Descrizione tecnica delle modalità di funzionamento:
Il Telerilevamento da satellite rappresenta uno strumento in grado di ottenere informazioni, sia qualitative che quantitative, su oggetti posti ad una determinata distanza sulla base di misure di energia elettromagnetica emessa, riflessa o trasmessa, attraverso l’impiego di satelliti in orbita equipaggiati con specifici sensori.
Negli ultimi anni lo sviluppo di piattaforme satellitari ha permesso di avere a disposizione una vasta gamma di sensori finalizzati all’osservazione della Terra. I dati satellitari hanno avuto un costante sviluppo in termini di quantità, risoluzione spaziale, frequenza di acquisizione, e di gratuità e fruibilità del dato.
I sensori impiegati possono essere suddivisi in due categorie principali, sulla base della loro modalità di acquisizione:
 | Sensori ottici passivi ovvero il sensore misura la radiazione naturalmente disponibile, emessa o riflessa dagli oggetti sul terreno a seconda della loro riflettività o riflettanza. Rientrano in questa categoria tutti i satelliti multi ed iper- spettrali che operano dalle lunghezze d’onda del visibile fino a quelle dell’infrarosso. |
Tabella dei sensori ottici passivi più noti ed utilizzati nell’ambito dell’Osservazione della Terra
| Satellite | ENTE | Disponibilità del dato | Risoluzione Spaziale | Tempo di rivisitazione | Possibili Impieghi per monitoraggio mappatura |
| Prisma | ASI | Su progetto | 30 m – 5 m | ||
| Sentinel-2 a/b | ESA | Libero | 10 m – 20 m | 5 / 10 giorni | DIC; |
| Landasat-8 | NASA | Libero | 30 m – 15 m | ||
| Planet Scope | Planete LAB | Commerciale | 3 m | Giornaliera | Stereoscopia; |
| Pleiades | Airbus | 0.5 m | On demand | ||
| Immagini Google Earth | Libero (solo consultazione) | < 1 m | Variabile |
 | Sensori radar attivi ovvero quei sensori che emetto un’onda elettromagnetica, diretta verso l’oggetto di indagine. La radiazione riflessa dall’oggetto viene poi registrata e misurata dal sensore. Questi satelliti, RADAR ad apertura sintetica (SAR) lavorano nella frequenza delle microonde. |
Tabella dei principali sensori attivi (SAR)
| Satellite | Disponibilità del dato | Risoluzione Spaziale | Tempo di rivisita |
| ERS-1/2 | Da accertare | 20×5 m | 35 giorni |
| ENVISAT-Asar | Da accertare | 20×5 m | 35 giorni |
| RADARSAT-1/2 | Commerciale | 10×5 m | 24 giorni |
| TerraSAR X | Commerciale | 1×1 m | 11 giorni |
| Sentinel-1 a/b | Libero | 5×5 m | 6 / 12 giorni |
| Cosmo Sky-Med | Commerciale | 1 x1 m | 1-4-8 giorni |
| ALOS -2 | Commerciale | 10×10 m | giornaliera |
I vari sistemi presentano diversi vantaggi e svantaggi. In particolare, i sistemi ottici: i) contengono l’informazione sulla riflettività naturale degli oggetti da cui si possono estrarre informazioni e parametri fisici; ii) non sono in grado di penetrare attraverso le nuvole, la pioggia e il fumo; iii) non sono in grado di acquisire nelle ore notturne, se non il segnale termico.
Per quanto riguarda invece i sistemi radar: i) contengono sia l’informazione di intensità legata alla riflettività degli oggetti, sia l’informazione di fase, legata alla distanza bersaglio-radar; ii) sono in grado di penetrare nuvole, pioggia e fumo; iii) non necessitano di illuminazione solare diurna per il loro corretto funzionamento.
Tali sensori sono in grado di scandire la superficie osservata e produrre un’immagine, in cui ciascun pixel rappresenta l’intensità di radiazione elettromagnetica irradiata dalla porzione di superficie osservata. Le immagini possono essere caratterizzate da diverse risoluzioni, a seconda del sensore utilizzato.
Descrizione delle modalità di utilizzo per il monitoraggio dei fenomeni franosi ed esempi operativi:
Gli sviluppi recenti nell’ambito del telerilevamento da satellite, con l’impiego di satelliti ottici con prestazioni elevate in termini di risoluzione spaziale o capacità di acquisizione stereoscopica, e grazie allo sviluppo delle recenti tecniche di interferometria satellitare di immagini radar (es. SBAS Small Baseline Subset, PSInSAR; SqueeSARTM, etc.), in grado di valutare le deformazioni superficiali con accuratezza millimetrica su singoli punti, hanno incrementato considerevolmente l’impiego di tale tecnica nell’ambito del monitoraggio dei fenomeni franosi.
Grazie ai sensori ottico-elettronici installati su satellite, il vantaggio principale nell’impiego di tecniche di telerilevamento satellitare è rappresentato dalla possibilità di effettuare acquisizioni su vaste aree (ca. 104 km2), in bande diverse dello spettro elettromagnetico (osservazione multi-spettrale), ed in modo rapido, con acquisizioni ripetute nel tempo (osservazione multi-temporale), consentendo di mappare le variazioni superficiali sia nello spazio che nel tempo.
Molto diffuse negli ultimi anni sono le tecniche interferometriche SAR (SBAS; PSInSAR; SqueeSARTM). Tali tecniche permettono di ricostruire tramite la differenza (DInSAR) di fase fra due immagini gli spostamenti avvenuti al suolo una volta che si è pulito il segnale dalle componenti legate all’orbita del satellite, alla topografia e all’atmosfera. Mentre il confronto tra due sole immagini trova impiego per la mappatura di grandi deformazioni su vaste aree (terremoti, deformazione legate ai vulcani), l’utilizzo di una serie storica di immagini basate sulle tecniche persistent scatterer permette il monitoraggio di processi lenti, fra i quali le frane, ricostruendone la serie storica dei movimenti superficiali.
Nell’ambito del monitoraggio dei fenomeni franosi, l’interferometria rappresenta un valido supporto sia per l’analisi di fenomeni impulsivi occorsi in seguito ad eventi di precipitazione eccezionale, analizzando la differenza di ampiezza, sia per monitorare nel tempo i fenomeni di instabilità, analizzando la differenza di fase. È inoltre possibile la generazione di modelli digitali del terreno come prodotto interferometrico ottenuto dall’elaborazione della fase interferometrica.
La velocità massima che si può misurare è legata alla lunghezza d’onda (λ) e alla frequenza di acquisizione del satellite. Tipicamente, ad ogni passaggio del satellite la velocità massima corrisponde ad ¼ di λ. Ad esempio con il satellite Sentinel-1 che ha un tempo di rivista di 6 giorni (in Europa) ed una λ di 5.6 cm, si possono registrare, in condizioni ideali, frane con movimenti fino 85 cm/annui.
Scenari di utilizzo maggiormente indicati:
Tra le molteplici applicazioni del telerilevamento da satellite nel campo di studio dei fenomeni di frana, le principali sono:
- Mappatura di frane superficiali con il confronto di immagini pre- e post- evento;
- Cambiamenti morfologici individuati dalla differenza di DEM (immagini satellitari stereoscopiche);
- Mappatura spostamenti orizzontali tramite cross-correlation di immagini (vedi scheda dedicata alla digital image correlation);
- Mappatura di movimenti lenti, subsidenze o di movimenti tettonici tramite tecniche interferometriche InSAR (immagini satellitari RADAR);
- Misure indirette (umidità del suolo, stima della pioggia, dati metereologici, GNSS).
Da sottolineare che le tecniche di interferometria satellitare rappresentano le tecniche ideali per il monitoraggio (non in tempo reale) delle frane estremamente e molto lente (V. Figura Varnes) e per coprire vaste aree (a scala nazione es. PST). Con in satelliti ad alta frequenza di acquisizione (Sentinel-1 o CosmoSkymed) ed il miglioramento degli algoritmi di processing del dato le serie storiche di misure sono sempre più affidabili e confrontabili con dati a terra.
Le tecniche DInSAR presentano varie limitazioni, fra cui: I) il movimento è registrato lungo la linea di vista del satellite (LOS) e in taluni casi l’orientazione del pendio (es Nord –Sud) ortogonale alla LOS porta ad una forte sottostima del reale movimento; ii) accelerazioni parossistiche oltre ¼ di λ sono sottostimate e possono portate alla perdita di coerenza del dato; III) le zone con abbondante copertura vegetale (frane in aree boscate) non hanno sufficienti bersagli a terra e non possono essere monitorate.
Tabella 1. Alcuni fonti in rete di dati satellitari ed aereo (non commerciali) che possono essere utizzati per la mappatura, e lo studio delle frane.
| Dati disponibili | Fornitore | Link | Acesso |
| Copertura Globale | |||
| Dati raw dai satelliti Sentinel: 1 (SAR) 2 (multispettrale alta risoluzione) 3 multispettrale bassa risoluzione | ESA – Copernicus | https://scihub.copernicus.eu/ | Libero con registrazione |
| Visualizzazione e scarico dei dati parziamente processati Satelliti Sentinel 1,2,3 (e altri come proba-V) | ESA EO – Broswer | https://apps.sentinel-hub.com/eo-browser/ | Libero con registrazione |
| Dati raw dai Satelliti Landsat ed altri (es. Sentinel-2, Aster); DEM SRTM | USGS | https://earthexplorer.usgs.gov/ | Libero con registrazione |
| GoogleEarth (immagine satellitari storiche ad alta risoluzione) | https://www.google.it/intl/it/earth/ | Libero, solo visualizzazione | |
| Stima pioggia umidità del suolo da satellite | CNR-IRPI | http://hydrology.irpi.cnr.it/download-area/sm2rain-data-sets/ | Libero |
| Dati RAW di vari satelliti (es: Pleaides; Cosmo) | ESA | https://earth.esa.int/web/guest/missions/3rd-party-missions/overview | Dati rilasciati liberamente solo tramite progetti di ricerca |
| Immagini satelliatri a bassa risoluzione (MODIS ) | NASA | https://worldview.earthdata.nasa.gov/ | Libero con registrazione per scarico |
| Prisma (satellite iperspettrale) dati raw | ASI | https://prisma.asi.it/ | Dati rilasciati liberamente solo tramite progetti di ricerca |
| Servizi di processing del dato (a scala globale) | |||
| Serie di interferogrammi Sentinel-1 che possono essere processati tramite tecnica SBAS con software free | COMET | https://comet.nerc.ac.uk/COMET-LiCS-portal/ | Libero |
| GoogleEarth Engine Processing di vari dati satellitari (Sentinel, Landsat) | https://earthengine.google.com/ | Libero previa registrazione e motivazione uso della piattaforma | |
| Serie di tool per il processing di dati di remote sensing (SAR, OTTICO) | ESA | https://geohazards-tep.eu/#!web_store | Libero con registrazione e presentazione |
| Territorio italiano | |||
| Ortofoto territorio italiano; Dati Persistent scatterers dai satelliti (ERS, ENVISAT ed aree campione Cosmo-SkyMED) | Min. Ambiente. Portale Cartografico Nazionale | http://www.pcn.minambiente.it/mattm/ | Libero (consultazione dati –WMS) |
| Dati LIDAR e PS (Download dei dati raw) | Min. Ambiente. PCN | http://www.pcn.minambiente.it/mattm/servizio-distribuzione-dati-pst/ | Dati rilasciati su mini progetto di ricerca e spese di invio |
