Qu'est-ce que la précision de mesure InSAR?
L’InSAR peut mesurer le déplacement avec une précision millimétrique. La précision augmente, généralement, avec le nombre d’images traitées et la durée de la période d’analyse. Les lacunes d’acquisition, les fortes perturbations atmosphériques mais surtout les variations de surface durant la période d’analyse réduisent le rapport signal sur bruit, c’est-à-dire impactent négativement la précision. Deux paramètres de qualité accompagnent chaque série temporelle de mesures de déplacement:
- L’écart-type du taux de déplacement [V_STDEV], qui indique la précision du taux de déplacement annuel.
- La cohérence est une estimation du rapport signal sur bruit pour chaque point de mesure. Des séries temporelles caractérisées par des variations douces des valeurs de déplacement dans le temps et de faibles niveaux de bruit correspondent à des PM présentant des valeurs de cohérence proches de 1. Les utilisateurs doivent être prudents dans l’interprétation des TS individuelles associées à des valeurs de cohérence faibles, car elles sont plus sujettes aux erreurs. La cohérence est seulement calculée pour les mesures LOS, qui constituent l’entrée des mesures 2D (verticale et est-ouest).
Déplacement (LOS) | Ecart-type du taux de dépl.t | Barre d’erreur des séries temporelles |
---|---|---|
Précision | ± 1 mm/an | ± 5 mm |
Valeurs typiques de précision de déplacement pour un point de mesure à moins de 1 km du point de référence pour un ensemble de données d’au moins 30 images.
Avec quelle précision la position des points de mesure InSAR individuels est-elle connue?
Alors que la précision des séries temporelles de déplacement est millimétrique, la position de points de mesure individuels est connue avec une précision métrique et dépend du satellite utilisé (voir tableau ci-dessous).
Satellite | Bande | Longueur d’ondes [cm] | Résolution RGxAZ [mxm] | Nord-Sud [m] | Est-Ouest [m] | Elévation [m] |
---|---|---|---|---|---|---|
SNT | Bande-C | 5.6 | ~5x20 | ±8 | ±12 | ±8 |
TSX (Stripmap) | Bande-X | 3.11 | ~3x3 | ±1 | ±3 | ±1.5 |
Valeurs typiques de précision de localisation associées aux coordonnées UTM d’un point de mesure aux latitudes moyennes.
Mesures 1-D (ligne de visée)
L’InSAR mesure la projection du vrai vecteur de déplacement sur l’angle d’incidence du satellite, connu sous le nom de ligne de visée (LOS), qui est incliné par rapport à la verticale. La mesure est 1-D (c’est-à-dire s’éloignant ou se rapprochant du satellite), son signe et sa valeur dépendent de l’orientation du vecteur de déplacement par rapport à la LOS. Les valeurs négatives (du vert au rouge) indiquent un mouvement séloignant du satellite, tandis que les valeurs positives (du vert au bleu) indiquent un mouvement se rapprochant du satellite. Parce que l’antenne SAR regarde vers la droite, la LOS en orbite ascendante (volant S-N) regarde vers l’est, tandis que la LOS en orbite descendante (volant N-S) regarde vers l’ouest.
SqueeSAR® mesure la projection du déplacement réel (Dreal) sur la LOS. Les mesures en orbite ascendante (direction de vol sud-nord) produiront des valeurs différentes de celles en orbite descendante (direction de vol nord-sud).
Mesures 2-D (Verticale et Est-Ouest)
Comme tous les satellites SAR tournent autour de la Terre suivant une orbite quasi polaire (traversant les pôles) et ont des antennes orientées vers la droite, il est possible d’acquérir des données lorsque le satellite vole vers le sud (jeu de données descendant) et vers le nord (jeu de données ascendant). Les deux jeux de données (ascendantes et descendantes) produiront des cartes de déplacement complètement indépendantes, chacune d’un point de vue différent (Ligne-de-visée, abrégé en LOS) : le même déplacement peut produire des lectures différentes lorsqu’il est vu depuis différentes directions LOS.
Géométries d’acquisition ascendantes et descendantes. L’antenne SAR est orientée vers la droite, ce qui signifie qu’elle regarde vers l’est dans la partie ascendante de l’orbite (S-N) et vers l’ouest dans la partie descendante de l’orbite (N-S).
La combinaison des mesures InSAR 1-D (LOS) obtenues à partir des orbites ascendantes et descendantes sur une même zone et une même période de temps, produit des mesures 2-D (verticale et est-ouest). Comme les satellites identifient différents points de mesure à partir des orbites ascendantes et descendantes, pour produire des résultats 2-D, les points de mesure sont moyennés à l’aide d’une grille spatiale et leurs séries temporelles sont rééchantillonnées. Ainsi, les cellules 2-D ne représentent pas des cibles radar au sol mais plutôt des zones, qui sont représentées par des points synthétiques situés au centre des cellules. Notez que le mouvement nord-sud ne peut pas être mesuré, car les satellites SAR ne sont pas sensibles aux mouvements parallèles à leur direction de déplacement!
La dimension de la grille des mesures 2-D est choisie en fonction de la résolution de l’image, pour des données haute résolution elle est généralement de 10mx10m ; pour les données à basse résolution, elle est généralement de 50mx50m.
La figure ci-dessous montre que les mesures 2-D peuvent être calculées uniquement dans les zones où les mesures LOS de l’ensemble de données ascendant et descendant sont présentes - notez que les points de mesure 2-D apparaissent seulement dans les zones où les deux ensembles de données 1-D se chevauchent.
Les mesures 2-D sont estimées en sous-échantillonnageant les données ascendantes et descendantes sur une grille spatiale commune. Les mesures de tous les PM contenus dans la même cellule sont moyennées pour produire des points de mesure 2-D situés au centre de la cellule. La procédure 2-D produit des lectures uniquement pour les cellules contenant des PM suivant les deux orbites (cellules blanches).
Pour l’analyse 2-D, le taux de déplacement et l’accélération sont affichés. Dans les cartes de taux de déplacement, chaque point est codé par couleur en fonction de l’amplitude du taux de déplacement. Dans un ensemble de données vertical, les valeurs négatives (rouge) indiquent un déplacement de surface vers le bas, tandis que les valeurs positives (bleu) indiquent un déplacement de surface vers le haut. Dans un ensemble de données est-ouest, les valeurs négatives (rouge) indiquent un mouvement vers l’ouest, tandis que les valeurs positives (bleu) indiquent un mouvement vers l’est. Dans les cartes d’accélération, la couleur des points de mesure indique si la série temporelle est linéaire (bleu clair) ou non linéaire (bleu foncé).
Les mesures LOS ascendantes et descendantes correspondent au réseau de réflecteurs naturels identifiés au sol et fournissent la projection du mouvement réel vers la LOS spécifique. La combinaison des données ascendantes et descendantes produit une grille régulière de mesures verticales et est-ouest.
Pourquoi certaines zones ne contiennent-elles aucun point?
La densité et la couverture des points de mesure InSAR dépendent principalement des caractéristiques de la surface du sol et de la topographie de la zone.
La couverture des points est généralement faible sur:
- Les zones végétalisées et les zones à faible réflectivité (c’est-à-dire les zones où le signal rétrodiffusé vers le satellite est faible, comme l’eau).
- Les zones affectées par une décorrélation temporelle (c’est-à-dire que le signal radar réfléchi change dans le temps). La décorrélation est généralement associée à des changements de surface rapides, tels que les zones d’opérations, les inondations et la couverture neigeuse.
- Les zones où le satellite n’est pas en mesure de visualiser correctement le sol en raison de l’orientation de la ligne de visée par rapport à la topographie locale (ombrage, superposition, raccourcissement).
Pourquoi des points sont-ils détectés à l'endroit où la surface du sol a récemment changé (par exemple, dynamitage, déversement, etc.)?
La grille des points de mesure (MP) est définie avec l’analyse historique (de base) et maintenue cohérente pendant la période de surveillance. Si la surface du sol change en raison d’opérations, une diminution de la cohérence du signal peut se produire, entraînant une augmentation du bruit dans la série chronologique (Figure 3). Cependant, le point restera dans le jeu de données jusqu’à ce qu’une nouvelle étude historique soit effectuée une fois les opérations de surface terminées. Une nouvelle ligne de base nécessite généralement au moins 15 images et est recalculée périodiquement, généralement tous les 6 mois.
Fig 3: Série temporelle sur une zone d’opérations. La perte de cohérence induite par les changements de surface introduit du bruit dans la série temporelle.
Pourquoi les mesures InSAR et les mesures d'instruments au sol ne correspondent-elles pas?
Les écarts entre les mesures InSAR et les autres mesures d’instruments au sol sont généralement attribués à des caractéristiques d’acquisition et/ou à une précision différente des mesures. Lors de la comparaison des mesures InSAR avec d’autres techniques de mesure, il est important de prendre en compte les facteurs suivants :
- L’InSAR fournit des mesures 1-D (LOS) ou 2-D (verticale et est-ouest) et ne peut pas détecter les mouvements nord-sud. Il est important d’utiliser la même direction de déplacement pour les comparaisons; cela peut impliquer de projeter d’autres mesures sur la ligne de visée du satellite.
- Les mesures InSAR 2-D se réfèrent à des zones (grille spatiale, pour une haute résolution 10mx10m) plutôt qu’à des cibles ponctuelles.
- Les mesures InSAR sont spatialement calculées par rapport à un point de référence local. Il est important d’utiliser le même point de référence pour les comparaisons ou valider la stabilité des points de référence pour toutes les autres techniques de mesure.
- L’InSAR peut mesurer des mouvements allant de quelques mm/an à quelques cm/an. Les mesures axées sur un déplacement plus rapide ou fournissant des données fréquentes peuvent être difficiles à comparer.
En général, lors de la comparaison de différents instruments de mesure avec l’InSAR, il est toujours utile de prendre en compte la sensibilité au déplacement (la ligne de visée) et l’échantillonnage des données temporelles de chaque technologie. Contactez support@tre-altamira.com pour plus d’assistance sur ce sujet.
Est-il possible de comparer les résultats radar de stabilité de pente (ouverture réelle ou synthétique) avec les résultats InSAR?
Il est possible de comparer l’InSAR avec des systèmes radar au sol. Cependant, les facteurs suivants doivent être pris en compte :
- La technologie InSAR est conçue pour mesurer des mouvements lents, de 1 mm/an à quelques cm par an. Les radars ciblent généralement un déplacement de l’ordre de 1 mm/jour ou 1 mm/mois. Les phénomènes de déplacement plus lents sont généralement inférieurs au seuil de sensibilité des systèmes radar. Par conséquent, une zone caractérisée par un déplacement lent détectée par l’InSAR peut sembler complètement stable si l’on regarde des données radar au sol.
- Les déformations rapides et complexes pourront être mieux suivies avec des radars au sol en raison de la fréquence d’acquisition élevée des instruments (quelques minutes). L’InSAR, avec au mieux une image par semaine, est plus adapté à la détection de déplacements lents et précurseurs.
- Le radar (à la fois terrestre et satellitaire) mesure le déplacement relatif. Si la zone affectée par la déformation est plus large que la carte radar, le radar ne pourra pas cartographier le déplacement. Les résultats InSAR ne sont généralement pas affectés par ce problème, car les jeux de données couvrent une zone relativement étendue.
- La capacité des deux technologies à estimer le déplacement dépend fortement de la ligne de visée du radar. Comme les radars au sol acquièrent généralement à une LOS quasi-horizontale, les mesures sont moins sensibles à la composante verticale du déplacement. A l’inverse, compte tenu de l’orbite quasi-polaire des satellites SAR, l’InSAR ne peut détecter aucune composante Nord-Sud de déplacement.
En général, les systèmes GB-SAR sont utilisés pour l’alerte précoce à l’échelle locale, car ils sont conçus pour fournir une surveillance en temps réel. Le satellite InSAR fournit des résultats avec une fréquence de mise à jour plus faible, mais peut couvrir une zone beaucoup plus grande.
Est-il possible d'importer les résultats InSAR vers notre plateforme de surveillance?
Le résultat d’une analyse InSAR consiste en un nuage de points avec une base de données de séries temporelles de déplacements (c’est-à-dire l’historique des déplacements) pour chaque point de mesure. Le nuage de points et la base de données de séries chronologiques peuvent être générés dans tous les formats courants pour être intégrés dans d’autres plates-formes de surveillance et d’analyse de données. Les résultats InSAR TREA peuvent être intégrés dans les plates-formes les plus courantes, notamment Canary, Vulcan, GeoExplorer, GeoMonitoring Hub, Sensemetrics, Rocscience, K2Fly et plus encore.
Pourquoi l'orthophoto n'est-elle pas mise à jour en dessous?
TREmaps utilise les images de Google Maps comme fond de carte pour afficher les résultats InSAR. Il est possible d’utiliser des satellites optiques à haute résolution pour acquérir une image mise à jour. Si une image d’arrière-plan mise à jour n’est pas déjà disponible, veuillez contacter support@tre-altamira.com pour savoir comment procéder.
Est-il possible de définir des seuils d'alarme et/ou des cartes de danger sur la base des résultats InSAR ? Pouvons-nous utiliser l'InSAR comme système d'alerte précoce?
Comme toutes les mesures de surveillance, les résultats InSAR peuvent être utilisés pour créer des couches d’informations utilisables et exploitables pour servir d’entrée pour les TARP. Cependant, il s’agit d’une tâche complexe compte tenu des éléments suivants:
- Les résultats InSAR ne sont mis à jour que tous les 11 jours (au mieux 4+7 jours), donc ne fournissent pas de données actuelles.
- Chaque site surveillé peut avoir des caractéristiques différentes et des causes possibles de disfonctionnement qui peuvent nécessiter des seuils différents.
Afin de définir des seuils et d’en déduire des cartes d’aléas, la compréhension des caractéristiques géotechniques du site observé est requise. TRE ALTAMIRA peut recommander des entreprises partenaires pour faciliter cette activité, veuillez contacter support@tre-altamira.com pour obtenir des conseils sur la façon de procéder.