L'aumento della crescita della popolazione globale e dello sfruttamento delle risorse sta creando un'enorme domanda di infrastrutture civili, compresi gli edifici, metropolitane e linee ferroviarie, ponti, dighe, autostrade e aeroporti.

Data la pressione, l'ingegneria, la costruzione e la manutenzione di tali progetti non è sempre ben gestita, e senza un attento monitoraggio, il fallimento catastrofico è tutt'altro che una possibilità astratta. Il crollo del ponte di Genova dell'agosto 2018, che ha lasciato 43 morti, è solo un esempio. Un altro è il crollo della diga di Brumadinho del 25 gennaio in Brasile, che ha portato ad almeno 237 morti.

Rischi nascosti

Con la crescente consapevolezza dell'importanza della sicurezza pubblica e della sostenibilità delle infrastrutture, l'accento deve essere posto non solo sull'uso efficiente delle risorse, ma anche sulla corretta gestione dell'infrastruttura costruita per garantire che rimanga sicura per tutta la durata della sua vita progettata.

Ottenere un allarme tempestivo di potenziali disastri è molto complesso, principalmente a causa della varietà estremamente ampia di rischi. Sebbene non vi sia stata una conclusione formale sulle cause del crollo del ponte di Genova, ma era sostenuto da cavi d'acciaio incassati nel cemento, e appena due decenni dopo la sua costruzione, fessure e corrosione erano chiaramente visibili. I lavori di riparazione sono stati programmati per la fine dell'anno, ma il ponte è crollato prima che potesse iniziare. Nel caso del disastro del Brasile, la struttura era una "diga di sterili a monte", un muro di terra e limo che tratteneva un serbatoio di rifiuti minerari semisolidi. Senza una struttura rigida, la diga brasiliana era intrinsecamente instabile e avrebbe dovuto essere costantemente monitorata, anche su aree estremamente vaste, ci possono essere segni premonitori come una sottile deformazione del suolo.

Data l'ampia varietà di progetti infrastrutturali, la gamma di fattori di rischio è immensa. Per monitorarli meglio, un approccio interdisciplinare è un must. Le sfide esistenti devono essere affrontate e quelle future preparate concentrandosi sulla valutazione, monitoraggio, condivisione delle informazioni e riduzione del rischio.

Occhi nel cielo

Una tecnologia che ha un potenziale considerevole è l'interferometria radar ad apertura sintetica basata su satellite, noto come InSAR. I satelliti SAR orbitano in un'orbita polare eliosincrona, il che significa che il satellite passa sopra un dato punto della superficie terrestre alla stessa ora solare media locale. Ha la capacità di monitorare i movimenti su larga scala della superficie terrestre per lunghi periodi di tempo, fornendo un quadro migliore per comprendere la salute delle infrastrutture.

Rispetto ai satelliti ottici, I satelliti SAR hanno continui, capacità di monitoraggio per tutte le stagioni. Emettono onde elettromagnetiche con lunghezze d'onda che vanno da circa un metro a un millimetro, e ricevere segnali retrodiffusi, che sono il riflesso delle onde, particelle, o segnali di ritorno nella direzione da cui sono venuti, dopo che sono stati riflessi dalla superficie terrestre. Questi indicano la riflettività dei bersagli scelti e la loro distanza dal satellite e l'uno dall'altro.

Il primo satellite SAR civile è stato SEASAT, lanciato nel 1978 dalla NASA e dal Jet Propulsion Laboratory. Con una risoluzione dell'immagine di 25 metri, SEASAT rivoluzionario all'epoca, e i satelliti di oggi hanno una risoluzione spaziale fino a un metro, e rivisitare lo stesso punto per periodi di tempo brevi come pochi giorni. Gli esempi includono il TerraSAR-X, COSMO SkyMed, e Sentinella-1, lanciato dalla Germania, Italia e Unione Europea, rispettivamente.

InSAR può catturare la topografia di qualsiasi parte della superficie terrestre, urbano o rurale, e attraverso il confronto di due immagini misurare la deformazione superficiale tra due tempi di osservazione. Il primo modello di elevazione digitale mondiale, creato con i dati della missione Shuttle Radar Topography, è stato generato nel 2000 utilizzando le tecnologie InSAR.

Rimuovendo il contributo topografico, è possibile estrarre informazioni sulla deformazione sottile, come il cedimento del terreno, movimenti infrastrutturali e anche quelli che in effetti sono frane a rallentatore.

La principale fonte di potenziali errori di misurazione è il "ritardo atmosferico", che può rallentare o spostare i segnali e distorcere i dati acquisiti. Però, il più avanzato InSAR multi-temporale può mitigare il ritardo atmosferico utilizzando immagini multi-baseline e può misurare la deformazione del paesaggio fino al livello millimetrico.

Scansione per "malattie urbane"

Con l'accelerazione dell'urbanizzazione, le infrastrutture sono ampiamente sviluppate, soprattutto quelli parzialmente o interamente interrati, come le metropolitane. La deformazione anormale delle infrastrutture è stata definita una "malattia urbana" nascosta che deve essere osservata più da vicino dai ricercatori, autorità, politici e pubblico.

Proprio come le scansioni TC vengono utilizzate per esaminare lo stato di salute di un paziente sotto la superficie, InSAR offre un modo per monitorare le dinamiche dell'infrastruttura e costruire una "diagnosi sanitaria". Le immagini possono essere utilizzate per evidenziare le aree a rischio, e se vengono rilevati movimenti di superficie insoliti, si possono effettuare ulteriori accertamenti. Per esempio, se viene rilevato cedimento del terreno adiacente a una linea della metropolitana, saranno fatte ulteriori indagini per i singoli edifici per vedere se anche loro sono interessati. Questo sistema gerarchico facilita non solo un monitoraggio generale regolare a livello regionale o addirittura nazionale, ma anche ulteriori indagini dettagliate delle singole strutture, se necessario.

In pratica, rimangono due sfide principali. Primo, il numero di satelliti è limitato e le richieste elevate, limitando la capacità di acquisire tempestivamente, immagini ad alta risoluzione. Il lancio di più satelliti dovrebbe superare questa sfida. Secondo, cambiamenti improvvisi possono verificarsi in qualsiasi momento:progetti di rifacimento e doline sono solo due esempi. Sono necessari algoritmi e catene di elaborazione avanzati per poterne meglio tenere conto.

Sistema di Supporto Decisionale

I satelliti InSAR forniscono quindi un modo potente per valutare lo stato di salute delle infrastrutture esistenti, anche quello non visibile dallo spazio. Le informazioni sulla deformazione raccolte possono essere combinate con conoscenze specialistiche di altri domini, compresa l'ingegneria geotecnica e strutturale, idrologia, geologia e meteorologia. Insieme, possono migliorare la nostra comprensione delle dinamiche infrastrutturali e migliorare la nostra capacità di diagnosticare meglio, gestirli e mantenerli.

Questo articolo è stato ripubblicato da The Conversation con una licenza Creative Commons. Leggi l'articolo originale.