Movimiento del terreno

InSAR satelital frente a radar terrestre en minas

JR
Ing. Jorge R. Cruz Arias
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Vista aérea de una cantera con sus frentes de excavación.

Son la misma física con dos escalas distintas. El radar terrestre se instala frente a un talud y lo revisa cada pocos minutos, con precisión submilimétrica sobre una superficie pequeña. El radar satelital cubre toda la mina y su entorno cada 6 a 12 días, sin instalar nada, y alcanza una década hacia atrás. No compiten: uno vigila el talud crítico de hoy y el otro dice cuál va a serlo.

Este artículo es para quien tiene radar de talud instalado —o presupuestado— y quiere saber qué añade el satélite, y al revés.

Qué hace cada uno

Radar terrestreInSAR satelital
FrecuenciaMinutos6 a 12 días
CoberturaUn talud, en línea de vistaToda la mina y el entorno
Precisión típicaSubmilimétrica en continuoMilímetros por año en velocidad
Movimiento rápidoEs su objetoSatura por encima de 1,4 cm entre pasadas
Histórico previoDesde que se instalaDesde 2015
Trabajo en sitioInstalación, energía, operaciónNinguno
Puesta en marchaDías, con obra civil y permisosDías, sobre archivo ya existente

La tabla resume seis diferencias, pero solo dos deciden de verdad: cada cuánto llega el dato y cuánta superficie cubre. El resto se deriva de esas dos.

Las dos miden lo mismo: el cambio de fase de una onda de radar entre dos observaciones del mismo objeto. Lo que cambia es dónde está la antena y cada cuánto observa, y de ahí salen todas las demás diferencias.

Desde tierra, la antena está a unos cientos de metros del talud, se mueve sobre un raíl o gira para formar la imagen, y repite el barrido cada pocos minutos. Desde órbita, la antena está a unos 700 kilómetros, cubre 250 kilómetros de ancho en cada pasada [3] y vuelve al mismo punto días después.

Conviene fijar el vocabulario antes de comparar. «Radar terrestre» aquí significa un interferómetro instalado en el sitio, que observa un talud concreto de forma continua. «InSAR satelital» significa la serie construida sobre el archivo de una misión que pasa periódicamente por encima. Son dos productos distintos, con dos modelos de coste distintos.

La pregunta suele aparecer en dos momentos: cuando una operación con radar de talud se plantea si el satélite añade algo, y cuando una que solo tiene satélite descubre un sector que acelera. Las dos respuestas están en la misma tabla, leída en direcciones opuestas.

La interferometría radar desde tierra está descrita en la literatura como una técnica de muy alta frecuencia y área limitada, pensada para vigilancia continua de un objeto concreto [1]. La satelital es lo contrario: cobertura amplia, frecuencia baja y una serie larga sobre puntos estables [2].

La diferencia que decide: velocidad medible

El límite del satélite es físico. Entre dos pasadas, el terreno no puede moverse más de un cuarto de la longitud de onda —unos 1,4 cm con Sentinel-1— sin que la fase pierda continuidad. Con revisita de 12 días, eso son unos 43 cm al año de movimiento sostenido.

El radar terrestre no tiene ese problema porque su intervalo entre medidas es de minutos: por muy rápido que vaya el talud, entre dos barridos se ha movido muy poco.

Ese contraste explica por qué las dos técnicas se usan en fases distintas del mismo problema. Mientras el movimiento es lento y difuso, el satélite lo detecta y lo sigue sin coste de operación. Cuando el movimiento se concentra y acelera, la vigilancia pasa a tierra, con la frecuencia que exige una decisión de evacuación.

Rango de velocidades que cubre cada técnica, en mm/añoInSAR satelital: 7 a 430 mm/año · Desde el umbral del sitio hasta la saturaciónInSAR satelitalDesde el umbral del sitio hasta la saturación7 a 430Radar terrestre: > 5.000 mm/año · Sin techo práctico en velocidadRadar terrestreSin techo práctico en velocidad> 5.000Cifra superior del satélite: 1,4 cm entre pasadas con revisita de 12 días.

Dicho de otro modo: el satélite mide bien lo que se mueve entre milímetros y decímetros al año, que es donde viven la mayoría de los taludes. El radar terrestre existe para el tramo en que el talud ya está fallando.

La otra diferencia: qué significa «precisión» en cada caso

En el radar terrestre, la precisión se expresa por medida y es submilimétrica: entre dos barridos separados por minutos, la atmósfera apenas ha cambiado y el objeto tampoco.

En el satélite, la cifra útil no es la de una fecha sino la de la velocidad, ajustada sobre cientos de pasadas, y su límite lo marca la dispersión del sitio. En nuestros dos complejos mineros esos umbrales fueron de ±7,2 y ±6,7 mm/año.

Comparar «submilimétrico» con «milímetros por año» no tiene sentido: son magnitudes distintas. La pregunta correcta es qué necesita la decisión, y en un talud que se mueve centímetros por semana la respuesta no admite dudas.

Qué aporta el satélite cuando ya hay radar instalado

Tres cosas que el radar de talud no puede dar, por diseño.

Todo lo que no está en su línea de vista. Un radar terrestre vigila el sector al que apunta. El resto del hueco, las escombreras, los caminos y el entorno quedan fuera. El satélite mide toda la superficie coherente del complejo en la misma pasada.

El pasado. El radar empieza el día que se instala. El archivo satelital permite reconstruir cómo se comportaba ese mismo talud en los años anteriores, incluso antes de que fuera un problema.

El contexto regional. Saber si el movimiento es del talud o de toda la zona exige puntos de control lejanos. En Cananea, esa comparación permitió afirmar que el depósito de jales estaba quieto —−1,8 mm/año en ambas órbitas, bajo el umbral de ±6,7— mientras una zona al suroeste del tajo descendía a −60/−70 mm/año.

El coste por superficie vigilada. Un radar cubre un sector; vigilar cinco sectores son cinco equipos, con su instalación y su operación. El satélite cubre el complejo entero en la misma pasada, y el coste crece poco con el área.

Esa cuarta diferencia es la que suele decidir en carteras grandes. Una empresa con varias operaciones puede cribar todas desde satélite y reservar los equipos de tierra para los sectores que el mapa señala, en vez de repartirlos por intuición.

Qué aporta el radar terrestre cuando ya hay satélite

El reparto inverso es igual de claro.

Cuando el satélite detecta un sector que acelera, la decisión siguiente es de operación: evacuar, ralentizar el avance o instrumentar. Para eso hace falta frecuencia alta, y ahí el radar terrestre es insustituible: ve el talud cada pocos minutos y permite trabajar con umbrales de velocidad en tiempo casi real.

También cubre las zonas donde el satélite no llega: bancos en operación cuya superficie cambia con cada voladura, taludes en sombra de radar desde ambas órbitas, o frentes con vegetación en el entorno.

Y hay un caso mixto frecuente: mina con radar en el sector crítico y satélite en el resto. Es el reparto más común en operaciones grandes, y el que mejor aprovecha el coste de cada herramienta.

Qué pasa con la geometría y la sombra

Las dos técnicas comparten una limitación: solo miden en su línea de vista, y lo que queda oculto no se mide.

El radar terrestre se instala frente al talud, así que su geometría se elige. Eso es una ventaja —se apunta a lo que importa— y una restricción: hace falta una posición con visibilidad directa, acceso, energía y estabilidad, y a veces esa posición no existe.

El satélite no se elige: pasa por donde pasa, en dos geometrías fijas. En un tajo profundo, una de las dos órbitas puede quedar tapada por la pared, igual que le ocurre a una presa encajada en un cañón. Por eso la viabilidad revisa la visibilidad talud por talud antes de prometer cobertura [4].

Cuando ambas geometrías fallan, la respuesta honesta es que el satélite no cubre ese sector, y la vigilancia tiene que resolverse en tierra.

Cómo se reparte el trabajo en la práctica

SituaciónHerramienta principalPapel de la otra
Talud crítico en alertaRadar terrestreSatélite da contexto y histórico
Vigilancia general del huecoInSAR satelitalRadar cubre el sector crítico
Escombreras y depósitosInSAR satelital—
Reclamación por daños en el entornoInSAR satelital, por el histórico—
Cierre y post-cierreInSAR satelitalRadar solo si hay riesgo activo

La regla que resume la tabla: el radar terrestre responde a una pregunta urgente sobre un sitio conocido; el satélite responde a una pregunta amplia sobre sitios que todavía no se han identificado.

Quien empieza por el segundo suele acabar instalando mejor el primero, porque sabe dónde ponerlo. Cómo se integran ambos con la instrumentación geotécnica lo tratamos en InSAR con GNSS, piezómetros e inclinómetros, y el detalle de lo que mide el satélite en un tajo, en InSAR en minas a cielo abierto.

Qué pedir en una propuesta mixta

Cuando conviven las dos técnicas, la propuesta debe dejar claro quién responde a qué.

  1. El mapa de responsabilidades por sector: qué vigila el radar, qué vigila el satélite y qué no vigila nadie.
  2. Los umbrales de cada uno: velocidad en tiempo casi real para el radar, mm/año con su dispersión para el satélite.
  3. El procedimiento de escalado: qué pasa cuando el satélite detecta un sector nuevo que acelera.
  4. La cadencia de informes y quién los interpreta.
  5. El histórico satelital del sector crítico, anterior a la instalación del radar.

El quinto punto es el que más suele olvidarse y el que más valor aporta en una investigación posterior: si hay un incidente, la pregunta será desde cuándo se movía, y el radar no puede contestarla.

Preguntas frecuentes

¿El satélite puede sustituir al radar de talud?

No en un talud en alerta. La frecuencia de pasada es de días y el movimiento rápido satura la medida.

¿Y el radar terrestre puede sustituir al satélite?

Tampoco: vigila el sector al que apunta y empieza a medir el día que se instala.

¿Cuál es más caro?

El radar terrestre tiene coste de equipo, instalación y operación continua; el satelital, de procesado e interpretación. Las variables están en qué determina el precio de un estudio InSAR.

¿Sirve el satélite para elegir dónde instalar el radar?

Sí, y es uno de sus usos más rentables: el mapa de velocidades señala qué sectores merecen vigilancia continua.

¿Qué pasa con las voladuras?

Rompen la coherencia de la señal satelital en la zona afectada. El radar terrestre, en cambio, vuelve a medir minutos después.

Las dos técnicas se compran por motivos distintos: una por urgencia, la otra por cobertura y memoria. Qué puede ver el satélite en su operación se comprueba antes de cotizar, en el monitoreo InSAR de taludes y minas a cielo abierto.


Fuentes

  1. Monserrat, O., Crosetto, M. y Luzi, G. (2014). A review of ground-based SAR interferometry for deformation measurement. ISPRS Journal of Photogrammetry and Remote Sensing, 93, 40–48.
  2. Crosetto, M., Monserrat, O., Cuevas-González, M., Devanthéry, N. y Crippa, B. (2016). Persistent Scatterer Interferometry: A review. ISPRS Journal of Photogrammetry and Remote Sensing, 115, 78–89.
  3. ESA. Sentinel-1 SAR User Guide: Interferometric Wide Swath.
  4. Ferretti, A., Prati, C. y Rocca, F. (2001). Permanent scatterers in SAR interferometry. IEEE Transactions on Geoscience and Remote Sensing, 39(1), 8–20.

Imagen de portada: Derrick Coetzee, Aerial view of Guadalope Quarry (CC0), recortada y tratada.

Autor

Ing. Jorge R. Cruz Arias

Ingeniero geofísico. Especialista en programación geoespacial y Python.

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