Monitoraggio e rilievo frane

MONITORAGGIO E RILIEVO DI UN’AREA A RISCHIO IDROGEOLOGICO

A cura di Dario Della Mora (AEROPIX Aerial Imaging & Survey – E3 Copperativa Startup Innovativa)

Premessa
Rilievo frana

Il presente documento, frutto di diverse esperienze nell’ambito del rilievo di movimenti franosi[1], vuole delineare una metodologia utile al monitoraggio di eventi franosi quiescenti o in atto considerando che il rapido sviluppo della tecnologia ha consentito notevoli progressi nel campo del monitoraggio conoscitivo e di allerta dei fenomeni franosi. Il monitoraggio rappresenta oggi una delle maggiori sfide del settore topografico, dal momento che necessita di alta precisione e massima affidabilità degli strumenti di analisi e calcolo. Monitorare significa controllare attraverso misure l’evoluzione nel tempo di un fenomeno deformativo, attraverso punti di riferimento che si trovano all’interno o in prossimità di un’area.

 

La nostra proposta di monitoraggio di eventi franosi

A tal proposito la nostra società ha rivolto la sua attenzione allo sviluppo di sistemi che consentano di ottenere parametri precisi, affidabili e, ove possibile, rilevati in continuo. Il sistema di monitoraggio infatti deve garantire non solo la continuità e l’affidabilità dei dati raccolti, ma anche il ricorso a più fonti di dati contemporaneamente. E’ vitale, per la coerenza dei risultati tecnico-scientifici, che dal monitoraggio si ottengano serie di dati contemporanee, ottenute per vie diverse, in modo da aver garantita il più possibile la fedeltà al vero del modello che viene ricostruito in base ai dati del monitoraggio.

Monitoraggio frana

Il monitoraggio topografico viene basato sullo studio e l’analisi nel tempo delle variazioni angolari e spaziali dei punti delle parti strutturali materializzati da capisaldi, ma spesso hanno interesse solamente le deformazioni planimetriche oppure solamente quelle altimetriche.

Sul piano tecnologico, si sono sviluppate in questi ultimi anni diverse innovazioni. Una delle novità più interessanti è stata l’utilizzo di sistemi aeromobili a pilotaggio remoto[2] che permettono di affiancare al rilevamento al suolo anche immagini e rilievi aerei di prossimità che consentono risoluzioni molto elevate ed utili a monitorare anche movimenti di pochi centimetri.

Pertanto l’attività di studio di un movimento franoso si può avvalere di vari sistemi strumentali e software che comprendono sia quelli più tradizionali come i rilievi topografici di precisione (reti topografiche) mediante utilizzo di stazioni totali, livelli e strumentazione GPS, con installazione di capisaldi di misura e postazioni fisse per la messa in stazione dell’apparecchiatura topografica; nonché acquisizioni fotogrammetriche aeree di prossimità con SAPR da eseguire ad intervalli regolari onde ottenere modelli tridimensionali del corpo di frana ed elaborati planoaltimetrici molto dettagliati.

Utilizzando i dati ottenuti è quindi possibile produrre :

  • elaborazioni statistiche;
  • costruzione delle stratigrafie dell’area in esame;
  • planimetrie, in cui vengono riportati gli spostamenti planimetrici misurati sui capisaldi;
  • individuazione delle possibili superfici di scorrimento e volumi interessati dal movimento;
  • individuazione del tipo di movimento franoso e sua evoluzione nel tempo.

 

Problematiche e complicanze

È importante rilevare che il controllo effettuato per mezzo di reti topografiche risulta a volte problematico a causa della precisione strumentale, infatti non sempre si è in grado di evidenziare spostamenti quando la loro entità è relativamente “piccola”. Occorrono comunque tecniche di analisi statistica che evidenzino la significatività dei movimenti. Inoltre è sempre opportuno, prima di installare i sensori o i punti di controllo in una determinata posizione, eseguire una simulazione della rete per vedere se gli errori intrinseci della rete sono paragonabili, o meglio ancora inferiori, ai movimenti da monitorare.

Inoltre è da sottolineare la problematicità rappresentata dalla presenza più o meno fitta di vegetazione sul corpo di frana da rilevare. La vegetazione infatti, non solo rende più complicata la fase di acquisizione dei dati topografici[3] ma genera anche un dato “falso” in fase di elaborazione fotogrammetrica che impedisce di vedere al di sotto di essa e quindi di eseguire misurazioni accurate.

 

La metodologia

Riassumendo quanto sopra detto possiamo quindi estrapolare e definire una metodologia “standard” derivante dall’utilizzo combinato delle tecniche sopra descritte:

Fase 1: Sopralluogo preliminare a studio di fattibilità di un sistema di monitoraggio che potrà essere:

  • a rete fissa (capisaldi e punti materializzati in posizione fissa distribuiti a “maglia” sull’area da rilevare)
  • a rete mista o temporanea (i punti sono in parte fissi e in parte collocati di volta in volta e acquisiti, oppure rinnovati ad ogni acquisizione)

Fase 2: Posa dei capisaldi e creazione di una rete topografica

Fase 3: Acquisizione dei dati topografici tramite stazione totale o GPS

Fase 4: Acquisizione dati fotogrammetrici tramite SAPR

Fase 5: ripetizione delle fasi 3 e 4 per tutta la durata del periodo di monitoraggio

Fase 6: Elaborazione ed interpretazione dei dati.

In merito alle fasi 3 e 4 è necessario sottolineare che il tempo che intercorre tra un’acquisizione e la successiva dipende innanzitutto dal periodo disponibile ad eseguire il monitoraggio[4] nonché dal tipo di movimento franoso in atto. E’ ovvio quindi che movimenti rapidi richiedano intervalli di acquisizione molto brevi piuttosto che i tempi dilatati concessi da un movimento molto lento. E’ comunque opportuno considerare che acquisizioni fatte ad intervalli troppo brevi generano un errore statistico inferiore alla precisione dello strumento e pertanto sono da evitare a priori. Sarà quindi compito del ricercatore definire un intervallo di tempo utile a minimizzare il rischio di errori e massimizzare il dato di movimento da acquisire a seconda del tipo di frana in atto.

La strumentazione

La nostra metodologia prevede principalmente l’uso di 3 strumenti di cui i primi due tipicamente topografici.

Stazione Totale: Adoperiamo per la misurazione con precisione sub-centimetrica una stazione totale del tipo Leica TCR803 utile alla misurazione di capisaldi a terra con precisioni su sistema locale nell’ordine dei 3-4 mm all’interno di un raggio non superiore ai 1000 metri[5].

Stazione GPS: Adoperiamo a seconda della situazione una stazione GPS Base-Rover o GPS RTK per la misurazione di capisaldi e per georeferenziazione della rete topografica.

Stazione APR: Per le acquisizioni fotogrammetriche aeree impieghiamo un SAPR multirotore specificatamente progettato per riprese fotogrammetriche di alta qualità con fotocamera full-frame ad alta risoluzione ed ottiche calibrate.

 

Elaborazione dei dati

Per l’elaborazione dei dati e il loro inserimento all’interno di una piattaforma utile all’interpretazione ed all’analisi impieghiamo varie soluzioni software a seconda del dato e dell’obiettivo finale del lavoro. Le piattaforme software più comunemente impiegate sono Photomod, Agisoft Photoscan, Pix4d e Topcon Imagemaster.

L’output dei dati fotogrammetrici è generalmente rappresentato da ortofoto ad alta risoluzione[6],  modelli DTM e nuvole di punti, DEM e shapefile  con curve di livello, nonché sezioni e profili.

rilievo frana

  

fotogrammetria frana

 Conclusioni

Il monitoraggio, se da un lato si attua in condizioni di minore pressione per quanto riguarda i tempi di esecuzione, d’altro canto richiede un’alta precisione di misurazione ed affidabilità. I tempi di osservazione possono essere più lunghi e il fenomeno può essere osservato e misurato con maggiore calma. Soprattutto, il sistema può essere modificato nel corso delle indagini, per far fronte alle migliori conoscenze che via via si acquisiscono.

In definitiva, il monitoraggio è un mezzo di indagine molto potente, con serie difficoltà legate soprattutto all’affidabilità degli strumenti, e, in alcune aree, dovute al vandalismo (rimozione di capisaldi).

La prima limitazione è in fase di superamento grazie ai progressi tecnologici e all’acume dei ricercatori che riescono sempre a minimizzarle, resta il fatto però che il monitoraggio è chiaramente uno strumento come un altro. La soluzione corretta ai problemi deriva sempre dalle capacità del ricercatore che tali strumenti utilizza. Tuttavia in alcune circostanze la superiore resa dello strumento consente passi altrimenti impossibili, e ciò è esperienza comune nella ricerca scientifica, per cui il progresso tecnologico è essenziale per il progresso scientifico.

[1] Montalto Uffugo 2011, Castrovillari 2012, Castrovillari 2014, Pizzo Calabro 2014, Montegiordano 2016.

[2] SAPR o più comunemente DRONI

[3] La stazione totale deve poter vedere un target mentre un gps non deve essere coperto dalla vegetazione che compromette la qualità di ricezione del segnale.

[4] Non sempre si hanno tempi lunghi come quelli consentiti da un programma di ricerca universitaria.

[5] Basato su esperienza personale.

[6] Utili, oltre che per documentare il corpo di frana, anche per visualizzare lo stato di fatto nel corso delle varie acquisizioni con una sovrapposizione a “layer” delle varie ortofoto.

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