Interferometria SAR multitemporale per indagini di deformazione del terreno e delle strutture

Satellite radar interferometry is an effective technique in different applications focussed on Earth surface deformation phenomena mainly for its ability to depict the displacement of ground targets at a very high accuracy level (1–2 mm/yr). Since the 1990s, several synthetic aperture radar missions with various frequency, spatial and temporal resolution have been launched enabling the investigation of different phenomena occurring at different spatial and temporal scale: from the first low-resolution and the new generation of medium-resolution satellite radar missions (e.g. ERS, Envisat and Sentinel-1) for large-scale phenomena investigations (such as natural hazard assessment, ground deformation phenomena and polar cap dynamics investigations, slope failures, and instability processes) to the more recent high-resolution systems (e.g. COSMO-SkyMed and TerraSAR-X) that opened new perspectives in the infrastructures and structures monitoring field. This dissertation focusses on the interpretation of phenomena occurring at the ground in relation to their causal factors from dual-orbit set of synthetic aperture radar data and a multi-temporal interferometric technique. Throughout the course of the research activity, particular emphasis has been set on the assessment of the achieved results accuracy by uncertainty analysis. This thesis deals with topics from ground deformation phenomena up to structural investigations. The first objective is the development, testing and validation of an open-source processing workflow of synthetic aperture radar data including a calibration and decomposition procedure and complemented by the accuracy assessment of the results with error propagation analysis. Then, ground deformation phenomena, and, in particular, ground subsidence, are characterized in relation to their different contributions exploiting an approach based on a spatial analysis of the processed interferometric products performed in a geographic information system environment. Finally, the potentialities of interferometric satellite techniques for structural applications have been assessed presenting a procedure for the reconstruction of structural motion of single buildings from dual-orbit interferometric products complemented by the estimation of the motion parameters uncertainties.

L'interferometria radar satellitare è una tecnica efficace in diverse applicazioni incentrate sui fenomeni di deformazione della superficie terrestre, soprattutto per la sua capacità di rappresentare lo spostamento di bersagli al suolo con elevata precisione (1-2 mm/anno). A partire dagli anni '90, sono state lanciate numerose missioni radar ad apertura sintetica con diverse frequenze e risulouzioni spaziali e temporali, che hanno permesso di indagare diversi fenomeni che si verificano a differenti scale spaziali e temporali: dalle prime missioni radar satellitari a bassa risoluzione e la nuova generazione di missioni radar a media risoluzione (ad es. ERS, Envisat e Sentinel-1) per l'indagine di fenomeni su larga scala (come la valutazione dei rischi naturali, i fenomeni di deformazione del suolo e le indagini sulla dinamica delle calotte polari, i cedimenti dei versanti e i processi di instabilità), fino ai più recenti sistemi ad alta risoluzione (ad esempio COSMO-SkyMed e TerraSAR-X) che hanno aperto nuove prospettive nel campo del monitoraggio delle infrastrutture e delle strutture. Questa tesi si concentra sull'interpretazione dei fenomeni che si verificano al suolo in relazione ai loro fattori causali a partire da una serie di dati radar ad apertura sintetica in doppia orbita e da una tecnica interferometrica multitemporale. Nel corso dell'attività di ricerca, particolare enfasi è stata posta sulla valutazione dell'accuratezza dei risultati ottenuti attraverso l'analisi dell'incertezza. Questa tesi affronta argomenti che vanno dai fenomeni di deformazione del terreno fino alle indagini strutturali. Il primo obiettivo è lo sviluppo e la validazione di un flusso di lavoro open-source per l'elaborazione di dati radar ad apertura sintetica, che include una procedura di calibrazione e decomposizione, completata dalla valutazione dell'accuratezza dei risultati con l'analisi della propagazione degli errori. In seguito, i fenomeni di deformazione del suolo e, in particolare, i cedimenti del terreno, sono stati caratterizzati in relazione ai loro diversi contributi sfruttando un approccio basato sull'analisi spaziale dei prodotti interferometrici elaborati tramite l'utilizzo di un sistema informativo geografico. Infine, sono state valutate le potenzialità delle tecniche interferometriche satellitari per applicazioni strutturali, presentando una procedura per la ricostruzione del moto strutturale di singoli edifici a partire da prodotti interferometrici a doppia orbita, integrata dalla stima delle incertezze associate ai parametri di moto.