O aumento do crescimento da população global e da exploração de recursos está criando uma enorme demanda por infraestrutura civil, incluindo edifícios, metrôs e linhas de trem, pontes, represas, rodovias e aeroportos.

Dada a pressão, a engenharia, construção e manutenção de tais projetos nem sempre é bem administrada, e sem monitoramento cuidadoso, o fracasso catastrófico é tudo menos uma possibilidade abstrata. O colapso da ponte de Gênova em agosto de 2018, que deixou 43 mortos, é apenas um exemplo. Outra é o rompimento da barragem de Brumadinho em 25 de janeiro no Brasil, o que levou a pelo menos 237 mortes.

Riscos ocultos

Com a crescente consciência da importância da segurança pública e da sustentabilidade da infraestrutura, A ênfase deve ser colocada não apenas no uso eficiente dos recursos, mas também no gerenciamento adequado da infraestrutura construída para garantir que ela permaneça segura ao longo de sua vida útil projetada.

Obter um aviso prévio de desastres potenciais é altamente complexo, principalmente por causa da variedade extremamente ampla de riscos. Embora não tenha havido uma conclusão formal sobre a causa do colapso da ponte de Gênova, mas era sustentado por cabos de aço revestidos de concreto, e apenas duas décadas após sua construção, fissuras e corrosão eram claramente visíveis. O trabalho de reparo foi agendado para o final deste ano, mas a ponte desabou antes que pudesse começar. No caso do desastre do Brasil, a estrutura era uma "barragem de rejeitos a montante", uma parede de sujeira e lodo que continha um reservatório de resíduos de mineração semi-sólidos. Sem estrutura rígida, a barragem do Brasil era inerentemente instável e deveria ter sido constantemente monitorada - mesmo em áreas extremamente grandes, pode haver sinais de alerta precoces, como deformação sutil do solo.

Dada a grande variedade de projetos de infraestrutura, a gama de fatores de risco é imensa. Para monitorá-los melhor, uma abordagem interdisciplinar é uma obrigação. Os desafios existentes devem ser enfrentados e os futuros preparados com foco na avaliação, monitoramento, compartilhamento de informações e redução de riscos.

Olhos no céu

Uma tecnologia que tem potencial considerável é a interferometria de radar de abertura sintética baseada em satélite, conhecido como InSAR. Os satélites SAR orbitam em uma órbita polar sincronizada com o sol, o que significa que o satélite passa sobre qualquer ponto da superfície da Terra ao mesmo tempo solar médio local. Ele tem a capacidade de monitorar movimentos em grande escala da superfície da Terra por longos períodos de tempo, fornecendo uma imagem melhor para a compreensão da saúde infraestrutural.

Comparado com satélites ópticos, Os satélites SAR são contínuos, recursos de monitoramento para todos os climas. Eles emitem ondas eletromagnéticas com comprimentos de onda que variam de cerca de um metro a um milímetro, e receber sinais retroespalhados - que são reflexo de ondas, partículas, ou sinais de volta para a direção de onde vieram - depois de serem refletidos pela superfície da Terra. Eles indicam a refletividade dos alvos escolhidos, bem como a distância entre eles e o satélite.

O primeiro satélite SAR civil foi SEASAT, lançado em 1978 pela NASA e o Jet Propulsion Laboratory. Com uma resolução de imagem de 25 metros, SEASAT revolucionário na época, e os satélites de hoje têm resolução espacial de até um metro, e revisitar o mesmo local em períodos de apenas alguns dias. Os exemplos incluem o TerraSAR-X, COSMO-SkyMed, e Sentinel-1, lançado pela Alemanha, Itália e União Europeia, respectivamente.

O InSAR pode capturar a topografia de qualquer parte da superfície da Terra, urbano ou rural, e através da comparação de duas imagens medir a deformação da superfície entre dois tempos de observação. O primeiro modelo de elevação digital mundial - criado com dados da Missão Topográfica do Shuttle Radar - foi gerado em 2000 usando tecnologias InSAR.

Ao remover a contribuição topográfica, é possível extrair informações sutis de deformação, como subsidência de terra, movimentos infraestruturais e até mesmo o que são, na verdade, deslizamentos de terra em câmera lenta.

A principal fonte de erros de medição potenciais é o "atraso atmosférico", o que pode retardar ou deslocar os sinais e distorcer os dados capturados. Contudo, o mais avançado InSAR multitemporal pode mitigar o atraso atmosférico usando imagens de linhas de base múltiplas e pode medir a deformação da paisagem até o nível milimétrico.

Procurando por "doenças urbanas"

Com a urbanização acelerada, infraestruturas estão sendo amplamente desenvolvidas, especialmente aqueles que são parcial ou totalmente subterrâneos, como metrôs. A deformação anormal da infraestrutura tem sido chamada de "doença urbana" oculta que deve ser observada mais de perto pelos pesquisadores, autoridades, políticos e o público.

Assim como as tomografias são usadas para examinar o estado de saúde de um paciente sob a superfície, O InSAR oferece uma maneira de monitorar a dinâmica da infraestrutura e construir um "diagnóstico de saúde". As imagens podem ser usadas para destacar áreas sujeitas a risco, e se forem detectados movimentos de superfície incomuns, mais investigações podem ser realizadas. Por exemplo, se a subsidência da terra for detectada adjacente a uma linha de metrô, uma investigação mais aprofundada será feita para edifícios individuais para ver se eles também são afetados. Este sistema hierárquico facilita não apenas o monitoramento geral regular em nível regional ou mesmo nacional, mas também uma investigação mais detalhada de estruturas individuais, conforme necessário.

Na prática, dois desafios principais permanecem. Primeiro, o número de satélites é limitado e as demandas altas, restringindo a capacidade de adquirir oportunamente, imagens de alta resolução. Espera-se que o lançamento de mais satélites supere este desafio. Segundo, mudanças repentinas podem ocorrer a qualquer momento - projetos de recapeamento e sumidouros são apenas dois exemplos. Algoritmos avançados e cadeias de processamento são necessários para melhor levar isso em consideração.

Sistemas de Suporte à Decisão

Os satélites InSAR fornecem, portanto, uma maneira poderosa de avaliar a integridade da infraestrutura existente, mesmo que não seja visível do espaço. As informações de deformação coletadas podem ser combinadas com conhecimento especializado de outros domínios, incluindo engenharia geotécnica e estrutural, hidrologia, geologia e meteorologia. Juntos, eles podem melhorar nossa compreensão da dinâmica da infraestrutura e melhorar nossa capacidade de diagnosticar melhor, gerenciá-los e mantê-los.

Este artigo foi republicado de The Conversation sob uma licença Creative Commons. Leia o artigo original.