Monitoraggio continuo delle frane con tecnologia radar da satellite

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1 Monitoraggio continuo delle frane con tecnologia radar da satellite Tool e applicazioni Cristoforo Abbattista Planetek Italia srl pkm GIT Molfetta, 15 Giugno 2011

2 Il Gruppo Planetek Italia Roma GEO-K Bari Planetek Italia GAP Atene Planetek Hellas

3 Su web e Social Network Informati e aggiornati Newsletter RSS news I Canali video Partecipa e condividi Blog GeoXperience Magazine

4 Principali Clienti 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, )

5 Campi Applicativi Monitoraggio Ambientale Pianificazione Territoriale Risorse Agricole e Forestali Monitoraggio Trasporti Ambiente Marino e Costiero Reti Tecnologiche Protezione civile e Grandi Rischi WebGIS e Infrastrutture di Dati Territoriali Sicurezza e Difesa Esplorazione Planetaria Turismo e Marketing Territoriale Space Software

6 Il geoportale INSPIRE

7 Catena del Valore

8 La storia delle frane Fra l anno 843 e il 2009, le frane hanno causato almeno 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)

9 Definizione di frana Una frana è il movimento di una massa di roccia, detrito o terra lungo un versante, sotto l influenza della gravità.

10 Diversità del fenomeno CROLLO RIBALTAMENTO ESPANDIMENTO SCORRIMENTO SCORRIMENTO COLATA

11 Diversità del fenomeno Vita della frana Tempo d innesco Lunghezza Area Volume Velocità Area totale in frana Area colpita Numero delle frane Differenti unità di misura (Guzzetti et altri)

12 Il supporto del telerilevamento Trasformare i prodotti di osservazione della terra (immagini e dati) in misure Dalle misure generare valutazioni Dalle valutazioni prendere decisioni

13 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)

14 Il telerilevamento RADAR

15 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 ~3m

16 Interferometria SAR

17 Dall interferometria ai PS Acquisizione in uno stack di scene SAR Scelta della scena master Scelta dei PS Realizzazione degli spostamenti differenziali

18 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

19 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. ArcToolbox

20 Interfaccia 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

21 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

22 Output dei tool Tabelle degli attributi Ai layer generati sono associate le tabelle che contengono i risultati dei calcoli statistici eseguiti dai tool.

23 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.

24 Il catalogo dei prodotti PRODOTTI Mappa di Copertura territoriale PS Mappa contestuale dei PS Prodotto On-Demand Mappe di Correlazione (PS/GPS) Mappe statistiche - Standard Mappe statistiche - Advacend

25 Copertura 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 deformazione

26 Copertura Territoriale dei PS Mappa di copertura PS con input Carta Aree Monitorabili e Carta di Uso del Suolo

27 Copertura Territoriale dei PS Mappa di copertura PS confronto orbite ASC e DESC

28 Copertura 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 suolo

29 Contestualizzazione 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 frane

30 Contestualizzazione territoriale dei PS Mappa PS Integrati ottenuta con Mappa di Deformazione PS e Misurazioni con tecnologia GPS

31 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 deformazione

32 Correlazione PS-PS e PS-GPS Prodotto di Correlazione con Mappa di Deformazione, Misura degli Spostamenti con GPS, Breakline

33 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 versante

34 Analisi Statistica dei PS Mappa del Prodotto di analisi statistica

35 Tool 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.

36 Tool Interattivo Filtri di selezione nella generazione del prodotto On-demand

37 Tool Interattivo Filtro di selezione sugli output del prodotto On-demand

38 Tool Interattivo Grafico dell'osservazione PS con parametri statistici

39 Tool Interattivo Generazione prodotto 3D Formato KML Visibile in Google Earth DEMO

40 Conclusioni 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)