QUADERNI TECNICI ING. DIEGO DELL'ERBA

1. 06/04/2003
STUDIO DI INGEGNERIA
INTEGRATA
1
INGEGNERIA INTEGRATA
DI ING. DIEGO DELL’ERBA
TECNOLOGIE AVANZATE
SATELLITARI
INTERFEROMETRICHE
FOTO-DIGITALI
PER IL
MONITORAGGIO FRANE

2. 06/04/2003
STUDIO DI INGEGNERIA
INTEGRATA
2
TECNOLOGIE AVANZATE 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
APPLICAZIONI SATELLITARI
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
APPLICAZIONI SATELLITARI
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
APPLICAZIONI SATELLITARI
Le stazioni spaziali a terra
Nella cartina sono evidenziate le stazioni di controllo a terra:

6. 06/04/2003
STUDIO DI INGEGNERIA
INTEGRATA
6
APPLICAZIONI SATELLITARI
ANTENNE
Parabola per il Sistema a due vie:

7. 06/04/2003
STUDIO DI INGEGNERIA
INTEGRATA
7
APPLICAZIONI SATELLITARI
Antenne GPS

8. 06/04/2003
STUDIO DI INGEGNERIA
INTEGRATA
8
APPLICAZIONI SATELLITARI
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
APPLICAZIONI SATELLITARI
Sistema di rete locale sul costone dove e’ avvenuto il
crollo tufaceo

10. 06/04/2003
STUDIO DI INGEGNERIA
INTEGRATA
10
APPLICAZIONI SATELLITARI
Sistema complessivo

11. 06/04/2003
STUDIO DI INGEGNERIA
INTEGRATA
11
APPLICAZIONI SATELLITARI
ANTENNA SATELLITARE DI TIPO MOBILE MONTATA SUL TETTO DEL
COMUNE DI CERVETERI

12. 06/04/2003
STUDIO DI INGEGNERIA
INTEGRATA
12
APPLICAZIONI SATELLITARI
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
APPLICAZIONI SATELLITARI
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
APPLICAZIONI SATELLITARI
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
APPLICAZIONI SATELLITARI
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
APPLICAZIONI SATELLITARI
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
APPLICAZIONI SATELLITARI
MONTAGGIO ANTENNA SATELLITARE DI TIPO FISSO SUL PALAZZO DEL
COMUNE DI CERVETERI

18. 06/04/2003
STUDIO DI INGEGNERIA
INTEGRATA
18
APPLICAZIONI SATELLITARI
PARTICOLARE ANTENNA SATELLITARE DI TIPO FISSO

19. 06/04/2003
STUDIO DI INGEGNERIA
INTEGRATA
19
MONITORAGGIO FOTO-DIGITALE
SISTEMA DI
MONITORAGGIO EDIFICI
FOTO-DIGITALE

20. 06/04/2003
STUDIO DI INGEGNERIA
INTEGRATA
20
MONITORAGGIO FOTO-DIGITALE

21. 06/04/2003
STUDIO DI INGEGNERIA
INTEGRATA
21
MONITORAGGIO FOTO-DIGITALE

22. 06/04/2003
STUDIO DI INGEGNERIA
INTEGRATA
22
MONITORAGGIO FOTO-DIGITALE

23. 06/04/2003
STUDIO DI INGEGNERIA
INTEGRATA
23
MONITORAGGIO INTERFEROMETRICO
SISTEMA DI
MONITORAGGIO FRANE
INTERFEROMETRO

24. 06/04/2003
STUDIO DI INGEGNERIA
INTEGRATA
24
MISURE DI MOVIMENTI DI MASSE

25. 06/04/2003
STUDIO DI INGEGNERIA
INTEGRATA
25
h
S
Flightdirection
Il Radar 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
Radar Interferometry
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
Il sistema
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
Measurement Set-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
Measurement Parameters
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
Immagine SAR (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
Interferometria Differentiale
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
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).
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
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.
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
INTERVALLO DI TEMPO:
24 ORE
meter

35. 06/04/2003
STUDIO DI INGEGNERIA
INTEGRATA
35
meter
meter
INTERVALLO DI TEMPO:
28 ORE

36. 06/04/2003
STUDIO DI INGEGNERIA
INTEGRATA
36
meter
meter
INTERVALLO DI TEMPO:
44 ORE

37. 06/04/2003
STUDIO DI INGEGNERIA
INTEGRATA
37
meter
meter
INTERVALLO DI TEMPO:
48 ORE

38. 06/04/2003
STUDIO DI INGEGNERIA
INTEGRATA
38
meter
meter
INTERVALLO DI TEMPO:
52 ORE

39. 06/04/2003
STUDIO DI INGEGNERIA
INTEGRATA
39
meter
meter
INTERVALLO DI TEMPO:
56 ORE

40. 06/04/2003
STUDIO DI INGEGNERIA
INTEGRATA
40
meter
INTERVALLO DI TEMPO:
68 ORE
meter

41. 06/04/2003
STUDIO DI INGEGNERIA
INTEGRATA
41
meter
meter
INTERVALLO DI TEMPO:
72 ORE

42. 06/04/2003
STUDIO DI INGEGNERIA
INTEGRATA
42
meter
meter
INTERVALLO DI TEMPO:
76 ORE

43. 06/04/2003
STUDIO DI INGEGNERIA
INTEGRATA
43
meter
meter
INTERVALLO DI TEMPO:
80 ORE

44. 06/04/2003
STUDIO DI INGEGNERIA
INTEGRATA
44
meter
meter
INTERVALLO DI TEMPO:
123 ORE

45. 06/04/2003
STUDIO DI INGEGNERIA
INTEGRATA
45
meter
meter
INTERVALLO DI TEMPO:
127 ORE

46. 06/04/2003
STUDIO DI INGEGNERIA
INTEGRATA
46
meter
meter
INTERVALLO DI TEMPO:
132 ORE

47. 06/04/2003
STUDIO DI INGEGNERIA
INTEGRATA
47
meter
meter
INTERVALLO DI TEMPO:
136 ORE

48. 06/04/2003
STUDIO DI INGEGNERIA
INTEGRATA
48
meter
INTERVALLO DI TEMPO:
164 ORE
meter

49. 06/04/2003
STUDIO DI INGEGNERIA
INTEGRATA
49
Maximum Displacement
(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
CONTROLLO FRANA IN VALTELLINA

51. 06/04/2003
STUDIO DI INGEGNERIA
INTEGRATA
51
PROGETTAZIONE STRUTTURALE DI RECUPERO
ALCUNE IPOTESI DI
INTERVENTO
STRUTTURALE
PER IL RECUPERO DEL
FRONTE DI FRANA

52. 06/04/2003
STUDIO DI INGEGNERIA
INTEGRATA
52
TECNICA DI INTERVENTO SUL FRONTE DI FRANA