tecniche di acquisizione dati mediante uav (unmanned aerial vehicle) per il monitoraggio del...
Post on 18-Dec-2014
131 Views
Preview:
DESCRIPTION
TRANSCRIPT
Tesi di laurea in
GEOGRAFIA URBANA
Relatore :
Prof . Car la Giovannini
Cor re latore :
Prof . Marco Dubbin i
Presentata da:
G iacomo Uguccioni
TECNICHE DI
ACQUISIZIONE DATI
MEDIANTE UAV -UNMANNED AERIAL VEHICLE -
PER IL MONITORAGGIO
DEL DISSESTO
IDROGEOLOGICO:
IL CASO DI STUDIO DELLA
FRANA DI CAPRIGLIO (PR)
PRIMAVERA 2013:
EMERGENZA DA DISSESTO IDROGEOLOGICO
IN EMILIA -ROMAGNA
• Valori pluviometrici attesi:
80-125 mm
• Valori pluviometrici registrati:
oltre 250 mm MO RE PR PC
oltre 450 mm crinale appenninico
• Variazioni percentuali rispetto
alla climatologia del periodo:
tra +150% e +200%
• Marzo 2013:
valori pluviometrici RE, PR, PC:
+300%
«gran par te del terr i tor io è stato colpito da numerosi event i a l luvional i e da dissest i d i natura idraul ica e idrogeologica»
« ta l i fenomeni hanno determinato una grave s i tuazione di per icolo per l ’ incolumità del le persone, comportando, t ra l ’a l t ro , lo sgombero di d iversi immobil i pubbl ic i e pr ivat i »
«detta s i tuazione di emergenza, per intensità ed estensione, non è fronteggiabi le con mezzi e poter i ordinar i»
P i a n o d e i p r i m i i n t e r v e n t i u r g e n t i d i p r o t e z i o n e c i v i l e i n c o n s e g u e n z a d e l l e e c c e z i o n a l i a v v e r s i t à a t m o s f e r i c h e v e r i f i c a t e s i n e i m e s i d i m a r z o , a p r i l e e m a g g i o 2 0 1 3 n e i C o m u n i d e l t e r r i t o r i o d e l l a R e g i o n e E m i l i a - R o m a g n a .
PRIMAVERA 2013:
EMERGENZA DA DISSESTO IDROGEOLOGICO
IN EMILIA -ROMAGNA
• 500 segnalazioni
di natura idraulica
• 1500 segnalazioni
di dissesti di versante
• 43 abitazioni danneggiate
• 130 persone evacuate
• 36 edifici att ività produttive
• 56 interruzioni di strade
• 138 località isolate
• 3 ponti crol lati
Vulnerabilità, Valore
D = V ∙ E
Pericolosità
R = H ∙ E ∙ V
Rischio: prodotto delle dimensioni del danno atteso per la probabilità di accadimento.
Il calcolo o la stima dei danni quantificabili al sistema insediativo è correlato al grado di territorializzazione e urbanizzazione raggiunto nell’area soggetta a dissesto.
La proliferazione insediativa è un fattore che interviene esponenzialmente sul valore degli elementi a rischio, sulla loro vulnerabilità e sulla pericolosità.
LA DEFINIZIONE FORMALE
DI RISCHIO AMBIENTALE
Istantanee di una sinergia ultramillenaria di
dinamiche geologiche, geomorfologiche e
pedologiche che concorrono a plasmare l’immagine
della superficie terrestre, durante la sua continua
evoluzione.
Clima e meteorologia estrema: dinamiche di genesi e
dinamiche di riattivazione; concause di origine
esogena per i pericoli di erosione, di inondazione, di
frana.
Clima e meteorologia estrema: lo studio del regime
delle piogge, comprensione delle modalità
pluviometriche; calcolo di frequenza; stima di
risposta idrologica del bacino e del versante .
DISSESTO IDROGEOLOGICO
Appennino Emiliano-Romagnolo
Morfologia accidentata, espansione e sollevamento;
intensa erosione: 10% del territorio oltre la soglia di
tolleranza per erosione superficiale, favorita dalla
conformazione geologica e dalle caratteristiche di
piovosità del clima mediterraneo.
Le frane costituiscono per diffusione e quantità una
caratteristica peculiare del paesaggio di collina e
montagna, in massima parte ascrivibile alle naturali
dinamiche di evoluzione geomorfologica.
FRANE IN APPENNINO
Combinazione di fattori geologici e fattori meteorologici
Intervento determinante di fattori antropici di azione e non-azione
Necessità di tecniche di indagine sito -specifiche
Modellizzazione previsionale e interventi non strutturali
FRANE IN APPENNINO
• Diverse Frane > 4 km
• Più di 4000 superano i 10 ettari
• Oltre 100 frane superano 1 Kmq
• Dim. media attive è 1,83 ha
• Dim. media quiescenti 5,63 ha
• 50% frane < 1 ha (5.5% area tot)
• 90% frane < 8 ha (40% area tot)
• 95% frane < 12 ha (50% area tot)
• 1% frane > 45 ha (20% area tot)
FRANE IN APPENNINO
Indice di franosità provinciale +
Indice di franosità comunale =
Provenienza geografica delle
segnalazioni di dissesto registrate
nella primavera 2013
CASO DI STUDIO:
LA FRANA DI CAPRIGLIO
Piano territoriale di
coordinamento provinciale
(variante generale 2007 di
aggiornamento del dissesto).
Indice di franosità:
maggiore di 40% nei
Comuni della fascia
medio-montana;
maggiore di 35%
per la maggior parte
del territorio
CASO DI STUDIO: LA FRANA DI CAPRIGLIO
CARTA GEOLOGICA REGIONALE 1:10000
frane attive
a1d-colamento
a1b-scivolamento
colore rosso a
Capriglio
depositi di frana
quiescente
a2d-colamento
a2g-complessa
lungo la valle del
torrente Bardea.
Capriglio
CASO DI STUDIO: LA FRANA DI CAPRIGLIO
ASSETTO GEOLOGICO
Affioramento: Flysch di Monte Caio
Caratterizzato da elevata fratturazione
Formazione di falde detritiche gravitative
che «ospitano» falde idriche superficiali o
profonde con riduzione della coesione interna.
CASO DI STUDIO:
LA FRANA DI CAPRIGLIO
• 5-6 aprile 2013: scorrimento roto-
traslativo in corona a 100 m da
Capriglio
• Colata di terra, roccia e detriti
• 6-14 aprile raggiunge l’alveo del
Bardea
• Velocità, fluidità e plasticizzazione dei
detriti da apporto idrico
• Velocità della colata molto elevata
• 12-13 aprile: attivazione in blocco del
versante di Pianestolla, a circa 200 m
dall’abitato
• Versante pesantemente imbibito dagli
apporti meteorici; frana causata dallo
scalzamento al piede del versante,
scaturito dalla pesante compressione
esercitata dalla colata di materiale
viscoso proveniente da Capriglio.
CASO DI STUDIO:
LA FRANA DI CAPRIGLIO
Lunghezza: 3 km
Larghezza massima: 400 m
Larghezza media: 200 m
Dislivello: 500 m
Località: Pratolungo
Località Antrìa
CASO DI STUDIO:
LA FRANA DI CAPRIGLIO
Layers attivi
• Carta Geologica
Regionale
• Foto aeree STB
• Vettoriale
Perimetro Frana
Giugno 2013
CASO DI STUDIO: LA FRANA DI CAPRIGLIO
LE NECESSITA’ DEL SERVIZIO TECNICO DI BACINO
• Cartografia
aggiornata
• Riferimenti
topografici
• Idrografia
principale
• Idrografia
minore
• Opere di
drenaggio
• Modelli di
riferimento
• Calcolo
volumetrico
Acquisizione di fotogrammi digitali tramite
fotocamera Canon EOS 550D calibrata in laboratorio e
installata su UAV ESAFLY A2500
Processamento immediato dei dati acquisiti ,
creazione del modello tridimensionale tramite software
che util izza algoritmi Structure From Motion
Acquisizione punti fotogrammetrici d’appoggio (PFA ) sul terreno, a margine dell ’area a rischio: posizionamento relativo tramite strumentazione GPS geodetica
Georeferenziazione del modello da cui esportare i prodotti
Creazione di prodotti cartografici e topografici ad altissima risoluzione geometrica, con disponibil ità alla gestione e all ’analisi in ambiente GIS
METODOLOGIA DI ACQUISIZIONE DATI
CAS O D I S TU D IO : LA F RANA D I CAP RIGL IO
UAV/RPAS ESAFLY A2500
- UAV (Nomenclatura diffusa in ambiente scientifico)
Unmanned Aerial Vehicle
- RPAS (Nomenclatura ufficiale ENAC)
Remotely Piloted Aircraft System
ESAFLY A2500
Peso massimo con batterie:
3,300 kg.
Peso massimo al decollo:
5,800 kg.
Pilotaggio automatico:
Sistema GPS per mantenere la rotta
impostata tramite waypoints.
Sistema inerziale accelerometrico e
magnetometrico per mantenere il
controllo d’assetto. Altimetro
barometrico per mantenere costante
la quota di volo. Telemetria
disponibile in real time.
Disponibilità dei dati GPX di rotta
per informazioni di localizzazione
assoluta, elevazione e timing GPS.
CAS O D I S TU D IO : LA F RANA D I CAP RIGL IO
PIANIFICAZIONE DI VOLO
Visualizzazione in tempo
reale di telemetria e
posizionamento assoluto
del velivolo.
La Ground Control Station è il sistema integrato di
controllo, supervisione e pianificazione del volo:
il software in dotazione permette il tracciamento della
rotta di volo impostata sulla cartografia tramite waypoint.
CASO DI STUDIO: LA FRANA DI CAPRIGLIO
ACQUISIZIONE DATI
Canon EOS 550D Sensore: 22,3 mm x 14,9 mm
Focal: 26.82 mm
Fotogramma:
5190 pixel x 3468 pixel
Dim. pixel: 0.004296724 mm
Rilievo: 08.03.2014
Primo volo: 269 immagini digitali
Frequenza: 2 Hz
Durata volo: 4 minuti
Quota di volo: 50 m
Risoluzione geometrica del modello
che verrà generato dai fotogrammi digitali:
Dim. pixel a terra: 0.008 m
Risoluzione subcentimetrica del modello
CASO DI STUDIO: LA FRANA DI CAPRIGLIO
PUNTI FOTOGRAMMETRICI D’APPOGGIO
Datum geodetico: ITRF2008
Datum altimetrico: ellissoide GRS80
Coord. cartografiche: UTM, fuso 32N
GPS geodetico: L1/L2 Topcon GB500 - Rapido-statico: 4 min
Posizionamento relativo rispetto al vertice GPS PR077
(Rete di Raffittimento Primario della Rete Geodetica
Fondamentale Nazionale IGM95)
LA CREAZIONE DEL MODELLO 3D DELLA
NICCHIA DI DISTACCO DI CAPRIGLIO
Superfici triangolari multiple che concorrono a formare la superficie geometrica tridimensionale
del modello della nicchia di distacco, generata dall’unione di tutti i fotogrammi digitali acquisiti durante il volo
fotogrammetrico effettuato con il mezzo a pilotaggio remoto. Su tale modello, sarà possibile generare una
corretta texturizzazione per esportare una ortofoto rigorosamente georeferenziata; si notino infatti i punti
fotogrammetrici d’appoggio posti a margine della nicchia di distacco.
Software: Agisoft Photoscan
L’acquisizione dei dati tramite mezzi a pi lotaggio remoto è possibi le in qualsiasi momento del la gestione del r ischio
Sopral luoghi veloci , possibi l i tà di programmare periodicità d’ intervento
Ottima versati l i tà tecnologica del le strutture (vel ivol i ) e dei supporti (sensorist ica) per un’ampia flessibi l i tà di indagine, anche in base al le esigenze di una corretta complementarietà tra diverse tecniche sul lo stesso episodio di dissesto
Elaborazione funzionale e commisurata al la fase di gestione del r ischio
Dissesto idrogeologico: l ’obiett ivo di un sistema di monitoraggio intensivo per l ’ indagine e l ’analisi di un fenomeno di dissesto è quello di poter misurare nel tempo le variazioni minime delle grandezze fisiche che lo caratterizzano
Risultati soddisfacenti in breve tempo
Prodotti car tografici e topografici ottenuti con un procedimento altamente special izzato e standardizzato a seconda delle necessità r ichieste
Strumento di analisi di t ipo geometrico e quantitativo del fenomeno
Modell izzazione tridimensionale accessibi le e fruibi le perché georeferenziata
Modell izzazione funzionale ad elaborazioni di modell i previsionali
Ottima capacità di visualizzazione
ANALISI DELLA METODOLOGIA
A genz ia Regionale d i Protez ione C iv i le - Regione Emil ia -Romagna. Piano dei pr imi in ter vent i urgent i d i Protezione Civ i le in conseguenza del le eccez ional i avversi tà atmosfer iche ver i f icatesi ne i mesi d i marzo, apr i le e maggio 2013 nei Comuni de l ter r i tor io de l la Regione Emi l ia -Romagna.
Att i de l Comune d i T i zzano Val Parma. Relazione su i grav iss imi fenomeni d i d issesto idrogeologico dovut i a l mal tempo nei mesi d i marzo -apr i le 2013 ver i f icatesi su l ter r i tor io de l Comune d i T izzano Va l Parma .
Ber tacchini , E leonora; Castagnett i , Cr is t ina; Capra, A lessandro; Dubbini , Marco ; Boni , Emanuele . (2010) Monitoraggio “near rea l t ime” d i r ischio f rane: un GIS per la ges t ione del l ’emergenza.
Dubbini , Marco (2014) . Relaz ione Bel luno Sorapiss : Anal is i d i dat i 3D acquis i t i mediante UAV (Unmanned Aer ia l Vehic le) in ambito d i d issesto idrogeologico: la f rana del Monte Sorapiss (BL) . Presentazione presso Prefettura d i Bel luno in data 22 gennaio 2014.
Dubbini , Marco. (2013) L’ut i l i zzo d i mezzi UAS (Unmanned Ai rcraf t Sys tem) nel la Geomatica. Presentaz ione presso Univers i tà d i Palermo.
Far inel l i , Franco. (1992) I segni de l mondo. Immagine car tograf ica e d iscorso geograf ico in età moderna . F i renze. La Nuova I ta l ia
Gozza, G . ; P izz io lo , M. (2006) Anal is i de l d issesto da f rana in Emi l ia Romagna .
Mancini , F. ; Dubbin i , M. ; Gat te l l i , M. ; Stecchi , F. ; Fabbr i , S . ; Gabbianel l i , G . Us ing Unmanned Aer ial Vehic les (UAV) for H igh -Resolut ion Reconstruct ion of Topography: The St ructure f rom Mot ion Approach on Coasta l Env i ronments . Remote Sens. 2013, 5 , 6880 -6898.
Ber t i , Mat teo (2013) La problematica def in iz ione del le f rane qu iescent i in Appennino. Presentazione in occas ione d i SAIE 2013, Bologna.
BIBLIOGRAFIA
top related