Monitoraggio continuo delle frane

con tecnologia radar da satellite

Tool e applicazioni

Cristoforo Abbattista – Planetek Italia srl

pkm026-441-1.0 GIT 2011 - Molfetta, 15 Giugno 2011

Bari_________

�Planetek Italia

�GAP

Roma___

�GEO-K

Atene_________

�Planetek Hellas

Il Gruppo Planetek Italia

Partecipa e condividiInformati e aggiornati

www.planetek.it

RSS news

Newsletter

Blog

http://blog.planetek.it

http://erdasnews.planetek.it

www.Facebook.com/planetek

I Canali video

http://www.youtube.com/planetekitalia

http://vimeo.com/planetek

www.Twitter.com/planetek

GeoXperience Magazine

http://www.planetek.it/news_eventi/geoxperience_magazine

Su web e Social Network

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,…)

Principali Clienti

Monitoraggio Ambientale

Risorse Agricole e Forestali

Sicurezza e Difesa

Esplorazione Planetaria

Monitoraggio Trasporti

Reti Tecnologiche

WebGIS e Infrastrutture di Dati

Territoriali

Space Software

Pianificazione Territoriale

Turismo e Marketing Territoriale

Ambiente Marino e Costiero

Protezione civile e Grandi Rischi

Campi Applicativi

Il geoportale INSPIRE

Catena del Valore

La storia delle frane

�Fra l’anno 843 e il 2009, le frane hanno

causato almeno 15.800 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)

Definizione di frana

�Una frana è il movimento di una massa

di roccia, detrito o terra lungo un

versante, sotto l’influenza della gravità.

Diversità del fenomeno

SCORRIMENTO COLATA

CROLLO ESPANDIMENTORIBALTAMENTO

SCORRIMENTO

Area

Volume

Velocità

Numero delle frane

Area colpita

Area totale in frana

Tempo d’innesco

Vita della frana

100 102 104 106108 1010 1012 1014

-1 1 3 5 7 9 11 13 15

Lunghezza

Differenti unità di misura (Guzzetti et altri)

Diversità del fenomeno

Il supporto del telerilevamento

�Trasformare i prodotti di osservazione

della terra (immagini e dati) in misure

�Dalle misure generare valutazioni

�Dalle valutazioni prendere decisioni

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)

Il telerilevamento RADAR

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

Interferometria SAR

Dall’interferometria ai PS

� Acquisizione in uno stack di scene SAR

– Scelta della scena master

– Scelta dei PS

– Realizzazione degli spostamenti differenziali

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

ArcToolbox

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.

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.

Strumenti di Post-Processing

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

Interfaccia – Finestre di input

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

Output dei tool

Ai layer generati

sono associate le

tabelle che

contengono i risultati

dei calcoli statistici

eseguiti dai tool.

Output dei tool – Tabelle degli attributi

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.

Tool interattivi

Utilizzando il pulsante è possibile

ottenere il grafico degli spostamenti di un

singolo PS o GPS e i relativi parametri

statistici calcolati.

PRODOTTI

Mappa di Copertura territoriale PS

Mappa contestuale dei PS

Mappe di Correlazione (PS/GPS)

Mappe statistiche - Standard

Mappe statistiche - Advacend

Prodotto On-Demand

Il catalogo dei prodotti

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

Copertura Territoriale dei PS

Mappa di copertura PS con input Carta Aree Monitorabili e Carta di Uso del Suolo

Copertura Territoriale dei PS

Mappa di copertura PS confronto orbite ASC e DESC

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

Copertura 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

Contestualizzazione territoriale dei PS

Mappa PS Integrati ottenuta con Mappa di Deformazione PS e Misurazioni con tecnologia GPS

Contestualizzazione territoriale dei PS

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

Correlazione PS-PS e PS-GPS

Prodotto di Correlazione con Mappa di Deformazione, Misura degli Spostamenti con GPS, Breakline

Correlazione PS-PS e PS-GPS

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

Analisi Statistica dei PS

Mappa del Prodotto di analisi statistica

Analisi Statistica dei PS

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.

Tool Interattivo

Filtri di selezione nella generazione del prodotto On-demand

Tool Interattivo

Filtro di selezione sugli output del prodotto On-demand

Tool Interattivo

Grafico dell'osservazione PS con parametri statistici

Tool Interattivo

Tool Interattivo

Generazione prodotto 3D

�Formato KML

�Visibile in Google Earth

DEMO

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)