Ldb 25 strumenti gis e webgis_2014-05-23 lopilato - 3 nuove tecnologie per il monitoraggio...
-
Upload
laboratoridalbasso -
Category
Technology
-
view
329 -
download
2
Transcript of Ldb 25 strumenti gis e webgis_2014-05-23 lopilato - 3 nuove tecnologie per il monitoraggio...
Nuove Tecnologie per il Monitoraggio Geotecnico-Strutturale
Il Piano di Telerilevamento Ambientale
G.I.A. Consulting Srl – Sede legale e operativa viale degli Astronauti n 8 cap 80131 Napoli
www.giaconsulting.it
______________________________________________________________________________
Caso di successo Gia consulting Srl di Napoli. «Utilizzo del GIS per il monitoraggio frane e utilizzo
del dato LIDAR come strumento per la gestione del dissesto idrogeologico»
Castello Baronale De Gualtieriis - Piazza Castello, 73020 Castrignano dei Greci (LE)
____________________________________________________________________________________________________________
Sommario
• Piano di Telerilevamento Ambientale (PST-A): aspetti normativi e
obiettivi
• Topologia di dati: dati LiDAR e dati Interferometrici
• L’interferometria nel PST-A: dati ERS e ENVISAT
• Dati ERS e ENVISAT: esempi di applicazione
• Estensione del PST-A con COSMO-SkyMed
• Dati COSMO-SkyMed: esempi di applicazione
• Geoportale Nazionale: accesso ai dati
Nuove Tecnologie per il Monitoraggio Geotecnico-Strutturale
Il Piano di Telerilevamento Ambientale2
Il Piano di Telerilevamento Ambientale
• La legge 179 del 31 luglio 2002 art. 27 istituisce il Piano Straordinario di
Telerilevamento Ambientale (PST-A) come Accordo di Programma tra Ministero
dell’Ambiente e della Tutela del Territorio e del Mare (MATTM), Presidenza del Consiglio dei
Ministri - Dipartimento della Protezione Civile e Ministero della Difesa d’intesa con le
Regioni e le Province Autonome
• La legge 244 del 24 dicembre 2007 art. 327, al fine di verificare e monitorare le aree ad
elevato rischio idrogeologico e consentire la raccolta di dati ambientali, autorizza il MATTM
a stipulare accordi di programma con Amministrazioni centrali e periferiche per
l’estensione del PST-A, rendendo il MATTM punto di riferimento e di accesso per le
cartografie e le informazioni ambientali e istituisce il Piano Ordinario di
Telerilevamento Ambientale (POT-A)
Nuove Tecnologie per il Monitoraggio Geotecnico-Strutturale
Il Piano di Telerilevamento Ambientale3
Obiettivi del PST-A
• Realizzazione e aggiornamento di un’ampia base dati ad altissima risoluzione,
LIDAR e Interferometrici, che copre l’intero territorio nazionale a supporto
dei processi decisionali riguardanti l’ambiente e il territorio, in particolare il
dissesto idrogeologico
• Identificazione di metodologie di analisi comuni, utili alla realizzazione di
strumenti condivisi e finalizzati alla produzione di risultati confrontabili
• Integrazione di dati acquisiti attraverso piani mirati di telerilevamento e
banche dati già realizzate o in corso di realizzazione da parte di altre Pubbliche
Amministrazioni centrali o locali
• Fruibilità e condivisione dei dati, tramite il Geoportale Nazionale (GN), a tutto
il comparto della Pubblica Amministrazione
Nuove Tecnologie per il Monitoraggio Geotecnico-Strutturale
Il Piano di Telerilevamento Ambientale4
Dati interferometrici
• La tecnica persistent scatterer interferometry è in grado di fornire misure di
spostamento su un insieme di punti al suolo che mantengono la loro firma radar
stabile nel tempo
• Tali punti nominati PS sono sparsi e corrispondono solitamente a strutture, edifici,
rocce esposte, terreno nudo ecc.: lo spostamento è misurato lungo la linea di vista
del sensore
• Il progetto, unico a livello internazionale, prevede l’acquisizione a scala nazionale
di dati prodotti da telerilevamento con tecnica interferometrica e la
conseguente catalogazione nella banca dati del Geoportale Nazionale
• Ad oggi, sono disponibili circa 15.000 immagini ERS-1 ed ERS-2 (Earth Resources
Satellite) ed ENVISAT (ENVIronmental SATellite) in geometria ascendente e
discendente relative al periodo 1992-2010, per una copertura totale del territorio
italiano (circa 300.000 kmq )
• Il Piano PST-A 2008 ha consentito l’elaborazione con tecnica interferometrica tipo
PSP-DIFSAR dei dati ERS e ENVISAT relativi al periodo 1992-2008, rendendo
disponibili sull’intero territorio italiano misure di spostamento del terreno con tecnica
Persistent Scatterer
• Con l’estensione PST-A 2009, mutuato al POT-A, è terminato il processamento
delle misure dei dati ENVISAT inerenti al periodo 29 novembre 2008 - 31 luglio 2010Nuove Tecnologie per il Monitoraggio Geotecnico-Strutturale
Il Piano di Telerilevamento Ambientale5
ERS (1992-2000)
Nuove Tecnologie per il Monitoraggio Geotecnico-Strutturale
Il Piano di Telerilevamento Ambientale6
ERS Ascendente
Velocità media(mm/anno)
< -9.0
-9.0 - -7.0
-5.0 - -3.0
-3.0 - -1.0
-1.0 - 10
1.0 - 3.0
5.0 - 7.0
> 7.0
-7.0 - -5.0
3.0 - 5.0
ERS Discendente
ENVISAT (2003-2010)
Nuove Tecnologie per il Monitoraggio Geotecnico-Strutturale
Il Piano di Telerilevamento Ambientale7
ENVISAT Ascendente
< -9.0
-5.0 - -3.0
-3.0 - -1.0
1.0 - 3.0
5.0 - 7.0
Velocità media(mm/anno)
-9.0 - -7.0
-1.0 - 10
> 7.0
-7.0 - -5.0
3.0 - 5.0
ENVISAT Discendente
Monitoraggio subsidenza con dati ENVISAT Emilia Romagna
Nuove Tecnologie per il Monitoraggio Geotecnico-Strutturale Il Piano
di Telerilevamento Ambientale8
-8.99 - -7.00
Velocità media(mm/anno)
< -9.0
-4.99 - -3.00
-2.99 - -1.00
-0.99 - 1.00
1.01 - 3.00
3.01 - 5.00
5.01 - 7.00
> 7.0
-6.99 - -5.001992-2000 ERS ASC
Estrazione acqua
Estrazione gas
Piattaforme offshore
Esempi di utilizzo PS da dati ERS e ENVISAT ROMA Centro-Nord
Nuove Tecnologie per il Monitoraggio Geotecnico-Strutturale
Il Piano di Telerilevamento Ambientale9
• Via Fabiola
• Ponte Matteotti
• Chiesa S. Lucia
mm/anno
Esempi di utilizzo PSROMA – Via Fabiola
Nuove Tecnologie per il Monitoraggio Geotecnico-Strutturale
Il Piano di Telerilevamento Ambientale10
v = 0 mm/annoCoherenza = 0,88
-30
-20
-10
0
10
20
29/03/93 29/03/94 29/03/95 28/03/96 28/03/97 28/03/98 28/03/99 27/03/00 27/03/01 27/03/02 27/03/03
Spo
stam
ento
(mm
)
Data delle immagini
PT 345
v = -20 mm/annoCoherenza = 0,98
-150
-120
-90
-60
-30
0
30
60
90
29/03/93 29/03/94 29/03/95 28/03/96 28/03/97 28/03/98 28/03/99 27/03/00 27/03/01 27/03/02 27/03/03S
post
amen
to (m
m)
Data delle immagini
PT 378
PT 345
PT 378
Esempi di utilizzo PSROMA –Via Fabiola
Nuove Tecnologie per il Monitoraggio Geotecnico-Strutturale
Il Piano di Telerilevamento Ambientale11
Esempi di utilizzo PSROMA – Chiesa di S.Lucia (Via Teulada)
Nuove Tecnologie per il Monitoraggio Geotecnico-Strutturale
Il Piano di Telerilevamento Ambientale12
PT 2274
PT 2190
v = -6 mm/annoCoherenza = 0,82
-40
-30
-20
-10
0
10
20
30
29/03/93 29/03/94 29/03/95 28/03/96 28/03/97 28/03/98 28/03/99 27/03/00 27/03/01 27/03/02 27/03/03
Spo
stam
ento
(mm
)
Data delle immagini
PT 2274
v = - 4 mm/annoCoherenza = 0,88
-30
-20
-10
0
10
20
29/03/93 29/03/94 29/03/95 28/03/96 28/03/97 28/03/98 28/03/99 27/03/00 27/03/01 27/03/02 27/03/03S
post
amen
to (m
m)
Data delle immagini
PT 2190
Esempi di utilizzo PSROMA – Chiesa di S.Lucia (Via Teulada)
Nuove Tecnologie per il Monitoraggio Geotecnico-Strutturale
Il Piano di Telerilevamento Ambientale13
Esempi di utilizzo PSROMA – Ponte Matteotti
Nuove Tecnologie per il Monitoraggio Geotecnico-Strutturale
Il Piano di Telerilevamento Ambientale14
v = -2 mm/annoCoherenza = 0,85
-10
-8
-6
-4
-2
0
2
4
6
8
10
29/03/93 29/03/94 29/03/95 28/03/96 28/03/97 28/03/98 28/03/99 27/03/00 27/03/01 27/03/02 27/03/03
Spo
stam
ent
o (m
m)
Data delle immagini
PT 543
PT 543
Esempi di utilizzo PSROMA – Ponte Matteotti
Nuove Tecnologie per il Monitoraggio Geotecnico-Strutturale
Il Piano di Telerilevamento Ambientale15
Estensione del PST-A con COSMO-SkyMed
• Il POT-A prevede l’aggiornamento della banca dati del Geoportale
Nazionale attraverso la produzione di nuovi dataset ottenuti
mediante elaborazione interferometrica di dati radar satellitari
COSMO-SkyMed
Nuove Tecnologie per il Monitoraggio Geotecnico-Strutturale
Il Piano di Telerilevamento Ambientale16
ERS ENVISAT
1992 2003 2010
COSMO-SkyMed
Piano di copertura COSMO-SkyMeddel territorio italiano
• La X-band SAR ad alta risoluzione ha dimostrato essere molto efficace per la
tecnica interferometrica persistent scatterer:
– densità altissima dei PS (decine di migliaia per km2 in aree urbane)
• misura degli spostamenti differenziali nella stessa struttura (es. edifici, ponti, dighe,
ecc.)
– elevata sensibilità agli spostamenti (breve lunghezza d’onda)
• La costellazione COSMO-SkyMed, costituita da 4 satelliti, ha alcune capacitàuniche:
– ottimo tempo di rivisitazione (fino a 8 acquisizioni al mese con lo stesso angolo di
puntamento)
• misura dei movimenti veloci
• lunghe serie di acquisizione in brevi periodi
• elevate capacità di acquisizione (fino a 2.000 immagini al giorno)
– copertura completa ogni 16 giorni, di grandi aree
– angoli di vista selezionati per mettere in evidenza i movimenti del terreno (subsidenza,
frane, ecc.)
– localizzazione molto accurata dei PS
Nuove Tecnologie per il Monitoraggio Geotecnico-Strutturale
Il Piano di Telerilevamento Ambientale17
Piano di copertura COSMO-SkyMeddel territorio italiano
Nuove Tecnologie per il Monitoraggio Geotecnico-Strutturale
Il Piano di Telerilevamento Ambientale18
Geometria ascendente Geometria discendente
Aree sperimentali COSMO-SkyMed
Nuove Tecnologie per il Monitoraggio Geotecnico-Strutturale
Il Piano di Telerilevamento Ambientale19
• Per valutare il miglioramento ottenibile con i nuovi dati, in termini di
quantità e qualità dell’informazione, sono state selezionate tre aree
campione sul territorio italiano
• Le tre aree sono state scelte sulla base delle loro caratteristiche ed alla
disponibilità di un archivi dati utile per l’elaborazione interferometrica
– estensione pari a una scena standard di CSK, cioè 40 km x 40 km
– includono tre capoluoghi di provincia: Venezia, Bologna e Palermo (area di
Giacalone - Comune di Monreale, Comuni di Bolognetta e Misilmeri)
• Sono state analizzate entrambe le geometrie di acquisizione (ascendente e
discendente), in modo da avere la visione più completa possibile: l’utilizzo
dei due punti di vista differenti è stato necessario per recuperare
l’informazione di spostamento in almeno una geometria e caratterizzare
meglio fenomeni franosi che presentano componenti del moto sia
orizzontali sia verticali
Aree sperimentali COSMO-SkyMed
SAIE - Bologna 18/10/2012Nuove Tecnologie per il Monitoraggio Geotecnico-Strutturale Il Piano
di Telerilevamento Ambientale20
• In considerazione delle differenze dei siti, per la valutazione dei
risultati ottenuti sono stati utilizzati differenti approcci:
– per Venezia e Bologna, che si trovano in aree pianeggianti, la
principale causa di movimenti è attribuibile a subsidenza (naturale o
indotta da attività antropiche)
• sono state effettuate misure topografiche di precisione basate su sistemi
Global Navigation Satellite Systems (GNSS)
• aggiornamento di tali misure e confronto con quelle ottenute tramite
persistent scatterer interferometry
– Per Palermo, dove le principali cause di movimento del terreno sono
dovute a fenomeni franosi
• analisi geologica
• ricerca di evidenze in campo
Area test COSMO-SkyMed - Bologna
• Anni ‘90 realizzazione diuno specifico servizio dicontrollo del fenomeno,utilizzando dati dilivellazione
• Anni 2000 utilizzo anchedati radar interferometricie GNSS
• Pianificazione di una seriedi rilievi GNSS sull’area diBologna su una superficiedi circa 165 km2
• Distribuzione spaziale delledue reti GNSS
– etichette gialle retecomunale
– etichette rosse reteregionale
• Il nucleo urbano della città di Bologna giace sulla conoide alluvionale del fiumeReno, principale fonte di approvvigionamento idrico per la provincia bolognese
• I prelievi sotterranei, superando le capacità di ricarica della falda, comportanoun progressivo abbassamento della pressione piezometrica, che si manifesta insuperficie con la subsidenza del suolo
SAIE - Bologna 18/10/2012Nuove Tecnologie per il Monitoraggio Geotecnico-Strutturale
Il Piano di Telerilevamento Ambientale21
Area test COSMO-SkyMed - Palermo• L’area di Palermo è soggetta ad un continuo processo di modellamento, che
interessa soprattutto
– aree di affioramento dei complessi argillosi, con scorrimenti rotazionali, colamenti efrane complesse
– aree di affioramento dei complessi carbonatici, con le caratteristiche frane dicrollo/ribaltamento
• L’analisi e la validazione delle elaborazioni di tipo interferometrico-differenzialecon dati CSK si è basata su procedure geologico-applicative, al fine di fornireinformazioni di dettaglio sulle potenzialità del sistema radar CSK nello studiodei movimenti del terreno nelle aree a rischio idrogeologico del territorioitaliano
• Verifica dei caratteri salienti della franosità (tipologia, stato di attività) di duearee campione ricadenti nei territori comunali di Bolognetta/Misilmeri eMonreale (Palermo)
• Per l’analisi sono stati utilizzati:
– dati vettoriali, inerenti la tipologia e lo stato di attività dei dissesti censiti edaggiornati del vigente Piano Stralcio per l’Assetto Idrogeologico (PAI – anno diredazione: 2006)
– cartografia del Progetto C.A.R.G disponibile tramite servizi WMS dal Portale delServizio Geologico d'Italia
– ortofoto, carta tecnica regionale e modello digitale del terreno tramite servizi WMSdisponibili dal Portale della Regione Sicilia
Nuove Tecnologie per il Monitoraggio Geotecnico-Strutturale
Il Piano di Telerilevamento Ambientale22
Analisi interferometrica da dati COSMO-SkyMed
• I dati ad alta risoluzione in banda X, acquisiti dalla costellazione CSK,
hanno introdotto significative differenze rispetto ai dati delle precedenti
missioni in banda C (ERS ed ENVISAT) in termini di densità di punti di
misura e copertura delle aree monitorate
• Tecniche di elaborazione per i dati ad alta risoluzione basate su due
algoritmi all’avanguardia
– Persistent Scatterer Pairs (PSP)-IFSAR
– SqueeSAR™
• La posizione dei PS determinata a partire dai dati ERS, ENVISAT e CSK
non corrispondono:
– differenze fra i sensori in termini di lunghezza d’onda della radiazioneelettromagnetica
– polarizzazione
– risoluzione
– cambiamenti della scena osservata nei diversi periodi analizzati
Nuove Tecnologie per il Monitoraggio Geotecnico-Strutturale
Il Piano di Telerilevamento Ambientale23
Analisi interferometrica da dati COSMO-SkyMed
• Passo del grigliato 50 m x 50 m per mantenere il massimo livello di
dettaglio compatibilmente con la risoluzione dei dati in banda C (più
scarsa)
• Per ogni cella in corrispondenza delle aree di sovrapposizione fra i dati CSK
ed ERS o ENVISAT si è valutato il numero di punti ricadenti all’interno per
verificare sia la copertura del dato sia la densità dei punti di misura a terra
• La maggiore risoluzione spaziale dei satelliti in banda X (3x3m) rispetto a
quelli in banda C (20x5m) ha aumentato i punti di misura oltre un ordine
di grandezza
Nuove Tecnologie per il Monitoraggio Geotecnico-Strutturale
Il Piano di Telerilevamento Ambientale24
Processamento dati COSMO-SkyMedBologna
• Immagini Cosmo-SkyMed (banda X)
– 36 immagini acquisite dal in geometria ascendente Gennaio 2009 - Settembre 2011 con un
tempo di rivisitazione medio di circa di 24 giorni
– 40 immagini in geometria discendente Ottobre 2008 - Settembre 2011 con un tempo di
rivisitazione medio di circa di 24 giorni
– dati elaborati con tecnica PSPIFSAR
• Immagini ENVISAT (banda C) Agosto 2004 - Luglio 2010 periodo di rivisita medio di
60 giorni
• Immagini ERS (banda C) Aprile 1992 - Novembre 2000 periodo di rivisita di 40
giorni
Nuove Tecnologie per il Monitoraggio Geotecnico-Strutturale
Il Piano di Telerilevamento Ambientale25
Satellite Geometria Numero PSNumero celle con
almeno un PSCopertura (km2)
ENVISAT ASC 49755 36567 91.42
CSK ASC 451650 97131 242.83
ERS DESC 49333 36388 90.97
ENVISAT DESC 159116 45340 113.35
CSK DESC 417949 88194 220.49
Confronto copertura spaziale - Bologna
Nuove Tecnologie per il Monitoraggio Geotecnico-Strutturale
Il Piano di Telerilevamento Ambientale26
• Le aree fortemente urbanizzate
sono ben coperte con i dati in
banda X (CSK) e in banda C
(ENVISAT-ERS)
• La maggior risoluzione del dato
CSK favorisce l’aumento del
numero di punti anche nelle aree
rurali o a minor densità
urbanistica
• Il numero dei punti lungo le
infrastrutture lineari, come ad
esempio l’autostrada Adriatica, è
aumentato utilizzando il dato
CSK
• Solo poche aree mostrano una
perdita di punti rispetto
all’elaborazione ENVISAT ed ERS
CSK - ERS (discendente)
Cella persa
Cella presente in entrambe i dataset
Cella guadagnata
Confronto copertura spaziale - Bologna
• I dati della costellazione CSK possono caratterizzare nel dettaglio i fenomeni
osservati arrivando a poter analizzare la stabilità di singoli edifici, infrastrutture
sensibili come viadotti, ferrovie ecc.
Nuove Tecnologie per il Monitoraggio Geotecnico-Strutturale
Il Piano di Telerilevamento Ambientale27
Tratto autostradale a Nord di Bologna (Bo)
• CSK discendente
• ENVISAT ascendente
• CSK discendente
• ERS discendente
• CSK ascendente
• ENVISAT ascendente
Stazione centrale di Bologna
Confronto copertura spaziale - Bologna
• Dettaglio della stazione ferroviaria di Bologna
– sinistra: dati ERS discendenti (79 immagini acquisite nel periodo aprile 1992-
novembre 2000)
– destra: dati CSK discendenti (40 immagini acquisite tra il settembre 2008 ed
il febbraio 2011)
Nuove Tecnologie per il Monitoraggio Geotecnico-Strutturale
Il Piano di Telerilevamento Ambientale28
Velocità media annua lungo la
LOS (Line Of Sight)
Comparazione e validazione risultati – Bologna
• I dati di spostamento del terreno, ottenuti con tecnica PSI applicata ai dati CSK sono stati
confrontati con misure da sistemi GNSS
• Tra i vertici disponibili sono stati scelti quelli che rispondevano a determinate
caratteristiche tra cui, ad esempio, possibili limitazioni alla visibilità del cielo a causa di
oggetti circostanti
Nuove Tecnologie per il Monitoraggio Geotecnico-Strutturale
Il Piano di Telerilevamento Ambientale29
• I vertici selezionati, 24, sono
stati sottoposti a nuove
rilevazioni
• Nell’elaborazione delle
baselines sono state utilizzate
anche le osservazioni acquisite
in contemporanea da alcune
stazioni permanenti (SP)
operanti all'interno o in
prossimità delle aree oggetto
dei rilievi (distanza max. 10-11
km)
– dati in formato RINEX (Receiver
INdipendent Exchange format)
delle SP BOLG (rete europea
EUREF) e BOLO (rete nazionale
Italpos di Leica spa)
Comparazione e validazione risultati – Bologna
• Per la comparazione dei risultati è stato necessario omogeneizzare i dati perché:
– lo spostamento dei PS è misurato lungo la linea di vista del sensore mentre le misure di
posizionamento con sistemi GNSS forniscono le tre componenti (nord, est, quota)
– i vertici della rete non corrispondono a punti PS
– i periodi di tempo cui si riferiscono le misure sono parzialmente sovrapposti, ma non
coincidenti
• Le quantità confrontate sono le velocità medie proiettate lungo la linea di vista (Line
of Sight - LOS) del SAR
– per ciascun vertice GNSS è stata calcolata la velocità media di spostamento a terra secondo le
tre direzioni nello spazio (vN, vE, vh)
– per ciascun vertice GNSS sono stati selezionati i PS ricadenti in un intorno circolare centrato
sulla posizione del vertice stesso con raggio di ricerca di 50 m o 100 m in base alla densità
dei PS circostanti, in modo tale da selezionare sempre almeno 10 PS
– per ciascuno dei clusters (gruppi) di PS individuati è stata calcolata la mediana della velocità,
poi attribuita ad un PS “fittizio” coincidente con la posizione del vertice GNSS
• Le componenti delle velocità di spostamento calcolate per ciascun vertice GNSS lungo
le tre direzioni spaziali (vN, vE, vh) sono state proiettate lungo la direzione del SAR,
utilizzando i valori dei coseni direttori
• Per ciascun vertice GNSS le tre proiezioni delle componenti della velocità di
spostamento sono state infine sommate algebricamente tra loro
Nuove Tecnologie per il Monitoraggio Geotecnico-Strutturale
Il Piano di Telerilevamento Ambientale30
Comparazione e validazione risultati –Bologna
Nuove Tecnologie per il Monitoraggio Geotecnico-Strutturale
Il Piano di Telerilevamento Ambientale31
• Confronto fra le misure di velocità media ottenute tramite sistema
ERROR: syntaxerrorOFFENDING COMMAND: --nostringval--
STACK:
54 13064 1