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Il monitoraggio delle frane in tempo reale

L'interferometria radar da terra e il nuovo software EWuSAR possono essere efficacemente adottati per la creazione di un sistema di allertamento rapido e la gestione delle situazioni di emergenza associate a fenomeni franosi

Nella gestione del rischio associato ai fenomeni franosi, ricoprono un ruolo fondamentale le attività di monitoraggio. Gli strumenti adottati devono essere in grado di misurare in continuo ed in tempo reale grandezze fisiche la cui lettura ed interpretazione sia semplice, automatizzabile e ripetibile nel tempo.

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  • L’interferometria radar da terra e il nuovo software EWuSAR possono essere efficacemente adottati per la creazione di un sistema di allertamento rapido e la gestione delle situazioni di emergenza associate a fenomeni franosi
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    L’interferometria radar da terra e il nuovo software EWuSAR possono essere efficacemente adottati per la creazione di un sistema di allertamento rapido e la gestione delle situazioni di emergenza associate a fenomeni franosi
  • Il diagramma di flusso del sistema di allertamento rapido (Barla e Antolini, 2012)
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    Il diagramma di flusso del sistema di allertamento rapido (Barla e Antolini, 2012)
  • La strumentazione GBInSAR IBIS-L di IDS in posizione di lavoro
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    La strumentazione GBInSAR IBIS-L di IDS in posizione di lavoro
  • La configurazione del sistema e della procedura di elaborazione dati (Barla e Antolini, 2012)
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    La configurazione del sistema e della procedura di elaborazione dati (Barla e Antolini, 2012)
  • Una videata di EWuSAR durante la prova presso il Politecnico di Torino
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    Una videata di EWuSAR durante la prova presso il Politecnico di Torino
  • Una videata di EWuSAR durante la prova presso la frana di Citrin (AO)
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    Una videata di EWuSAR durante la prova presso la frana di Citrin (AO)

Nel caso dei fenomeni franosi, le grandezze fisiche che si sono rivelate più interessanti sono lo spostamento e il suo andamento nel tempo, ovvero la velocità. La tecnica dell’interferometria radar da terra (GBInSAR) consente di ottenere una ricostruzione spazialmente continua ed estesa arealmente del campo degli spostamenti superficiali dei versanti instabili con precisione millimetrica. Queste caratteristiche, unitamente al fatto che non è necessario un contatto diretto con lo scenario in esame ed una sostanziale indipendenza dalle condizioni meteorologiche e di illuminazione, rende la tecnica altamente appetibile ai fini del monitoraggio in tempo reale delle frane e dei fronti minerari e soprattutto come strumento di allertamento rapido (early warning). 

A tal fine, al Politecnico di Torino è stato sviluppato il nuovo software denominato EWuSAR (Early Warning using Synthetic Aperture Radar) che, accoppiato all’interferometria radar da terra, consente di creare un sistema di allertamento rapido in grado di controllare in tempo reale l’evoluzione di un fenomeno franoso.

Il sistema di allertamento rapido

La nuova metodologia proposta per la creazione di un sistema di allertamento rapido per le frane integra sostanzialmente le attività di monitoraggio e di modellazione numerica. 

La prima operazione che si propone di attuare è l’installazione del sistema interferometrico radar da terra (GBInSAR) che permette di ottenere le prime mappe di spostamento e velocità dopo poche ore dalla messa in opera della strumentazione. Il modulo di alimentazione dello strumento, collegato alle batterie e ai pannelli fotovoltaici, fornisce l’energia necessaria per il funzionamento del sensore radar.

Il PC di controllo gestisce il funzionamento del sistema e acquisisce i dati che sono rilevati in continuo. In remoto è poi possibile processare ulteriormente i dati in modo da ottenere le mappe da utilizzare come input per il software EWuSAR. Dall’analisi delle prime mappe di spostamento, in assenza di ulteriori informazioni, sarà possibile ricostruire il quadro deformativo superficiale del fenomeno franoso in esame, selezionando e concentrando l’analisi al contempo sulle zone ritenute più utili per la comprensione dei meccanismi di evoluzione del fenomeno franoso.

Attraverso l’analisi temporale degli spostamenti di queste aree sarà inoltre possibile definire soglie di spostamento (o velocità) connesse con livelli di criticità. In questa fase le soglie saranno scelte sulla base della diretta osservazione dell’evoluzione del fenomeno e delle serie temporali degli spostamenti ottenute per mezzo dell’interferometria radar da terra e saranno in generale marcatamente conservative. Alle differenti soglie saranno associati differenti livelli di criticità e tramite una continua verifica sulle differenti zone si potrà definire la prosecuzione normale del monitoraggio oppure, al contrario, si potranno attivare le specifiche azioni di protezione civile, incrementando al contempo la frequenza delle misure. In un tempo successivo, le soglie potranno essere ridefinite acquisendo ulteriori elementi di conoscenza per mezzo del monitoraggio geotecnico convenzionale, di specifiche indagini geotecniche e della modellazione numerica.

Il nuovo software EWuSAR

Il processo metodologico presentato trova il suo complemento nel software EWuSAR, specificamente sviluppato per permettere di individuare le condizioni di criticità relative ad un fenomeno franoso. Tali criticità sono poi tradotte, se necessario, in segnali di allarme tali da permettere l’attivazione delle procedure volte alla gestione del rischio associato al fenomeno osservato. Il software acquisisce in automatico le mappe di spostamento, di velocità e di qualità generate in modo continuo dal GBInSAR e ne esegue l’analisi. Oltre alla modalità di funzionamento manuale, che consente l’analisi di criticità su singole mappe selezionate dall’utente, il software è stato appositamente creato per analizzare in automatico, le mappe progressivamente generate dal sistema di monitoraggio. 

In caso di superamento delle soglie di attenzione o allarme, il software, oltre ad avvisare l’utente con un pop-up a video e un avviso sonoro, consente di inviare l’avviso di criticità tramite e-mail ad una serie di indirizzi desiderati. L’interfaccia grafica di EWuSAR, semplice ed intuitiva, consente di sovrapporre le mappe di criticità all’immagine dello scenario osservato e di visualizzarle in modo interattivo in modo da garantire la massima flessibilità e la possibilità per l’utente di individuare rapidamente l’origine degli allarmi.

L’interfaccia grafica si presenta organizzata in tre pannelli distinti: 

  • il primo pannello, sulla parte sinistra dell’interfaccia, contiene i comandi relativi alla gestione del funzionamento del software e dei file di input da utilizzare;
  • il pannello centrale è utilizzato per visualizzare la mappa di criticità, eventualmente georeferenziata e sovrapposta ad una ortofoto. In questa sezione sono inoltre presenti i pulsanti che consentono all’utente di interagire con la mappa visualizzata;
  • il terzo pannello, posizionato nella parte destra dell’interfaccia, controlla infine tutti i valori selezionabili dall’utente e le opzioni di funzionamento del software.