Συνδυασμός του GNSS του δορυφορικού InSAR και της τηλεπισκόπησης GBInSAR...
Από RemoteSensing Wiki
Συνδυασμός του GNSS του δορυφορικού InSAR και της τηλεπισκόπησης GBInSAR για τη βελτίωση της κατανόησης μιας μεγάλης κατολίσθησης σε αλπικό περιβάλλον
Αρχικός Τίτλος: Combination of GNSS, satellite InSAR, and GBInSAR remote sensing monitoring to improve the understanding of a large landslide in high alpine environment
Συγγραφείς: Tommaso Carlà, Veronica Tofani, Luca Lombardi, Federico Raspini, Silvia Bianchini, Davide Bertolo, Patrick Thuegaz, Nicola Casagli
Ηλεκτρονική διέυθυνση: https://doi.org/10.1016/j.geomorph.2019.03.014
Εισαγωγή
Οι μεγάλες κατολισθήσεις σε απόκρημνες αλπικές πλαγιές αποτελούν σοβαρή απειλή και καθιστούν ευάλωτες τις εγγύς κοινότητες και τις υποδομές. Η καταστροφική δύναμή τους σχετίζεται με την δυνατότητά τους να υποβάλλονται σε γρήγορες επιταχύνσεις και να εξελίσσονται σε καταστροφικά φαινόμενα, εκθέτοντας τις κοιλάδες σε κινδύνους. Επομένως τα φαινόμενα αυτά απαιτούν πλήρη κατανόηση των προδιαθεσικών γεωλογικών παραγόντων, των παραγόντων ελέγχου και του μηχανισμού αποτυχίας. Όμως η δυνατότητα διεξαγωγής εμπεριστατωμένων επιτόπιων γεωτεχνικών ερευνών περιορίζεται σε μεγάλο βαθμό από την υλικοτεχνική και οικονομική ανεπάρκεια καθώς η προσέγγιση τέτοιων απομακρυσμένων σημείων είναι περιορισμένη. Οι στρατηγικές αποκατάστασης και έγκαιρης προειδοποίησης επικεντρώνονται συνήθως στη συνεχή παρακολούθηση των μετατοπίσεων των πρανών, η οποία μπορεί να δώσει σημαντικές πληροφορίες για τη δυναμική και την εξέλιξη της κατολίσθησης. Η παρατήρηση των κατολισθήσεων από διάφορα εργαλεία μπορεί να μας δώσει με τον συνδυασμό δεδομένων πολύ χρήσιμα συμπεράσματα για την κατανόηση και την πρόβλεψή τους. Σε αυτό το έγγραφο, τα δεδομένα αποκτήθηκαν που αφορούν την κατολίσθηση στο Bosmatto αντλήθηκαν με τρείς μεθόδους τηλεπισκόπησης: GNSS (Global Navigation Satellite System), InSAR (Interferometric Synthetic Aperture Rada) και GBInSAR (Ground-Based Interferometric Synthetic Aperture Radar). Σε συνδυασμό με γεωμορφολογικές παρατηρήσεις και με το στρωματογραφικό προφίλ από έρευνα γεωτρήσεων, η ενσωμάτωση των τριών στα σύνολα δεδομένων παρέχουν μια συνολική εικόνα του πεδίου παραμόρφωσης από την κατολίσθηση και κατέστησε δυνατή την εξαγωγή βασικών χαρακτηριστικών σχετικά με την μηχανισμό και συμπεριφορά. Η επίδραση της κάλυψης χιονιού στην αξιοπιστία των δορυφορικών δεδομένων InSAR και GBInSAR αξιολογήθηκε επίσης. Η μελέτη υπογραμμίζει τα πλεονεκτήματα και τις συνέπειες που συνδυάζουν τα δεδομένα παρακολούθησης από διαφορετικές πηγές και πως αυτός ο συνδυασμός μπορεί να βελτιστοποιήσει την κατανόηση των μεγάλων κατολισθήσεων σε δύσκολα προσβάσιμο αλπικό πεδίο.
Δεδομένα-Μεθοδολογία
GNSS
Ένα δίκτυο δύο μόνιμων σταθμών GNSS και πέντε σταθμών GNSS για τις μετρήσεις της μελέτης αναπτύχθηκε στο πεδίο στο οποίο παρατηρείται κατολίσθηση. Οι αναγνώσεις έγιναν μέσω διαφορικής στατικής τοποθέτησης GNSS διπλής συχνότητας. Οι κεραίες σε μόνιμους σταθμούς εγκαταστάθηκαν σε ύψος τριών μέτρων πάνω από το έδαφος για να διατηρηθεί η απόσταση από το χιόνι. Τα δεδομένα έχουν κατά προσέγγιση 6-ωρη συχνότητα μέτρησης και ξεκινούν χρονολογικά από 1η Ιουλίου 2010 έως τις 31 Δεκεμβρίου 2013. Τα δεδομένα από τις κεραίες των σταθμών για τις μετρήσεις – campaign measurements συλλέγονταν μία ή δύο φορές τον χρόνο λόγω του δύσβατου χαρακτήρα της περιοχής μελέτης και της εκτεταμένης περιόδου χιονοκάλυψης. Μέσω των δεδομένων εκτιμήθηκε η μέση μετατόπιση κάθε σταθμού ως προς την κατακόρυφη κλίση (γωνία κλίσης) και πλανητική διεύθυνση (αζιμούθιο) κατά τη διάρκεια του αντίστοιχου διαστήματος παρακολούθησης. Ένας παράγοντας σφάλματος είναι το χαλαρό πέτρωμα στο οποίο μπορεί να εγκαταστάθηκε ο σταθμός με αποτέλεσμα να έχει πιο μεγάλη μετατόπιση κάτι το οποίο να μην ανταποκρίνεται στο σύνολο της πλαγιάς.
InSAR
Η διαφορική συμβολομετρία ραντάρ είναι μία καθιερωμένη τεχνική ανίχνευσης που εκμεταλλεύεται τη μετατόπιση φάσης του πίσω-διάσπαρτου ηλεκτρομαγνητικού κύματος μεταξύ δύο ή περισσοτέρων συνεκτικών εξαγορών. Χρησιμοποιείται κατά κόρον για την εκτίμηση του ρυθμού μετατόπισης τους εδαφούς. Η αρχή λειτουργίας βασίζεται στην απομόνωση της φάσης του ηλεκτρομαγνητικού κύματος που στην πραγματικότητα σχετίζεται με μια παραλλαγή της διαδρομής αισθητήρων-εδάφους, δηλαδή σε κίνηση του εικονοστοιχείου. Στην περιοχή μελέτης, ο Sentinel-1 απέκτησε 130 IW σκηνές σε φθίνουσα τροχιά, καθώς και άλλες 130 IW σκηνές σε ανερχόμενη τροχιά, από τις 10 Οκτωβρίου 2014 έως τις 22 Φεβρουαρίου 2018. Οι δορυφόροι λειτουργούν στη ζώνη C (5.405 GHz) στη λειτουργία απεικόνισης TOPS (Παρατήρηση εδάφους με προοδευτική σάρωση σε αζιμούθιο). Οι Sentinel-1A και Sentinel-1B μοιράζονται την ίδια τροχιά και προσφέρουν απεικονίσεις της ίδια περιοχής εντός 6 ημερών. Τα προϊόντα InSAR, με χωρική ανάλυση 4 × 14 m, υποβλήθηκαν σε επεξεργασία μέσω του αλγορίθμου SqueeSAR, επιτρέποντας την αναγνώριση των σταθερών διάσπαρτων (Persistent Scatterers) και κατανεμημένων διάσπαρτων (Distributed Scatterers). Οι μετατοπίσεις υπολογίζονται σε σχέση με ένα σταθερό PS εντός του πλαισίου.
GBInSAR
Ένα ραδιοενισχυτικό ραντάρ εδάφους GBInSAR αναπτύχθηκε στην βάση της προσχωσιγενής έκτασης του Letze Creek από τις 28 Οκτωβρίου 2016 έως τις 30 Ιουνίου 2017. Με βάση τις ίδιες φυσικές αρχές του δορυφορικού InSAR, αυτή η τεχνική έχει αποδειχθεί κατάλληλη για παρακολούθηση κατολισθήσεων με ρυθμό δειγματοληψίας ανά λεπτό και υψηλή χωρική ανάλυση. Το σύστημα λειτουργεί σε Ku-κύματα ηλεκτρομαγνητικού φάσματος (≈ 17 GHz) και βασίζεται σε ένα πομπό συνεχούς συχνότητας βημάτων με συνεκτικό δέκτη. Οι δύο κεραίες κινούνται με χιλιοστομετρικά σκαλοπάτια κατά μήκος μιας μηχανικής σιδηροτροχιάς για να σχηματίσουν το συνθετικό διάφραγμα. Η ατμοσφαιρική και οργανική αποσυσχέτιση μεταξύ των διαφορετικών εικόνων μειώνεται σημαντικά χάρη στην υψηλότερη συχνότητα απόκτησης, επιτρέποντας την εφαρμογή μέτρησης μέσου όρου και συγκεκριμένων στατιστικών εργαλείων. Κατά την εγκατάστασή του δεν απαιτούνται τεχνητοί ανακλαστήρες στην πλαγιά, ακόμη και σε συνθήκες μειωμένης ορατότητας κατά τη χειμερινή περίοδο, φαινόμενο σύνηθες σε αλπικά περιβάλλοντα. Κατά τη διάρκεια της παρακολούθησης, εξήχθησαν σημεία ελέγχου εντός και εκτός των ορίων της κατολίσθησης για να διερευνηθεί σε σχεδόν πραγματικό χρόνο ο εκτοπισμός συκγεκριμένων τμημάτων της προσχωσιγενής έκτασης. Οι μεγαλύτερες μετακινήσεις εντοπίστηκαν δικαιολογημένα εντός συνόρων της κατολίσθησης, το σύνολο δεδομένων είναι κάπως ασύμβατο σε σχέση με τα δεδομένα του GNSS και του δορυφόρου InSAR.
Επίλογος-Συμπεράσματα
Η κατολίσθηση Bosmatto, που βρίσκεται σε απόκρημνη αλπική πλαγιά στις βορειοδυτικές ιταλικές Άλπεις, γνώρισε ξαφνική επανενεργοποίηση στις 15 Οκτωβρίου 2000. Η εκδήλωση πυροδοτήθηκε από μια περίοδο έντονης και παρατεταμένης βροχόπτωσης, και συνοδεύτηκε με μία καταστροφική ροή των συντριμμιών. Η κοινή ανάλυση των δεδομένων GNSS, δορυφορικών InSAR και GBInSAR, ως το σύνολο που συλλέχθηκε για χρονικό διάστημα 16 ετών, παρείχε σημαντικές πληροφορίες για τον μηχανισμό και τη συμπεριφορά της κατολίσθησης. Η δραστηριότητα κατολίσθησης γίνεται με ερπυσμό του εδάφους και εμφανίζεται σταθερής κατάστασης τα τελευταία χρόνια, με μέσες ταχύτητες που κυμαίνονται από b10 mm ανά έτος έως N50 mm ανά έτος. Η καλύτερη χωρική κάλυψη και η ακρίβεια μέτρησης, από την δορυφορική τεχνική InSAR αποδείχθηκε απαραίτητη για την ενίσχυση της παρακολούθησης της κατολίσθησης Bosmatto και παρόμοιων αλπικών κατολισθήσεων.
