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Completata con successo l'attività di sperimentazione di un sistema radar in banda P
Sicurezza, monitoraggio di foreste, stima della biomassa e dell’umidità dei suoli, ghiacciai, archeologia, geologia, esplorazioni planetarie: sono alcune delle applicazioni del radar in banda P, un sistema di proprietà dell'Agenzia spaziale italiana (Asi), realizzato dal Corista e sperimentato con la partecipazione dell’Istituto per il rilevamento elettromagnetico dell’ambiente del Cnr, il Politecnico di Milano e l’Università di Trento
E’ stata completata con successo l'attività di ricerca e sviluppo finalizzata alla realizzazione e sperimentazione di un sistema radar multifrequenza operante in banda P (frequenze inferiori ad 1 GHz), in particolare nelle bande VHF e UHF, di proprietà dell'Agenzia Spaziale Italiana (ASI). Il sistema, realizzato dal Consorzio di Ricerca su Sistemi di Telerilevamento Avanzati (CORISTA) e sperimentato con la partecipazione dell’Istituto per il Rilevamento Elettromagnetico dell’Ambiente del CNR, il Politecnico di Milano e l’Università di Trento, è costituito da un sensore "sounder", operante alla frequenza di 150 MHz, e da due sensori "imager" operanti alle frequenze di 450 e 900 MHz. Grazie all'impiego di frequenze più basse rispetto a quelle delle bande "classiche" L, C ed X, il sistema radar realizzato permette di acquisire informazioni anche sullo strato sub-superficiale dell'area investigata.
L’interesse della Difesa verso l’esplorazione del potenziale offerto dall'impiego militare della banda P ha permesso, tramite i velivoli messi a disposizione dal Centro Sperimentale Volo dell’Aeronautica Militare, di effettuare la sperimentazione del radar, attraverso due campagne di volo, finalizzata ad investigare lo spettro applicativo di tale banda di frequenze con particolare riguardo all’analisi di aree terrestri.
Nell’ambito dell’esperimento l’IREA ha condotto le elaborazioni dei dati necessarie a fornire al radar in banda P la capacità di discriminare gli oggetti al suolo con dettaglio paragonabile a quello dell’occhio umano. Tali elaborazioni richiedono operazioni complesse di trattamento del segnale che, nel caso specifico di installazione su elicottero, hanno riguardato soprattutto la compensazione accurata degli errori di moto della piattaforma. “La capacità penetrativa dei radar in Banda P, ovvero di vedere in 3D anche attraverso la vegetazione o nel sottosuolo”, affermano Gianfranco Fornaro e Francesco Soldovieri, primi Ricercatori dell’IREA che hanno coordinato le attività dell’elaborazione dei dati sia della componente imager che sounder e la generazione delle immagini tra cui quella riportata in figura, “ha applicazioni rilevanti per la sicurezza, il monitoraggio di foreste, la stima della biomassa e dell’umidità dei suoli, come pure per i ghiacciai, l’archeologia, la geologia e le esplorazioni planetarie.”
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Dati spaziali e misure terrestri insieme per comprendere meglio i vulcani
L’utilizzo congiunto di dati satellitari e misure al suolo aiuta ad evidenziare le possibili risalite di magma precedenti la ripresa dell'attività eruttiva all’Etna. E’ quanto riporta uno studio nato dalla fruttuosa collaborazione tra il Consiglio nazionale delle ricerche (Cnr), l'Istituto nazionale di geofisica e vulcanologia (Ingv) e l’Agenzia spaziale italiana (Asi) che è stato recentemente pubblicato sulla rivista Scientific Reports di Nature.
Capire la struttura interna di un vulcano e il suo funzionamento è uno degli obiettivi principali degli studi vulcanologici. Per fare questo i ricercatori possono basarsi solo su informazioni raccolte sulla superficie del vulcano e sull’analisi dei prodotti emessi (lava, gas, cenere, …). Lo studio, per la prima volta, utilizza sinergicamente le misure della deformazione del suolo, calcolate utilizzando dati raccolti da radar satellitari come Ers/Envisat e Cosmo-SkyMed, e le informazioni sulle piccole variazioni del campo gravitazionale misurate in prossimità della superficie del vulcano.
“Uno degli strumenti più importanti per la comprensione dei fenomeni che avvengono in profondità è lo studio delle deformazioni della superficie terrestre”, spiega Eugenio Sansosti del Cnr. “Deformazioni del suolo anche molto piccole, fino ad un centimetro, possono essere misurate dallo spazio utilizzando sensori radar ad apertura sintetica, chiamati Sar, montati a bordo di satelliti”.
È per questo che l’Etna è costantemente monitorato dai satelliti della costellazione dell’Asi Cosmo-SkyMed che dal 2009 acquisiscono con estrema regolarità, sul vulcano italiano.
Piccole variazioni della superficie terrestre sono l’effetto misurabile di vari processi geofisici, spesso complessi e sovrapposti. Tuttavia, nonostante l’estrema precisione delle tecniche Sar satellitari, non sempre fenomeni importanti, quali la risalita di magma in un vulcano, danno luogo a deformazioni del suolo significative.
“È proprio in questi casi che l’integrazione con altri dati fornisce i risultati più interessanti”, prosegue Sansosti. “Nel nostro lavoro, in aggiunta ai dati Sar, abbiamo utilizzato dati gravimetrici raccolti dall’Ingv. Con tali dati, che misurano le variazioni del campo gravitazionale, è possibile avere una stima delle masse magmatiche presenti sotto la superficie del vulcano. Questo permette di individuare fenomeni di risalita del magma anche se non causano deformazioni del suolo misurabili”.
Un lavoro che apre nuove prospettive per la comprensione del funzionamento dei vulcani. La risalita di magma, tuttavia, non è l’unico fenomeno che causa variazioni della superficie terrestre e del campo gravitazionale. “In un sistema vulcanico così complesso come l’Etna, molti sono i fattori che influenzano questi parametri”, spiega Gilda Currenti dell’Ingv “La capacità di creare nuovi modelli numerici che permettano, mediante simulazioni al computer, di separare i diversi fenomeni che avvengono contemporaneamente, permetterà di capire con maggiore precisione quando il vulcano inizierà una nuova fase eruttiva”. Ed è questa la sfida per il futuro.
Questo studio è stato co-finanziato dall’Agenzia Spaziale Italiana tramite il progetto Sar4Volcanoes che ha anche messo a disposizione i dati Sar acquisiti dai satelliti Cosmo-SkyMed. Per favorire la conoscenza dei fenomeni vulcanici, l’Asi aderisce all'iniziativa internazionale Supersites, mettendo a disposizione della comunità scientifica internazionale i dati della missione Cosmo-Skymed su alcuni vulcani nel mondo come Hawaii e Islanda.
Leggi l'articolo pubblicato sulla rivista Scientific Reports.
Terremoto in Emilia Romagna: il sollevamento dell’area è arrivato a 15 centimetri
Nell’emergenza post terremoto dell’Emilia Romagna il Dipartimento della Protezione Civile, fin dalle primissime ore dopo il sisma, ha coinvolto l’ASI Agenzia Spaziale Italiana, il CNR-IREA Consiglio Nazionale delle Ricerche - Istituto per il Rilevamento Elettromagnetico dell’Ambiente e l’INGV Istituto Nazionale di Geofisica e Vulcanologia, per la programmazione di nuove acquisizioni radar dai satelliti della costellazione COSMO-SkyMed al fine di disporre, in tempi molto rapidi, di informazioni circa la deformazione crostale connessa alle scosse sismiche di maggiore energia: tipo di deformazione, entità ed estensione del territorio interessato.
Grazie alle informazioni satellitari è stato possibile completare il quadro della situazione dell’area colpita dal sisma. Per una parte dell’area studiata si è evidenziato che si è avuto un sollevamento il cui valore massimo è pari a circa 15 centimetri. Questi dati concordano con quelli sismologici e mostrano un piano di rottura principale immergente verso Sud lungo il quale la parte meridionale di questo settore della Pianura Padana si è accavallato sul settore settentrionale (faglia di sovrascorrimento).
Una delle più importanti capacità dei sistemi radar per l’Osservazione della Terra è quella di funzionare giorno e notte e in qualsiasi condizione atmosferica. Questa caratteristica, data la densa copertura nuvolosa che ha interessato la zona durante i primi giorni dell’emergenza, si è rilevata di particolare importanza: l’informazione radar è risultata l’unica capace di fornire, in tempi brevissimi, un quadro d’insieme della situazione, non rilevabile con le metodologie ottiche standard.
Mediante una tecnica denominata Interferometria Differenziale è possibile misurare spostamenti del terreno, anche dell’ordine dei centimetri, utilizzando immagini radar acquisite prima e dopo un evento sismico. L’ultima acquisizione dei satelliti COSMO-SkyMed sulla zona interessata dal sisma è avvenuta la sera del 19 maggio, poche ore prima dell’evento.
Per poter calcolare la deformazione del suolo è necessario attendere che uno dei satelliti ripassi esattamente sulla stessa orbita. L’Agenzia Spaziale Italiana ha immediatamente predisposto l’acquisizione del primo passaggio utile post-terremoto, avvenuto nella serata del 23 maggio. I dati sono stati prontamente elaborati da un team di ricercatori coordinati da Eugenio Sansosti del Consiglio Nazionale delle Ricerche e da Stefano Salvi dell’Istituto Nazionale di Geofisica e Vulcanologia.
Per renderle più semplici da interpretare, le deformazioni misurate sono state rappresentate sulla cartografia di GoogleEarth mediante un codice di colori (vedi immagine). Le zone azzurre sono quelle affette da deformazione trascurabile, mentre quelle in rosso hanno raggiunto il valore di massimo sollevamento.
Questo primo risultato è particolarmente interessante in quanto, pur rappresentando solo il settore più orientale dell’area presumibilmente in deformazione, consente di capire che questa ha un orientamento prevalentemente est-ovest, parallelo alla struttura tettonica che ha generato il terremoto, e può quindi fornire utili informazioni per la definizione della geometria complessiva del processo in atto. La qualità delle immagini risulta buona, nonostante le caratteristiche non ottimali della superficie (presenza di coltivazioni e vegetazione).
Scarica il file che permette di vedere la mappa si deformazione in Google Earth sul tuo computer
Ascolta l'intervista del GR1 a Eugenio Sansosti, 26 maggio 2012 
Un premio internazionale per le tecniche di monitoraggio da satellite sviluppate presso l’IREA
Nella cornice del palazzo reale di Monaco di Baviera e nell’ambito dei lavori della conferenza internazionale IGARSS 2012, la più importante nel settore del telerilevamento che raccoglie oltre duemila scienziati provenienti da tutto il mondo, le tecniche italiane di elaborazione di immagini per il monitoraggio da satellite sviluppate presso l’Istituto IREA del CNR sono state premiate dalla IEEE Society. Il lavoro “Tomographic Imaging and Monitoring of Buildings with Very High Resolution Data”, sviluppato da un team italo-tedesco e pubblicato sulla rivista internazionale Geoscience and Remote Sensing Letters a firma di Diego Reale, Gianfranco Fornaro e Antonio Pauciullo dell’IREA-CNR e di Xiaoxiang Zhu e Richard Bamler dell’Agenzia Spaziale Tedesca, ha ricevuto il premio come miglior articolo dell’anno 2011. Questo lavoro rappresenta un significativo avanzamento nello sviluppo della tecnologia satellitare di monitoraggio della Terra da satellite, aprendo uno scenario di applicazione alla ricostruzione e monitoraggio di singoli edifici e strutture. I settori applicativi interessano il controllo delle deformazioni di edifici ed infrastrutture associati a difetti strutturali ed esposti alle sollecitazioni di origine naturale o antropica, come scavi ed estrazioni nel sottosuolo, o ad eventi estremi quali i terremoti.
Ricostruzione 3D dell’Hotel Mirage a Las Vegas ottenuta mediante la tecnica di imaging SAR multi-dimensionale
(anche nota come tomografia SAR) con dati ad altissima risoluzione del satellite tedesco TerraSAR-X
Sisma in Emilia Romagna: i satelliti misurano i movimenti del suolo
Nuovi dati dei satelliti radar Cosmo-SkyMed dell’Agenzia Spaziale Italiana hanno mostrato gli effetti permanenti dei movimenti del suolo relativi al terremoto del 29 maggio permettendo ai ricercatori di IREA-CNR e INGV di valutarne gli effetti. Rilevato un sollevamento dell’area fino a
Continua l’attività di monitoraggio dallo Spazio delle aree dell’Emilia Romagna colpite dal terremoto, avviata dal Dipartimento della Protezione Civile dopo l’inizio della sequenza sismica. Le nuove acquisizioni radar dei satelliti della costellazione Cosmo-SkyMed programmate dall’Agenzia Spaziale Italiana su tutta l’area in cui sono in atto fenomeni sismici hanno permesso di studiare gli effetti permanenti dei movimenti del suolo causati dalla scossa del 29 maggio 2012.
Lo studio è stato condotto da un team congiunto di ricercatori dell’Istituto per il Rilevamento Elettromagnetico dell’Ambiente del Consiglio Nazionale delle Ricerche (IREA-CNR) di Napoli e dell’Istituto Nazionale di Geofisica e Vulcanologia (INGV) mediante una tecnica denominata interferometria differenziale, che permette di misurare spostamenti del terreno anche dell’ordine di pochi centimetri su grandi aree.
L’ultima acquisizione del sistema Cosmo-SkyMed sulla zona interessata dal sisma era avvenuta la sera del 27 maggio, due giorni prima del secondo evento. Il calcolo della deformazione del suolo dovuta alla forte scossa del 29 maggio è stato possibile dopo il primo passaggio utile del primo dei quattro satelliti della costellazione sulla orbita, avvenuto nella serata del 4 giugno.
L’uso dei satelliti di Cosmo-SkyMed, caratterizzati da tempi di rivisita molto brevi, ha permesso di studiare e separare gli effetti delle prime scosse sismiche del 20 maggio da quelle avvenute il 29. Questi ultimi hanno causato un sollevamento del suolo fino a
L’immagine mostra la mappa degli spostamenti ricavata dall’interferogramma. Le zone in rosso sono quelle che hanno subito il maggior innalzamento, mentre le aree stabili sono in verde. Il sollevamento è stato causato dallo scorrimento in profondità dei due lembi della faglia sulla quale si è originato il terremoto del 29 maggio.
Il risultato ottenuto è particolarmente interessante in quanto consente una analisi completa della zona interessata dalle deformazioni del suolo, che mostra un orientamento prevalentemente est-ovest. Le sue caratteristiche, e il confronto con i dati della sismicità, indicano che la faglia del 29 maggio si colloca nella continuazione verso ovest di quella del terremoto del 20 maggio.
A partire dalle informazioni fornite dall' INGV, i ricercatori dell’IREA hanno poi realizzato un modello della sorgente responsabile delle deformazioni osservate, che ne descrive forma e localizzazione. L’analisi preliminare dei residui, ossia le differenze tra le deformazioni reali e quelle ricostruite dal modello, evidenzia la presenza di effetti deformativi riferibili agli eventi di magnitudo superiore a 5 verificatesi all'interno dell'intervallo temporale considerato.
Studio dei Terremoti
A causa dei continui e lenti movimenti che hanno luogo nelle profondità del nostro pianeta, la crosta terrestre si deforma immagazzinando una certa quantità di energia elastica. Le deformazioni, e di conseguenza gli sforzi accumulati in un certo intervallo di tempo, si possono rilasciare improvvisamente attraverso rapidi scorrimenti ai due lati di spaccature della crosta stessa, dette faglie. Questo rapido scorrimento, causato dalla fratturazione delle rocce sottoposte a sforzo, genera un terremoto, che rappresenta quindi il rilascio violento dell’energia elastica accumulatasi nel tempo. Inoltre, il processo di deformazione avviene in tempi lunghissimi e continua fino a quando l'energia accumulatasi per l'azione di questi sforzi supera il punto critico di resistenza delle rocce per cui si ha la loro frattura.L'analisi delle deformazioni superfici associate ad un evento sismico (cioè la deformazione permanente associata ai terremoti) è estremamente utile per una migliore conoscenza della sorgente sismica, soprattutto quando parte del rilascio di sforzo avviene lentamente. In quest’ottica l’utilizzo delle tecniche di interferometria differenziale DInSAR riveste un ruolo fondamentale nello studio e analisi delle deformazioni (i) pre-, (ii) co- e (iii) post-sismiche a piccola e a grande scala. In particolare, (i) il rilevamento della deformazione pre-sismica potrebbe consentire l’individuazione di aree potenzialmente soggette a futuri eventi sismici, con conseguente ricaduta nella definizione di corretti scenari di pericolosità sismica dell’area investigata; (ii) l’analisi delle deformazioni co-sismiche permette lo studio e l’individuazione (in termini di geometria, localizzazione e tipo di faglia) della struttura sismogenetica che ha generato il terremoto in esame; infine (iii) lo studio delle deformazioni post-sismiche, soprattutto con l’ausilio dei satelliti di nuova generazione (Cosmo Sky-Med dell’ASI) che producono immagini di una stessa area 
con tempi di rivisitazione molto brevi (4 giorni), consente di seguire nello spazio e nel tempo in maniera molto più dettagliata rispetto a qualche anno fa, l’evoluzione del rilascio di stress accumulato durante e dopo il terremoto. In buona sostanza la tecnica satellitare DInSAR permette l’osservazione costante e dettagliata di aree tettonicamente attive anche molto estese e di aggiornare, rapidamente e con precisione, dati e informazioni relativi alla scena osservata anche laddove, misure puntuali in situ, sebbene spesso più precise, non sono agevolmente ottenibili. Ne discende che tale tecnica può fornire un valido supporto al fine dell’individuazione e del monitoraggio di zone sismiche e, conseguentemente, si pone anche come un potente strumento di pianificazione territoriale delle attività umane.
Una delle attività di ricerca irea
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Sviluppo di software Open Source per l’elaborazione di dati geospaziali
Negli ultimi anni, all’interno della comunità scientifica legata al telerilevamento…
