Gap

GEOPHYSICAL APPLICATIONS
PROCESSING (GAP) SRL
PROGETTO
“FRANE PUGLIA”
Rilevamento di deformazioni al suolo e di
instabilità dei pendii con tecniche
satellitari avanzate
Intervento cofinanziato dall’U.E.
F.E.S.R. sul P.O. Regione Puglia 2007-2013
Asse I – Linea 1.1 “Aiuti agli investimenti in ricerca per le PMI - Azione 1.1.2
UNIONE EUROPEA
FONDO EUROPEO DI SVILUPPO REGIONALE
REGIONE PUGLIA
AREA POLITICHE PER LO SVILUPPO IL LAVORO
E L’INNOVAZIONE

GAP srl
UNIONE EUROPEA
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E L’INNOVAZIONE
GAP S.r.l. è uno Spin Off del Politecnico di Bari istituito nel Febbraio del 2006 la cui
attività si fonda sulle competenze e sui risultati delle ricerche sviluppate negli ultimi 20
anni nell’ambito del Gruppo di Telerilevamento del Dipartimento Interateneo di Fisica
dell’Università e del Politecnico di Bari.
GAP ha sede nel Dipartimento di Fisica ove opera in sinergia con il Gruppo di
Telerilevamento per cui cura l’ingegnerizzazione e la commercializzazione dei risultati
della ricerca.
Soci di GAP sono docenti del Dipartimento di Fisica di Bari, ricercatori del CNR/ISSIA di
Bari, giovani ricercatori del Gruppo di Telerilevamento, il Politecnico di Bari e Planetek
Italia.
Attualmente operano nello Spin Off anche altri giovani ricercatori precari (Fisici,
Ingegneri, Informatici, Geologi) dell’Università e del Politecnico di Bari.
FRANE PUGLIA

GAP srl
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E L’INNOVAZIONE
I settori principali di attività riguardano:
SAR: misure interferometriche con dati SAR da satellite per la generazione di mappe topografiche
del terreno e per rivelare movimenti millimetrici su archi di tempo pluriennali. Questa tecnologia
viene applicata per rivelare movimenti precursori di fenomeni di frana e per il monitoraggio della
instabilità di pendii, di manufatti (palazzi, ponti, viadotti), di lenti fenomeni di subsidenza dovuti a
cedimenti sotterranei, etc.;
OTTICO: determinazione, da immagini multispettrali acquisite da satellite, dei più rilevanti parametri
chimico-fisici delle acque marine costiere per lo studio della qualità delle acque e la identificazione
di aree ad elevata pescosità;
METEO: modellistica meteorologica ad alta risoluzione con applicazioni alla previsione dei rischi
ambientali; elaborazione di dati meteo-climatologici; tecniche di Nowcasting:
DSP: soluzioni innovative nel campo dell’elaborazione digitale dei segnali e della programmazione
di Digital Signal Processors.
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Referenze
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E L’INNOVAZIONE
Principali clienti di GAP sono:
•aziende private che operano nei settori Difesa,
Telerilevamento e Monitoraggio Ambientale
•Agenzia Spaziale Italiana
•Polish Geological Institute
•Protezione Civile
•CGIAM (Centro di Geomorfologia Integrata per l‘Area del
Mediterraneo)
•IRSA (Istituto di Ricerca sulle Acque)
•ASSOCODIPUGLIA
•ecc.
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Il Progetto e i Partner
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E L’INNOVAZIONE
Il progetto “FRANE PUGLIA” utilizza tecniche di telerilevamento satellitare per individuare fenomeni di instabilità dei
pendii e determinare la velocità degli spostamenti millimetrici avvenuti negli ultimi dieci anni in aree edificate di 25
paesi del subappennino Dauno.
Responsabile del progetto è GAP srl, uno spin-off del Politecnico di Bari. Le attività sono state sviluppate con la
collaborazione:
•del Dipartimento Interateneo di Fisica e dell’Istituto ISSIA del CNR per la parte di ricerca e sviluppo;
•del Dipartimento della Protezione Civile di Puglia per la parte di selezione dell’area di interesse e di validazione dei
risultati;
•dell’Autorità di Bacino della Regione Puglia per la parte di confronto dei risultati con dati ottenuti attraverso tecniche
di misura tradizionali.
Il progetto utilizza il software SPINUA, brevettato da GAP srl, per elaborare con tecniche avanzate di interferometria
radar differenziale multitemporale le immagini SAR acquisite dal satellite ENVISAT dell’ESA (Agenzia Spaziale
Europea) e dal satellite TerraSAR-X della DLR (Agenzia Spaziale Tedesca).
FRANE PUGLIA

Il Progetto: Obiettivi e risultati
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E L’INNOVAZIONE
Il progetto FRANE PUGLIA ha come obiettivo principale lo studio delle
potenzialità dei sensori SAR in Banda-X ad alta risoluzione per il monitoraggio
dei fenomeni franosi.
A tale scopo, per la sperimentazione è stata selezionata l’area del sub-appenino
Dauno che presenta problemi di instabilità dei pendii.
Per tale area sono state prodotte mappe di spostamento con precisione
millimetrica. In particolare, sono stati impiegati dati SAR in banda C ed in banda
X con una copertura temporale che va dal 2003 fino al 2010.
FRANE PUGLIA

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FRANE PUGLIA
Accadia Celenza Valfortore Pietramontecorvino
Alberona Celle di San Vito Roseto Valfortore
Biccari Deliceto San Marco La Catola
Bovino Faeto Sant’Agata di Puglia
Carlantino Lucera Troia
Casalnuovo Monterotaro Montaguto Volturara Appula
Casalvecchio di Puglia Motta Montercorvino Volturino
Castelluccio Valmaggiore Orsara di Puglia
Castelnuovo della Daunia Panni
Elenco dei comuni oggetto della sperimentazione

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E L’INNOVAZIONE
I risultati ottenuti attraverso le attività del Progetto Frane Puglia sono:
• aggiornamento della catena SPINUA al sensore TerraSAR-X.
• Generazione delle mappe di spostamento in Banda C.
• Generazione delle mappe di spostamento in Banda X.
• Validazione dei risultati ottenuti attraverso raffronti (effettuati da Protezione Civile e Autorità di Bacino della Regione Puglia) con
dati ottenuti con tecniche tradizionali.
• Diffusione dei risultati e addestramento dei tecnici dei comuni oggetto del monitoraggio.
Le mappe di spostamento prodotte riguardano un periodo di monitoraggio che va dal 2003 al 2010. I comuni oggetto dello studio, il
Servizio di Protezione Civile della Regione Puglia e l’Autorità di Bacino della Regione Puglia hanno dimostrato grande interesse
verso questi risultati. Tuttavia, per poter continuare il monitoraggio nei prossimi anni è necessario avviare un nuovo progetto come
prosieguo del progetto FRANE PUGLIA.
Le mappe di spostamento in Banda X hanno inoltre evidenziato interessanti potenzialità della tecnica per il monitoraggio della
stabilità di strade, ferrovie e viadotti. La catena di elaborazione di GAP è stata già impostata per poter monitorare anche queste
strutture, ma si rendono necessarie attività di analisi della metodologia e di verifica dei risultati. Queste attività richiedono ulteriori
programmi di ricerca e sviluppo.
FRANE PUGLIA

Esempio di monitoraggio dell’instabilità di un
pendio. I punti colorati indicano l’entità degli
spostamenti in accordo con la scala di colori
in basso a sinistra
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E L’INNOVAZIONE
FRANE PUGLIA

Il Progetto: Soluzioni identificate
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E L’INNOVAZIONE
L’impiego di dati SAR in Banda X ad alta risoluzione per il monitoraggio dei fenomeni
franosi ha richiesto lo sviluppo di moduli in grado di gestire:
•il nuovo formato di dati;
•la maggiore occupazione di memoria dei dati;
•l’aumento del costo computazionale degli algoritmi;
•l’aumento della densità di Persistent Scatterers;
•il ridotto numero di immagini disponibili sull’area di interesse.
I moduli software sviluppati nell’ambito del progetto FRANE PUGLIA ottimizzano
l’utilizzo dell’occupazione di memoria e fanno uso di un approccio multi-
processore in grado di ridurre il tempo di esecuzione delle elaborazioni.
FRANE PUGLIA

Il Progetto: Soluzioni identificate
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E L’INNOVAZIONE
A titolo di esempio si illustrano le mappe di spostamento generate sul paese di Motta Montecorvino. Si osservi
l’aumento di densità spaziale dei PS nella mappa in Banda X
FRANE PUGLIA
Banda C – Motta Montecorvino Banda X – Motta Montecorvino

Il Progetto: Utilizzabilità dei risultati e brevetti
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E L’INNOVAZIONE
I risultati ottenuti con le attività del Progetto Frane Puglia sono:
• aggiornamento della catena SPINUA al sensore TerraSAR-X: questo risultato è stato già trasferito in produzione e non
necessita di ulteriore attività di sviluppo.
• Generazione delle mappe di spostamento in Banda C: questo risultato è definitivo e non necessita di ulteriori attività di
elaborazione.
•Generazione delle mappe di spostamento in Banda X: questo risultato è definitivo e non necessita di ulteriori attività di
elaborazione.
Le mappe di spostamento prodotte riguardano un periodo di monitoraggio che va dal 2003 al 2010. I comuni oggetto dello
studio, il Servizio di Protezione Civile della Regione Puglia e l’Autorità di Bacino della Regione Puglia hanno dimostrato
grande interesse verso questi risultati. Per poter continuare il monitoraggio nei prossimi anni è necessario avviare un nuovo
progetto come prosieguo del progetto FRANE PUGLIA.
Le mappe di spostamento in Banda X hanno inoltre evidenziato interessanti potenzialità della tecnica per il monitoraggio della
stabilità di strade, ferrovie e viadotti (si veda slide successiva). La catena di elaborazione di GAP è stata già impostata per
poter monitorare anche queste strutture, ma si rendono necessarie attività di analisi della metodologia e di verifica dei risultati.
Queste attività richiedono ulteriori programmi di ricerca e sviluppo.
GAP ha già avviato nel passato una procedura di brevettazione che prende il nome di SPINUA (Stable Points INterferometry
over Un-urbanised Area) specializzata per il monitoraggio delle instabilità dei pendii in regioni scarsamente urbanizzate (EPC:
08425698.1 - 1248).
Uno dei risultati più importanti del progetto FRANE PUGLIA riguarda la possibilità di ridurre il numero di immagini in Banda X
necessarie per generare le mappe di spostamento. Questo introduce due vantaggi: una riduzione del tempo di attesa per
costruire il data-set da elaborare e una riduzione dei costi da sostenere per l’acquisto delle immagini SAR. Proprio sulla base
di questi importanti risultati, GAP sta valutando la possibilità di avviare un’ altra procedura di brevettazione.
FRANE PUGLIA

Il Progetto: Utilizzabilità dei risultati e brevetti
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E L’INNOVAZIONE
Esempio di monitoraggio di
una strada utilizzando la
tecnica perfezionata
nell’ambito del Progetto
FRANE PUGLIA.
I punti colorati indicano gli
spostamenti della strada. Il
colore dei punti indica la
velocità media di
spostamento con valori che
si riferiscono dalla barra di
colori riportata in basso a
sinistra. Il monitoraggio è
stato effettuato con sole 15
immagini in Banda X.
FRANE PUGLIA

Il Progetto: Mercato e ricadute industriali
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E L’INNOVAZIONE
La metodologia dei Persistent Scatterer applicata come servizio commerciale collaudato è patrimonio di sole tre aziende
italiane (di cui una è GAP srl) e di pochissime altre in Europa.
GAP ha avuto in passato commesse anche dall’estero (Polonia) e ha recentemente completato un progetto che riguarda la
stabilità dei pendii nell’area di Nazareth in Israele.
Con il progetto FRANE PUGLIA, GAP ha guadagnato un vantaggio competitivo sul piano internazionale che riguarda la
possibilità di poter operare con acquisizioni ad alta risoluzione in Banda X. Gli algoritmi sviluppati consentono inoltre di
ridurre i costi di acquisto delle immagini e i tempi di attesa per la costruzione dei data-set. I risultati ottenuti in Banda X
hanno dimostrato inoltre i vantaggi introdotti dalla migliore risoluzione spazio-temporale in termini di precisione del
monitoraggio dei pendii e delle strutture instabili.
Le ricadute economiche ed industriali del progetto dipendono principalmente dall’andamento dei mercati, senza tralasciare
il fatto che il know-how sviluppato si rivolge principalmente alle amministrazioni pubbliche, con particolare riferimento a
quelle che vedono il loro territorio particolarmente esposto al rischio di frana, infatti anche quando queste si verificano
lontano dalle aree abitate, esse rappresentano un rischio significativo e possono avere un grave impatto economico.
Va inoltre osservato che i primi dialoghi avviati con Agenzia Spaziale Italiana, Servizio di Protezione Civile Regione Puglia,
Autorità di Bacino Regione Puglia e tecnici dei comuni della Daunia sembrano incoraggianti per l’avvio di attività future per
utilizzare proprio sul territorio pugliese queste metodologie avanzate di monitoraggio di instabilità dei pendii.
Ai fini della valutazione delle ricadute economiche, è interessante osservare infine che le medesime metodologie possono
essere applicate non solo al monitoraggio di pendii instabili, ma anche al monitoraggio di strutture quali edifici, strade,
ponti, dighe, ferrovie, etc.
FRANE PUGLIA

Il Progetto: Mercato e ricadute industriali
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E L’INNOVAZIONE
Il progetto prevedeva l’assunzione di almeno due tecnici con contratto a progetto; in fase di esecuzione si è
proceduto con l’assunzione di tre tecnici di cui uno per l’intera durata progettuale.
Attualmente lo Spin-off GAP srl è ancora in fase di decollo ed è ospitato nei locali del Dipartimento Interateneo
di Fisica di Bari. GAP ha come operatori tre dipendenti a tempo indeterminato, tutti i soci individuali dello Spin-
off, ed una dozzina di giovani ricercatori con contratti a tempo determinato stipulati con fondi derivati da
contratti acquisiti direttamente dallo Spin-off o mediati tramite il Politecnico di Bari.
Obiettivo occupazionale dello Spin-off è proprio quello di offrire un contratto a tempo indeterminato a tutti gli
attuali operatori che non siano già inquadrati nell’organico dell’università o del CNR.
Il raggiungimento di questo obiettivo è correlato con le ricadute economiche descritte nella slide precedente.
FRANE PUGLIA

Il Progetto: Scenari Applicativi
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E L’INNOVAZIONE
Una delle possibili
applicazioni della tecnica
riguarda il monitoraggio di
frane e subsidenze.
La figura a destra riporta
la mappa degli
spostamenti sull’area del
paese di
Pietramontecorvino con
evidenti movimenti dovuti
alla instabilità del terreno.
Banda C – Pietramontecorvino
FRANE PUGLIA

Il Progetto: Scenari Applicativi
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E L’INNOVAZIONE
Una delle possibili
applicazioni della tecnica
riguarda il monitoraggio di
infrastrutture quali strade,
linee ferroviarie, ponti,
dighe, ecc.
La figura a destra riporta
un esempio di mappa di
spostamento con
presenza di numerosi
punti di misura distribuiti
lungo tutta la linea
ferroviaria e su alcuni
tratti (in giallo) essi
mettono in evidenza
movimenti millimetrici
secondo la scala di colori
indicata in basso a
sinistra.
FRANE PUGLIA
Linea ferroviaria

Il Progetto: Diffusione dei risultati
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E L’INNOVAZIONE
Pubblicazione dei risultati. Sono stati sottomessi i seguenti lavori a conferenze internazionali:
•R. NUTRICATO, D. O. NITTI, M. T. CHIARADIA, F. BOVENGA, A. REFICE, G. PASQUARIELLO, "Rilevamento di deformazioni del suolo in Daunia (Puglia) per mezzo di
tecniche interferometriche SAR". Atti 14a Conferenza Nazionale ASITA, 9-12 Novembre 2010, Fiera di Brescia, Italia.
•Wasowski J., Bovenga F., Nitti D., Nutricato R., “Investigating landslides with Persistent Scatterers Interferometry: current issues and challenges”, Abstract sottomesso al
“11th International & 2nd North American Symposium on Landslides - 2012”. In questo lavoro saranno illustrati i risultati in Banda X ottenuti nel Progetto FRANE PUGLIA.
•Wasowski J., Bovenga F., Nitti D., Nutricato R. “C/X-band interferometry applied to slope instability monitoring in the Daunia mountains, Italy” Abstract sottomesso al “Second
World Landslide Forum, 3-9 Ottobre 2011 - Roma”. In questo lavoro saranno illustrati i risultati in Banda X ottenuti nel Progetto FRANE PUGLIA”.
Sem 1: seminario rivolto agli organi della Pubblica Amministrazione preposti al monitoraggio di rischi ambientali per illustrare le potenzialità del metodo come utile strumento
per il monitoraggio di subsidenze, frane, stabilità di edifici, e di deformazioni del suolo in genere. Il seminario è stato tenuto il giorno 31 Marzo 2011 presso l’aula Multimediale
del Dipartimento Interateneo di Fisica di Bari ed ha partecipato personale della Protezione Civile Regione Puglia, Autorità di Bacino Regione Puglia, CNR-ISSIA Bari,
Dipartimento di Fisica di Bari, e GAP srl.
Sem 2: n.4 seminari destinati agli studenti del Master Universitario in Tecnologie per il Telerilevamento per illustrare le metodologie utilizzate e le problematiche affrontate
nell’ambito del presente progetto. I quattro seminari sono stati tenuti nei giorni 11-14 aprile 2011 presso l’Aula Master del Gruppo di Telerilevamento del Dipartimento
Interateneo di Fisica di Bari.
Sem 3: addestramento di operatori delle amministrazioni pubbliche interessate ad adottare il nuovo strumento di monitoraggio ambientale per verificarne l’impiego operativo,
organizzato come segue:
•1 incontro con il personale dell’Autorità di Bacino della Regione Puglia in cui sono state descritte le modalità di impiego dei dati e le potenzialità del metodo. Nel medesimo
incontro sono state discusse anche le possibili evoluzioni della catena di elaborazione e i futuri test da effettuare su aree di interesse dell’Autorità di Bacino.
•1 Seminario tenuto dal dott. Fabio Bovenga del CNR-ISSIA destinato agli operatori dell’Autorità di Bacino e della Protezione civile della Regione Puglia in cui sono stati
presentati i risultati preliminari del Progetto Frane Puglia e le metodologie da impiegare per interpretare i risultati ottenuti.
•Invio di documentazione sul progetto Frane Puglia agli uffici tecnici dei comuni della Daunia oggetto dello studio. Oltre all’invio della documentazione, GAP ha attivato, nel
periodo 22-29 Aprile 2011, un servizio gratuito di supporto tecnico per telefono o direttamente in sede per fornire ulteriori indicazioni agli operatori delle amministrazioni
pubbliche e ai consulenti tecnici interessati a valutare il nuovo strumento di monitoraggio ambientale e ad acquisire le procedure per il suo impiego operativo.
•Seminario destinato all’addestramento dei tecnici dei comuni oggetto dello studio. Il seminario è stato tenuto da GAP presso la sede della Provincia di Foggia.
Sem 4: seminario rivolto alla Protezione Civile Regione Puglia per illustrare le metodologie utilizzate e le problematiche affrontate nell’ambito del presente progetto. Il seminario
è stato tenuto il giorno 30 Marzo 2011 presso la sede della Protezione Civile della Regione Puglia.
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Il Progetto: Riferimenti
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GAP S.r.l.
Via Amendola 173 - 70126 Bari
c/o Dipartimento Interateneo di Fisica di Bari "M. Merlin"
Web: www.gapsrl.eu
Referente tecnico:
Raffaele Nutricato
Tel: +39-080-544 23 96
Fax: +39-080-544 31 44
E-mail: raffaele.nutricato@gapsrl.eu
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