Autor/s: Mora, O.; Pérez, F.; Pipia, L.; Marchán, J. F.; Marturià, J.
Institut Cartogràfic i Geològic de Catalunya
Títol: Anàlisi de subsidència en el Delta de l'Ebre a partir d'imatges Sentinel-1A/B: Resultats preliminars i lliçons apreses
Temàtica: Teledetecció
Publicat a: Revista Catalana de Geografia
IV època / volum XIII / núm. 58 / gener 2018
Font: -
URL: http://www.rcg.cat/articles.php?id=439


ANÀLISI DE SUBSIDÈNCIA EN EL DELTA DE L'EBRE A PARTIR D'IMATGES SENTINEL-1A/B: RESULTATS PRELIMINARS I LLIÇONS APRESES

Oscar Mora, Fernando Pérez, Luca Pipia, Juan Fernando Marchán, Jordi Marturià
Institut Cartogràfic i Geològic de Catalunya

 

Introducció

La interferometria diferencial radar (DInSAR) és una tècnica per al monitoratge de moviments de la superfície amb precisions mil·limètriques, que utilitza imatges de Radar d'Apertura Sintètica (SAR).

La posada en òrbita dels satèl·lits Sentinel 1A i B (banda C de les microones) per part de l'Agència Espacial Europea (ESA), ha suposat un enorme impuls als productes DInSAR, ja que les imatges són de descàrrega gratuïta, amb una freqüència d'adquisició elevada (fins a una imatge cada 6 dies al millor dels casos) i una extensa cobertura de les imatges (250 x 250 km).

Pel que fa al projecte LIFE EBRE-ADMICLIM (ENV / ÉS / 001.182) sota el lideratge de l’Institut de Recerca i Tecnologies Agroalimentaries (IRTA), s'han plantejat accions pilot de mitigació i adaptació al canvi climàtic al Delta de l'Ebre. El projecte ha de permetre el desenvolupament i aplicació de noves estratègies d'adaptació a la perdua d'elevació del Delta respecte al nivell del mar i la regressió de la costa als aiguamolls deltaics. Les dades interferométriques sobre ritmes actuals de subsidència del Delta són per tant de vital importància

Metodologia de processament

La cadena de processament interferométric de l’Institut Cartogràfic i Geològic de Catalunya (ICGC) utilitza diferents tècniques d’interferometría diferencial per separar els components del senyal radar; és a dir, artefactes atmosfèrics, error topogràfic i moviment del terreny. Per això és necessari un nombre mínim d'adquisicions, que típicament se situa entorn a 20-30 imatges. És per això que la gran quantitat d'imatges disponible dels satèl·lits Sentinel 1A i B és idònia per a la realització d'estudis interferométrics de qualitat en períodes temporals curts (són necessaris 4 mesos per a l'adquisició de 20 imatges amb una freqüència temporal de 6 dies).

L'etapa inicial del processament és el corregistrament de totes les imatges respecte a la geometria de l'adquisició màster. Posteriorment, es generen parells interferométrics on és necessari eliminar el component topogràfic del senyal radar, la qual cosa es realitza amb l'ajuda d'un model d'elevacions del terreny (MET) de la zona a estudiar.

Un cop es disposa dels interferogramas diferencials (sense la contribució de fase topogràfica) se seleccionen els píxels susceptibles de ser mesurats mitjançant la coherència interferométrica. En aquest punt s'inicia la part coneguda com Persistent Scatterer Interferometry (PSI). Durant l'aplicació del PSI és necessari que el punt a mesurar no experimenti canvis superficials significatius en el període temporal de monitoratge (decorrelación temporal). Posteriorment se seleccionen els punts candidats a ser mesurats i s'aplica un procés iteratiu per a l'estimació dels artefactes atmosfèrics, l'error topogràfic del MET i la velocitat de moviment. Una etapa final de georeferenciación i selecció de punts, basada en la desviació estàndard de sèries temporals, és necessària per a l'obtenció d'un producte final de qualitat.

Geometria d'adquisició

Un dels aspectes més importants a l'hora d'utilitzar els resultats de la interferometría és la geometria d'adquisició. Aquesta geometria determina quin component del moviment és mesurat en cada òrbita.

El satèl·lit radar observa el terreny amb un angle d'incidència determinat, pot captar imatges des de la seva òrbita ascendent (vol des del pol sud cap al nord) i descendent (des del nord cap al sud). Mesura així, variacions de distància respecte al seu angle de visió. El moviment mesurat és la projecció ortogonal del moviment real sobre la línia de visió del satèl·lit o Line Of Sight (LOS), tal com es mostra en la figura 1.

 art3_01a art3_01b

Figura 1. Geometria I mesures en LOS, per òrbites ascendents (esquerra) i descendent (dreta).

Descomposició Vertical-Horitzontal

El processament d'imatges ascendents o descendents no proporciona una mesura del moviment en la direcció vertical i/o horitzontal, sinó en LOS. No obstant això, la utilització conjunta d'ambdues òrbites, després d'una descomposició geomètrica, aporta una estimació d'aquestes components, tal i com es mostra en la figura 2.

art3_02

Figura 2. Descomposició Vertical i Horitzontal (Est-Oest) del moviment a partir de les mesures d’òrbites ascendents i descendents.

En haver de combinar informació d'ambdues òrbites, la descomposició només es pot realitzar en punts de mesura comunes en tots dos processaments.

Resultats

Per al present treball s'han processat dos conjunts de dades dels satèl·lits Sentinel 1A i B en òrbites ascendent i descendent. (taula 1). Els següents sub-apartats detallen els diferents productes obtinguts.

  Òrbita     Núm. imatges     Data inicial  
Data final
 Núm. interferogrames
  Asc 46   12/11/2014   
    31/12/2016   
 159
  Desc 8518/11/2014
 06/05/2017211

Taula 1. Característiques tècniques dels processats Sentinel-1.

Horitzontal-Vertical
Un cop es disposa dels mapes de moviment en LOS, la combinació ascendent i descendent ens permet realitzar la descomposició en les adreces vertical i horitzontal (Est-Oest). La figura 3 mostra les dues components del desplaçament. En els resultats s'observa en general com la principal direcció de moviment és la vertical. En les il·lustracions s'han marcat amb triangles blancs les localitzacions dels reflectores artificials (figura 4), instal·lats per assegurar punts de qualitat en diferents zones de decorrelación temporal.

art3_03a
art3_03b 
Figura 3. Mapa de moviment vertical (esquerra) i horitzontal (oest-est).


art3_04_01

Figura 4. Reflector artificial instal.lat en el Delta de l’Ebre.

La figura 5 detalla les sèries temporals horitzontal i vertical d'un punt de mesura. Es confirma una subsidencia entre 3-5 mm/any amb un moviment horitzontal menor. 

art3_05a art3_05b 

Figura 5. Mapa horitzontal i vertical de Deltebre i Sant Jaume d’Enveja.


Projecció vertical LOS

Finalment, s'ha realitzat l'exercici de considerar, com a principal component del moviment la vertical. S'han combinat els resultats de les òrbites ascendent i descendent. Com es mostra en la figura 7, s'ha aconseguit una major densificación de punts, i per tant una millor determinació de les àrees afectades per subsidència.

art3_06a  art3_06b

Figura 6. Serie temporal component horitzontal i vertical del moviment, zona enmarcada a la figura 5.

art3_07

Figura 7. Mapa de moviment vertical projectat com a combinació d’òrbites ascendent i descendent.