Monitorização remota de obras de arte com recurso a tecnologia InSAR

Abstract

O presente trabalho tem como objetivo contribuir para o estudo da utilização de dados provenientes de tecnologias de Radar de Abertura Sintética (SAR) no âmbito de sistemas de gestão de obras de arte, como forma de cálculo de deslocamentos em estruturas para monitorização remota de grandes áreas. Para o efeito, a dissertação apresenta uma metodologia que utiliza dados de Interferometria de Radar de Abertura Sintética (InSar) para detetar deslocamentos em obras de arte e testa a sua validade por comparação com dados de medições registadas por meios tradicionais. Após enquadramento e apresentação dos principais conceitos associados a SAR, dos métodos de interferometria e de outras aplicações para pontes, é feita uma descrição mais detalhada dos processos relacionados com a abordagem Differential Interferometric Synthetic Aperture Radar (DInSAR) escolhida para o presente trabalho: Stanford Method for Persistent Scatterers (StaMPS). Esta abordagem tem uma cadeia de processos Sentinel Application Platform (SNAP)-StaMPS adaptada ao uso de imagens da missão Sentinel 1, para estimativas de deslocamentos em Line of Sight (LOS). Posteriormente, esses dados são analisados num Sistema de Informação Geográfica (SIG) onde foi criado um conjunto de códigos em python, designado por Assistente de Análise, para conversão dos deslocamentos LOS e para visualização e tratamento das séries temporais. Num primeiro caso de estudo prático, a implementação dessa cadeia de processos foi feita para um Quebra-mar na Foz do Douro, que permitiu evidenciar a importância de correta topografia e da automação do pós-processamento. Posteriormente, com a aplicação da metodologia a duas pontes, a Ponte D. Luís e a Ponte da Asseca em Santarém, foram obtidos resultados promissores em termos de correspondência entre a variação ao longo do tempo e a ordem de grandeza, sobretudo em termos de deslocamentos verticais. De uma forma geral, os resultados obtidos apontam para a aplicabilidade da tecnologia InSAR na monitorização de estruturas observáveis do espaço, como as pontes, permitindo obter estimativas de deslocamentos com uma precisão sub-centimétrica, semelhante às tolerâncias obtidas com aparelhos topográficos tradicionais.

This work aims to contribute to the study of data implementation from Synthetic Aperture Radar (SAR) technologies in bridges management systems, as a way of calculating displacements in structures for remote monitoring of large areas. Towards that, the dissertation presents a methodology that uses Interferometric Synthetic Aperture Radar (InSar) data to detect displacements in bridges and tests its validity by comparison with measurement data recorded by traditional methods. After presenting the main concepts associated with SAR, interferometry methods and other applications for bridges, a more detailed description of the processe related to the chosen Differential Interferometric Synthetic Aperture Radar (DInSAR) approach is made: Stanford Method for Persistent Scatterers (StaMPS). This approach has a Sentinel Application Platform (SNAP)-StaMPS process chain adapted to the use of images from the Sentinel 1 mission for displacement estimates in Line of Sight (LOS). Subsequently, this data is analyzed in Geographic Information System (GIS) where a set of codes in Python, called Assistente de Análise, was created to convert LOS displacements and to process and visualize time series. This process chain implementation was first carried out with the case study of a breakwater in Foz do Douro where the importance of correct topography and post-processing automation was concluded. Subsequently, two bridges, Ponte D. Luís and Ponte da Asseca in Santarém, were studied and the application of the methodology produces promising results, with a good correspondence between the variation over time and the order of magnitude, especially in terms of vertical displacements. In general, the results obtained point to the applicability of InSAR technology in monitoring structures seen from space, such as bridges, allowing displacement estimates to be obtained with sub-centimeter precision, similar to the tolerances obtained with traditional topographic devices.