La geomatica per il controllo del territorio

annuncio pubblicitario
LA GEOMATICA PER IL CONTROLLO DEL TERRITORIO
A. Albertella
(DICA – Sezione di Geodesia e Geomatica)
Cosa è la GEOMATICA?
Dissesto Idrogeologico – Milano, 20 maggio 2015
2
GEOMATICA per il controllo del territorio
3
Conoscere il territorio significa anche definirlo metricamente:
il rilevamento per il posizionamento e per il controllo
Progettare una rete di controllo significa:
•stabilire l’oggetto del rilievo e la precisione che si vuole ottenere
•identificare le caratteristiche della zona (dimensioni, accessibilità)
•individuare le zone “stabili”
•stabilire l’entità e la direzione degli spostamenti
•scegliere gli strumenti
•valutare i costi e i tempi di esecuzione rilievo
Dissesto Idrogeologico – Milano, 20 maggio 2015
GEOMATICA per il controllo del territorio
Dissesto Idrogeologico – Milano, 20 maggio 2015
4
GEOMATICA per il controllo del territorio
Rilievo di punti:
• Stazioni totali, livelli (topografia classica)
• GNSS (Global Navigation Satellite System)
Rilievo di superfici:
• Fotogrammetria
• Laser scanning
• SAR
• Telerilevamento
Dissesto Idrogeologico – Milano, 20 maggio 2015
5
Livelli, stazioni totali
• Livelli per la determinazione di dislivelli tra punti
[precisione centesimi di mm]
• Total station = teodolite + distanziometro
• Multistation = teodolite + distanziometro + fotocamera
[precisione 0.6 mm per distanze < 1 km]
Dissesto Idrogeologico – Milano, 20 maggio 2015
6
Livelli, stazioni totali
Multistation:
precisione di pochi mm su
una distanza di 1 km
anche per superfici
naturali +
densità elevata di punti
rilevati (1000 punti al
secondo)
Dissesto Idrogeologico – Milano, 20 maggio 2015
7
GNSS
Sistema satellitare di posizionamento e navigazione:
GPS, Galileo, Glonass, Beidou
Oggi sono disponibili ricevitori (anche a basso costo) che
permettono di raggiungere precisioni di:
• cm (real time)
• mm (post processing)
La componente planimetrica ha
sempre una precisione maggiore
rispetto alla componente
altimetrica.
Dissesto Idrogeologico – Milano, 20 maggio 2015
8
GNSS: reti permanenti
La rete GAIN per il controllo delle Alpi
Dissesto Idrogeologico – Milano, 20 maggio 2015
9
FOTOGRAMMETRIA
10
Rilievo tramite immagini fotografiche: ricostruzione 2D e 3D
Satellitare, aerea, UAV (Un-manned aerial vehicle), terrestre
[precisione cm]
wa.water.usgs.gov
Dissesto Idrogeologico – Milano, 20 maggio 2015
LASER SCANNING (LIDAR)
11
Misura diretta di distanze tramite un distanziometro laser: rilievo
di superfici (nuvola di punti)
Sistema aviotrasportato (aereo, elicottero, UAV) o terrestre
[precisione cm]
Ghuffar et al., 2013
Dissesto Idrogeologico – Milano, 20 maggio 2015
SAR (Synthetic Aperture Radar)
12
Le differenze tra i valori di fase di un segnale radar su una stessa area
(interferogramma) forniscono informazioni relative ad eventuali
deformazioni superficiali del terreno. [precisione mm]
Dissesto Idrogeologico – Milano, 20 maggio 2015
TELERILEVAMENTO
13
Rilievo tramite le informazioni veicolate da onde
elettromagnetiche nel campo del visibile (luce) e del non visibile
(ultravioletto, infrarosso, microonde). Essenzialmente si ricava
un’informazione tematica da dispositivi satellitari ma anche da
dispositivi a basso costo (UAV).
[precisione dm]
Dissesto Idrogeologico – Milano, 20 maggio 2015
IL TRATTAMENTO DEI DATI
14
Tutte le tecniche illustrate sono operazioni di MISURA. Solo
successivamente si costruisce un modello capace di descriverle ed
interpretarle.
Ciascun metodo è caratterizzato da una certa PRECISIONE.
Non esiste un metodo migliore di un altro in assoluto, ma
ci sono diverse caratteristiche (costo, tempistica, estensione e
posizione del fenomeno da rilevare, …) che impongono una
valutazione caso per caso.
Esempio: una superficie può essere descritta con pixel (SAR,
fotogrammetria) o con punti (LIDAR). La migliore informazione si
ottiene quando si combinano differenti tecniche con differente
accuratezza e risoluzioni.
Dissesto Idrogeologico – Milano, 20 maggio 2015
IL TRATTAMENTO DEI DATI
15
In molte delle tecniche citate, si osserva un incremento del
numero delle misure nello spazio e nel tempo e una notevole
rapidità di acquisizione dei dati.
Il concetto stesso di misura implica inevitabilmente la presenza di
ERRORI (grossolani, sistematici, accidentali) screening dei dati.
Per ogni problema si devono affrontare:
•progettazione ed esecuzione della misura (quale metodo usare,
come eseguire, disegno della rete,…)
•trattamento statistico dei dati (correlazioni, numerosità,
inferenza, rapporto segnale-rumore)
Dissesto Idrogeologico – Milano, 20 maggio 2015
IL TRATTAMENTO DEI DATI
16
L’aspetto statistico diventa fondamentale specialmente se si
vogliono osservare quantità “piccole”.
Esempio: gli spostamenti di una frana sono dell’ordine diversi
centimetri, ma in un’ottica di prevenzione sono importanti anche
spostamenti di minore entità.
Sono quindi necessarie metodologie avanzate di elaborazione dei
dati e di analisi statistica dei risultati (test statistici per definire il
modello che “spiega” meglio i dati, analisi stocastica dei residui,…)
Dissesto Idrogeologico – Milano, 20 maggio 2015
UN ESEMPIO: LA FRANA DI BERCETO
Problema dovuto alla instabilità di un versante:
⇒ spostamento delle pile del ponte verso valle
⇒ monitoraggio dell’area con strumentazione GPS
Dissesto Idrogeologico – Milano, 20 maggio 2015
17
UN ESEMPIO: LA FRANA DI BERCETO
La frana è stata suddivisa
in tre zone omogenee
zona con formazioni più
stabili, in particolare in
altimetria
zona in cui gli spostamenti sono
massimi (torrente Manubiola)
UN ESEMPIO: LA FRANA DI BERCETO
La rete GPS
24
15
12
11
26
4
14
10
16
1
21
20
19
17
2
18
23
3
5
7
22
8
9
Dissesto Idrogeologico – Milano, 20 maggio 2015
28
19
UN ESEMPIO: LA FRANA DI BERCETO
20
Le misure GPS forniscono per ogni punto osservato il valore delle
coordinate.
Le serie temporali di queste misure evidenziano gli spostamenti di
tali punti.
Se nell’analisi vengono inserite informazioni a priori quali quelle
della coerenza spaziale delle informazioni, questi movimenti
vengono identificati meglio e con un numero di misure minori
(approccio bayesiano)
predizione spaziale e temporale del fenomeno
Dissesto Idrogeologico – Milano, 20 maggio 2015
CONCLUSIONI
21
• Per un’analisi spazio-temporale efficace di fenomeni naturali la
geomatica offre tecnologie sempre più moderne
• L’utilizzo integrato delle tecnologie più recenti e delle
metodologie tradizionali permette di identificare e
modellizzare movimenti e deformazioni con alta precisione
(supporto per previsioni temporali e spaziali del fenomeno e
confronto con modelli geofisici, idrologici, …)
• Le misure sono sempre più numerose e più accurate, ma la loro
caratterizzazione statistica è sempre più complessa
Necessità di esperti in grado di gestire in modo coerente la
progettazione, l’analisi dati e la loro interpretazione statistica
Dissesto Idrogeologico – Milano, 20 maggio 2015
Scarica