Satellite InSAR-based monitoring of critical infrastructures: application to real case studies

The structural integrity of bridges is threatened by factors such as material degradation, ageing and increasing traffic demand. The preservation of these structures is crucial not only for the safety of users, but also to reduce possible economic and social consequences. Over the years, numerous approaches for Structural Health Monitoring (SHM) have been developed: traditionally, SHM relies on sensors such as strain gauges and accelerometers, which provide real-time data with high accuracy. However, those systems have limitations, as they require expensive and invasive installations and cover only limited portions of the monitored structures. An alternative, or possibly complementary, approach is the use of techniques using satellite data, in particular Interferometric Synthetic Aperture Radar (InSAR), which allows monitoring large areas detecting signs of structural anomalies. This study aims to address the gap in the existing literature by investigating the use of InSAR monitoring techniques on two case studies. The first case study concerns the Schottwien Viaduct, one of the most important pre-stressed concrete structures in Austria. Satellite data collected by European Ground Motion Service (EGMS) is integrated with environmental data to assess the influence of the latter on the behaviour of the bridge. The results obtained are compared with those of an in-situ monitoring system to check their consistency. The second case study focuses on a bridge over the Po River, which has been closed to traffic and is slated for demolition. InSAR data is used to investigate the relationship between environmental effects and structural displacements. A key aspect of the analysis is the comparison of results obtained from two different sources: data from the EGMS and the COSMO-SkyMed constellation of the Italian Space Agency (ASI). This comparison aims to evaluate the reliability and accuracy of measurements provided by each dataset. Through these case studies, this work demonstrates that satellite technologies can provide accurate displacement data that complements traditional monitoring methods, establishing InSAR as an innovative monitoring approach.

L'integrità strutturale dei ponti è minacciata da fattori quali il degrado dei materiali, l'invecchiamento e l’aumento del traffico. La conservazione di queste strutture è fondamentale non solo per la sicurezza degli utenti, ma anche per ridurre le possibili conseguenze economiche e sociali. Sono stati sviluppati numerosi approcci per il monitoraggio della salute strutturale (Structural Health Monitoring, SHM), basati tradizionalmente su sensori come estensimetri e accelerometri, che forniscono dati in tempo reale con precisione elevata. Tuttavia, questi sistemi presentano dei limiti, in quanto richiedono installazioni costose e invasive e coprono solo porzioni limitate delle strutture monitorate. Un approccio alternativo, o complementare, è l'uso di tecniche che utilizzano dati satellitari, in particolare l'Interferometria Radar ad Apertura Sintetica (InSAR), che permette di monitorare ampie aree rilevando segni di anomalie strutturali. Questo studio si propone di colmare le lacune della letteratura esistente indagando l'uso di tecniche di monitoraggio InSAR su due casi studio. Il primo caso studio riguarda il viadotto di Schottwien, una delle più importanti strutture in calcestruzzo precompresso dell'Austria. I dati satellitari raccolti dall'European Ground Motion Service (EGMS) sono integrati con i dati ambientali per valutare l'influenza di questi sul comportamento del ponte. I risultati sono confrontati con quelli di un sistema di monitoraggio in-situ per verificarne la coerenza. Il secondo caso studio riguarda un ponte sul fiume Po, chiuso al traffico e destinato alla demolizione. I dati InSAR vengono utilizzati per studiare la relazione tra gli effetti ambientali e gli spostamenti strutturali. Un aspetto fondamentale è il confronto di risultati ottenuti da due fonti diverse: i dati dell'EGMS e quelli della costellazione COSMO-SkyMed. Questo confronto mira a valutare l'affidabilità e l'accuratezza delle misure fornite da ciascun dataset. Attraverso questi casi studio, questo lavoro dimostra come le tecnologie satellitari possano fornire risultati accurati, che integrino le misurazioni tradizionali, affermando le potenzialità dell’InSAR nel monitoraggio.