Interferometria radar satellitare, intervista al professore Nicola Casagli | Ingegneri.info

Interferometria radar satellitare, intervista al professore Nicola Casagli

Dopo le richieste del MIT la Regione Toscana metterà a disposizione delle amministrazioni e e delle società di gestione delle infrastrutture autostradali e ferroviarie un sistema di monitoraggio che utilizza l’interferometria radar satellitare. Ne abbiamo parlato con Nicola Casagli dell'Università di Firenze.

Restituzione del prodotto “Monitoring” aggregata a livello comunale: in verde i Comuni privi di anomalie, giallo riscontrata almeno un’anomalia, arancione indica la presenza di un’anomalia persistenze, rosso la persistenza di un’anomalia rilevante.
Restituzione del prodotto “Monitoring” aggregata a livello comunale: in verde i Comuni privi di anomalie, giallo riscontrata almeno un’anomalia, arancione indica la presenza di un’anomalia persistenze, rosso la persistenza di un’anomalia rilevante.
image_pdf

Il presidente della Regione Toscana, Enrico Rossi, ha annunciato che metterà a disposizione delle amministrazioni pubbliche e delle società di gestione delle infrastrutture autostradali e ferroviarie in Toscana un sistema di monitoraggio, unico in Italia, che utilizza l’interferometria radar satellitare che la Regione ha sviluppato a partire dalla fine del 2016, grazie alla collaborazione con l’Università di Firenze, con il Consorzio Lamma (consorzio pubblico tra la Regione Toscana e il Consiglio Nazionale delle Ricerche) e il Dipartimento Nazionale della Protezione Civile.

Si tratta di un monitoraggio volto al presidio territoriale ed alla prevenzione” – afferma il professore Nicola Casagli ordinario di Geologia Applicata dell’Università di Firenze – “in quanto ogni dodici giorni, squadre di esperti vengono inviate nelle aree dove si sono verificate le anomalie, al fine di monitorare lo stato di salute dell’area ed attuare le eventuali misure preventive. Il metodo nasce come misura preventiva per i fenomeni di dissesto”.

Radar al servizio della sicurezza: analisi tecnica

La tecnica utilizzata, denominata Permanent Scatterers (PS), risale alla fine degli anni ’90, ed è stata sviluppata dal Politecnico di Milano e dalla sua spin-off Telerilevamento Europa. Essa consente, attraverso particolari elaborazioni delle immagini radar provenienti dai satelliti, di misurare gli spostamenti del suolo ad alta precisione. I punti in cui possono essere effettuate misurazioni – denominati Permanent Scatterers o semplicemente PS – corrispondono in genere a manufatti o affioramenti rocciosi, ovvero a punti con risposta stabile alle microonde (emesse dal radar). La particolare tecnica di elaborazione dei dati – basata sull’interferometria – consente di analizzare il segnale retrodiffuso eliminando gli effetti della topografia, dell’atmosfera e del rumore, consentendo così di misurare gli spostamenti del PS con la precisione del mm. Nella stragrande maggioranza dei casi non si tratta di deformazioni dei fabbricati, ma si tratta semplicemente della risposta passiva della struttura al movimento del terreno.

Fino al 2016 la tecnica veniva utilizzata dalle pubbliche amministrazioni ma anche dai gestori delle infrastrutture per produrre mappe degli spostamenti dei PS, con scale di colore rappresentanti movimenti verso l’alto e verso il basso, unitamente alle serie temporali degli spostamenti in un dato periodo di misurazioni. Si trattava quindi di una restituzione statica, corrispondente a una sorta di monitoraggio del territorio a ritroso nel tempo.

Grazie all’introduzione dei satelliti Sentinel (1A e 1B) è stato possibile fare un salto di qualità nell’utilizzo operativo della tecnica, consentendo un vero e proprio monitoraggio del territorio in continuo. “L’idea che avemmo, a seguito del lancio dei satelliti Sentinel, fu quella di elaborare i dati – disponibili gratuitamente sul sito dell’Agenzia Spaziale Europea – ad ogni passaggio (6 giorni) del satellite ottenendo di fatto un servizio di monitoraggio. I dati una volta scaricati sono subito analizzati e ad ogni due passaggi del satellite (6 giorni + 6 giorni), viene emesso un bollettino dall’Università alla Regione Toscana in cui vengono evidenziate eventuali anomalie, a cui segue un immediato sopralluogo.

Il sopralluogo viene convocato dalla Regione Toscana ai Geni Civili, poi agli Uffici tecnici comunali ed ai ricercatori dell’Università in affiancamento ai tecnici della Regione e talvolta vi partecipa il primo responsabile di protezione civile a base comunale, il Sindaco”.

Qual è la formazione richiesta per partecipare al sopralluogo?
Il personale universitario di supporto alla Regione deve aver seguito uno specifico percorso: dopo il percorso ordinario di laurea, si entra a far parte del gruppo di ricerca mediante il dottorato (PhD). Il gruppo di ricerca è un Centro di Competenza delle Protezione Civile nazionale e ha una specifica esperienza nell’applicazione delle conoscenze tecnico-scientifiche sul campo; per questo motivo, dopo il percorso ordinario di formazione, anche gli studenti partecipano attivamente ai sopralluoghi, al fine di formarsi in ambito applicativo e di interpretazione dei dati“.

Quali sono i vantaggi nell’impiego dei dati provenienti dai satelliti Sentinel?
Non trascurabile l’aspetto economico, i dati sono distribuiti e scaricabili gratuitamente, pertanto si ha un abbattimento del costo commerciale. A livello operativo è possibile rivisitare la medesima area ogni 6 giorni, quindi un arco temporale di osservazione più ristretto e che consente un maggiore dettaglio, rispetto al passato”.

Qual è l’estensione dell’area controllata soggetta al monitoraggio in continuo?
I punti sotto controllo su tutta la Regione Toscana sono poco meno di due milioni: più precisamente 1.800.000 suddivisi in circa 900.000 in orbita ascendente ed altrettanti in orbita discendente. Dal metodo non si determina il vettore spostamento (in quanto ci sono solo due distinte linee di vista dei satelliti), pertanto occorre un’analisi critica del dato ottenuto, a cui noi abbiamo dato il nome di radar-interpretazione: nel caso ad esempio di fenomeni di subsidenza da pompaggio lo spostamento è verticale, mentre nel caso di una frana il movimento è in genere lungo la massima pendenza del versante, quindi le misurazioni degli spostamenti vanno proiettate sulla presunta direzione del moto“.

In che modo vengono esplicitati i dati raccolti dal monitoraggio in continuo?
“Attraverso questo progetto si fornisce al contempo un prodotto ed un servizio. Il prodotto ‘Mapping’ corrisponde appunto a delle mappe con la velocità media annua dei PS, in cui sono evidenziate le zone che si muovono più di 1 cm/anno, classificate in funzione degli elementi a rischio presenti nell’area (infrastrutture, edifici, beni culturali ecc..), considerando una pericolosità unitaria in quanto l’accadimento è certo. Ciò consente di avere una valutazione speditiva di rischio con cadenza annuale.

Si parte, per quanto concerne la Toscana, da un’approfondita conoscenza territoriale pertanto  è semplice identificare il grado di esposizione unitamente al tipo di sopralluogo che deve essere condotto.

Il servizio ‘Monitoring’ corrisponde all’emissione di un bollettino cadenzato ogni 12 giorni, a cui seguono sopralluoghi nelle aree in cui sono riscontrate anomalie”.

Riscontro di un'anomalia evidenziata dalla serie temporale di spostamento del PS.

Riscontro di un’anomalia evidenziata dalla serie temporale di spostamento del PS.

Cos’è un’anomalia?
L’anomalia consiste nel discostamento dal trend usuale di movimento: ad esempio un elemento che prima era fermo ed ha iniziato a muoversi, oppure un elemento che si muoveva ad una velocità costante ed ha subito una accelerazione o una decelerazione.

Anomalie classificate per tipologia di dissesto individuate in Toscana

Anomalie classificate per tipologia di dissesto individuate in Toscana

C’è stata la dichiarazione del Presidente della Regione Toscana, di mettere a disposizione il progetto per il monitoraggio delle infrastrutture a seguito di quanto accaduto a Genova, in che modo questo progetto può essere sviluppato per adattarlo al controllo delle infrastrutture?
I satelliti Sentinel-1 hanno media risoluzione, che consente una precisione nella georeferenziazione dei PS di 7 x 2 m.

Per migliorare densità dei PS occorre utilizzare satelliti ad alta risoluzione, tipo Cosmo-SkyMed dell’Agenzia Spaziale Italiana (4 x 1 m) che usano la banda X, ideale per monitorare infrastrutture come ponti, viadotti ed edifici. Per i dissesti (frane, cedimenti, subsidenze etc.) è preferibile usare la banda C di Sentinel-1, con una lunghezza d’onda maggiore che consente di apprezzare spostamenti più elevati. Bisogna tenere conto anche del tempo di rivisitazione sulle stesse aree, Cosmo-SkyMed garantisce un intervallo di osservazione di 16 giorni, ben superiore ai 6 giorni di Sentinel-1.

L’ideale sarebbe l’integrazione di entrambe le tecnologie per un piano di monitoraggio continuo che sia ottimale sia per i dissesti del terreno che delle deformazioni dei fabbricati”.

 Chi è Nicola Casagli?

Casagli Foto Professore ordinario di geologia applicata all’Università di Firenze.

Esperto di rischi geologici, instabilità del terreno, tecnologie di monitoraggio, caratterizzazione e modellazione geologico-tecnica.

Presidente del Centro per la Protezione Civile dell’Università di Firenze e membro della Commissione Nazionale Grandi Rischi.

Vicepresidente dell’International Consortium on Landslides e dell’International Consortium on Geo-disaster Reduction.

Responsabile del World Centre of Excellence on Landslide Risk Reduction dell’International Programme on Landslides.  Fondatore della Cattedra UNESCO per la prevenzione e la gestione sostenibile del rischio idrogeologico.

Ufficiale al Merito della Repubblica Italiana.

È autore di oltre 500 pubblicazioni scientifiche e ha depositato quattro brevetti industriali.

Copyright © - Riproduzione riservata
L'autore
Interferometria radar satellitare, intervista al professore Nicola Casagli Ingegneri.info