Cual es la precisión del InSAR
La tecnología InSAR permite medir el desplazamiento con una precisión milimétrica. La precisión normalmente aumenta con el número de imágenes procesadas y la duración del período de estudio. Los gaps entre adquisiciones, las fuertes perturbaciones atmosféricas, pero principalmente los cambios de la superficie del terreno en el período de análisis, reducen la relación señal/ruido, es decir, impactan negativamente en la precisión. Los dos parámetros de calidad acompañan a cada serie temporal de mediciones de desplazamiento son:
-Desviación estándar de la tasa de desplazamiento [V_STDEV], que indica la precisión del desplazamiento medio anual. -La coherencia es una estimación de la relación señal/ruido para cada punto de medición. Las series temporales con pocas variaciones de los valores de desplazamiento en el tiempo y bajos niveles de ruido, corresponden a puntos de medida (MP) que exhiben valores de coherencia cercanos a 1. Los usuarios deben tener cuidado al interpretar las series temporales (TS) individuales asociadas con valores bajos de coherencia, ya que son más propensas a errores. La coherencia solo se calcula para las medidas LOS, que constituyen la entrada de las medidas 2D (vertical y este-oeste).
Desplazamiento (LOS) | Desviación estándar de la tasa de Despl. | Error de las series temporales |
---|---|---|
Precisión | ± 1 mm/año | ± 5 mm |
Valores de precisión típicos para un punto de medición a menos de 1 km del punto de referencia y un conjunto de datos de al menos 30 imagenes.
¿Cual es la precisión de la posición de los puntos de medición de InSAR?
Si bien la precisión de la serie temporal de desplazamiento es milimétrica, la posición de los puntos de medición individuales se conoce con precisión métrica y depende del sistema satelital que se utilice (consultar la tabla que se muestra a continuación).
Satélite | Banda | Longitud de onda [cm] | Resolución RGxAZ [mxm] | Norte-Sur [m] | Este-Oeste [m] | Altura [m] |
---|---|---|---|---|---|---|
SNT | Banda C | 5.6 | ~5 x 20 | ±8 | ±12 | ±8 |
TSX (Stripmap) | Banda X | 3.11 | ~3 x 3 | ±1 | ±3 | ±1.5 |
Valores típicos de precisión de la posición asociados con las coordenadas UTM de un punto de medición en latitudes medias.
1-D (Línea de visión) Mediciones
InSAR mide la proyección del vector de desplazamiento real sobre el ángulo de incidencia del satélite, conocido como Línea de visión o “Line of Sight” en inglés (LOS), y que está inclinado con respecto a la vertical. La medida es 1-D (es decir, acercamiento o alejamiento del satélite) y su signo y valor dependen de la orientación del vector de desplazamiento con respecto a LOS. Los valores negativos (de verde a rojo) indican un alejamiento del satélite, mientras que los valores positivos (de verde a azul) indican un desplazamiento hacia el satélite. Debido a que la antena SAR mira siempre hacia la derecha, sucede que en la órbita ascendente (volando S-N) la antena se encuentra orientada hacia el este, mientras que en la órbita descendente (volando N-S) lo está hacia el oeste.
SqueeSAR®mide la proyección del desplazamiento real (Dreal) en LOS. Las mediciones de la órbita ascendente (dirección de vuelo de sur a norte) producirán valores diferentes en comparación con las lecturas de la órbita descendente (dirección de vuelo de norte a sur).
Mediciones 2-D (Vertical y Este-Oeste)
Los satélites SAR orbitan en una órbita cuasi polar (viajando a través de los polos) y tienen antenas orientadas hacia la derecha, es posible adquirir imágenes tanto cuando el satélite vuela hacia el sur (órbita descendente) como hacia el norte (orbita ascendente). Los dos conjuntos de datos (ascendente y descendente) producirán mapas de desplazamiento completamente independientes, cada uno desde una perspectiva diferente (Line-Of-Sight, abreviado LOS): hay que tener en cuenta que el mismo desplazamiento puede producir lecturas diferentes cuando se ve desde diferentes direcciones LOS.
Geometrías de adquisición ascendente y descendente. La antena SAR mira hacia la derecha, lo que significa que está orientada hacia el este en la órbita ascendente (S-N), y hacia el oeste en la descendente (N-S).
La combinación de mediciones InSAR 1-D (LOS) obtenidas de órbitas ascendentes y descendentes sobre una misma área y período temporal, permite obtener mediciones 2-D (verticales y este-oeste). Para obtener los datos 2-D y ya que los satélites identifican diferentes puntos en las órbitas ascendentes y descendentes, se deben promediar los puntos de medición utilizando una cuadrícula espacial. Al hacerlo, las mediciones de todos los MP contenidos dentro de la misma celda se promedian y se obtiene una nueva serie temporal. Por lo tanto, las celdas 2-D, no representan un objetivo individual del radar el suelo, sino áreas, que están representadas por puntos ubicados en el centro de las celdas. Se debe tener en cuenta que el desplazamiento norte-sur no se puede medir porque los satélites SAR no son sensibles al desplazamiento en la misma dirección de su órbita.
La dimensión de la cuadrícula de medición 2-D se elige de acuerdo con la resolución de la imagen. Para datos de alta resolución, generalmente es de 10 m x 10 m y para datos de baja resolución es generalmente 50 m x 50 m.
La siguiente figura muestra que las mediciones 2D solo se pueden calcular en áreas donde ya existen datos LOS en geometrías ascendente y descendente. Tenga en cuenta que los puntos de medición 2D solo aparecen en las áreas donde los dos conjuntos de datos 1D se superponen .
Las mediciones 2-D se estiman muestreando datos ascendentes y descendentes en una cuadrícula espacial común. Las mediciones de todos los MP contenidos dentro de la misma celda se promedian para obtener los puntos de medición 2-D ubicados en el centro de la celda. El procedimiento 2-D solo produce lecturas para celdas que contienen MP de ambas órbitas (celdas blancas)
En el análisis 2-D, se calculan tanto la tasa de desplazamiento como la aceleración. En los mapas de desplazamiento medio, cada punto está coloreado según la magnitud de la tasa de desplazamiento. En un conjunto de datos verticales, los valores negativos (rojo) indican un desplazamiento de la superficie hacia abajo, mientras que los valores positivos (azul) indican un desplazamiento de la superficie hacia arriba. En la componente este-oeste, los valores negativos (rojo) indican un movimiento hacia el oeste, mientras que los valores positivos (azul) indican un movimiento hacia el este. En los mapas de aceleración, el color de los puntos de medición indica si la serie temporal es Líneal (azul claro) o no Líneal (azul oscuro).
Las mediciones ascendentes y descendentes en LOS representan todos reflectores naturales identificados en el suelo y proporcionan la proyección del desplazamiento real en la línea de visión (LOS) específico. La combinación de datos ascendentes y descendentes produce una cuadrícula regular de mediciones verticales y este-oeste.
¿Por qué algunas áreas no tienen puntos?
La densidad y cobertura de los puntos de medición InSAR depende principalmente de las características de la superficie del suelo y la topografía del área.
La cobertura de puntos es generalmente baja en:
- Áreas con vegetación y áreas de baja reflectividad (es decir, áreas donde la señal reflejada hacia el satélite es baja, como el agua).
- Áreas afectadas por decorrelación temporal (es decir, la señal de radar reflejada cambia con el tiempo). La decorrelación generalmente se asocia con cambios rápidos en la superficie, como áreas con operaciones activas sobre el terreno, inundaciones de agua y cobertura de nieve.
- Áreas donde el satélite no puede ver correctamente el suelo debido a la orientación de la línea de visión con respecto a la topografía local (áreas de sombra, inversión, escorzo).
¿Por qué hay puntos presentes donde la superficie del suelo ha cambiado recientemente (por ejemplo, voladuras, vertidos, etc.)?
La malla de puntos de medición (MP) se define con el estudio de línea de base y se mantiene constante durante el período de monitoreo. Si la superficie del suelo cambia, puede haber una disminución en la coherencia de la señal, lo que implica en un aumento del ruido en la serie temporal (Figura 3). Sin embargo, el punto se seguirá visualizando y aparecerá en la base de datos hasta que se realice una nueva línea base una vez ya se hayan acabado cambios en superficie. La nueva línea de base requiere al menos 15 imágenes y se recalcula periódicamente, generalmente cada 6 meses.
Fig 3: Serie temporal sobre un área de trabajos en superficie. La pérdida de coherencia inducida por los cambios de superficie introduce ruido en la serie temporal.
¿Por qué mis medidas de InSAR y de instrumentación terrestre no coinciden?
Las discrepancias entre mediciones InSAR y las de otro tipo de instrumentación generalmente se atribuyen a las diferentes características de adquisición y/o precisión de las mediciones. Al comparar las mediciones de InSAR con otras técnicas, es importante tener en cuenta los siguientes factores:
- InSAR proporciona mediciones 1-D (LOS) o 2-D (vertical y de este a oeste) y no puede detectar desplazamientos de norte a sur. Se deben comparar las mediciones en una misma dirección de desplazamiento. Esto puede implicar tener que proyectar otras medidas a la línea de visión del satélite.
- Las mediciones 2-D InSAR representan áreas (una malla de 10 m x 10 m en alta resolución) en lugar de objetivos puntuales
- Las mediciones de InSAR tienen su propio punto referencia. Se debería utilizar el mismo punto de referencia para las comparaciones o validar la estabilidad de los puntos de referencia para todas las técnicas de medición.
- InSAR puede medir desplazamientos que van desde unos pocos mm/año hasta unos pocos cm/año y puede ser difícil de comparar con otra instrumentación usada para desplazamientos más rápidos o que proporciona mediciones en real-time.
En general, al comparar otro tipo de instrumentación con InSAR, siempre vale la pena considerar la sensibilidad al desplazamiento (la línea de visión) y la frecuencia de toma de datos de cada técnica. Póngase en contacto con support@tre-altamira.com para obtener más ayuda sobre este tema.
¿Es posible comparar los resultados InSAR con los del radar terrestre de estabilidad de taludes (apertura real o sintética)?
Sí que es posible aunque se deben considerar los siguientes factores:
- Los servicios InSAR están diseñados para detectar desplazamientos lentos, desde 1 mm/año hasta unos pocos cm por año. Los radares terrestres normalmente tienen como objetivo el desplazamiento en el rango de 1 mm/día o 1 mm/mes. Los fenómenos de desplazamiento más lento suelen estar por debajo del umbral de sensibilidad de los sistemas de radar. Por lo tanto, un área de movimiento lento detectada por InSAR podría parecer completamente estable con datos de radar terrestres.
- Los patrones de deformación rápidos y complejos se pueden seguir mejor con radares terrestres debido a la alta frecuencia de adquisición de estos instrumentos (cada pocos minutos). InSAR, con una imagen por semana en el mejor de los casos, es más adecuado para detectar desplazamientos precursores lentos.
- El radar (tanto terrestre como satelital) mide el desplazamiento relativo. Si el área afectada por la deformación es más ancha que la zona cubierta por el radar terrestre, este no podrá detectar correctamente la magnitud del desplazamiento. Los datos de InSAR generalmente no se ven afectados por este problema, ya que cubren un área comparativamente más grande.
- La capacidad de ambas tecnologías para estimar el desplazamiento depende en gran medida de la línea de visión del radar. Dado que los radares terrestres suelen adquirir una LOS casi horizontal, son menos sensibles a la componente vertical del desplazamiento. Por el contrario, considerando la órbita casi polar de los satélites SAR, InSAR no es sensible al desplazamiento Norte-Sur.
En general, los sistemas GB-SAR se utilizan para como alerta temprana a escala local, ya que están diseñados para monitoreo en tiempo real. InSAR proporciona resultados con una frecuencia de actualización más baja, pero puede cubrir un área significativamente mayor.
¿Se pueden importar los datos InSAR a nuestra propia plataforma de monitoreo?
El resultado de un estudio InSAR consiste en una nube de puntos con una base de datos de series temporales de desplazamiento para cada punto de medición. La nube de puntos y la base de datos de series temporales se pueden generar en todos los formatos comunes para incorporarse a otras plataformas de monitoreo y análisis de datos. Los datos de TREA InSAR se pueden integrar en las plataformas más comunes, incluidas Canary, Maptek Vulcan, GeoExplorer, GeoMonitoring Hub, Sensemetrics, Rocscience, K2Fly y más.
¿Por qué la ortofoto usada de basemap no se actualiza?
TREmaps utiliza imágenes de Google Maps como mapa base para mostrar los resultados de InSAR. Es posible utilizar satélites ópticos de alta resolución para adquirir una imagen actualizada. En caso de que no se dispusiese de una imagen de fondo actualizada, comuníquese con support@tre-altamira.com para obtener orientación sobre cómo proceder.
¿Es posible definir umbrales de alarma y/o mapas de peligro basados en los resultados de InSAR? ¿Podemos usar InSAR como un sistema de alerta temprana?
Al igual que otros sistemas de monitoreo, los datos de InSAR se pueden usar para crear capas de información útiles que sirvan como entrada para los TARP (Sistemas de Alerta Temprana). Sin embargo, esta es una tarea compleja teniendo en cuenta lo siguiente:
- Que los datos de InSAR solo se actualizan cada 11 días (en el mejor de los casos 4+7 días), por lo tanto, no entregan resultados en tiempo real.
- Que cada área monitorizada tiene sus propias características y mecanismos de rotura, que pueden requerir diferentes umbrales de alerta.
Para definir umbrales y obtener mapas de riesgo, se requiere el conocimiento de las características geotécnicas del área estudiada. TRE ALTAMIRA puede recomendar empresas asociadas para facilitar este trabajo, comuníquese con support@tre-altamira.com para obtener orientación sobre cómo proceder.