InSAR pentru monitorizarea deformațiilor terenului: Ghid complet și aplicații

Interferometria Radar cu Apertură Sintetică (InSAR) este o tehnică puternică de teledetecție utilizată pentru a măsura deformarea solului cu o precizie ridicată pe suprafețe extinse. Prin analizarea imaginilor radar ale suprafeței Pământului realizate la momente diferite, InSAR poate detecta modificări minime ale elevației terenului – de ordinul centimetrilor sau chiar milimetrilor – care indică deformări en.wikipedia.org. Acest ghid cuprinzător explică modul în care funcționează InSAR și explorează diversele sale tehnici, principalele misiuni satelitare care permit InSAR, precum și gama largă de aplicații pentru monitorizarea deformărilor terenului. De asemenea, comparăm InSAR cu alte metode de monitorizare a deformărilor, precum GNSS și teledetecția optică, discutăm avantajele și limitările sale, prezentăm studii de caz din lumea reală și evidențiem tendințele viitoare și inovațiile în tehnologia InSAR.

Ce este InSAR și cum funcționează

InSAR este o metodă radar pentru cartografierea modificărilor de la suprafața solului prin exploatarea diferențelor de fază dintre două sau mai multe imagini SAR (Radar cu Apertură Sintetică) ale aceleiași zone en.wikipedia.org. Un satelit SAR emite impulsuri radar cu microunde către sol și înregistrează semnalele returnate. Fiecare pixel dintr-o imagine SAR conține informații despre amplitudine (puterea semnalului) și fază. Când două imagini SAR ale aceleiași locații sunt achiziționate la momente diferite, se poate calcula diferența de fază pentru fiecare pixel. Această diferență de fază – după corectarea factorilor cunoscuți, precum poziția satelitului și topografia terenului – este folosită pentru a crea un interferogramă ce evidențiază cât de mult s-a deplasat solul între cele două momente de achiziție usgs.gov. Franjurile colorate dintr-o interferogramă corespund unor contururi cu mișcare egală (fiecare franjă reprezentând deseori câțiva centimetri de mișcare pe direcția liniei de vizare a satelitului). Dacă terenul s-a apropiat de satelit (uplift) sau s-a depărtat (subsidiență), apare un decalaj de fază, producând modele distincte de interferență usgs.gov usgs.gov. Prin numărarea și interpretarea acestor franjuri, oamenii de știință pot măsura deformarea solului cu o precizie de la centimetri la milimetri pe suprafețe ample.

InSAR poate fi realizat folosind observații repeat-pass cu același satelit (satelitul revine ulterior în aceeași zonă) sau single-pass cu două antene simultan (așa cum a fost folosită în Misiunea Shuttle Radar Topography pentru crearea DEM-urilor). În cazul InSAR repeat-pass, cele două imagini sunt făcute la interval de zile sau săptămâni. Orice modificare a suprafeței între timp (precum mișcări tectonice sau subsidiență) se va manifesta ca diferență de fază. O provocare este faptul că faza interferogramei brute include contribuții nu doar de la deformarea solului, ci și de la topografia terenului, diferențe orbitale ale satelitului, întârzieri atmosferice și zgomot earthdata.nasa.gov. Pentru a izola semnalul de deformare, o abordare comună este Differential InSAR (D-InSAR) – folosind un model digital de elevație (DEM) cunoscut sau o imagine SAR suplimentară pentru a scădea faza topografică, lăsând doar schimbările de fază cauzate de deformare earthdata.nasa.gov. După astfel de prelucrări (inclusiv corecția curburii, eliminarea topografiei, filtrarea zgomotului și dezambiguizarea fazei pentru a converti faza relativă în deplasare efectivă), rezultatul este o hartă a deplasării solului între cele două date de imagine.

Tipuri de tehnici InSAR

InSAR a evoluat de la comparații de bază între două imagini la algoritmi avansați multi-imagine care îmbunătățesc precizia și depășesc limitări precum zgomotul și decorarea. Principalele tehnici InSAR includ:

• Differential InSAR (D-InSAR): Abordarea clasică ce folosește două imagini SAR (înainte și după un eveniment) și deseori un DEM pentru a detecta schimbări. Prin simularea și eliminarea contribuției terenului din interferogramă, D-InSAR produce o interferogramă diferențială care evidențiază deformarea de la suprafață dintre datele imaginilor ltb.itc.utwente.nl. Această tehnică este eficientă pentru deformări de tip eveniment unic (de exemplu, un cutremur sau o erupție vulcanică) și a fost faimos demonstrată la cutremurul Landers din 1992 din California, unde InSAR a cartografiat pentru prima dată deplasarea coseismică a solului en.wikipedia.org. D-InSAR este simplu conceptual și larg utilizat, dar poate fi afectat de decorare (pierdere de coerență a semnalului) dacă suprafața terenului se modifică prea mult sau dacă vegetația diferă între imagini.
• Persistent Scatterer InSAR (PS-InSAR): O tehnică avansată multi-temporală care analizează un stack de zeci sau chiar sute de imagini SAR pentru a identifica „reflectori persistenți” – puncte de pe sol (adesea structuri artificiale sau formațiuni stâncoase) care reflectă constant semnale radar în timp en.wikipedia.org en.wikipedia.org. Prin concentrarea pe aceste puncte stabile, PS-InSAR poate măsura mișcări foarte mici, cu o precizie de ordinul milimetrilor pe perioade lungi earthdata.nasa.gov. Această metodă, dezvoltată la sfârșitul anilor 1990, depășește multe limitări ale InSAR convențional evitând zonele care se decorează. PS-InSAR separă deformarea de întârzierile atmosferice și zgomot prin analiza statistică a datasetului multi-imagine earthdata.nasa.gov earthdata.nasa.gov. Este deosebit de utilă în zone urbane cu multe structuri stabile și a fost aplicată cu succes pentru monitorizarea proceselor lente precum subsidiența terenului, alunecările de teren sau tasările structurale, cu o precizie de câțiva milimetri pe an earthdata.nasa.gov earthdata.nasa.gov.
• SBAS InSAR (Small Baseline Subset): O altă abordare multi-temporală ce utilizează o rețea de interferograme generate din multiple imagini SAR, dar limitează combinațiile la cele cu baseline spațiale și temporale mici (adică imagini luate din poziții orbitale similare și la intervale de timp apropiate). Prin „împerecherea” doar a imaginilor care nu sunt prea îndepărtate, SBAS reduce decorarea și diferențele atmosferice ltb.itc.utwente.nl. Tehnica combină apoi aceste interferograme cu baseline mic pentru a extrage serii temporale de deformare pentru fiecare pixel coerent ltb.itc.utwente.nl. SBAS este potrivit pentru măsurarea deformărilor graduale, de lungă durată, pe suprafețe mari, chiar și în regiuni cu vegetație sau cu puține structuri antropice, deoarece profită de toți pixelii coerenți disponibili (nu doar de câțiva reflectori persistenți). Rezultatul SBAS constă, de regulă, într-o hartă a vitezei medii de deformare și istoricul deplasării fiecărui pixel pe perioada observațiilor. În concluzie, în timp ce PS-InSAR se concentrează pe un set restrâns de puncte foarte stabile, SBAS-InSAR exploatează un set distribuit de puncte prin selectarea inteligentă a perechilor de imagini și poate captura evoluții neliniare ale deformării mdpi.com researchgate.net.

Aceste tehnici (și variantele lor) sunt adesea denumite colectiv InSAR de serie temporală sau InSAR multi-temporal. Ele reprezintă „a doua generație” de metode InSAR en.wikipedia.org en.wikipedia.org și au extins semnificativ abilitatea InSAR de la detectarea unor evenimente unice la monitorizarea continuă a deformărilor lente pe parcursul anilor.

Misiuni și tehnologii satelitare cheie în InSAR

Misiunile radar satelitare sunt coloana vertebrală a InSAR. În ultimele decenii, numeroși senzori SAR spațiali au fost lansați, furnizând imaginile radar necesare pentru interferometrie. Fiecare misiune are anumite benzi de frecvență radar, moduri de imagistică și intervale de revizitare care îi afectează performanța InSAR. Mai jos este o prezentare generală a principalelor misiuni SAR utilizate frecvent pentru monitorizarea deformațiilor terenului:

Misiune satelitară	Agenție	Banda radar	Ciclu de repetare	Funcționare	Observații
ERS-1/ERS-2 (European Remote Sensing)	ESA (Europa)	Banda C (5,6 cm)	35 zile	1991–2000 (ERS-1); 1995–2011 (ERS-2)	Primele sateliți care au demonstrat InSAR pentru deformații tectonice și vulcanice earthdata.nasa.gov. Intervalul de 35 de zile limita detectarea rapidă a schimbărilor, dar a oferit o bază pentru tehnicile InSAR.
Envisat	ESA (Europa)	Banda C	35 zile	2002–2012	A continuat moștenirea ERS cu instrumentație îmbunătățită. A furnizat date pentru multe studii InSAR timpurii privind tasarea și cutremurele usgs.gov.
ALOS-1 (Daichi) / ALOS-2	JAXA (Japonia)	Banda L (23,6 cm)	46 zile (ALOS-1); 14 zile (ALOS-2) earthdata.nasa.gov	2006–2011 (ALOS-1); 2014–prezent (ALOS-2)	Lungimea lungă de undă a benzii L pătrunde mai bine prin vegetație, menținând coerența în zonele împădurite earthdata.nasa.gov. Repetarea la 14 zile a lui ALOS-2 și senzorul PALSAR-2 au îmbunătățit monitorizarea regiunilor tropicale.
TerraSAR-X / TanDEM-X	DLR (Germania)	Banda X (3,1 cm)	11 zile (TerraSAR-X)	2007–prezent (TSX); 2010–prezent (TDX)	SAR de înaltă rezoluție pe banda X (până la ~1 m). TerraSAR-X și geamănul său TanDEM-X zboară în formație pentru a genera modele digitale globale de elevație. Folosiți frecvent pentru studii locale detaliate (ex: monitorizarea urbană).
COSMO-SkyMed (Constelație)	ASI (Italia)	Banda X	~4 până la 16 zile (variază cu constelația de 4 sateliți)	2007–prezent (prima generație); 2019–prezent (a doua generație)	Patru sateliți ce asigură imagini frecvente, deosebit de util pentru reacție rapidă la evenimente. Banda X oferă detalii ridicate, dar se poate decorrela mai rapid peste vegetație.
Sentinel-1A/B (Copernicus)	ESA (Europa)	Banda C	12 zile per satelit (6 zile combinate) en.wikipedia.org	2014–prezent (1A lansat în 2014; 1B 2016; 1C lansat în 2024)	Element de bază pentru InSAR la nivel global. Date gratuite și deschise, cu o deschidere mare (250 km) și revizitare regulată, permițând cartografierea operațională a deformațiilor la nivel mondial. Repetarea la 6-12 zile (cu doi sateliți în orbită) furnizează serii de timp dense și a făcut posibile programe de monitorizare la scară națională esa.int.
RADARSAT-2 / RCM (Radarsat Constellation)	CSA (Canada)	Banda C	24 zile (Radarsat-2); 4 zile (RCM, 3 sateliți)	2007–prezent (R-2); 2019–prezent (RCM)	RCM (Radarsat Constellation Mission) oferă acoperire frecventă a Canadei și dincolo, pentru monitorizare operațională (ex: permafrost, infrastructură).
NISAR (NASA-ISRO SAR)	NASA/ISRO (SUA/India)	Banda dublă L & S	12 zile (planificat)	Lansare planificată ~2025	Misiune viitoare cu capacitate pe două benzi. Scopul este de a oferi acoperire globală la 12 zile atât pe banda L, cât și S, îmbunătățind măsurătorile de deformații și în zonele vegetate, și în cele urbane. Se preconizează că va crește semnificativ volumul de date InSAR pentru aplicații științifice și civile.

Notă tehnologică: Diferențele dintre benzile radar presupun compromisuri. Banda C (lungimea de undă ~5–6 cm, folosită de ERS, Envisat, Sentinel-1, Radarsat) oferă un bun echilibru între rezoluție și penetrare a vegetației, dar poate suferi decorrelare în zone foarte împădurite sau acoperite cu zăpadă. Banda X (~3 cm, TerraSAR-X, COSMO-SkyMed) permite obținerea unei rezoluții spațiale foarte ridicate, dar se decorrelează rapid peste vegetație și este folosită frecvent pentru monitorizarea țintită a unor situri. Banda L (~23–24 cm, folosită de ALOS, viitorul NISAR-L) are o lungime de undă mai mare ce pătrunde mai bine vegetația și solul, menținând coerența pe intervale de timp mai lungi și prin vegetație earthdata.nasa.gov. Banda L este excelentă pentru monitorizarea deformațiilor în zone împădurite sau agricole, deși imaginile au o rezoluție nativă mai redusă.

Orbita și revizitarea satelitară sunt critice pentru InSAR: ciclurile de repetare mai scurte permit actualizări mai frecvente ale deformațiilor și reduc șansa de modificări între achiziții (ceea ce ajută coerența). De exemplu, constelația Copernicus Sentinel-1 (cu doi sateliți și revizitare combinată la 6 zile) asigură un flux constant de date care a revoluționat capacitatea noastră de a monitoriza continuu mișcarea solului esa.int earthscope.org. Pe de altă parte, misiunile anterioare ca ERS sau ALOS-1, cu cicluri de 35-46 de zile, puteau rata schimbările rapide sau aveau mai multă decorrelare pe intervale lungi. Tendința recentă este către constelații cu mai mulți sateliți și timpi de revizitare mai scurți – unii furnizori comerciali (Capella Space, ICEYE, etc.) operează flote de microsateliți pe banda X care pot imagina anumite zone zilnic sau chiar de mai multe ori pe zi, însă cu deschideri de bandă mai mici.

Pe scurt, peisajul actual InSAR este susținut de o combinație de sateliți publici (precum Sentinel-1, ALOS-2) și misiuni comerciale, oferind date multi-band cu acoperire globală. Politicile de date deschise ale unor misiuni precum Sentinel-1 au stimulat în mod deosebit aplicațiile InSAR, permițând cercetătorilor și agențiilor din întreaga lume să acceseze imagini radar frecvente pentru monitorizarea deformațiilor fără costuri esa.int.

Aplicații majore ale InSAR pentru monitorizarea deformațiilor terenului

Unul dintre cele mai mari avantaje ale InSAR este versatilitatea sa în observarea multor tipuri de deformații ale solului. Mai jos sunt principalele domenii de aplicație unde InSAR a devenit un instrument indispensabil, împreună cu studii de caz reale:

Cutremure și mișcări tectonice

InSAR este poate cel mai cunoscut pentru cartografierea deformațiilor solului induse de cutremure. Prin compararea imaginilor SAR de dinainte și de după un cutremur (InSAR coseismic), oamenii de știință pot produce interferograme ce arată modelul deformației asociate cu seismul. Aceste modele de „fringe-uri” oferă o măsurare directă a cât de mult s-a deplasat solul de-a lungul liniei de vedere a satelitului, dezvăluind de obicei lobi extinși de ridicare și tasare ce acoperă falia ruptă. InSAR poate capta atât componentele orizontale, cât și cele verticale (proiectate în linia de vedere a radarului) ale deplasărilor seismice cu acuratețe de ordinul centimetrilor, pe întreaga regiune afectată – ceva imposibil de realizat cu senzori de la sol răspândiți. Prima demonstrație majoră a fost în timpul cutremurului Landers din 1992 (M7.3) din California, când InSAR a dezvăluit câmpul de deplasări coseismice și a deschis ochii comunității geofizice către această tehnologie en.wikipedia.org. De atunci, InSAR a fost folosit pentru practic toate cutremurele semnificative la nivel mondial pentru a cartografia mișcarea solului și a deduce alunecarea faliilor la adâncime.

De exemplu, cutremurul din İzmit (Turcia) din 1999 (M7.6) a produs o interferogramă clasică cu fringe-uri apropiate lângă falie – fiecare ciclu complet de culoare corespunzând la câțiva centimetri de mișcare a solului – permițând oamenilor de știință să estimeze detaliile ruperii faliilor. Mai recent, sateliții europeni Sentinel-1 au permis generarea rapidă de interferograme post-seism. După cutremurul din Illapel (Chile) din septembrie 2015 (M8.3), oamenii de știință au generat o imagine InSAR în câteva zile, care dovedea clar modelul de ridicare costieră și tasare interioară cauzate de cutremur earthdata.nasa.gov. În acea interferogramă, un fringe (un ciclu complet de culori) reprezenta aproximativ 8,5 cm de mișcare a solului de-a lungul liniei de vedere a radarului earthdata.nasa.gov. Astfel de hărți sunt neprețuite pentru înțelegerea zonelor cu cele mai mari deplasări și pentru modelarea distribuției alunecării pe planul faliilor. InSAR a fost folosit și pentru monitorizarea acumulării de tensiune interseismică (deformarea lentă a solului ce are loc între cutremure de-a lungul faliilor) și a deformațiilor post-seism (alunecare secundară și relaxare vâscoasă). În ansamblu, InSAR oferă o vedere sinoptică a deformațiilor tectonice, complementând seismologia și rețelele GNSS de la sol, completând detaliile spațiale pe întreaga zonă de falie.

Monitorizarea vulcanilor

Vulcanii suferă deformări ale suprafeței pe măsură ce magmă se deplasează sub aceștia, iar InSAR s-a dovedit revoluționar în detectarea și urmărirea acestor schimbări. Deformarea vulcanică are loc adesea ca ridicare (inflație) atunci când magma se acumulează în camere sau dike-uri, sau ca subsidență (deflație) când magma se retrage sau erupe. InSAR poate monitoriza aceste umflături sau adâncituri subtile ale suprafeței unui vulcan de la distanță, chiar și în regiuni foarte izolate. Mulți vulcani care se credeau inactivi s-au dovedit a „respira” (umflându-se/deflându-se) episodic, datorită observațiilor radar din satelit.

Primele studii InSAR au surprins cu succes mari modificări legate de erupții (deformări co-eruptive). De exemplu, în anii 1990, InSAR a fost folosit pentru a cartografia deformările solului la vulcani din Anzi și Alaska asociate cu erupții earthdata.nasa.gov. În timp, tehnica a evoluat pentru a observa și inflația pre-eruptivă și tendințele inter-eruptive. Un exemplu remarcabil este monitorizarea vulcanului Okmok din Alaska: imaginile InSAR au arătat că Okmok s-a umflat cu câțiva centimetri în anii premergători unei erupții și a continuat să se umfle constant după erupția din 2008, semn că magmă a reînceput să se adune agupubs.onlinelibrary.wiley.com. Detectarea unei astfel de inflații este esențială pentru avertizarea timpurie a erupțiilor vulcanice; ea oferă dovezi despre presurizarea magmei care poate duce la o erupție în anumite condiții.

Capacitatea InSAR de a acoperi câmpuri vulcanice întinse, deseori inaccesibile, este un mare avantaj. De exemplu, constelația COSMO-SkyMed a Agenției Spațiale Italiene a fost folosită pentru a urmări inflația la caldera Campi Flegrei din Italia, iar Sentinel-1 este folosit de rutină de observatoare pentru a monitoriza vulcani în locuri precum Insulele Aleutine și America Centrală. Într-un caz, o serie de date InSAR a evidențiat subsidența pe termen lung a vârfului vulcanului Kilauea și inflații episodice înainte de erupții în Hawaii. Un proiect global al Agenției Spațiale Europene, denumit TerraFirma (și succesorul său, inițiativa Geohazard Supersites), a aplicat PS-InSAR pe zeci de vulcani, detectând deformări la vulcani care nu erau pe lista de monitorizare en.wikipedia.org en.wikipedia.org. Nu orice deformare duce la o erupție, dar InSAR ajută la prioritizarea monitorizării: un con vulcanic ce se ridică liniștit cu 5 mm/an poate necesita investigații detaliate. În concluzie, InSAR a devenit o piatră de temelie a geodeziei vulcanice, permițând detectarea neliniștii vulcanice la nivel global și furnizând date pentru modelarea adâncimii și volumului camerelor magmatice – esențiale pentru evaluarea riscului.

Subsidența terenului și epuizarea apei subterane

Subsidența terenului este scufundarea treptată a solului, adesea cauzată de activități umane precum extracția apei subterane, producția de petrol și gaze sau minerit. InSAR este ideal pentru a măsura extinderea spațială și magnitudinea bolurilor de subsidență care apar în urma acestor procese usgs.gov. Spre deosebire de măsurătorile nivelment sau GPS, care oferă date doar în câteva puncte, InSAR poate produce hărți de deformare la densitate mare (cu mii de pixeli de măsurare per kilometru pătrat) ce acoperă un oraș întreg sau o vale agricolă usgs.gov. Aceasta permite identificarea unde are loc subsidența, cât de rapidă este și chiar deducerea posibilelor cauze.

O aplicație binecunoscută este cartografierea subsidenței în acviferele suprapompate. De exemplu, Valea San Joaquin și alte zone din Valea Centrală a Californiei au experimentat subsidență semnificativă (de la câțiva centimetri la zeci de centimetri pe an) din cauza extragerii apei subterane în perioade de secetă. Imaginile InSAR asupra Californiei în timpul secetei 2007–2009 au arătat mari boluri de subsidență corespondente cu zonele de pompare intensă pentru agricultură usgs.gov. În mod similar, în zona Phoenix, Arizona, InSAR a detectat cicluri de subsidență și ridicare legate de utilizarea sezonieră a apei subterane și de reumplerea acviferelor.

Unul dintre cele mai extreme cazuri de subsidență este Mexico City, construit pe lacuri de argilă compresibilă și care s-a scufundat de zeci de ani din cauza extragerii apei subterane. Serii recente de date InSAR folosind Sentinel-1 au arătat rate uimitoare de subsidență de până la 40–50 cm pe an în anumite părți din Mexico City nature.com nature.com. Această scufundare rapidă a provocat daune serioase clădirilor și infrastructurii (inclusiv sistemului de metrou al orașului) nature.com. InSAR a fost esențial pentru cuantificarea subsidenței și evidențierea celor mai afectate zone. Într-un studiu, cercetătorii au combinat interferometria cu date de nivelment și inginerie pentru a evalua modul în care scufundarea inegală (subsidența diferențială) deformează și crăpează liniile de metrou nature.com nature.com.

Monitorizarea subsidenței terenului cu ajutorul InSAR nu se limitează la problemele legate de apa subterană; este folosită și pentru zone de exploatare minieră subterană sau construcție de tuneluri (unde solul se prăbușește sau se lasă), extracția hidrocarburilor (care poate provoca boluri ample de subsidență, de exemplu în câmpuri petroliere) și drenajul turbăriilor sau dezghețul permafrostului în regiunile nordice. În orașele de coastă, chiar și o subsidență moderată (câțiva mm/an) combinată cu creșterea nivelului mării poate agrava riscul de inundații – InSAR ajută la identificarea acestor scufundări subtile. Avantajul InSAR este perspectiva la scară largă pentru a detecta focare de subsidență: de exemplu, o analiză PS-InSAR asupra Jakarta, Indonezia (și ea în scufundare rapidă) a identificat cartiere cu subsidență de >20 cm/an, informații cruciale pentru planificatori urbani și managementul dezastrelor.

Alunecări de teren și stabilitatea pantelor

Detectarea și monitorizarea alunecărilor de teren cu deplasare lentă reprezintă o altă aplicație importantă a InSAR. Deși InSAR nu poate surprinde în timp real o alunecare bruscă (deoarece aceste evenimente sunt adesea asociate cu decorrelarea semnalului radar), excelează în observarea pantelor în derivă și a deformațiilor precursoare ce au loc pe parcursul lunilor sau anilor. Alunecările de teren care se mișcă cu câțiva centimetri pe an pot fi practic invizibile pe teren, dar InSAR poate cartografia aceste deplasări pe versanți întregi. Aceasta ajută la realizarea inventarelor de alunecări de teren și a hărților de susceptibilitate, precum și la avertizarea timpurie pentru potențiale prăbușiri de pantă.

De exemplu, InSAR a fost folosit în Alpi și în Appalachia pentru a identifica alunecări de teren cu mișcare lentă ce ar putea amenința drumuri sau localități. Într-un studiu din regiunea lacului de acumulare Three Gorges din China, SBAS InSAR a evidențiat numeroase instabilități de pantă de-a lungul malurilor rezervoarului, ghidând autoritățile către zone ce necesitau investigații geologice suplimentare nature.com mdpi.com. În Italia, PS-InSAR de la constelația Sentinel-1 a fost integrat în cartografierea națională a alunecărilor de teren, detectând mișcare la alunecări cunoscute, precum cea cu mișcare lentă din Ancona, precum și pante instabile necunoscute anterior. Proiectul european Terrafirma a demonstrat capacitatea InSAR de a monitoriza stabilitatea pantelor în regiuni precum Pirinei și nordul Italiei en.wikipedia.org.

Abordarea tipică este de a folosi serii de timp InSAR (PS sau SBAS) pentru a genera rate de deplasare a versanților. Grupuri de puncte care indică o mișcare constantă în jos (de exemplu câțiva cm/an) semnalează o alunecare de teren lentă. Aceste date pot stimula investigații la sol sau instalarea de instrumente in-situ înainte ca o alunecare minoră să devină un colaps catastrofal. Un exemplu de aplicație de succes este alunecarea lentă din La Palma (Insulele Canare): InSAR a detectat accelerarea deformațiilor pe un versant vulcanic, monitorizat apoi îndeaproape pentru a evalua riscul de prăbușire. Un alt caz – în Munții San Gabriel din California – a folosit InSAR pentru a cartografia mișcarea sezonieră a terenului în zone predispuse la scurgeri de aluviuni, arătând care pante erau pregătite să cedeze după ploi abundente.

În rezumat, InSAR adaugă un strat valoros de teledetecție pentru evaluarea hazardului de alunecare de teren. Este cel mai eficient pentru alunecările de teren de lungă durată, lente, sau pentru cartografierea deplasării post-eveniment (de exemplu, măsurarea modului în care o alunecare a modificat terenul). Totuși, chiar și alunecările rapide pot fi uneori studiate ulterior, comparând imaginile SAR pre- și post-eveniment (dacă suprafața nu a fost complet perturbată). Per ansamblu, monitorizarea alunecărilor de teren cu ajutorul InSAR, mai ales când se integrează cu imagini optice și GIS, este un domeniu în creștere în managementul riscului de dezastre.

Monitorizarea infrastructurii și a mediului urban

Pentru că semnalele radar sunt reflectate puternic de structurile construite de om, InSAR este în mod natural potrivit pentru monitorizarea clădirilor și a stabilității infrastructurii în mediile urbane. În special, Persistent Scatterer InSAR profită de numeroșii reflectori stabili din orașe (precum clădiri, poduri sau alte structuri) pentru a urmări mișcări verticale sau orizontale minuscule. Aceasta a condus la aplicații în ingineria civilă și planificarea urbană – practic folosind sateliți pentru a monitoriza de la distanță sănătatea structurală și stabilitatea solului din orașe.

De exemplu, datele InSAR Sentinel-1 din 2015–2016 au dezvăluit deformații ale solului în centrul orașului San Francisco, identificând zonele unde clădirile se tasau. În imaginea de mai sus, punctele verzi indică sol stabil, în timp ce punctele galbene, portocalii și roșii indică structuri care se scufundă (se îndepărtează de satelit). Remarcabil, zgârie-norul Millennium Tower apare în roșu, confirmând că se tăsa cu până la aproximativ 40 mm pe an pe direcția liniei de vizare a satelitului esa.int (aproximativ 50 mm/an tasare verticală reală, presupunând o înclinare minimă). Acest caz faimos al „turnului care se scufundă” era cunoscut inițial din măsurători locale, dar InSAR a oferit o hartă cuprinzătoare a zonei înconjurătoare, arătând că tasarea turnului era o excepție comparativ cu alte clădiri esa.int. Astfel de informații sunt vitale pentru ingineri și oficialii orașului: au ajutat la confirmarea faptului că problemele la fundație cauzau mișcarea semnificativă a clădirii și că era necesară remedierea acesteia. Dincolo de San Francisco, hărți deformaționale urbane bazate pe PS-InSAR au fost generate pentru orașe ca Los Angeles, Mexico City, Shanghai și Amsterdam, ajutând la identificarea unor probleme precum tasări cauzate de metrou, consolidarea terenurilor recuperate sau tasări din cauza folosirii apei subterane.

Monitorizarea infrastructurii prin InSAR se extinde și asupra infrastructurilor liniare și facilităților critice. De exemplu, interferometria radar a fost utilizată pentru monitorizarea căilor ferate și a autostrăzilor pentru semne de tasare a solului sau mișcări legate de alunecări de teren de-a lungul coridoarelor lor. În Norvegia, un serviciu național de monitorizare a deformărilor bazat pe InSAR verifică în prezent în mod regulat mișcările șinelor de cale ferată și ale drumurilor esa.int esa.int. InSAR a fost aplicat de asemenea pentru baraje și rezervoare – verificând dacă o structură de baraj sau solul din jurul acesteia se deformează, fapt ce ar putea indica slăbiciune. În mod similar, poduri și tuneluri din mediul urban (precum proiecte de metrou) au fost investigate prin InSAR pentru a se asigura că lucrările de construcție nu cauzează deformări de suprafață nedorite.

O altă aplicație importantă este monitorizarea infrastructurii costiere și portuare; de exemplu, urmărirea tasării platformelor portuare sau a digurilor marine. Pistele de aeroport și structuri mari precum stadioane sau centrale electrice pot fi de asemenea monitorizate pentru tasare sau ridicare. Practic, orice obiectiv aflat pe teren compresibil sau într-un bazin în curs de tasare poate beneficia de supraveghere prin teledetecție. Beneficiul-cheie este că InSAR poate acoperi întreaga zonă de interes odată și poate reveni periodic (pentru Sentinel-1, la câteva zile sau săptămâni) pentru a actualiza statusul deformărilor, fără a necesita senzori fizici montați pe structuri.

În concluzie, InSAR a devenit un instrument valoros în trusa de management a infrastructurii, oferind date de deformație pe arii extinse și în detaliu înalt. Multe firme comerciale oferă acum servicii de monitorizare InSAR pentru orașe și companii (de exemplu, monitorizarea unui grup de rezervoare petroliere pentru tasare sau a unei linii de cale ferată de mare viteză). Este un complement rentabil la inspecțiile la fața locului, detectând adesea semne timpurii ale mișcărilor ce altfel ar trece neobservate până la apariția daunelor vizibile.

Comparație cu alte tehnologii de monitorizare a deformațiilor

InSAR este o tehnică puternică, dar cum se compară cu alte metode, precum măsurătorile GNSS (GPS) sau teledetecția optică? Aici prezentăm diferențele, complementaritățile și compromisurile:

• InSAR vs. GNSS: GNSS (Global Navigation Satellite Systems, de obicei GPS) oferă măsurători precise de deformare pe toate cele trei direcții (nord, est, vertical) în puncte specifice la sol. O stație GNSS poate înregistra mișcări continue (adesea zilnic sau chiar mai frecvent), ceea ce o face excelentă pentru captarea deformațiilor care variază în timp în acel punct. Acuratețea GNSS poate ajunge la nivel de milimetri pentru mișcările orizontale și verticale și nu e afectată de nori sau întuneric. Însă rețelele GNSS sunt rare – fiecare stație măsoară doar locația sa, iar acoperirea densă e costisitoare și necesită multă muncă. InSAR, în schimb, oferă acoperire spațială continuă a deformațiilor pe suprafețe mari (milioane de pixeli de măsurare), dar măsoară mișcarea doar pe direcția liniei de vizare a satelitului (o direcție unică ce combină componentele verticale și orizontale) researchgate.net. InSAR este, de obicei, o măsurătoare episodică (când trece satelitul), nu cu adevărat continuă în timp ca o stație GNSS cu rată mare de eșantionare. O altă diferență ține de practic: InSAR funcționează de la distanță și nu necesită instrumente la sol (util în zone inaccesibile sau periculoase), pe când GNSS presupune instalarea și întreținerea de receptori la fiecare sit. Ca precizie, GNSS poate detecta adesea mai fiabil tendințele ușoare pe termen lung, pentru că nu e afectat de artefacte atmosferice pe distanțe – are un sistem de referință stabil. Măsurătorile InSAR, mai ales pe suprafețe foarte mari (>100 km), pot avea erori legate de întârzieri atmosferice sau incertitudini orbitale agupubs.onlinelibrary.wiley.com agupubs.onlinelibrary.wiley.com. De exemplu, un cadru InSAR poate arăta o înclinare ușoară care de fapt e cauzată de troposferă, nu de o deformare reală. Cercetătorii combină adesea ambele metode: folosind datele GNSS pentru a calibra sau valida rezultatele InSAR, sau pentru a oferi contextul 3D (de exemplu, separarea mișcărilor verticale și orizontale) pe care o singură geometrie de vizare InSAR nu o poate distinge mdpi.com. În ciuda acestor diferențe, cele două tehnici sunt foarte complementare. O formulare clară ar fi: “GNSS oferă măsurători de mare precizie, dar în puține puncte și cu efort ridicat, în timp ce InSAR oferă un număr foarte mare de puncte de măsurare pe o suprafață” mdpi.com. În practică, studiile moderne de deformație integrează GNSS și InSAR – GNSS ancorează imaginea de ansamblu și oferă monitorizare continuă în puncte-cheie, în timp ce InSAR completează cu detalii spațiale pe întreaga regiune.
• InSAR vs. Teledetecția optică: Imageria optică (precum fotografierea aeriană sau imaginile satelitare optice din Landsat, SPOT etc.) este o altă metodă de a observa modificări la suprafața solului. Detecția optică tradițională a schimbărilor poate evidenția modificări de suprafață precum cicatricile alunecărilor de teren, rupturile de falie sau dolinele, dar nu poate măsura direct deformații mici la fel de precis ca InSAR. O tehnică optică pentru măsurarea deplasării este pixel offset tracking: corelând caracteristici din două imagini optice din momente diferite, se pot măsura deplasări orizontale cauzate de evenimente (folosit, de exemplu, pentru cartarea deplasărilor de falii sau a mișcării ghețarilor). Însă precizia acestei tehnici optice este la nivel de fracțiuni de pixel (de regulă decimetri până la metri pe teren) – mult mai puțin sensibilă decât capabilitatea milimetrică sau centimetrică a InSAR. Metodele optice funcționează bine pentru mișcări rapide și mari (ca o deplasare de 2 m de-a lungul unei falii seismice sau un ghețar rapid ce avansează 100 m/an), pe când InSAR este eficient pentru deplasări subtile și lente (câțiva cm pe parcursul unor luni). O altă limitare e că senzorii optici necesită lumină și cer senin. Radarul InSAR are marele avantaj că funcționează pe orice vreme, zi sau noapte capellaspace.com. Norii, fumul sau întunericul nu împiedică SAR, pe când imageria optică este blocată de nor și necesită iluminare. Pentru monitorizarea pe termen lung, InSAR asigură date regulate în zonele cu vreme noroasă (cum sunt regiunile tropicale), unde imaginile optice pot fi frecvent obstrucționate. Pe de altă parte, imaginile optice oferă culoare reală sau informații în infraroșu pe care InSAR nu le are – deci sunt mai bune pentru interpretarea vizuală a daunelor sau a schimbărilor de la suprafață (de exemplu, identificarea conturului unei alunecări sau a prăbușirii unei clădiri din fotografii). Există sinergii emergente: de exemplu, folosirea sateliților optici de înaltă rezoluție pentru detectarea schimbărilor bruște și a sateliților SAR pentru monitorizarea deformației continue. În anumite cazuri, schimbările de altitudine se pot măsura prin fotogrammetrie optică sau diferențiere lidar (de exemplu, DEM-uri pre- și post-eveniment din imagini stereo sau scanări laser). Acestea pot oferi detaliu spațial ridicat, dar sunt în general instantanee unice și necesită procesări laborioase. InSAR rămâne metoda cea mai eficientă pentru supravegherea deformațiilor pe suprafață largă de rutină.

În concluzie, InSAR vs. altele: InSAR excelează la acoperirea spațială și precizia relativă pe ariI mari, GNSS este de neegalat la acuratețea continuă și absolută în puncte fixe, iar metodele optice sunt utile pentru schimbări discrete rapide și pentru pus în context (sau în condiții unde radarul poate avea limitări, ca la mișcări foarte rapide ce duc la aliasing). Adesea, o abordare multi-senzor oferă cea mai completă înțelegere – de exemplu, folosind GNSS pentru a corecta erorile lungi de undă din datele InSAR escholarship.org, sau combinând date optice și SAR pentru a caracteriza complet o alunecare (opticul indicând zona afectată, iar InSAR rata de deformare).

Avantaje și limitări ale InSAR

Ca orice tehnologie, InSAR are puncte forte și puncte slabe. Înțelegerea acestora este esențială pentru aplicarea eficientă a tehnicii:

Avantajele cheie ale InSAR:

• Acoperire largă cu densitate mare: InSAR poate măsura deformația pe arii extinse (sute de kilometri pătrați) într-o singură imagine, cu puncte de măsurare la fiecare câteva zeci de metri. Acest lucru generează milioane de puncte de date, depășind cu mult rezoluția spațială a măsurătorilor la sol usgs.gov. Este ideal pentru identificarea zonelor de deformare localizată într-o regiune largă – de exemplu, găsirea unei mici zone care se lasă într-un întreg oraș.
• Teledetecție (nu sunt necesare instrumente la sol): Deoarece se bazează pe sateliți, InSAR poate monitoriza regiuni îndepărtate sau greu accesibile (munți, deșerturi, zone de conflict) fără nicio infrastructură la fața locului. De asemenea, nu e nevoie de acces fizic la situri potențial periculoase (vulcani, alunecări de teren) pentru a obține date de deformație.
• Precizie și sensibilitate ridicate: InSAR poate detecta mișcări subtile ale solului – de ordinul milimetrilor sau centimetrilor – pe durata ciclului de revenire a satelitului en.wikipedia.org. Este dificil și costisitor de obținut o astfel de precizie, la scară mare, cu metode tradiționale. Tehnici precum PS-InSAR măresc și mai mult precizia, ajungând la câțiva milimetri pe an pentru ținte stabile earthdata.nasa.gov.
• Cost-eficiență: Folosirea datelor satelitare existente (mai ales a celor gratuite, precum Sentinel-1) este mult mai rentabilă comparativ cu instalarea de rețele dense de GPS sau efectuarea de campanii repetate de nivelment. De multe ori, InSAR presupune doar timp pentru procesare și expertiză – datele sunt tot mai des gratuite. S-a observat că InSAR este „adesea mai puțin costisitor decât obținerea de măsurători punctuale rare folosind nivelment și GPS” usgs.gov, mai ales pentru monitorizare de rutină.
• Funcționează indiferent de vreme, zi sau noapte: Semnalele radar sunt practic neafectate de vreme (penetrează norii) și nu depind de lumină solară. Astfel, InSAR poate colecta date prin nori, fum și pe timp de noapte capellaspace.com. Acesta este un avantaj major față de imagistica optică în regiuni cu acoperire frecventă de nori sau în timpul nopții polare extinse și pentru răspuns rapid la evenimente (se poate crea un interferogram chiar dacă are loc un cutremur noaptea sau în timpul unei furtuni, în timp ce camerele optice ar trebui să aștepte vreme clară și ziua).
• Arhivă de date istorice: Există o arhivă lungă de date SAR (datând încă din anii 1990, cu ERS-1). În multe cazuri se pot analiza deformările trecute, procesând imagini din arhivă. Această analiză retrospectivă poate scoate la iveală deformări ce au precedat instalarea rețelelor de instrumente sau care au trecut neobservate (ex: tasare lentă, pe decenii). În esență permite „călătoria în timp” pentru a analiza modificările solului, atâta timp cât există imagini SAR pentru acele perioade.
• Sinergie cu alte date: Rezultatele InSAR pot fi integrate în modele și cu alte măsurători (de ex., introducerea unei hărți a deplasărilor din InSAR într-un model hidrografic sau de alunecare). De asemenea, ajută la o implementare țintită a senzorilor la sol – de exemplu, dacă InSAR detectează o mișcare neașteptată într-un loc, cercetătorii pot instala GPS sau alte instrumente acolo pentru studii detaliate usgs.gov.

Limitări și provocări importante ale InSAR:

• Decorelarea semnalului: InSAR se bazează pe menținerea coerenței semnalului radar de la o anumită zonă de sol între două achiziții de imagini. Modificările suprafeței solului pot randomiza faza, făcând imposibilă măsurarea în acele zone. Dezvoltarea vegetației, aratul, modificările stratului de zăpadă sau construcțiile pot cauza decorelare en.wikipedia.org en.wikipedia.org. În peisaje cu vegetație densă sau care se schimbă rapid, porțiuni mari dintr-un interferogram pot apărea „zgomotoase” (decorelate), fără date utile. Intervalele de timp mai lungi și distantele spațiale mai mari între imagini cresc, de asemenea, decorelarea en.wikipedia.org. Metode avansate (PS, SBAS) reduc problema concentrându-se pe puncte stabile sau intervale scurte de timp, dar decorelarea rămâne o limitare fundamentală – de exemplu, InSAR are dificultăți în regiunile tropicale împădurite (de aici și interesul pentru misiunile L-band, care decoraleza mai puțin prin vegetație).
• Măsurare pe direcția liniei de vizare (limitare direcțională): InSAR măsoară deformația doar pe direcția liniei de vizare a satelitului (care are o incidență de regulă între 20–45° față de verticală). Astfel, nu obținem deplasarea vectorială 3D completă dintr-un singur set de date InSAR researchgate.net. Mișcările verticale și componenta orizontală pe direcția radarului sunt măsurate, dar mișcarea perpendiculară pe fasciculul radar (de exemplu, mișcarea nord-sud pentru un satelit pe orbită polară) poate trece neobservată. Pentru caracterizarea completă a deformațiilor, deseori se combină două geometrii de vizualizare (orbite ascendete și descendente), sau InSAR se combină cu GNSS. De asemenea, InSAR măsoară deplasarea relativă între puncte – de obicei un pixel este ales ca referință cu mișcare zero și toate celelalte măsurători sunt relative la acesta. Mișcări comune întregii scene sau înclinări de lungă durată sunt greu de detectat fără referințe externe.
• Întârzieri atmosferice: Variații atmosferice între achizițiile radar pot introduce întârzieri de fază care imitează deformații. De exemplu, o zonă cu aer umed sau o diferență de presiune poate încetini semnalul radar, creând un model de fază ce nu are legătură cu mișcarea solului en.wikipedia.org en.wikipedia.org. Aceste artefacte atmosferice pot avea scări de la câțiva kilometri la zeci de kilometri, uneori creând „inele” sau gradienți care ar putea fi confundate cu deformații reale, dacă nu sunt corectate. Există tehnici pentru reducerea acestor efecte (de ex., suprapunerea mai multor interferograme, folosirea modelelor meteorologice sau a datelor GNSS despre vaporii de apă), dar ele rămân o sursă importantă de eroare pentru deformații mici. InSAR dă cele mai bune rezultate pentru semnale care au modele spațiale sau evoluție în timp clară, ce le distinge de zgomotul atmosferic aleator.
• Acoperire satelitară și frecvența trecerilor: Deși operează mulți sateliți, există totuși limitări privind când și unde sunt colectate datele. Un satelit are o orbită și o frecvență de vizitare fixă; dacă nu este programat să achiziționeze date pe o anumită zonă, nu vor exista imagini (istoric au existat lacune de date în unele regiuni). Sateliți precum ERS sau Envisat nu acopereau mereu toate regiunile, rezultând arhive rare pentru unele locații en.wikipedia.org. Astăzi, Sentinel-1 oferă acoperire sistematică, însă radarul SAR comercial cu rezoluție înaltă se programează doar la cerere. Prin urmare, monitorizarea InSAR a unei zone depinde de achiziții regulate. Nu este o monitorizare continuă, la cerere – se pot obține date la fiecare 6–12 zile (sau la intervale mai mari dacă un satelit eșuează sau e oprit). Dacă un eveniment are loc între două treceri, se observă doar efectul cumulativ ulterior. Pentru procese lente nu e o problemă, dar la evenimente rapide (prăbușire de teren, alunecare bruscă), InSAR poate rata momentul exact (deși poate surprinde precursorii sau efectele ulterioare).
• Probleme geometrice (Layover/Umbra radar): SAR „vede” lateral, astfel că în zone cu relief foarte abrupt (munți, stânci) sau clădiri înalte pot apărea layover (ținte la altitudini diferite aparținând aceluiași pixel) sau umbra radar (fără date pe pantele opuse față de senzor) en.wikipedia.org. Astfel, unele locații (ex: versanți abrupți cu expunere nordică dintr-o orbită ascendentă) nu pot fi imaginate corespunzător, rămânând lacune în acoperirea InSAR. InSAR terestru sau aerian poate acoperi uneori aceste zone oarbe, dar InSAR satelitar are această limitare geometrică.
• Necesită expertiză și procesare: Deși datele sunt abundente, generarea unor rezultate InSAR sigure nu este trivială. Implică procesări complexe (coregistrare, formarea interferogramelor, despachetarea fazei etc.) și o analiză atentă pentru a evita semnalele false. Rezultatele pot fi sensibile la anumiți parametri de procesare. Totuși, în prezent acest lucru devine mai ușor datorită instrumentelor open-source moderne și platformelor cloud, dar interpretarea corectă a interferogramelor rămâne o abilitate specializată (de exemplu, pentru a distinge un artefact de un semnal real de deformație groundstation.space).
• Limitare pentru mișcări foarte rapide sau mari: Dacă solul se mișcă mai mult decât jumătate din lungimea de undă a radarului între două achiziții (~2,8 cm pentru C-band, ~1,5 cm pentru X-band, ~12 cm pentru L-band), faza se „înfășoară” de mai multe ori, ceea ce îngreunează despachetarea și interpretarea. Deformațiile foarte rapide pot conduce la decorelare completă (ex: dacă un cutremur deplasează solul cu un metru, acea zonă își pierde coerența). Astfel, InSAR este excelent pentru deformații mici spre moderate. Deformațiile extrem de mari (metri) sau schimbările extrem de rapide (cum ar fi o explozie ce generează un crater) pot fi dificil de captat cu excepția conturului ariei afectate.

În practică, multe din aceste limitări pot fi reduse prin strategie: folosirea unor intervale de repetare mai scurte, utilizarea metodelor multi-temporale, adăugarea de date externe pentru calibrare și alegerea atentă a zonelor monitorizate. În ciuda limitărilor, avantajele InSAR depășesc adesea provocările, mai ales acum când datele sunt abundente. Oferă o perspectivă unică, la scară largă, pe care nicio altă tehnică nu o poate oferi, și pentru multe probleme de deformație a devenit instrumentul standard.

Studii de caz din viața reală

Pentru a ilustra conceptele de mai sus, iată o selecție succintă de studii de caz reale în care InSAR a jucat un rol crucial:

• Cutremurul Bam din 2003, Iran: InSAR a fost folosit pentru a cartografia deformația produsă de devastatorul cutremur din Bam. Interferograma a arătat ~25 cm de deplasare a suprafeței de-a lungul faliilor rupte. Aceste date au ajutat oamenii de știință să stabilească că seismul a avut loc pe o falie de alunecare necartografiată și au oferit informații despre distribuția deplasării, aspect important pentru reevaluarea hazardului seismic în regiune.
• Cutremurul Tōhoku 2011, Japonia: Satelitul PALSAR al Japoniei (ALOS) a captat deformația imensă produsă de cutremurul M9.0 din Tōhoku. Deplasările pe direcția liniei de vizare au depășit un metru în unele locuri (mai multe franjuri), iar combinate cu GPS au evidențiat o ridicare a fundului mării care a contribuit la tsunami. Evenimentul a subliniat valoarea InSAR în cartografierea marilor cutremure de subducție, completând rețeaua de GPS densă din Japonia.
• Napoli (Campi Flegrei), Italia: Monitorizarea Persistent Scatterer InSAR cu date ERS/Envisat și ulterior COSMO-SkyMed este folosită pentru caldera Campi Flegrei, o zonă vulcanică activă sub un oraș dens populat. InSAR a detectat perioade de ridicare (de exemplu, 2012–2013) de câțiva centimetri, alertând oamenii de știință și autoritățile civile asupra creșterii presiunii vulcanice. Aceste măsurători, combinate cu senzori la sol, informează starea de hazard (în prezent ridicată, dar fără erupție) pentru zonă.
• Valea Centrală, California: Serii temporale InSAR pe mai mulți ani (Envisat, apoi Sentinel-1) au fost folosite de U.S. Geological Survey pentru a cartografia subsidența legată de apele subterane în Valea Centrală din California. O descoperire notabilă a fost că, în timpul secetei dintre 2012–2016, unele zone din Valea San Joaquin au coborât cu peste 60 cm, afectând canalele și puțurile. Hărțile InSAR au arătat amploarea subsidenței, ghidând răspunsurile de gestionare a apei usgs.gov.
• Oslo, Norvegia (Infrastructură urbană): Studiile InSAR din Oslo au identificat subsidență în zona centrală construită prin recuperare de teren. O combinație de date Sentinel-1 PS-InSAR și date radar istorice a arătat că porțiunile vechi ale gării centrale (pe umplutură mai moale) s-au tasat, în timp ce structurile noi ancorate pe stâncă sunt stabile esa.int esa.int. Acest caz a demonstrat cum InSAR poate identifica tasări diferențiate în zonele urbane, ajutând inginerii orașului să prioritizeze consolidarea fundațiilor.
• Barajul Trei Defileuri, China: InSAR a fost utilizat pentru monitorizarea pantelor din jurul masivului baraj Trei Defileuri. La ridicarea nivelului rezervorului, mai multe pante au prezentat mișcare datorită saturației cu apă. Autoritățile chineze au folosit InSAR (alături de senzori la sol) pentru a detecta devreme aceste instabilități sciencedirect.com nhess.copernicus.org, conducând la evacuări preventive și măsuri de stabilizare pe anumite maluri ale rezervorului. Este un exemplu elocvent despre cum InSAR ajută la monitorizarea continuă a siguranței infrastructurilor mari.

Fiecare din aceste studii de caz evidențiază punctele forte specifice ale InSAR – fie acoperire pe suprafețe vaste (Valea Centrală), precizie (Campi Flegrei), fie capacitatea de a evidenția puncte-problemă (Oslo, Trei Defileuri). Ele implică adesea și integrarea cu alte date (rețele GPS în Japonia, nivelmetrie în California, sau studii geologice în Norvegia). Concluzia este că InSAR a trecut de la stadiul experimental din anii 1990 la o sursă operațională și de încredere pentru informații despre deformație în anii 2020.

Tendințe viitoare și inovații în InSAR

Domeniul InSAR evoluează rapid, cu noi misiuni satelitare și tehnici de analiză a datelor la orizont care vor îmbunătăți și mai mult capacitățile. Iată câteva tendințe și inovații cheie pentru viitor:

• Noi misiuni SAR multifrecvență: Lansarea NISAR (NASA-ISRO Synthetic Aperture Radar) în jurul anului 2025 va reprezenta un reper important. NISAR va opera atât pe banda L, cât și pe banda S, oferind un set bogat de date pentru studiul deformațiilor. Lungimile de undă mai mari (banda L, ca la NISAR și viitoarea misiune ESA BIOMASS pe banda P) vor îmbunătăți monitorizarea zonelor vegetate la nivel global, reducând problemele de decoralare earthdata.nasa.gov. Vom vedea și misiuni de continuitate precum Sentinel-1C/D pentru menținerea acoperirii pe banda C. Combinarea frecvențelor (X, C, L, S și chiar P) de la diferiți sateliți ar putea permite analize multi-band InSAR – de exemplu, folosind banda L pentru a confirma un semnal observat pe banda C.
• Revisitare mai frecventă și constelații: Tendința este către mai mulți sateliți și revisitare mai rapidă. Până la sfârșitul deceniului 2020, am putea avea imagini SAR zilnice pentru cea mai mare parte a globului, prin constelații de sateliți SAR mici din sectorul comercial (Capella Space, ICEYE etc.), pe lângă sistemele guvernamentale. O mostră temporală mai densă va crește șansele de a capta evenimente rapide și va permite monitorizare aproape în timp real a deformațiilor. De exemplu, Capella Space anunță o constelație cu orbite mixte pentru a obține unghiuri de observare diferite și revisitări foarte dese capellaspace.com capellaspace.com. Datele frecvente, împreună cu procesări automate, ar putea însemna că la una-două zile după un cutremur sau un episod de deformație vulcanică, un rezultat InSAR să fie disponibil pentru autorități.
• Servicii operaționale de monitorizare: InSAR se transformă dintr-un instrument de cercetare într-un serviciu operațional pentru guverne. Serviciile de cartografiere a deformațiilor pe bază de InSAR apar la scară națională și regională. Proiectul norvegian InSAR Norge oferă hărți la nivel național a mișcărilor solului, actualizate anual esa.int esa.int. European Ground Motion Service (EGMS) este o altă inițiativă, oferind date PS-InSAR consistente pentru toată Europa, folosind Sentinel-1. Ne putem aștepta ca tot mai multe țări să adopte servicii similare (unele, cum ar fi Italia, o fac deja prin portaluri naționale de monitorizare a solului). Aceste servicii aduc InSAR la utilizatorii non-experți prin hărți intuitive ale stabilității terenului. Această adopție pe scară largă va conduce la standardizarea metodelor, creșterea fiabilității și adaptarea la nevoile utilizatorilor (precum distingerea ușoară a cauzelor mișcărilor).
• Procesare și algoritmi avansați: Pe partea de analiză, inovațiile continuă să perfecționeze rezultatele InSAR. Corecția atmosferică este un domeniu – folosind date auxiliare precum modele meteorologice, vapori de apă derivați din GNSS sau chiar date SAR (de exemplu, abordări split-spectrum) pentru reducerea zgomotului atmosferic earthdata.nasa.gov earthdata.nasa.gov. Un alt domeniu este machine learning și AI: acestea pot ajuta la dezambalarea fazei (rezolvarea mai robustă a ambiguităților de 2π), recunoașterea tiparelor de deformație (precum identificarea automată a unui vulcan în curs de deformare din sute de serii temporale) sau chiar în fuzionarea datelor multi-sursă. Cercetătorii au început să aplice detecția de anomalii nesupravegheate pe seturi mari de date InSAR pentru a identifica semnale de interes (de exemplu, posibile semnale de neliniște vulcanică sau probleme de infrastructură) din zgomotul de fundal agupubs.onlinelibrary.wiley.com. Mai mult, noi algoritmi precum Distributed Scatterer InSAR (DS-InSAR) combină avantajele PS și SBAS, folosind mai mulți pixeli (inclusiv parțial coerenți) pentru serii temporale, generând o acoperire mai densă în zonele rurale. InSAR tridimensional (sau tomografie SAR) reprezintă un alt orizont: prin utilizarea mai multor treceri din unghiuri ușor diferite (sau sateliți cooperanți precum TanDEM-X), devine posibilă separarea dispersorilor la înălțimi diferite într-un singur pixel (util în zone urbane pentru a distinge mișcarea solului de mișcarea clădirilor). Deși este intensiv computațional, astfel de metode ar putea deveni mai răspândite odată cu creșterea puterii de calcul.
• Integrarea cu alți senzori: Viitorul va aduce, probabil, o integrare mai strânsă a InSAR cu alți senzori geospațiali și geofizici. Un exemplu este combinarea InSAR și GNSS în fluxuri automatizate: GNSS poate corecta erorile pe lungimea de undă lungă din InSAR, în timp ce InSAR oferă context spațial pentru rețelele GNSS papers.ssrn.com. O altă integrare este cu imagistica optică: de exemplu, utilizarea imaginilor optice pentru a interpreta semnalele InSAR (cum ar fi confirmarea unei alunecări de teren unde InSAR indică mișcare). În monitorizarea hazardurilor, InSAR poate fi parte dintr-un sistem multi-senzor care să includă senzori seismici, tiltmeter, lidar etc., toate reunite pe un panou de control pentru, să spunem, un observator vulcanologic. Scopul este o monitorizare mai holistică, cu InSAR drept un strat suplimentar de informații.
• Polarimetric InSAR și noi aplicații: Polarimetric InSAR (Pol-InSAR), care combină polarizarea radar cu interferometria, este o tehnică în curs de dezvoltare ce poate ajuta la caracterizarea mecanismelor de dispersie și potențial la separarea mișcării sol-vegetal earthdata.nasa.gov earthdata.nasa.gov. Deși momentan nișată, ar putea îmbunătăți monitorizarea deformațiilor în zonele vegetate prin filtrarea mișcărilor vegetației. Există și explorarea InSAR pentru noi domenii: de exemplu, agricultura de precizie (monitorizarea modificărilor umidității solului prin umflarea/retragerea subtilă detectată de InSAR) sau studiile de permafrost (cartografierea ridicării/coborârii legate de îngheț/dezgheț sezonier). Monitorizarea sănătății infrastructurii s-ar putea extinde – am putea monitoriza orice pod sau baraj important cu SAR de înaltă rezoluție, pe bază regulată, creând o indexare a sănătății structurilor la distanță. InSAR este deja testat și pentru dynamica ghețarilor și calotelor glaciare, unde completează metodele optice pentru a măsura fluxul gheții și migrarea liniei de ancorare (mai ales folosind radare cu lungime de undă mai mare, capabile să penetreze zăpada pentru a detecta mișcarea gheții).
• Calcul și gestionare a datelor: Explozia datelor SAR (odată cu apariția mai multor sateliți noi) aduce provocări de tip big data, dar și oportunități. Platforme de cloud computing și servicii precum Google Earth Engine sau altele găzduiesc deja date SAR gata de analiză, permițând utilizatorilor să ruleze algoritmi InSAR fără a descărca terabiți de date brute. Fluxuri automate de procesare InSAR (unele open-source, altele comerciale) pot procesa acum în mod curent fluxuri de date aproape în timp real, ceea ce stă la baza serviciilor operaționale. Această tendință va continua, făcând rezultatele InSAR accesibile non-experților (poți, de exemplu, doar să intri pe un portal web și să vezi harta deformațiilor din localitatea ta, actualizată lunar).

Privind spre viitor, perspectiva InSAR este promițătoare. Așa cum a spus un grup din industrie, tehnologia „este pregătită pentru progrese semnificative” prin algoritmi mai buni, integrare AI și creșterea acoperirii satelitare, extinzând InSAR în noi domenii precum cercetare de mediu, agricultură de precizie și monitorizarea infrastructurii capellaspace.com. Ne putem imagina o vreme când monitorizarea InSAR va fi la fel de obișnuită ca sateliții meteo – supraveghind periodic „pulsul” suprafeței Pământului pentru a ajuta la prevenirea și gestionarea hazardurilor naturale și pentru a administra sustenabil mediul construit. Cu mai mulți „ochi” pe cer și instrumente mai inteligente la sol, InSAR va rămâne în avangarda observării modului în care planeta noastră dinamică se mișcă și se schimbă, oferind perspective esențiale pentru știință și societate.

Referințe (Surse principale)

• Bazele Interferometric Synthetic Aperture Radar (InSAR) – U.S. Geological Survey usgs.gov usgs.gov
• Wikipedia: Interferometric synthetic-aperture radar – prezentare generală, reflectori persistenți și aplicații en.wikipedia.org en.wikipedia.org en.wikipedia.org
• NASA Earthdata (Z. Lu, 2006/2024): Interferometric SAR: Building Tomorrow’s Tools Today – explicație detaliată a tehnicii InSAR și a progreselor earthdata.nasa.gov earthdata.nasa.gov
• Universitatea Twente ITC: Explicație privind tehnica SBAS (Small Baseline Subset) InSAR ltb.itc.utwente.nl ltb.itc.utwente.nl
• MDPI Remote Sensing (2022): Integrarea InSAR și GNSS pentru tasarea terenului – comparație între punctele InSAR și GNSS mdpi.com
• Capella Space (2025): Cum InSAR revoluționează observația Pământului – avantaje ale SAR (condiții meteo nefavorabile, noapte) și perspective de viitor capellaspace.com capellaspace.com
• ESA Copernicus Sentinel-1: Satelitii confirmă scufundarea Millennium Tower din San Francisco – studiu de caz al tasării urbane esa.int esa.int
• Scientific Reports (2024): Studiu despre tasarea metroului din Mexico City – rate extreme de tasare ~500 mm/an în Mexico City nature.com
• Groundstation.Space (2022): Mituri despre interpretarea datelor InSAR – abordează provocări precum rezoluția și medierea (groundstation.space).
• Studiu ESA InSARap: Deformații în San Francisco și Oslo – demonstrează fezabilitatea monitorizării la scară națională esa.int esa.int.