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Monitoraggio frane,,satellitari e interferometrici
- 1. 06/04/2003 STUDIO DI INGEGNERIA INTEGRATA 1 INGEGNERIAINTEGRATA DI ING. DIEGO DELL’ERBA TECNOLOGIE AVANZATE SATELLITARI INTERFEROMETRICHE FOTO-DIGITALI PER IL MONITORAGGIO FRANE
- 2. 06/04/2003 STUDIO DI INGEGNERIA INTEGRATA 2 TECNOLOGIEAVANZATE DI MONITORAGGIO FRANE COMUNE DI CERVETERI ASSESSORATO LL.PP. TECNICHE STRUMENTALI UTILIZZATE PER IL MONITORAGGIO FRANE DELLA CITTA’ DOPO L’EVENTO CALAMITOSO AVVENUTO IN DATA 4.dicembre.2000
- 3. 06/04/2003 STUDIO DI INGEGNERIA INTEGRATA 3 APPLICAZIONISATELLITARI Gps (Global Positioning System) Il GPS (Global Positioning System) e il GLONASS (Globalnaya Navigatsionnaya Sputnikovaya Sistema) sono sistemi composti da una serie di satelliti che circondano la Terra. Il primo realizzato dagli americani, il secondo dall'ex Unione Sovietica ed attualmente patrimonio della Comunità di Stati Indipendenti (CSI) e in particolare della Russia. Sono nati per esigenze di carattere militare con il controllo dei rispettivi ministeri della Difesa che solo in un secondo momento hanno concesso un applicazione di tipo civile. Nel caso del GPS, si sta estendendo ad un ritmo impressionante grazie alla disponibilità sul mercato di una gamma di prodotti adatti a soddisfare la maggior parte delle attuali esigenze nel campo della navigazione e della sincronizzazione.I sistemi sono in grado di fornire sia informazioni relative alla posizione, indicando la longitudine, la latitudine e l'altitudine sul geoide, sia il tempo riferito alle scale UTC dei due Paesi.
- 4. 06/04/2003 STUDIO DI INGEGNERIA INTEGRATA 4 APPLICAZIONISATELLITARI Ricevitore GPS / GLONASS Questo ricevitore è stato acquisito dall'Istituto Elettrotecnico Nazionale Galileo Ferraris in per estendere le capacità di misura del Laboratorio di Metrologia del Tempo e della Frequenza anche nei confronti del sistema GLONASS. Il sistema è costituito da un'antenna preamplificata e da una unità rappresentata da un PC al cui interno sono montati anche i circuiti per la ricezione e quelli per l'elaborazione della RF. Il ricevitore appartiene alla categoria degli strumenti per il confronto di tempo. Consente di elaborare segnali GPS e GLONASS insieme o in modo separato su diciotto differenti canali paralleli. Ciascuno dei diciotto canali può essere assegnato automaticamente a un satellite GPS o GLONASS che abbia elevazione sull'orizzonte locale maggiore di un valore arbitrariamente specificato. Nonostante si tratti di uno strumento concepito per il confronto di tempo, il ricevitore è in grado di determinare anche la posizione del centro di fase della propria antenna. I dati raccolti vengono utilizati per la riferibilità dell'unità di tempo campione dell'IEN alla scala di tempo internazionale.
- 5. 06/04/2003 STUDIO DI INGEGNERIA INTEGRATA 5 APPLICAZIONISATELLITARI Le stazioni spaziali a terra Nella cartina sono evidenziate le stazioni di controllo a terra:
- 6. 06/04/2003 STUDIO DI INGEGNERIA INTEGRATA 6 APPLICAZIONISATELLITARI ANTENNE Parabola per il Sistema a due vie:
- 7. 06/04/2003 STUDIO DI INGEGNERIA INTEGRATA 7 APPLICAZIONISATELLITARI Antenne GPS
- 8. 06/04/2003 STUDIO DI INGEGNERIA INTEGRATA 8 APPLICAZIONISATELLITARI PREVISIONE E PREVENZIONE FRANE MEDIANTE RETE DI MONITORAGGIO GPS Obiettivi Monitoraggio degli spostamenti di punti rappresentativi del movimento delle aree a rischio frane, nell’ambito delle attività a supporto della previsione e prevenzione degli eventi franosi nel quadro normativo della Difesa del suolo e delle misure per la prevenzione del rischio idrogeologico (L. 183/89 Difesa del Suolo e aggiornamenti, D.L. 180/98. Descrizione Il servizio, basato su tecnologie di geodesia spaziale, in particolare GPS, consente il monitoraggio dei movimenti franosi. Il monitoraggio viene effettuato controllando l’evoluzione temporale delle posizioni di alcuni punti localizzati in modo solidale con il corpo di frana (vedi illustrazione). La posizione di tali punti è rilevata ripetutamente nel tempo con tecnica GPS differenziale appoggiandosi ald una rete satellitare.L’accuratezza della posizione è rilevata con precisioni centimetriche, la frequenza di aggiornamento della posizione può raggiungere i venti minuti. Tale servizio presenta caratteristiche di elevata flessibilità, in quanto l’architettura della rete è appositamente studiata e realizzata per soddisfare le esigenze dell’utente ed è applicabile a: - monitoraggio aree ad alto rischio - monitoraggio di aree a lenta dinamica
- 9. 06/04/2003 STUDIO DI INGEGNERIA INTEGRATA 9 APPLICAZIONISATELLITARI Sistema di rete locale sul costone dove e’ avvenuto il crollo tufaceo
- 10. 06/04/2003 STUDIO DI INGEGNERIA INTEGRATA 10 APPLICAZIONISATELLITARI Sistema complessivo
- 11. 06/04/2003 STUDIO DI INGEGNERIA INTEGRATA 11 APPLICAZIONISATELLITARI ANTENNA SATELLITARE DI TIPO MOBILE MONTATA SUL TETTO DEL COMUNE DI CERVETERI
- 12. 06/04/2003 STUDIO DI INGEGNERIA INTEGRATA 12 APPLICAZIONISATELLITARI ANTENNA SATELLITARE SUL TETTO DEL COMUNE DI CERVETERI PER INTERCETTARE I SEGNALI CHE PROVENGONO DAI SENSORI POSTI SULLA FRANA
- 13. 06/04/2003 STUDIO DI INGEGNERIA INTEGRATA 13 APPLICAZIONISATELLITARI ANTENNA SUL TETTO DEL COMUNE DI CERVETERI PER PROVARE IL SEGNALE CHE VIENE DAL SATELLITE E DALLA RICEVENTE POSTA SULLA FRANA
- 14. 06/04/2003 STUDIO DI INGEGNERIA INTEGRATA 14 APPLICAZIONISATELLITARI APPARATO RICEVENTE DI DECODIFICA DEL SEGNALE SATELLITARE CON INVIO A POSTAZIONE REMOTA PRESSO LO STUDIO ING. DELL’ERBA
- 15. 06/04/2003 STUDIO DI INGEGNERIA INTEGRATA 15 APPLICAZIONISATELLITARI ANTENNA MOBILE POSTA SUI LUOGHI DI FRANA CON MODULO DI RICEZIONE SATELLITARE E DI INVIO A POSTAZIONE REMOTA PRESSO LO STUDIO DELL’ERBA
- 16. 06/04/2003 STUDIO DI INGEGNERIA INTEGRATA 16 APPLICAZIONISATELLITARI TECNICI DELLO STUDIO DI INGEGNERIA INTEGRATA ING. DELL’ERBA IMPEGNATI NELLA TARATURA DEL SEGNALE SATELLITARE SULLA FRANA
- 17. 06/04/2003 STUDIO DI INGEGNERIA INTEGRATA 17 APPLICAZIONISATELLITARI MONTAGGIO ANTENNA SATELLITARE DI TIPO FISSO SUL PALAZZO DEL COMUNE DI CERVETERI
- 18. 06/04/2003 STUDIO DI INGEGNERIA INTEGRATA 18 APPLICAZIONISATELLITARI PARTICOLARE ANTENNA SATELLITARE DI TIPO FISSO
- 19. 06/04/2003 STUDIO DI INGEGNERIA INTEGRATA 19 MONITORAGGIOFOTO-DIGITALE SISTEMA DI MONITORAGGIO EDIFICI FOTO-DIGITALE
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- 23. 06/04/2003 STUDIO DI INGEGNERIA INTEGRATA 23 MONITORAGGIOINTERFEROMETRICO SISTEMA DI MONITORAGGIO FRANE INTERFEROMETRO
- 24. 06/04/2003 STUDIO DI INGEGNERIA INTEGRATA 24 MISUREDI MOVIMENTI DI MASSE
- 25. 06/04/2003 STUDIO DI INGEGNERIA INTEGRATA 25 h S Flightdirection IlRadar ad Apertura Sintetica (SAR) La tecnica SAR è utilizzata al fine di ottenere immagini a microonde ad elevata risoluzione spaziale. La sintesi di antenna è ottenuta ripetendo misure radar con un opportuno campionamento spaziale mentre il sensore si posta su una traiettoria usualmente rettilinea. Il trattamento successivo dei dati consenteinfine di ottenere un’immagine con risoluzione spaziale approssimativamente pari a quella ottenibile con un’antenna reale di dimensione uguale alla lunghezza del segmento percorso dal sensore L’acquisizione dei dati e il seguente trattamento possono essere effettuate in modo da preservare anche l’informazione di fase presente nel segnale. La tecnica SAR si applica con sensore montati su piattaforme satellitari, aviotrasportate o basate a terra. La tecnica SAR è utilizzata al fine di ottenere immagini a microonde ad elevata risoluzione spaziale. La sintesi di antenna è ottenuta ripetendo misure radar con un opportuno campionamento spaziale mentre il sensore si posta su una traiettoria usualmente rettilinea. Il trattamento successivo dei dati consenteinfine di ottenere un’immagine con risoluzione spaziale approssimativamente pari a quella ottenibile con un’antenna reale di dimensione uguale alla lunghezza del segmento percorso dal sensore L’acquisizione dei dati e il seguente trattamento possono essere effettuate in modo da preservare anche l’informazione di fase presente nel segnale. La tecnica SAR si applica con sensore montati su piattaforme satellitari, aviotrasportate o basate a terra.
- 26. 06/04/2003 STUDIO DI INGEGNERIA INTEGRATA 26 RadarInterferometry Advanced Features Interferometry Spaceborne SAR + Airborne SAR + Ground Based SAR Changes detection Topography estimation Movement monitoring Classification Natural Hazards Monitoring Environmental Protection Natural Hazards Monitoring L’Interferometria radar è basata sul confronto di una coppia di immagini SAR complesse della stessa area. Diverse applicazioni dela tecnica sono possibili e dipendono dalle caratteristiche spaziali e temporali delle due acquisizioni. L’Interferometria radar è basata sul confronto di una coppia di immagini SAR complesse della stessa area. Diverse applicazioni dela tecnica sono possibili e dipendono dalle caratteristiche spaziali e temporali delle due acquisizioni.
- 27. 06/04/2003 STUDIO DI INGEGNERIA INTEGRATA 27 Ilsistema Il sistema utilizzato per le misure è una versione ridotta del SAR portatile LISA. La parte meccanica è costituita da un binario lineare lungo 3 m sul quale scorre una slitta motorizzata che ospita il sistema di antenne e altra componentistica a microonde. Lo scatterometro a scansione di frequenza è basato su un Network Analyzer. Un modulo di conversione coerente a ca. 17 GHz viene utilizzato per le misure in alta frequenza. Il sistema utilizzato per le misure è una versione ridotta del SAR portatile LISA. La parte meccanica è costituita da un binario lineare lungo 3 m sul quale scorre una slitta motorizzata che ospita il sistema di antenne e altra componentistica a microonde. Lo scatterometro a scansione di frequenza è basato su un Network Analyzer. Un modulo di conversione coerente a ca. 17 GHz viene utilizzato per le misure in alta frequenza.
- 28. 06/04/2003 STUDIO DI INGEGNERIA INTEGRATA 28 MeasurementSet-up Lo scatterometro a scansione di frequenza è basato un Network Analyzer che include la sorgente del segnale da 30 KHz a 6 GHz. Un modulo di conversione coerente a ca. 17 GHz viene utilizzato per le misure in alta frequenza. Lo scatterometro a scansione di frequenza è basato un Network Analyzer che include la sorgente del segnale da 30 KHz a 6 GHz. Un modulo di conversione coerente a ca. 17 GHz viene utilizzato per le misure in alta frequenza.
- 29. 06/04/2003 STUDIO DI INGEGNERIA INTEGRATA 29 MeasurementParameters Frequency band 16.70 – 16.78 GHz Frequency step 50 KHz Frequency points 1601 Aperture 2.82 m Azimuth step 0.6 cm Azimuth points 471 Polarization VV Transmitted Power ~ 25 dBm Target distance (average) 1700 m Spatial resolution ~ 4 x 4 m Measuring time per image ~ 20 minutes Total time interval 8 days Number of collected images ~ 250
- 30. 06/04/2003 STUDIO DI INGEGNERIA INTEGRATA 30 ImmagineSAR (potenza) Immagine Ottica Confronto fra immagine ottica e potenza dell’immagine SAR dell,area in esame. E’ da notare come, a meno della usuale deformazione dell’immagine SAR , vi sia un’ ottima correlazione tra le area a piu’ intensa riflessione (giallo-rosso) nel SAR e le aree non vegetate. Lo spot piu’ intenso nella parte bassa dell’immagine corrisponde al traliccio dell’alta tensione. Confronto fra immagine ottica e potenza dell’immagine SAR dell,area in esame. E’ da notare come, a meno della usuale deformazione dell’immagine SAR , vi sia un’ ottima correlazione tra le area a piu’ intensa riflessione (giallo-rosso) nel SAR e le aree non vegetate. Lo spot piu’ intenso nella parte bassa dell’immagine corrisponde al traliccio dell’alta tensione.
- 31. 06/04/2003 STUDIO DI INGEGNERIA INTEGRATA 31 InterferometriaDifferentiale Image 1 Mentre la fase di una singola immagine SAR, pur contenendo l’informazione sulla distanza sensore-oggetto, non e’ direttamente utilizzabile, il confronto tra due immagini acquisite in tempi diversi consente di estrarre informazione quantitativa sui cambiamenti eventualmente intervenuti sulla’area in esame. In particolare, nell’ipotesi di “zero baseline”, cioe’ immagini acquisite dalla stessa posizione, la differenza di fase tra le due immagini e’ direttamente collegabile con la variazione della distanza sensore-oggetto (lungo la linea di vista del sistema) avvenuta nell’intervallo di tempo fra le due acquisizioni. Interferogram (Phase difference) Image 2
- 32. 06/04/2003 STUDIO DI INGEGNERIA INTEGRATA 32 Quandouna serie di immagini sono state acquisite in tempi diversi due sequenza di interferogrammi sono possibili: nella prima il confronto viene effettuatopasso-passo, cioe’ tracoppie di immagini temporalmente vicine; nella seconda ogni immagine e’ riferita alla prima (reference image). Da un punto di vista teorico i risultati devono essere gli stessi ma nella pratica l’uso del primo tipo di sequenza consente una buona misura dello spostamento anche nel caso di forte decorrelazione temporale (lunghi periodi di monitoraggio, grosse variazione nell’area in esame). Quando una serie di immagini sono state acquisite in tempi diversi due sequenza di interferogrammi sono possibili: nella prima il confronto viene effettuatopasso-passo, cioe’ tracoppie di immagini temporalmente vicine; nella seconda ogni immagine e’ riferita alla prima (reference image). Da un punto di vista teorico i risultati devono essere gli stessi ma nella pratica l’uso del primo tipo di sequenza consente una buona misura dello spostamento anche nel caso di forte decorrelazione temporale (lunghi periodi di monitoraggio, grosse variazione nell’area in esame).
- 33. 06/04/2003 STUDIO DI INGEGNERIA INTEGRATA 33 Nelletrasparenze seguenti viene mostrata una sequenza di interferogrammi tutti riferiti alla stessa immagine con l’indicazione dell’intervallo temporale a cui si riferiscono. La scala e’ convertita in spostamento lungo la linea di vista tenendo conto della frequenza di osservazione. Spostamenti negativi indicano un movimento verso il sensore. Una zone di movimento e’ chiaramente identificabile. Nell’interpretazione dei risultati e’ da tener conto che agli interferogrammi non e’ stata ancora applicata la procedura di “phase unwrapping”. Il tipico effetto di salto della fase (frangia) e’ ancora presente e visibile dal terzo interferogramma in poi. Quando la variazione di fase dovuta al movimento e ‘ maggiore di p e si raggiunge un estremo della scala e la fase misurata riparte dall’estremo opposto. In realta, come nel caso presente, il movimento e’ sempre nella stessa direzione. Negli ultimi interferogrammi piu’ giri di fase sono osservabili. L’accuratezza nella misura dello spostamento e’ di ca. 0.5 mm. Nelle trasparenze seguenti viene mostrata una sequenza di interferogrammi tutti riferiti alla stessa immagine con l’indicazione dell’intervallo temporale a cui si riferiscono. La scala e’ convertita in spostamento lungo la linea di vista tenendo conto della frequenza di osservazione. Spostamenti negativi indicano un movimento verso il sensore. Una zone di movimento e’ chiaramente identificabile. Nell’interpretazione dei risultati e’ da tener conto che agli interferogrammi non e’ stata ancora applicata la procedura di “phase unwrapping”. Il tipico effetto di salto della fase (frangia) e’ ancora presente e visibile dal terzo interferogramma in poi. Quando la variazione di fase dovuta al movimento e ‘ maggiore di p e si raggiunge un estremo della scala e la fase misurata riparte dall’estremo opposto. In realta, come nel caso presente, il movimento e’ sempre nella stessa direzione. Negli ultimi interferogrammi piu’ giri di fase sono osservabili. L’accuratezza nella misura dello spostamento e’ di ca. 0.5 mm.
- 34. 06/04/2003 STUDIO DI INGEGNERIA INTEGRATA 34 meter INTERVALLODI TEMPO: 24 ORE meter
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- 40. 06/04/2003 STUDIO DI INGEGNERIA INTEGRATA 40 meter INTERVALLODI TEMPO: 68 ORE meter
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- 44. 06/04/2003 STUDIO DI INGEGNERIA INTEGRATA 44 meter meter INTERVALLODI TEMPO: 123 ORE
- 45. 06/04/2003 STUDIO DI INGEGNERIA INTEGRATA 45 meter meter INTERVALLODI TEMPO: 127 ORE
- 46. 06/04/2003 STUDIO DI INGEGNERIA INTEGRATA 46 meter meter INTERVALLODI TEMPO: 132 ORE
- 47. 06/04/2003 STUDIO DI INGEGNERIA INTEGRATA 47 meter meter INTERVALLODI TEMPO: 136 ORE
- 48. 06/04/2003 STUDIO DI INGEGNERIA INTEGRATA 48 meter INTERVALLODI TEMPO: 164 ORE meter
- 49. 06/04/2003 STUDIO DI INGEGNERIA INTEGRATA 49 MaximumDisplacement (toward the observer) 0 5 10 15 20 25 0 50 100 150 200 Time interval (hour) Displacement(mm) Series1
- 50. 06/04/2003 STUDIO DI INGEGNERIA INTEGRATA 50 CONTROLLOFRANA IN VALTELLINA
- 51. 06/04/2003 STUDIO DI INGEGNERIA INTEGRATA 51 PROGETTAZIONESTRUTTURALE DI RECUPERO ALCUNE IPOTESI DI INTERVENTO STRUTTURALE PER IL RECUPERO DEL FRONTE DI FRANA
- 52. 06/04/2003 STUDIO DI INGEGNERIA INTEGRATA 52 TECNICADI INTERVENTO SUL FRONTE DI FRANA