Il monitoraggio di elementi dinamici in ambiente alpino

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1 Lunedì 11 dicembre 2017, Auditorium Testo Milano, Palazzo Lombardia, Piazza Città di Lombardia, 1 DRONI Nel settore pubblico: tra presente e futuro Il monitoraggio di elementi dinamici in ambiente alpino L'esperienza dell'università di Milano (Dip. Scienze della Terra) 1, Guglielmina DIOLAIUTI 2 Con la collaborazione di Alessio Conforto Massimo Cernuschi Federica Ferrari Davide Fugazza Antonella Senese tiziana.apuani@unimi.it guglielmina.diolaiuti@unimi.it 1 Dip. Scienze della Terra A. Desio Stazione Valchiavenna per lo Studio dell Ambiente Alpino UNIVERSITÀ DI MILANO tiziana.apuani@unimi.it 2 Dip. Scienze della Terra A. Desio UNIVERSITÀ DI MILANO, Italy 2 Dip. Scienze tiziana.apuani@unimi.it e Politiche Ambientali UNIVERSITÀ DI MILANO guglielmina.diolaiutii@unimi.it

2 APR nel monitoraggio di elementi dinamici 2 casi di studio in - ambienti sfavorevoli diversi (quota, temperatura, vento, accesso, copertura satellitare ) Frana di Sommarovina Chiavenna,Lombardia Range altitudinale: m s.l.m. - affrontati con un approccio comune Ghiacciaio dei Forni Parco Nazionale dello Stelvio, Lombardia. Range altitudinale: m s.l.m.

3 IL CASO DI STUDIO della FRANA DI SOMMAROVINA Frana attiva di tipo complesso e composito con scivolamenti rotazionali, traslazionali, crolli e colate detritiche succedutesi nel tempo. Prevalentemente interessa depositi glaciali rimaneggiati, ma anche porzioni di substrato roccioso. N GIUGNO 2014 Apuani e Tandardini (2014) - (scala 1: 2.000)

4 IL CASO DI STUDIO DEL FRANA DI SOMMAROVINA EVOLUZIONE SPAZIO-TEMPORALE Rilevamento diretto di campo Documenti fotografici occasionali Analisi fotoaeree e ortofoto ( ) APR LIMITI metodologici - Differenze nel tipo di ripresa (B/N col), altezza di volo, obiettivo focale, scala. RISOLUZIONE - Intervalli di tempo lunghi e irregolari non legati all evoluzione del corpo in esame; - non disponibili in concomitanza di eventi critici

5 IL CASO DI STUDIO DEL FRANA DI SOMMAROVINA EVOLUZIONE SPAZIO-TEMPORALE dal 2001 arretramento e allargamento del corpo frana (retrogressiva ed in allargamento)

6 IL CASO DI STUDIO DEL FRANA DI SOMMAROVINA MONITORAGGIO STRUMENTALE

7 IL CASO DI STUDIO DEL FRANA DI SOMMAROVINA DATI TECNICI velivolo e fotocamera Quadricottero classe 650 basato su Autopilota VR Brain Firmware APM Arducopter Peso: 2.75 Kg Antenna multicostellazione GPS+GLONASS Fotocamera Canon Powershot ELPH 320HS 16 Megapixel Sistema di scatto automatico Autonomia di volo: 20 minuti Piattaforme di posizionamento camera dotate di un dispositivi di disaccoppiamento per scatto planimetrico o scatto panoramico

8 IL CASO DI STUDIO DEL FRANA DI SOMMAROVINA 23/09/2016 Test preliminare ricognitivo Volo 1 (P1): piano, ad altezza di 100 m inquadramento generale PIANI DI VOLO Volo 2 (P2): piano, ad altezza di 30 m maggior dettaglio morfologie e materiali affioranti Software: MISSION PLANNER Volo 3 (I3): con camera inclinata di 45 gradi, ad altezza di 30 m focalizzato sulla zona di nicchia, caratterizzata da una scarpata sub-verticale

9 IL CASO DI STUDIO DEL FRANA DI SOMMAROVINA PROBLEMATICHE di rilievo Quota di volo: Costante rispetto al punto di decollo risoluzione finale non omogenea costante rispetto al suolo : Utilizzo di un DEM più accurato nel software del piano di volo minor autonomia di volo Georeferenziazione: Il Sistema GPS/GLONASS in modalità di posizionamento singolo sul drone garantisce un accuratezza posizionale di 3-5 m insufficiente per studiare la dinamica di una frana. Installazione sistema Real Time Kinematic direttamente da drone Implementazione di target a terra con adeguate dimensioni e orientazioni Luminosità Caratteristiche fotocamera Documentare le condizioni di luminosità nella pianificazione

10 IL CASO DI STUDIO DEL FRANA DI SOMMAROVINA PIANI DI VOLO Software: MISSION PLANNER Data 13/10/2017 Volo 1 (P1): piano, ad altezza costante di 40 m inquadramento generale coronamento P1 Volo 2 (P2): piano, ad altezza costante di 5 m dettaglio parte alta accumulo frana P2 Volo 3, 4 (P3,P4): piano, ad altezza costante di 5 m con differente punto di decollo (radura a metà frana) dettaglio sperone roccioso Problematiche LUMINOSITA P3

11 IL CASO DI STUDIO DEL FRANA DI SOMMAROVINA problematiche di rilievo: Georeferenziazione Azioni migliorative: IMPLEMENTAZIONE CAPISALDI Sfere libere : per riferimento di scala Sfere ancorate su asta: per georeferenziazione e riferiemnto di scala Piani con trama a scacchi per georeferenziazione

12 IL CASO DI STUDIO DEL FRANA DI SOMMAROVINA problematiche di rilievo: Georeferenziazione Azioni migliorative: IMPLEMENTAZIONE CAPISALDI Posizionamento e rilievo coordinate eseguito in modalità RTK tramite rete GNSS SPIN

13 Percorso del sole; IL CASO DI STUDIO DEL FRANA DI SOMMAROVINA problematiche di rilievo: luminosità Ombra Percorso del sole, Analemma

14 IL CASO DI STUDIO DEL FRANA DI SOMMAROVINA ELABORAZIONE IMMAGINI FASI DI ELABORAZIONE: Software: AGISOFT PHOTOSCAN 1. Posizionamento foto e ricostruzione nuvola di punti Point cloud Dense cloud

15 IL CASO DI STUDIO DEL FRANA DI SOMMAROVINA ELABORAZIONE IMMAGINI FASI DI ELABORAZIONE: Software: AGISOFT PHOTOSCAN 1. Posizionamento foto e ricostruzione nuvola di punti 2. Ricostruzione mesh e tessitura criticità: TEMPI DI CALCOLO

16 IL CASO DI STUDIO DEL FRANA DI SOMMAROVINA problematiche di rilievo: luminosità Rilievo

17 IL CASO DI STUDIO DEL FRANA DI SOMMAROVINA MODELLO FOTOGRAMMETRICO RISULTANTE Risoluzione: 5 cm Software: AGISOFT PHOTOSCAN Volo P1-P2-I3 Settembre 2016

18 IL CASO DI STUDIO DEL FRANA DI SOMMAROVINA ELABORAZIONE IMMAGINI FASI DI ELABORAZIONE: Software: AGISOFT PHOTOSCAN 1. Posizionamento foto e ricostruzione nuvola di punti 2. Ricostruzione mesh e tessitura 3. Ricostruzione DSM

19 IL CASO DI STUDIO DEL FRANA DI SOMMAROVINA ESEMPI UTILIZZO MODELLO FOTOGRAMMETRICO Estrazione profili: Software: ArcGIS Software: ParaView

20 IL CASO DI STUDIO DEL FRANA DI SOMMAROVINA ESEMPI UTILIZZO MODELLO FOTOGRAMMETRICO Accurata perimetrazione del corpo frana Guglielmina DIOLAIUTI

21 IL CASO DI STUDIO DEL FRANA DI SOMMAROVINA ESEMPI UTILIZZO MODELLO FOTOGRAMMETRICO Definizione di elementi lineari: trincee e lineamenti scarpata attiva Misura distanze: Altezza apparente scarpata: 30.1 m

22 IL CASO DI STUDIO DEL FRANA DI SOMMAROVINA ELABORAZIONE IMMAGINI Zonazione aree in detrito e in affioramento Misura aree e volumi Caratteri granulometrici unità di detrito Qualià meccanica ammassi rocciosi Unità LITOTECNICHE

23 IL CASO DI STUDIO DEL FRANA DI SOMMAROVINA ELABORAZIONE IMMAGINI Individuazione sorgenti idriche Caratteri IDROGEOLOGICI

24 IL CASO DI STUDIO DEL GHIACCIAIO DEI FORNI Fino al 2015 il più grande ghiacciaio vallivo Italiano, ora frammentato in tre corpi distinti e soggetto a fenomeni di collasso. Sulla lingua di ablazione è operativa dal 2005 una stazione meteo automatica, la prima stazione permanente sopraglaciale sulle alpi Italiane

25 IL CASO DI STUDIO DEL GHIACCIAIO DEI FORNI EVOLUZIONE SPAZIO-TEMPORALE Analisi foto aeree e ortofoto ITT regione Lombardia (1954, 1982, 2003, 2007, 2012) 1954 (A Km 2 ) 1982 (A Km 2 ) 2003 (A Km 2 ) 2007 (A Km 2 ) 2012 (A Km 2 ) : -23% di area

26 Ulteriori prodotti della ricerca Carte glacio-strutturali dei crepacci da ortofoto

27 Primo test: Agosto 2014 Rilevamento ghiacciaio Forni con APR ala fissa Swinglet CAM Fotocamera Canon IXUS 125 HS 16 Megapixel Scatto in modalità automatica Antenna monocostellazione GPS, anemometro e altimetro Peso ridotto (0.5 g) Autonomia di volo: 30 minuti circa Piano di volo Software: E-Motion Ora del volo: 8:20 AM Estensione area di studio: Ca. 1 Km 2

28 I prodotti ottenuti dal primo test Ortofoto e mappe da classificazione automatica Ortofoto originale (risoluzione: 15 cm) Classificazione automatica della superficie glaciale

29 I prodotti ottenuti dal primo test carte glacio-strutturali dei crepacci con metodi automatici Risoluzione: 15 cm Porzione Ortofoto APR Mappa da Classificazione automatica

30 Il secondo test: Settembre 2016 Rilevamento ghiacciaio Forni con APR quadricottero APR identico a quello utilizzato a Sommarovina Predisposizione di target a terra per la georeferenziazione Confronto con dati contemporanei Laser scanner e fotogrammetria close-range per valutare l accuratezza su z (20 cm). Elaborazione DTM a 60 cm di risoluzione e ortofoto a 15 cm.

31 I prodotti ottenuti dal secondo test Variazioni di spessore della lingua glaciale Incremento perdite di spessore (oltre 5 ma -1 )

32 I prodotti ottenuti dal secondo test Carte di pericolosità glaciale Aumento delle zone di collasso

33 Il terzo test: Agosto e Ottobre 2017 Rilevamento ghiacciaio Forni con APR quadricottero Stesso velivolo utilizzato nel Fotocamera MAPIR Survey 2 a 16 Megapixel, focale f/2.8 e alto angolo di visione (82 ) Ampliamento della copertura rispetto al 2016 Migliore georeferenziazione Possibilità di valutare variazioni di spessore su scale temporali minori (stagione ablativa).

34 Potenzialità dell uso APR in aree glaciali di alta quota Superamento problemi di copertura nuvolosa che condizionano le elaborazioni con acquisizioni satellitari Guadagno nella risoluzione spaziale e temporale del dato ottenuto e possibilità di valutare variazioni areali e volumetriche anche di piccola entità -> Possibilità di montare sensori ad hoc per rilievi non limitati al visibile

35 Grazie dell attenzione

36 APR nel monitoraggio di elementi dinamici APR rappresenta lo strumento di supporto nel monitoraggio degli elementi dinamici in ambienti difficili. Supera le difficoltà tecniche degli strumenti di volo tradizionali (copertura nuvolosa e maggiore risoluzione). Consente MIGLIOR RISOLUZIONE RIPETIBILITA DEL VOLO: a frequenza programmata e in situazioni critiche Permette il MONITORAGGIO AREALE e VOLUMETRICO dei corpi dinamici ed il riconoscimento degli indizi di instabilità esterni ai punti strumentati e ai percorsi svolti durante i sopralluoghi diretti essenziale contributo nella PREVISIONE dell EVOLUZIONE spaziotemporale guida alla PIANIFICAZIONE DEL MONITORAGGIO strumentale