Monitoraggio continuo delle frane con tecnologia radar da satellite - Tool e applicazioni
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Monitoraggio continuo delle frane
con tecnologia radar da satellite
Tool e applicazioni
Cristoforo Abbattista – Planetek Italia srl
pkm026-441-1.0 GIT 2011 - Molfetta, 15 Giugno 2011Il Gruppo Planetek Italia
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Amministrazioni Pubbliche
UE, Unione Europea (Vari Direttorati)
Min. Ambiente e Tutela Territorio, Min. Politiche Agricole e Forestali
ISPRA (ex APAT) e diverse ARPA
Regioni: Abruzzo, Calabria, Campania, Emilia Romagna, Friuli Venezia Giulia, Lazio, Liguria, Lombardia,
Puglia, Sardegna, Sicilia, Valle d'Aosta, Veneto.
Numerose Province e Comuni, Parchi, Comunità Montane, …
Agenzie ed Enti di Ricerca
ASI, Agenzia Spaziale Italiana
ESA, European Space Agency ESRIN, ESTEC
JRC, Joint Research Center
CNR – diversi Istituti, ENEA, Università e Politecnico - diverse Facoltà
CRA, Consiglio per la Ricerca e la sperimentazione in Agricoltura
INEA, Istituto Nazionale di Economia Agraria
Corporate (Privati)
Aziende del settore Spazio
(Infoterra, Thales Alenia Space, Telespazio, Carlo Gavazzi Space,…)
System Integrator
(Sinergis, CM Spectrum, Ciemme Sistemi, …)
Studi tecnici e di ingegneria
(Lotti Associati, Studio Galli, Agriconsulting,…)Campi Applicativi Monitoraggio Ambientale Pianificazione Territoriale Risorse Agricole e Forestali Monitoraggio Trasporti Ambiente Marino e Costiero Reti Tecnologiche Protezione civile e Grandi Rischi Sicurezza e Difesa WebGIS e Infrastrutture di Dati Esplorazione Planetaria Territoriali Turismo e Marketing Territoriale Space Software
Il geoportale INSPIRE
Catena del Valore
La storia delle frane
Fra l’anno 843 e il 2009, le frane hanno
causato almeno 15.800 vittime, fra
morti, dispersi e feriti.
Fra il 1950 e il 2009, le frane hanno
causato almeno 6349 vittime, fra morti,
dispersi e feriti.
(Guzzetti et altri)Definizione di frana Una frana è il movimento di una massa di roccia, detrito o terra lungo un versante, sotto l’influenza della gravità.
Diversità del fenomeno
CROLLO RIBALTAMENTO ESPANDIMENTO
SCORRIMENTO SCORRIMENTO COLATADiversità del fenomeno
-1 1 3 5 7 9 11 13 15
Vita della frana
Tempo d’innesco
Lunghezza
Area
Volume
Velocità
Area totale in frana
Area colpita
Numero delle frane
100 102 104 106 108 1010 1012 1014
Differenti unità di misura (Guzzetti et altri)Il supporto del telerilevamento Trasformare i prodotti di osservazione della terra (immagini e dati) in misure Dalle misure generare valutazioni Dalle valutazioni prendere decisioni
Il telerilevamento RADAR
I satelliti radar emettono un segnale elettromagnetico
– La terra riflette il segnale
– Il sensore misura il segnale riflesso
• Ampiezza (quantità di segnale tornato indietro)
• Fase (tempo per tornare indietro)
La frequenza del segnale radar è nel campo delle
microonde
– Un vantaggio immediato è che, diversamente dall’ottico, “vede”
anche in condizioni meteo sfavorevoli (passa le nuvole)
Ogni satellite ha orbite ascendenti (verso il polo nord) e
discendenti (verso il polo sud)Il telerilevamento RADAR
Il telerilevamento RADAR
Risoluzione dei dati:
Banda C (ENVISAT):
-risoluzione in ground range ~25m
-risoluzione in azimuth ~5m
Banda L (ALOS PALSAR FBS):
-risoluzione in ground range ~9m
-risoluzione in azimuth ~5m
Banda X (COSMO-SkyMED):
-risoluzione in ground range ~3m
-risoluzione in azimuth ~3mInterferometria SAR
Dall’interferometria ai PS Acquisizione in uno stack di scene SAR – Scelta della scena master – Scelta dei PS – Realizzazione degli spostamenti differenziali
Obiettivo di Planetek Italia Trasformare i Persistent Scatterer in uno strumento operativo per le funzioni di: Individuazione e mappatura delle frane Monitoraggio delle frane Previsione e preannuncio delle frane attraverso l'utilizzo di modelli
Strumenti di Post-Processing
I tool sono realizzati sfruttando l’applicazione ESRI ArcGIS implementando
un’interfaccia integrata in ArcMap che permette all’utente di eseguire i tool
utilizzando una toolbar o una toolbox integrate nell’applicazione.
Toolbar
Tool per la creazione di mappe (in verde):
· Mappa per la contestualizzazione dei PS
· Mappa di copertura PS
· Mappe a fini Statistici
Tool (in rosso) per l’analisi interattiva.
ArcToolboxInterfaccia – Finestre di input Ad ogni tool è associata una procedura guidata (wizard) Una finestra di input indica all’utente di inserire i dati necessari per la sua esecuzione. I dati obbligatori sono evidenziati con apposita nota. Help contestuale sugli input
Output dei tool I tool producono mappe multi-layer (raster o vettoriali) elaborate nel processing di produzione del prodotto, in funzione degli input forniti dall’utente. Elemento importante è la tematizzazione
Output dei tool – Tabelle degli attributi Ai layer generati sono associate le tabelle che contengono i risultati dei calcoli statistici eseguiti dai tool.
Tool interattivi L’utente può interagire con il tool per effettuare un’analisi mirata sui dati intervenendo sulla scelta degli stessi. Potrà poi essere generato il prodotto finale in formato tabellare e progetto GIS. Utilizzando il pulsante è possibile ottenere il grafico degli spostamenti di un singolo PS o GPS e i relativi parametri statistici calcolati.
Il catalogo dei prodotti
PRODOTTI
Mappa di Copertura territoriale PS
Mappa contestuale dei PS
Mappe di Correlazione (PS/GPS)
Prodotto On-Demand
Mappe statistiche - Standard
Mappe statistiche - AdvacendCopertura Territoriale dei PS
Il tool permette la generazione della “Mappa di Copertura PS”,
prodotto utile:
• all’individuazione delle aree in cui si ha più alta probabilità di
trovare PS con le tecniche di interferometria SAR.
• nell’analisi preliminare su aree estese al fine di individuare le
aree sulle quali è possibile ottenere mappe di deformazione
significative
• quale strumento d’indagine preliminare al fine di razionalizzare
le risorse necessarie per il processing di produzione delle
mappe di deformazioneCopertura Territoriale dei PS Mappa di copertura PS con input Carta Aree Monitorabili e Carta di Uso del Suolo
Copertura Territoriale dei PS
Mappa di copertura PS confronto orbite ASC e DESCCopertura Territoriale dei PS
E’ una mappa costituita dalla sovrapposizione di layer tematici:
• Scatteratori permanenti candidati (PSC_Shape), è il layer di input
per la generazione del prodotto.
• Aree ad alta coerenza con alta densità di PSC
• Aree a bassa coerenza con alta densità di PSC
• “Confronto aree” che, nel caso di presenza di 2 prodotti in input
per le aree monitorabili, mostra: le aree di visibilità di PSC in aree
ad alta coerenza per entrambe le orbite (ASC e DESC), parziale
visibilità per una sola orbita e infine le aree a bassa coerenza
d’uso del suoloContestualizzazione territoriale dei PS
La mappa di contesto dei PS è il prodotto base per la
contestualizzazione dei dati PS nel ambito geografico dell’area
coperta
Il tool è utilizzabile anche per la contestualizzazione dei dati GPS.
Il prodotto è costituito da un progetto GIS nel quale sono
rappresentati e tematizzati i PS con l’ausilio di diversi layer:
• Ortofoto
• Infrastrutture di trasporto (rete ferroviaria e stradale)
• Carta tecnica regionale
• Mappa uso del suolo
• Mappa di classificazione delle frane
• Mappa rischio franeContestualizzazione territoriale dei PS Mappa PS Integrati ottenuta con Mappa di Deformazione PS e Misurazioni con tecnologia GPS
Correlazione PS-PS e PS-GPS
Il tool associa ciascun PS ad una misurazione con strumenti di misura a terra
(es. GPS). Il “Prodotto di Correlazione” fornisce quindi informazioni statistiche
utili a sintetizzare la deformazione di gruppo (PS-PS e PS-GPS).
L’associazione fra PS e punti GPS è ricavata in maniera automatica stimando,
rispetto a ciascun PS, qual è la possibile osservazione di misura strumentale
associabile in funzione della distanza, delle condizioni morfologiche dell’area
(breakline e/o poligoni) e delle date di osservazione.
I parametri statistici calcolati per ciascun layer (spostamenti PS o GPS) sono:
• Spostamento Complessivo nel periodo di osservazione
• Velocità Media Annuale della deformazione
• Deviazione standard dello scostamento tra la misura delle deformazioni e
il modello lineare di deformazioneCorrelazione PS-PS e PS-GPS Prodotto di Correlazione con Mappa di Deformazione, Misura degli Spostamenti con GPS, Breakline
Analisi Statistica dei PS
Il prodotto di analisi statistica fornisce informazioni statistiche di sintesi
per ciascuna serie temporale degli spostamenti osservati (PS e GPS) e
per i relativi gruppi ottenuti dal prodotto di correlazione.
I parametri statistici calcolati per ogni PS e per ogni punto GPS sono:
• Spostamento Complessivo nel periodo di osservazione
• Velocità Media Annuale della deformazione
• Deviazione standard dello scostamento tra la misura delle
deformazioni e il modello lineare di deformazione
• Direzione del versante e pendenza nel punto di osservazione della
misura
• Componente della velocità media annuale lungo la direzione di
versanteAnalisi Statistica dei PS
Mappa del Prodotto di analisi statisticaTool Interattivo Lo scopo del tool è quello di poter ottenere un prodotto di analisi mirato all’indagine da condurre da parte dell’utente. In fase di produzione del prodotto l’utente ha la possibilità di personalizzare l’analisi e quindi il prodotto finale agendo sulla selezione e il filtraggio di alcuni parametri relativi ai dati in input e ad una elaborazione statistica intermedia. E’ possibile selezione i dati in input su un intervallo temporale limitato rispetto alla serie storica in input ovvero la selezione\esclusione di specifiche date. Questo tool aggiunge inoltre la produzione di un prodotto 3D interoperabile.
Tool Interattivo
Filtri di selezione nella generazione del prodotto On-demandTool Interattivo
Filtro di selezione sugli output del prodotto On-demandTool Interattivo
Grafico dell'osservazione PS con parametri statisticiTool Interattivo
Generazione prodotto 3D
Formato KML
Visibile in Google Earth
DEMOConclusioni
Valorizzazione del patrimonio di dati di osservazione
della terra e degli investimenti nazionali (PST)
– Generazione di tool e prodotti orientati all’utente
• Mappe di copertura PS, di contesto e statistiche
• Prodotti 3D di divulgazione e di interscambio
• Strumenti interattivi d’analisi
– Corsi di formazione e di supporto all’utilizzo dei PS
all’interno dei processi decisionali
• Seminari di base sui PS (1 giornata)
• Corsi on site sui PS (2 giornate)Puoi anche leggere
