lo spostamento lungo la slant range direction sarà proiettato. Tipicamente, questo vettore rappresenta la direzione di deformazione al suolo (verticale nel caso di subsidenze; secondo la linea di massima pendenza nel caso di movimenti di versante).

L’operazione può essere eseguita solo fornendo punti di controllo (GCP) a terra individuati preventivamente. Questi (GCP) sono utilizzati per calcolare e rimuovere l’offset di fase. Essi possono essere localizzati sia su aree a deformazione conosciuta (punti GPS di monitoraggio) o dove non esiste deformazione (spostamento).

Figura 66. Insieme della catena di processing implementata in SARScape (guida SARSCAPE - SARMAP 2008).