Monitoraggio geodetico e ambientale in continuo per il controllo di infrastrutture critiche e rischi naturali - Alpine Expert
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Monitoraggio geodetico e ambientale in continuo per il controllo di
infrastrutture critiche e rischi naturali
Dr. Stefano Caldera
stefano.caldera@g-red.eu
www.geoguard.eu
Bolzano, 20 Aprile 2018 GReD – Geomatics Research & Development s.r.l.
Spin off del Politecnico di Milano
La frontiera dell’innovazione per la sicurezza delle infrastrutture
http://www.g-red.eu info@g-red.eu critiche 1
GReD: chi siamo
Geomatics Research & Development s.r.l. (GReD) è una SME
spin-off del Politecnico di Milano, fondata nel 2012
Le attività di GReD riguardano la ricerca e sviluppo, consulenza ed erogazione di servizi
nel campo della geodesia e geomatica (acquisizione, modellazione e interpretazione di
dati geospaziali)
Monitoraggio GNSS delle
deformazioni/spostamenti di
infrastrutture e territorio
Analisi Dati
Analisi del campo gravitazionale
per esplorazione geofisica
Ispezione e manutenzione di impianti idroelettrici 2
Il servizio di monitoraggio GeoGuard
GeoGuard è un servizio innovativo end-to-end per il
monitoraggio geodetico ed ambientale di
infrastrutture critiche e rischi naturali, basato sul
posizionamento GNSS di precisione
GeoGuard permette di ottenere in modo
automatico e continuo la posizione di punti
sulle infrastrutture/territorio con una precisione
del mm sulla scala giornaliera e di pochi mm
sulla scala oraria
Ispezione e manutenzione di impianti idroelettrici 3
GNSS: principio di funzionamento
Il GNSS è un sistema di posizionamento satellitare
basato sulla misura della distanza tra ricevitore a
terra e costellazioni di satelliti
Attraverso il processamento congiunto delle misure ai satelliti, è
possibile derivare la posizione a terra del ricevitore. Per ottenere le
massime precisioni:
• la posizione (movimento) di un punto viene misurata come
differenza 3D rispetto ad un altro ricevitore utilizzato come D
riferimento RICEVITORE DI RIFERIMENTO
(POSIZIONE FISSA o NOTA)
• la misura della posizione non è istantanea, ma deriva dal
RICEVITORE INCOGNITO
processamento congiunto di un periodo variabile di (POSIZIONE DA MISURARE)
osservazioni ai satelliti (1h, 2h, 24h, ..)
L’accuratezza della misura dipende da molti fattori, come la lunghezza del periodo di osservazione, la distanza tra i
ricevitori, dalla visibilità del cielo, … ed è dell’ordine del mm/pochi mm
Non è necessaria l’intervisibilità tra i punti!
Ispezione e manutenzione di impianti idroelettrici 4
GeoGuard: campi di applicazione
STRUTTURE e INFRASTRUTTURE
✓ Trasporto
ponti, porti, ferrovie, …
✓ Energy & Utilities
dighe, canali, condotte forzate, torri, …
✓ Oil & Gas
piattaforme offshore, siti di stoccaggio, …
✓ Edifici e beni culturali
TERRITORIO
✓ Subsidenza / uplift
✓ Frane
✓ Faglie
✓ Discariche
✓ …
Ispezione e manutenzione di impianti idroelettrici 5
GeoGuard: il modello ‘servizio’
Geoguard si configura come servizio end-to-end, in grado di fornire tutte le attività e competenze
specialistiche dalla scelta dei punti di monitoraggio alla fornitura di soluzioni customizzate
Ispezione e manutenzione di impianti idroelettrici 6
GeoGuard: l’architettura del servizio
(GMU: Geoguard Monitoring Unit)
Ispezione e manutenzione di impianti idroelettrici 7
GMU: GeoGuard Monitoring Unit
La GMU è un terminale remoto, progettato per
raccogliere dati in ambienti difficili
Combina:
• ricevitore GNSS singola frequenza multicostellazione
(GPS + GLONASS + GALILEO) mass market
• microprocessore ARM
• sistema operativo Linux
• ingressi analogici e digitali per sensori esterni
• accelerometro
• modulo di comunicazione (GSM, Radio, satellite, ...
anche in mesh network)
• alimentazione: AC, DC o pannello solare
E’ gestita remotamente dal centro di controllo sul cloud
Ispezione e manutenzione di impianti idroelettrici 8
GeoGuard: la sensing infrastructure
• Le GMU vengono installate in modo
permanente sulla e nei dintorni dell’oggetto
da monitorare
• viene definita una GMU di riferimento (local
master) rispetto alla quale calcolare i
movimenti di tutte le altre GMU (entro 10-
15km)
• i movimenti della GMU di riferimento
possono a loro volta essere controllati Sistema di riferimento relativo
utilizzando le reti GNSS di posizionamento
pubblici o privati
• in fase di analisi dei risultati è sempre
possibile cambiare la GMU di riferimento
rispetto la quale visualizzare i movimenti Sistema di riferimento assoluto
Ispezione e manutenzione di impianti idroelettrici 9
GeoGuard: il Cloud
Il Geoguard Cloud è il nucleo del servizio, che gestisce le
GMU e dove i dati raw GNSS vengono convertiti in
spostamenti, report e allarmi
Operazioni:
• interfaccia comunicazione bidirezionale con le GMU (telemetria,
configurazione, ...)
• archiviazione dati RAW di GNSS e telemetria
• configurazione e caratterizzazione specifica del sito secondo le
necessità dell’utente
• preprocessamento e processamento automatico con due differenti
software (goGPS e Bernese GPS Software). Gli algoritmi sono
ottimizzati per ricevitori a basso costo e ambienti con scarsa
visibilità del cielo
• estensiva analisi automatica di qualità dei dati e dei risultati,
• interpretazione automatica delle serie di coordinate e identificazione
trend e discontinuità
• elevazione automatica di allarmi e alerte all’utente
• web user interface client e integrazione dei dati e risultati nei sistemi
informativi dell’utente
Ispezione e manutenzione di impianti idroelettrici 10GeoGuard: accesso ai dati / risultati
Dati raccolti: Modalità di accesso:
• dati raw GNSS (formato RINEX) • Web user interface:
• dati raw della telemetria delle GMU https://cloud.geoguard.eu
• dati raw dell’accelerometro e dei sensori • report periodici (pdf)
addizionali • db e fogli di calcolo
• Interfaccia con i sistemi dell’utente (server,
Prodotti: software) con api rest
• serie temporali delle coordinate dei punti e loro • SMS/email per gli eventi di allerta e allarme
modellazione (sistema locale, sistema globale) • app per dispositivi mobili in futuro
• report testuali e grafici
• eventi di allerta e allarme
• analisi personalizzate derivate dall’integrazione
con accelerometro e dei sensori addizionali
Ispezione e manutenzione di impianti idroelettrici 11GeoGuard: driver della soluzione
Servizio Sensori Automatico Hub per
Accuratezza Misure continue Cost
End-to-end gestiti da (sul sito – altri
~ 1 mm (rate ≤ 1 day) affordable
permanente remoto no operatori) sensori
GeoGuard SI SI SI SI SI SI SI
GNSS
SI SI Parziale No SI SI Parziale
Geodetico
Total station
SI SI No No Parziale SI No
(robotizzata)
Total station
SI No No Parziale No No No
(rilievo oper.)
InSAR SI No Parziale No No SI No
Ispezione
No No No No No No No
visuale
Ispezione e manutenzione di impianti idroelettrici 12Esempio: monitoraggio Diga + Versante
Benchmarking
Diga già strumentata con Stazione Totale Robotizzata e Pendolo Rovescio in un’area soggetta a
paleofrana
Postazioni GNSS:
• 1 in prossimità della stazione totale
robotizzata (TS) - riferimento
• 1 sul coronamento (mira TS + pendolo)
• 1 in prossimità della diga (mira TS)
• 2 sul versante soggetto a paleofrana (una
mira TS)
soluzioni giornaliere
Ispezione e manutenzione di impianti idroelettrici 13Esempio: monitoraggio Diga + Versante
Coronamento della diga: distanza dalla stazione totale circa 70 metri
Longitudinale RMS (mm)
Trasversale (mm)
Total Station 1.0
GeoGuard 0.9
Pendolo
0.6
Rovescio
Longitudinale (mm)
Trasversale RMS (mm)
Total Station 0.3
GeoGuard 0.9
Pendolo
0.2
Rovescio
Quota RMS (mm)
Quota (mm)
Total Station 1.0
GeoGuard 2.1
Pendolo
-
Rovescio
Ispezione e manutenzione di impianti idroelettrici 14Esempio: monitoraggio Diga + Versante
Versante: distanza dalla stazione totale circa 1400 metri, dislivello circa 570 metri
GMU
Antenna
GNSS
Ispezione e manutenzione di impianti idroelettrici 15Esempio: monitoraggio Diga + Versante
Versante: distanza dalla stazione totale circa 1400 metri, dislivello circa 570 metri
Trasversale (mm)
Longitudinale RMS (mm)
Total Station 5.0
GeoGuard 1.3
Longitudinale (mm)
Trasversale RMS (mm)
Total Station 6.4
GeoGuard 2.2
Quota RMS (mm)
Quota (mm)
Total Station 7.6
GeoGuard 7.9
Ispezione e manutenzione di impianti idroelettrici 16Esempio: monitoraggio Diga + Versante
Ispezione e manutenzione di impianti idroelettrici 17Esempio: monitoraggio Diga + Versante
Versante: quota circa 2400 metri. Esempio di telemetria GMU
Ispezione e manutenzione di impianti idroelettrici 18Esempio: deformazioni termiche (1/2)
Soluzione GNSS ogni 2 ore
Ispezione e manutenzione di impianti idroelettrici 19Esempio: deformazioni termiche (2/2)
Soluzione GNSS ogni 2 ore
Ispezione e manutenzione di impianti idroelettrici 20Allarmi: warning e allerte
Per ogni sito di monitoraggio si possono definire specifiche soglie di
spostamento per definire warning e allerte. Si applicano sia per valutare uno
spostamento improvviso sia per derive di tipo trend
Le discontinuità sono rilevate attraverso sofisticati
metodi statistici in modo da ridurre le probabilità di
falso e mancato allarme
soluzioni 24h
soluzioni 1h
Discontinuità di 5.6 mm rilevata in 1h
Ispezione e manutenzione di impianti idroelettrici 21Sviluppi futuri
Integrazione sensori esterni (meteo)
Sviluppo e integrazione di un ricevitore low-cost doppia frequenza
Monitoraggio del vapor d’acqua per il supporto alla previsione di eventi estremi
Integrazione GNSS – SAR – IMU: Progetto H2020 GIMS
Ispezione e manutenzione di impianti idroelettrici 22Puoi anche leggere
