DOTTORATO DI RICERCA IN INFRASTRUTTURE E TRASPORTI SCHEDA PER L AMMISSIONE AL III ANNO DI CORSO

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1 DOTTORATO DI RICERCA IN INFRASTRUTTURE E TRASPORTI SCHEDA PER L AMMISSIONE AL III ANNO DI CORSO Dottorando Luca Benenati Ciclo Curriculum Infrastrutture Tutore Mattia Crespi Argomento della ricerca Land displacements monitoring through short-temporal series InSAR processing SEZIONE A Ricerca di Dottorato (massimo 5 pagine) 1 Aggiornamento del programma logico e cronologico delle attività (Precisazione del tema prescelto per la Tesi finale; inquadramento delle attività già svolte e da compiere nell ultimo anno, con aggiornamento delle previsioni su obiettivi e metodologia; cronoprogramma). Il tema scelto prevede la realizzazione di un workflow interferometrico per la valutazione degli spostamenti al suolo con una forte integrazione con dati rilevati da ricevitori GNSS di stazioni permanenti già presenti sul territorio nazionale. Si prevede l utilizzo delle diverse reti esistenti (Rete Dinamica Nazionale, INGV RING, reti regionali e locali) per l utilizzo della loro posizione assoluta al fine di fissare gli spostamenti relativi stimati dall elaborazione interferometrica, nonché per la stima su scala più ampia dell effetto della troposfera sul segnale SAR in banda C di Sentinel-1, in combinazione con altri modelli troposferici (Saastamoinen) 2 Attività di ricerca realizzata nei primi due anni (identificazione e documentazione delle attività di: raccolta dati, sviluppo modelli, calibrazione, validazione delle procedure, eventuali criteri di autoverifica, etc.). L attività di ricerca si era focalizzata sull utilizzo di ricevitori GNSS in situ come riferimento assoluto per gli spostamenti relativi misurati con le tecniche interferometriche sulla stima dell effetto troposferico sul segnale GPS e la sua mitigazione all interno del segnale SAR. Sono state elaborate serie interferometriche dei Campi Flegrei, del Comune di Tivoli e di Civita di Bagnoregio, studiando prima di tutto la capacità degli strumenti software esistenti (commerciali e open source) di elaborare i dati Sentinel-1. In merito all utilizzo dei dati GNSS sono state portate avanti considerazioni relative al vincolamento dell analisi dei dati SAR a sensori GNSS appositamente installati in situ. Questa impostazione del problema lega l utilizzo delle procedure di analisi sviluppate alla realizzazione di una rete di ricevitori GNSS in situ, mentre dal punto di vista industriale sarebbe più efficace sviluppare una procedura di analisi dei dati che consenta l elaborazione degli stessi utilizzando sensori in situ già esistenti, e che tratti i casi in cui sono presenti (o è possibile installare) ricevitori locali più fitti come caso specifico e privilegiato nell ambito dello stesso processo di elaborazione Si è osservato come, a livello Nazionale, nonché internazionale, esistano reti GNSS in costante infittimento, i cui dati sono sistematicamente immessi in rete e resi disponibili tramite protocolli ftp o semplice richiesta via mail. Ad esempio, il Lazio ha realizzato una rete GNSS di 18 stazioni

2 distanti tra loro 35 km, senza considerare le stazioni delle altre reti nazionali presenti sullo stesso territorio. Dunque la ricerca si è reindirizzata verso l utilizzo dei dati GNSS provenienti dalle stazioni già esistenti, in modo da valorizzare i sistemi già esistenti. Si è sperimentato l utilizzo del software open source RTKlib, ravvisando la necessità di verificarne la qualità dei risultati comparandoli con le medesime elaborazioni effettuate tramite il software scientifico Bernese, in modo da poter utilizzare in fase operativa il solo software RTKlib. Relativamente all analisi dei risultati ottenuti durante le elaborazioni preliminari delle serie interferometriche, e per facilitare l isolamento della componente di atmosfera dagli interferogrammi elaborati e consentire così un più agevole confronto con le informazioni troposferiche ricavate dall analisi dei dati acquisiti dai ricevitori GNSS si è ravvisata la necessità di eliminare il più possibile le fonti di errore che influenzano gli interferogrammi, portando a richiedere all Ufficio per la Realizzazione del Piano Straordinario di Telerilevamento i dati LIDAR acquisiti sul Lazio e visualizzabili tramite protocollo WMS sul sito del portale cartografico nazionale. 3 Esame delle problematiche emerse e degli aspetti critici (breve discussione degli elementi caratterizzanti il lavoro compiuto, con particolare attenzione agli aspetti più critici ed alle difficoltà emerse, con indicazione delle soluzioni individuate o delle alternative praticabili per la prosecuzione delle attività). Sono emerse problematiche relative alla non piena maturità degli strumenti software rispetto all elaborazione del formato TOPSAR dei dati Sentinel-1, in particolare rispetto alla necessità di elaborare immagini di grandi dimensioni, per poter includere al loro interno più ricevitori GNSS. Questa necessità è ostacolata da una complessa procedura di mosaicatura di Swath contigui, nonché dai lunghi tempi di elaborazione che tali dimensioni portano con sé, e che limitano la quantità di elaborazioni che è possibile effettuare. Si attendono, entro la fine dell anno, sviluppi nel software commerciale in utilizzo che aprono ad una più rapida ed agevole elaborazione dei dati, nonché sviluppi nella compatibilità tra gli strumenti software open source esistenti (SNAP toolbox STAMPS) che consentano anche la valutazione di procedure di elaborazione interferometriche alternative. Relativamente all utilizzo dei dati da ricevitori GNSS, le già citate considerazioni hanno portato alla rivalutazione delle reti esistenti, che distribuiscono già operativamente i file di osservazione in formato RINE tramite accesso ftp. La necessità di elaborare un gran quantitativo di dati, SAR e GNSS, articolati in diversa maniera nei differenti repository remoti, ha portato alla necessità di gestire la larghezza di banda internet disponibile, nonché le eventuali difficoltà di accesso agli archivi remoti (come spesso accade per lo Scientific Data Hub di Sentinel, ancora non nella sua versione software e hardware finale) Una procedura di download automatica consente di mantenere quotidianamente aggiornato un data storage locale cui sono connesse le macchine virtuali destinate all elaborazione dei dati, consentendo così l elaborazione dei dati anche in caso di temporanea irraggiungibilità degli archivi remoti e senza dover attendere il download di eccessive quantità di dati. La necessità di lavorare, in fase di calibrazione, il più possibile con interferomgrammi depurati dei diversi contributi di fase, ha portato, come detto, alla richiesta dei dati LIDAR esistenti sulla regione Lazio, in modo da poter sottrarre agli interferogrammi anche il contributo di topografia residua che non è possibile rimuovere utilizzando DEM ad alta risoluzione (SRTM DEM, m), se non attraverso procedure di filtraggio operate durante l elaborazione delle serie temporali intere di immagini SAR

3 4 Potenzialità di conseguire un impatto scientifico significativo (giudizio critico sulla efficacia ed originalità che la ricerca, al termine del Dottorato, potrà dispiegare, in relazione al quadro scientifico di riferimento e all evoluzione delle conoscenze in corso in ambito nazionale ed internazionale). La potenzialità dello studio riguarda le possibilità di integrazione delle reti (GNSS) e dei sensori satellitari (Sentinel-1) esistenti e gratuitamente disponibili, che consentano l ottimizzazione delle risorse economiche a disposizione e una più veloce capacità di analisi di situazioni di rischio esistente o potenziale. Lo studio si affaccia inoltre su un possibile e successivo sviluppo e integrazione di tecniche di tomografia GNSS, utili alla modellazione del contenuto d acqua della troposfera. 5 Schema di impostazione della Tesi finale di Dottorato e programmazione delle attività di completamento. La tesi finale conterrà una prima parte di descrizione dei dati e dei metodi utilizzati, con particolare attenzione all integrazione dei dati SAR e GNSS. Si analizzeranno i risultati ottenuti su diversi siti, caratterizzati da diversi modelli cinematici di spostamento (Civita di Bagnoregio, Tivoli, Campi Flegrei) Si confronteranno i risultati ottenuti nell elaborazione di serie storiche, di diversa estensione temporale, di dati SAR, con e senza supporto dei dati GNSS. Si confronteranno le stesse elaborazioni anche con quelle ottenute utilizzando all interno del workflow i dati LIDAR ottenuti Si valuterà l applicabilità a livello nazionale della procedura di elaborazione messa in campo 6 Cronoprogramma (seguire lo schema seguente) n. Attività II Anno (consuntivo) III Anno Partecipazione a corsi, workshop e convegni Ricerca bibliografica sullo stato dell arte InSAR Approntamento infrastruttura di calcolo Approntamento di software per l acquisizione in routine dei dati satellitari Sentinel-1 Acquisizione di competenze nell utilizzo dei dati interferometrici Acquisizione di competenze

4 nell utilizzo dei dati GNSS Definizione siti di test Test su dati GNSS esistenti Definizione rete GNSS Installazione e test rete GNSS sui siti di interesse Acquisizione dati GNSS in situ Acquisizione dati Sentinel-1 Test del workflow sui siti test Elaborazione dati e raffinamento della metodologia Calibrazione dei metodi di stima della troposfera, con dati LIDAR SEZIONE B Attività di collaborazione e supporto; formazione ed acquisizione di capacità evolute (massimo 2 pagine) 1 Partecipazione alle attività di didattica presso la struttura di afferenza (attività seminariale, supporto alla didattica frontale, preparazione di materiale didattico, collaborazione per ricevimento studenti, collaborazione allo svolgimento di tesi di laurea e stages). 2 Attività di formazione (soggiorni presso strutture di didattica e ricerca in Italia e all estero, corsi curriculari o speciali frequentati, partecipazione a seminari, convegni, workshop, etc.). 3 Collaborazione a studi, ricerche, programmi strutturati (contributi in PRIN, ricerche di Facoltà e di Ateneo, convenzioni, etc., con inquadramento del programma e specificazione dell attività prestata). Partecipazione al progetto Civita di Bagnoregio: envisioning a sustainable future, Progetto AWARDS di Università, Anno 2015, prot. C26H15HTB2, Responsabile Giovanni Attili, Ricercatore confermato presso il DICEA SEZIONE C Informazioni (Tale sezione contiene le informazioni richieste alla fine ogni anno dall Ufficio Dottorati) 1) Titolare di borsa erogata dalla Sapienza - Università di Roma.SI NO 2) Nazionalità Italiana

5 3) Dottorato in cotutela. SI NO (se si indicare il cotutore..) 4) Dottorato con doppio titolo.. SI NO 5) Borsa con finanziamento esterno Dottorato Industriale (NAIS srl) SI NO 6) Università di provenienza. 7) Numero di mensilità di ricerca spese in una struttura di ricerca estera: Nessuna 8) Finanziamenti all interno di reti internazionali di formazione alla ricerca..si NO 9) Pubblicazioni e altri prodotti degli ultimi 3 anni Per le aree bibliometriche. Articoli pubblicati su riviste peer-reviewed internazionali (ed eventualmente proceedings per le aree che accettano) con impact factor (indicizzate WoS) o indicizzate Scopus. Nascetti, A., Capaldo, P., Porfiri, M., Pieralice, F., Fratarcangeli, F., Benenati, L., & Crespi, M. (2014). Fast terrain modelling for hydrogeological risk mapping and emergency management: the contribution of high-resolution satellite SAR imagery. Geomatics, Natural Hazards and Risk, 6(5-7), Per le aree non bibliometriche. Prodotti editoriali pubblicati dai dottorandi come Monografie dotate di ISBN e/o pubblicazioni in riviste di fascia A (o prodotti editoriali equivalenti ammessi dalla VQR).