Università degli Studi di Salerno Dipartimento di Ingegneria Civile A.A Laurea Magistrale in Ingegneria per l Ambiente ed il Territorio

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1 Università degli Studi di Salerno Dipartimento di Ingegneria Civile A.A Laurea Magistrale in Ingegneria per l Ambiente ed il Territorio Corso di Frane Seminario a cura di: Ing. Dario Peduto Analisi ed interpretazione di spostamenti superficiali con l ausilio di immagini satellitari acquisite da SAR

2 Introduzione aree di rilevante estensione,

3 Tecnologie Innovative Telerilevamento (Remote sensing) E la scienza che consente di ottenere informazioni, senza contatto fisico, dagli oggetti in esame. (Lillesand and Kiefer,1987) Telerilevamento è tutto ciò che riguarda la misura e la registrazione di energia elettromagnetica, riflessa o emessa dalla superficie terrestre, e la correlazione di tali informazioni con la natura e le proprietà degli oggetti sulla superficie terrestre

4 Tecnologie Innovative Tecnica SAR (Radar ad apertura sintetica) (Curlander & McDonough, 1991) E un radar che invia impulsi a microonde verso la scena osservata, registra coerentemente il segnale retrodiffuso e deriva l informazione sulla distanza dei diversi retrodiffusori nella scena dal calcolo del ritardo temporale tra segnale inviato ed eco ricevute. Geometria di acquisizione satelliti ERS1/2

5 Orbita eliosincrona discendente N Roma S

6 Orbita eliosincrona ascendente N Roma S

7 1. E un sistema attivo che non richiede una fonte di illuminazione esterna (luce solare) come i sistemi ottici. 2. Opera alla frequenze delle microonde e quindi può penetrare la coltre nuvolosa 3. E un sistema coerente: consente la misura precisa di variazioni della distanza sensore bersaglio. 7

8 Sensori: ERS1, ERS2, ENVISAT. Passaggi: ogni 35 giorni. Linea di vista LOS:

9 X-band Resolution C-band Quali sensori SAR sono disponibili? Analisi storiche Monitoraggio Repeat Time (days) ERS Envisat 35 RADARSAT-1 24 RADARSAT-2 24 COSMO SkyMed 8 TerraSAR-X Present Day Future

10 Evoluzione della tecnica Metodologie Immagine ERS 2 Singolo interferogramma Mappa di velocità DInSAR Algoritmi di elaborazione Interferometrica multipassaggio di immagini SAR Permanent Scatterers (PS) (Ferretti et al., 2000); Small BAseline Subset (SBAS) (Berardino et al., 2002); Coherent Point Target Analysis (CPTA) (Mora et al., 2003); Interferometric Point Target Analysis (IPTA) (Wegmuller et al., 2005); Spatio-Temporal Unwrapping Network (STUN) (Kampes et al., 2005); Enhanced Spatial Differences (ESD) (Fornaro et al., 2007).

11 Segnale interferometrico Metodologie Bassa risoluzione (pixel al suolo 80x80m) Alta risoluzione (pixel al suolo 10x10m)

12 Che cosa è possibile misurare? ROSSO, identifica gli spostamenti in allontanamento dal sensore radar. BLU, identifica gli spostamenti in avvicinamento dal sensore radar. VERDE, identifica i punti stabili.

13 Che cosa sono i Bersagli Naturali o scatteratori permanenti? Bersagli radar costanti nel tempo: edifici, monumenti, viadotti, antenne, pali, condotte, rocce esposte...

14 Disponibilità dei dati in Italia Il Piano Straordinario di Telerilevamento ( )

15 Disponibilità dei dati nella Regione Campania Il Piano PODIS-Tellus: copertura totale di dati DInSAR ( ) Dati ERS 1 ERS 2 ( ) e dati RADARSAT ( ) Orbita ascendente Orbita discendente

16 Principali applicazioni Subsidenze Frane Faglie sismiche Singoli edifici

17 Framework generale Cascini et al., 2012

18 Studio delle frane con dati DInSAR Esempi nella letteratura scientifica di applicazioni alle frane: Caso studio Autori Spunti derivati dalla analisi della letteratura aree non urbanizzate presenza di vegetazione umidità ; effetto della pendenza dei versanti; frequenza delle misure (35 giorni) che consentono di discriminare spostamenti fino a 1.4 cm ad ogni passaggio; interpretazione della misura a causa della tridimensionalità del fenomeno.

19 Inquadramento della problematica Schema di gestione del rischio da frana Obiettivo dello studio: Aggiornamento delle Carte Inventario a scala 1:25000 con riferimento a: -stato di attività di fenomeni franosi a cinematica lenta; -individuazione di fenomeni franosi a cinematica lenta non cartografati. Fell et al.(2008)

20 Studio delle frane con dati DInSAR Schema proposto per lo studio delle frane Casi studio analizzati Un area nel territorio dell AdB-LGV I Comuni di Frosinone e Torrice (FR) Singoli fenomeni franosi Peduto, 2008; Cascini et al., 2010)

21 landslide number a landslide number a Studio delle frane con dati DInSAR a bassa risoluzione Area studio Frane Stato mappate di attività active phenomena dormant phenomena rotational earth flows rotational earth flows - creeps deep seated 0 slides slides - earth creeps gravitational rotational slides earth flows rotational slides - earth flows flows movements

22 number of landslides (%) Density (num/km2) Number of DInSAR coherent pixels Studio delle frane con dati DInSAR a bassa risoluzione CLASS Tipology CLASS I CLASS II CLASS III Urbanised areas Industrial and commercial urbanised areas Bare rocks Permanent cultivations (olive trees) Heterogeneous agricultural areas In rotation -cultivated areas Bare soils Inland waters Broad-leaved forests with deciduous vegetation Riparian vegetation Forests of conifers Permanent grass Mediterranean scrub Pastures and prairies Evergreen forests or mixed (Broad-leaved + conifers) Open-air mining areas % % % Density (num/km2) Number of coherent pixels 6.16 CLASS I CLASS II CLASS III CLASS I CLASS II CLASS III Peduto, 2008; Cascini et al., 2009) rotational slide earth flow rotational slide - earth flow earth flow - creep 301 frane coperte su 897 pari al 34% creep deep seated gravitational movement Mapped landslides DInSAR covered landslides percentage of DInSAR covered landslides

23 Studio delle frane con dati DInSAR a bassa risoluzione Carta della Visibilità a priori Carta delle Pendenze Carta della Esposizione Carta dell Uso dell Urbanizzato Suolo Orbite ascendenti Orbite discendenti (Peduto, 2008; Cascini et al., 2009) Verifica preliminare su orbite discendenti 86%

24 mean velocity (cm/year Studio delle frane con dati DInSAR a bassa risoluzione Landslide number Percentage (%) Dati DInSAR come indicatori dello stato di attività delle frane coperte active earth flow active rotational slide active rotational slide - earth flow dormant earthflow dormant rotational slide All interno Fuori dalle delle aree mappate aree mappate come frane: come frane: dormant rotational slide - earth flow Nell area di studio ci sono 63 Su vallecole un totale su di che frane intersecano coperte pixel dal dato DInSAR DInSAR: coerenti in movimento. - 84% delle frane quiescenti non presentano evidenze di movimento; L aggiornamento della Carta Inventario potrebbe condursi a - partire 24% delle dalle frane aree attive all interno presentano delle quali evidenze sono di movimento. state registrate condizioni di movimento number of landslides based on geomorphological criteria percentage of landslides with not moving SAR pixels percentage of landslides with moving SAR pixels active rotational slide dormant rotational slide active earth flow (Peduto, 2008; Cascini et al., 2009) dormant earth flow active rotational slide - earth flow dormant rotational slide - earth flow

25 Studio delle frane con dati DInSAR Geometria di acquisizione SAR monodimensionale ASCENDING ORBITS Z Earth flow Simplified scheme Notes Rotational slide Simplified scheme Notes Rotational slide Simplified scheme Notes Head: as mapped by Head: as mapped by NBA Earth flow Simplified scheme Notes LGV at Head: 1:25,000 as mapped scale; by NBA NBA LGV at 1:25,000 Steepest slope direction Rotational slide Simplified scheme mainly vertical LGV at downward 1:25,000 Earth flow scale; Simplified scheme Head: scale; as mapped by ground ground displacements mainly vertical are downward nicchia Head corpo Main di Zone cumulo of NBA displacements LGV at 1:25,000 are body frana nicchia accumulation Head corpo Main di Zone cumulo of supposed. ground displacements are nicchia Head corpo Main di frana Zone cumulo of body frana accumulation scale; ground supposed. body accumulation supposed mainly displacements are Main body: it covers 2/3 nicchia Head corpo Main di frana Zone cumulo of translational with the Main body: it covers 2/3 body accumulation of the landslide (excluding supposed mainly of the landslide (excluding same slope angle as the the head). The first part translational with the the head). The first part (1/3) is characterised by same topographic slope angle surface. as the (1/3) is characterised by vertical downward ground topographic vertical downward ground Main body: surface. it covers 3/4 displacements; displacements; in the in the second part second (1/3) part vertical Main of body: the landslide it covers E (excluding 3/4 (1/3) vertical upward displacements upward displacements are of the landslide head). (excluding Ground are supposed. the supposed. displacements head). Ground are Rotational slide earth flow Simplified scheme Zone of Zone accumulation: of accumulation: Notes displacements are it supposed mainly it represents the remaining supposed mainly Rotational slide earth flow Simplified 1/3 1/3 scheme 1/3 represents Notes the remaining 3 /4 1/ 4 translational with the 1/3 1/3 1/3 of the 1/3 Head: landslide of the as landslide body mapped 3 /4 1/ 4 translational with the body by same slope angle as the (excluding Head: the head). The Rotational slide Simplified scheme (excluding NBA as mapped LGV the prevailing component Creep head). at by 1:25,000 The same slope angle as the NBA of Simplified scheme prevailing component of topographic topographic surface. surface. scale; LGV at mainly 1:25,000 Creep vertical Simplified scheme Notes earth flow the ground scale; the mainly displacements ground displacements vertical Creep Simplified scheme Notes are supposed downward are supposed translational ground Zone Zone of accumulation: of accumulation: it it downward ground translational Ground movements are nicchia with the with same the slope same angle slope angle represents represents the remaining the remaining Head corpo Main di Zone cumulo of movements movements are are nicchia Head corpo Main di Zone cumulo of supposed Ground movements mainly are body body frana frana accumulation accumulation as the supposed. topographic as supposed. the topographic surface. surface. translational 1/4 supposed 1/4 of the of landslide the with landslide body the mainly body same (excluding translational (excluding slope angle the with the as head). the head). the Main Main body: body: it covers it covers topographic Ground same Ground displacements slope surface. displacements angle as are the are 3/4 3/4 of the of landslide the landslide supposed topographic supposed surface. mainly mainly (excluding (excluding the head). the head). translational with the Ground movements are translational with the Ground movements are same slope angle as the supposed mainly topographic same slope surface. angle as the nicchia translational supposed with the mainly topographic surface. nicchia same translational slope angle as the with the 3/4 1/4 topographic same slope surface. angle as the 3/4 1/4 topographic surface. 90 α φ u θ = 23 r LOS direction (Peduto, 2008; Cascini et al., 2010) α s = 11.5 N

26 Studio delle frane con dati DInSAR (Peduto, 2008; Cascini et al., 2010)

27 DInSAR mean velocity (cm/year) DInSAR mean velocity (cm/year) DInSAR mean velocity (cm/year) (Peduto, 2008; Cascini et al., 2010) Studio delle frane con dati DInSAR Velocità medie registrate nei 301 fenomeni franosi coperti dal dato DInSAR head main body accumulation zone Rotational slides head main body accumulation zone Earth flows Rotational slides - Earth flows head main body accumulation zone

28 Studio delle frane con dati DInSAR ad alta risoluzione (Peduto, 2008; Cascini et al., 2010) Area di studio Distribuzione dei dati DInSAR ad alta risoluzione Importanza della congruenza scalare dei dati

29 Studio delle frane con dati DInSAR ad alta risoluzione Displacement (cm) Displacement (cm) Analisi alla scala del singolo fenomeno: la frana de La Consolazione Silty-clayey sands Red-yellow sandstone A-A B-B C-C E-E D-D 3 2 Legend Boundary of the old landslide Main scarp Creep Silty-clayey sands Red-yellow sandstone 1-2 Individuazione di aree a differente -3 cinematismo Time (year) (Peduto, 2008; Cascini et al., 2010) A-A E-E D-D C-C B-B Time (year)

30 Il caso studio di Ascea: analisi dati ERS 1-2 ( ) (Cascini et al., 2011) Pianta Visione di insieme Distribuzione delle velocità nel corpo di frana

31 Il caso studio di Ascea: analisi dati ERS 1-2 ( ) spostamento [cm] Distanza [m] Quote [m] anno Distanza [m] K5M 03KTM (Cascini et al., 2011)

32 Il caso studio di Ascea: analisi dati ERS 1-2 ( ) (Cascini et al., 2011) spostamento [cm] Quote [m] Distanza [m] anno K4I 03K65-7

33 Analisi a grande scala:il caso studio di Pisciotta (SA) Ortofoto 2006 Ottobre marzo 2008 Dicembre 2008 Gennaio 2009 (Cascini et al., 2011)

34 spostamento [cm] Analisi a grande scala:il caso studio di Pisciotta Pisciotta (Salerno) 26 gennaio marzo PS livellazioni 26 gennaio Livellazioni (marzo aprile 2009) 5 gennaio Dati PS (luglio gennaio 2001)? anno si poteva prevedere? (Cascini et al., 2011)

35 Commenti Le analisi condotte con l ausilio di dati DInSAR a BASSA RISOLUZIONE evidenziano che: Le analisi condotte con l ausilio di dati DInSAR ad ALTA RISOLUZIONE evidenziano che:

36 Ricostruzione 3D di spostamenti di edifici in aree densamente urbanizzate (Crosetto et al., 2009)