InSAR Radar interferométrico de apertura sintética

La tecnología InSAR es capaz de medir deformaciones milimétricas del terreno utilizando satélites que están orbitando a cientos de kilómetros de altura. Parece increíble detectar movimientos de pocos milímetros desde el espacio, pero es así.

Si eres ingeniero civil, geotecnista, geólogo… Si participas en cualquier fase del ciclo de vida de una gran infraestructura (planificación, diseño, construcción o explotación) deberías conocer la tecnología InSAR, o al menos los aspectos más básicos de esta.  Responsables de la gestión o control de la explotación de agua subterránea; gestores u operadores de infraestructuras lineales, presas, puentes, túneles, minas, de extracción de hidrocarburos, expertos en terremotos, tectónica de placas, volcanes… también deberían conocer e integrar esta tecnología en su trabajo diario.

En este contenido te mostramos en qué consiste la tecnología InSAR, te explicamos el significado de diferentes términos y tecnicismos que giran en torno al mismo así como todo el potencial que ofrece dicho sistema en sector de las infraestructuras.

Importante: Para utilizar esta información no es necesario conocer en profundidad una tecnología tan compleja pero sí comprender aspectos básicos que te permitan entender los resultados obtenidos, la calidad y precisión del dato o la dirección en la que el InSAR mide los movimientos y deformaciones…

¿Qué es InSAR?

La interferometría radar de apertura sintética (InSAR por sus siglas en inglés) utiliza información proveniente de sensores Radar de Apertura Sintética (SAR). Estos sensores activos emiten pulsos electromagnéticos en el espectro de las microondas, operan tanto de día como de noche y son capaces de ver el terreno a través de las nubes.

InSAR es el acrónimo en inglés de Interferometric Synthetic Aperture Radar (Interferometría radar de apertura sintética).

Muchas de estas aplicaciones hacen uso de la amplitud de la señal que vuelve al sensor e ignoran la información de fase de la onda. En cambio, las técnicas basadas en interferometría utilizan la información de la fase de la radiación reflejada. Si no recordáis bien qué es esto de la fase de una onda, internet ofrece montones de recursos para refrescar rápidamente este concepto.

¿Qué es un interferograma?

Se conocen como interferogramas a los mapas o imágenes generados calculando las diferencias de fase de dos imágenes tomadas de una misma zona de la superficie terrestre pero en momentos temporales diferentes.

Un interferograma es la diferencia de fase entre dos imágenes tomadas en momentos diferentes pero del mismo lugar.

El interferograma tiene como objetivo la generación de mapas de desplazamientos así como la elaboración de modelos digitales del terreno (MDT), también denominados mapas de elevación del terreno.

¿Qué es DInSAR?

En realidad es lo mismo que InSAR. Podemos encontrar varias formas de denominar a esta tecnología y es importante que sepamos identificarlas.

InSAR es el término más genérico e incluye todo. Muchas veces cuando se habla de técnicas más avanzadas de InSAR podemos encontrarnos con términos como Differential Interferometry Synthetic Aperture Radar (DInSAR) o Multi-Temporal InSAR (MT-InSAR).

DInSAR es el acrónimo en inglés de Diferential Interferometric Synthetic Aperture Radar (Interferometría Diferencial de Radar de Apertura Sintética).

A veces se habla de InSAR cuando se utilizan únicamente imágenes de dos fechas y de DInSAR o MT-InSAR cuando se refiere a técnicas más avanzadas que utilizan series largas de imágenes. Pero esto no siempre es así y InSAR es un término genérico que engloba todo. En este post utilizamos ambos términos indistintamente.

¿Cómo se utiliza la tecnología DInSAR en el sector de la ingeniería civil?

Hemos visto que calculando las diferencias de fase de dos imágenes de la misma zona pero adquiridas en momentos diferentes generamos los mapas denominados interferogramas. Sin embargo, no se ha explicado para qué se utilizan, es decir, cual es su aplicación o utilidad real en nuestro sector.

Utilizando series de interferogramas podemos inferir el desplazamiento o deformación de la superficie del suelo en ese periodo de tiempo. Para reducir al máximo los errores y separar la señal de deformación del resto de señales se trabaja con series temporales largas de interferogramas.

Esto permite por ejemplo la detección temprana y de forma completamente remota de cualquier deformación ocurrida en infraestructuras como puentes, presas, túneles, taludes o puertos.

La tecnología DInSAR nos permite la detección de forma temprana de cualquier deformación anómala en las infraestructuras para así mejorar y priorizar el mantenimiento preventivo del activo, y reducir costes e incidentes.

Se utiliza también para detectar subsidencias del terreno ocurridas por ejemplo por la extracción de agua de forma continuada de acuíferos. Estas subsidencias pueden afectar a las infraestructuras en superficie.

Si quieres saber más sobre el potencial de esta tecnología, puedes ver como desde Detektia la utilizamos para prestar soluciones de monitoreo de salud estructural en infraestructuras y para facilitar el monitoreo de movimientos del suelo.

Es recomendable trabajar con series temporales largas para evitar posibles errores en los resultados.

Las técnicas InSAR más avanzadas, como es el caso de PSI (Persistent Scatterer Interferometry) o SBAS (Small Baseline Subset), utilizan múltiples imágenes adquiridas en el mismo lugar, generando montones de interferogramas, e incluyendo un flujo de procesamiento que permite separar la señal de deformación de interés de otros componentes de las observaciones, como el error topográfico residual, el error atmosférico o el orbital.

¿En qué dirección mide InSAR las deformaciones?

El sensor a bordo de los satélites ilumina una misma zona en su paso ascendente (cuando el satélite viaja de sur a norte) como en su paso descendente (cuando viaja de norte a sur). 

La siguiente figura muestra cómo una misma zona puede verse desde estos dos puntos de vista diferentes (geometría ascendente y geometría descendente). 

Esquema de adquisición de datos satelitales con geometría ascendente y descendente.

El sensor emite los pulsos en una geometría lateral (one-side-looking), en contraste con la visión cenital de los sensores ópticos en los satélites de observación de la tierra. Las mediciones realizadas con la tecnología InSAR son unidimensionales, es decir, miden los movimientos en la línea que conecta el satélite con cada punto observado (lo que llamamos LOS, line-of-sight en inglés). Para obtener los desplazamientos en el eje vertical y planimetría es necesario descomponer los movimientos en LOS teniendo en cuenta la geometría del sistema.

En el caso de un área donde los movimientos en planimetría son despreciables frente a los movimientos en vertical, el cálculo del movimiento en vertical se puede realizar a partir de una sola geometría en LOS utilizando el coseno del ángulo de incidencia del satélite en esa área.  

La siguiente figura muestra un esquema con la línea de medición de los movimientos en geometría ascendente, así como el código de color utilizado por Detektia en sus informes y plataforma web. 

Esquema de adquisición de imágenes radar satelital. En la imagen izquierda, configuración de adquisición en modo ascendente. A la derecha, esquema de colores para los movimientos analizados en esta geometría.

En el caso de que el movimiento horizontal no sea despreciable, podemos descomponer los movimientos en LOS obtenidos usando las dos geometrías de adquisición (ascendente y descendente) para así obtener los desplazamientos verticales y horizontales en el eje Este-Oeste tal y como se indica en la siguiente figura.

Esquema de la descomposición de movimientos a través de la combinación de geometría ascendente y descendente en movimientos en plano vertical y planimetría Este-Oeste. Donde Dreal es el movimiento real del punto analizado, Ddes es el movimiento en LOS en geometría descendente, Dasc es el movimiento en LOS en geometría ascendente. Dv y Deo son los movimientos descompuestos en el eje vertical y en planimetría Este-Oeste.

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