L'esperienza dell'università di Milano (Dip. Scienze della Terra) nel monitoraggio di elementi dinamici in ambiente alpino

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1 Convegno: Emergenze gestite con APR in aree di difficile accesso e a rischio nelle zone montane L'esperienza dell'università di Milano (Dip. Scienze della Terra) nel monitoraggio di elementi dinamici in ambiente alpino,, Federica FERRARI Con la collaborazione di Davide Fugazza, Roberto Azzoni Massimo Cernuschi Alessio Conforto Carlo D Agata Antonella Senese Dip. Scienze della Terra A. Desio UNIVERSITÀ DI MILANO tiziana.apuani@unimi.it 2 Dip. Scienze della Terra A. Desio Stazione Valchiavenna per UNIVERSITÀ lo Studio dell Ambiente DI MILANO, Italy Alpino UNIVERSITÀ tiziana.apuani@unimi.it DI MILANO alessio.conforto@unimi.it tiziana.apuani@unimi.it Guglielmina.diolaiuti@unimi.it

2 APR nel monitoraggio di elementi dinamici 2 casi di studio in - ambienti estremi 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 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

4 IL CASO DI STUDIO DEL GHIACCIAIO DEI FORNI EVOLUZIONE SPAZIO-TEMPORALE

5 IL CASO DI STUDIO DEL GHIACCIAIO DEI FORNI EVOLUZIONE SPAZIO-TEMPORALE

6 IL CASO DI STUDIO DEL GHIACCIAIO DEI FORNI EVOLUZIONE SPAZIO-TEMPORALE

7 IL CASO DI STUDIO DEL GHIACCIAIO DEI FORNI EVOLUZIONE SPAZIO-TEMPORALE

8 IL CASO DI STUDIO DEL GHIACCIAIO DEI FORNI EVOLUZIONE SPAZIO-TEMPORALE

9 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

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

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

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

13 Ulteriori prodotti della ricerca Cartografia dell albedo superficiale da elaborazioni immagini Landsat Risoluzione: 30 m

14 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

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

16 I prodotti ottenuti dal primo test Ortofoto e mappe da classificazione automatica Ortofoto originale (risoluzione: 15 cm) Confronto APR - Landsat

17 I prodotti ottenuti dal primo test Classificazione automatica della superficie glaciale SUPERFICIE AREA (m 2 ) AREA (%) NEVE GHIACCIO ESPOSTO DETRITO SOPRAGLACIALE MORENE LAGHI EPIGLACIALI TOTALE

18 I prodotti ottenuti dal primo test Confronto APR vs Landsat SUPERFICIE DA APR DA LANDSAT AREA (m 2 ) AREA (%) AREA (m 2 ) AREA (%) GHIACCIO ±0.006% ±0.006% ±24% ±24% MORENE MEDIANE ±0.006% ±0.006% ±24% ±24% TOTALE ±0.002% ±12%

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

20 Il secondo test: Settembre 2016 Rilevamento ghiacciaio Forni con APR quadricottero 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 fisse con dispositivi di disaccoppiamento per scatto planimetrico o scatto panoramico

21 Potenzialità dell uso APR in aree glaciali di alta quota Superamento problemi di copertura nuvolosa che altrimenti impediscono acquisizioni foto aree e immagini 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 Possibilità di eseguire voli a supporto di attività di search & rescue in tempi brevi e con costi contenuti

22 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. Apuani e Tandardini (2014) - (scala 1: 2.000)

23 IL CASO DI STUDIO DEL FRANA DI SOMMAROVINA EVOLUZIONE SPAZIO-TEMPORALE BASATA su: Rilevamento diretto di campo Analisi fotoaeree e ortofoto Documenti fotografici occasionali APR MAGGIO 2013 GIUGNO 2014

24 IL CASO DI STUDIO DEL FRANA DI SOMMAROVINA EVOLUZIONE SPAZIO-TEMPORALE - Analisi fotoaeree e ortofoto ( ) Problematiche: - 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

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

26 IL CASO DI STUDIO DEL FRANA DI SOMMAROVINA MONITORAGGIO STRUMENTALE Dati puntuali ( o lineari) USO - Definizione soglie di criticità - Piani di emergenza (scenari e procedure)

27 Caratteristiche Velivolo IL CASO DI STUDIO DEL FRANA DI SOMMAROVINA DATI TECNICI Quadricottero classe 650 basato su Autopilota VR Brain Firmware APM Arducopter Peso al decollo 2750 gr Autonomia di volo in movimento 25 minuti (20 operativi + 5 riserva + autonomia di emergenza) Antenna GPS Multicostellazione: GPS, Glonass, compatibile Galileo precisione in condizioni ottimali: - LAT e LON 0, di grado - YAW 1 grado - ALT 1 m Camera mout Piattaforme fisse con dispositivi di disaccoppiamento per scatto planimetrico o scatto panoramico Sistema Software: di scatto MISSION PLANNER - Camera trigger basato su distanza percorsa - 1 Tag GPS per ogni foto scattata (no regressione da traccia di volo) - segnale di scatto via cavo Camera Canon ELPH 320HS con firmware modificato Peso 2750 gr Risoluzione fotografia 4: x 3456 Sensore 16.1 Megapixel, 1/2.3 inch CMOS Lente 4.3mm (24 mm in equivalente pellicola 35mm)

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

29 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

30 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

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

32 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

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

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

35 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

36 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

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

38 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

39 Grazie dell attenzione