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interferometria sar da terra per il monitoraggio di un ... - Ispra

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INTERFEROMETRIA SAR DA TERRAPER IL MONITORAGGIODI UN FENOMENO DI SPROFONDAMENTO(SINKHOLE) IN TOSCANABUCHIGNANI VINCENZO*, LEVA DAVIDE**,NICO GIOVANNI**, RIVOLTA CARLO***Geologo, libero professionista, Lucca (LU),**LiSALab srl, Tecnocity Alto M<strong>il</strong>anese, Legnano (MI)INTRODUZIONELa piana sulla quale si ubica <strong>il</strong> centro abitato <strong>di</strong> Camaiore, in provincia <strong>di</strong> Lucca, è soggettaal rischio <strong>di</strong> fenomeni tipo “sinkhole”, che si manifestano, nelle varie zone conosciutenel mondo, con la comparsa <strong>di</strong> voragini localizzate, causate <strong>da</strong> crolli con sprofon<strong>da</strong>mento,formazione <strong>di</strong> morfologie tipiche pseudo-circolari e possib<strong>il</strong>e coinvolgimento<strong>di</strong> abitazioni. Il 15 ottobre 1995 <strong>un</strong>a voragine <strong>di</strong> circa 40 m <strong>di</strong> <strong>di</strong>ametro si aprìimprovvisamente in <strong>un</strong>’area residenziale del Com<strong>un</strong>e, in località “Le F<strong>un</strong>i”. A seguito <strong>di</strong>tale evento <strong>un</strong>a palazzina <strong>di</strong> tre piani fu completamente inghiottita, mentre altri cinquee<strong>di</strong>fici furono <strong>da</strong>nneggiati irrime<strong>di</strong>ab<strong>il</strong>mente e demoliti nei giorni successivi. L’attività parossisticadurò circa 18 ore, ma le deformazioni del suolo erano iniziate, secondo quantor<strong>il</strong>evato <strong>da</strong>lle informazioni dei citta<strong>di</strong>ni coinvolti, almeno <strong>di</strong>eci giorni prima, successivamentead <strong>un</strong> sisma <strong>di</strong> <strong>di</strong>screta intensità con epicentro in L<strong>un</strong>igiana. Successivamentea questo fenomeno <strong>di</strong> crollo, sulla zona più urbanizzata della conca camaiorese sonostati eseguiti stu<strong>di</strong>, in base ai quali si sono r<strong>il</strong>evate aree con evidenti carenze <strong>di</strong> massanel sottosuolo, tali <strong>da</strong> farle ritenere strutturalmente frag<strong>il</strong>i e a rischio “sinkhole”.La frag<strong>il</strong>ità della zona è stata evidenziata <strong>da</strong>l gruppo <strong>di</strong> stu<strong>di</strong>o coor<strong>di</strong>nato <strong>da</strong> V. Buchignaninei vari rapporti presentati all’Amministrazione Com<strong>un</strong>ale basati su prospezioni <strong>di</strong>rette(geognostiche), prospezioni geofisiche (sismiche, geoelettriche e gravimetriche),geochimiche, su in<strong>da</strong>gini idrogeologiche e su r<strong>il</strong>ievi topografici. Dalle osservazioni su capisal<strong>di</strong><strong>di</strong> riferimento monitorati con GPS, si osserva che i p<strong>un</strong>ti <strong>di</strong> controllo hanno registratomovimenti verticali concentrati nel centro della conca <strong>di</strong> Camaiore dell’or<strong>di</strong>ne <strong>di</strong>circa 4-5 centimetri, con <strong>un</strong> chiaro “respiro” del materasso alluvionale nei <strong>di</strong>versi <strong>per</strong>io<strong>di</strong>dell’anno, anche in f<strong>un</strong>zione delle pressioni idrauliche interne. In particolare, la notevoleentità dell’escursione misurata tra giugno e <strong>di</strong>cembre 2000 ha fatto registraredei micro-lesionamenti alle strutture murarie rigide, den<strong>un</strong>ciati <strong>da</strong> proprietari <strong>di</strong> abitazioniche hanno r<strong>il</strong>evato piccole crepe, <strong>di</strong>sassamenti dei cancelli, lesioni ai marciapie<strong>di</strong> e<strong>da</strong>i muretti <strong>di</strong> recinzione particolarmente evidenti e manifestatisi soprattutto dopo glieventi alluvionali del <strong>di</strong>cembre 2000.Nelle aree ritenute più frag<strong>il</strong>i si temono ce<strong>di</strong>menti delle strutture e degli e<strong>di</strong>fici esistenti,con deformazioni iniziali del suolo comprese tra qualche m<strong>il</strong>limetro ed <strong>il</strong> centimetro.È infatti fon<strong>da</strong>mentale sottolineare che l’eventuale deformazione del suolo, con evoluzionedei ce<strong>di</strong>menti progressiva, rappresenta <strong>il</strong> precursore principale dell’innesco <strong>di</strong> <strong>un</strong>fenomeno <strong>di</strong> crollo profondo.Il Com<strong>un</strong>e, nell’ottica <strong>di</strong> porre sotto controllo in particolare i precursori del fenomeno“sinkhole”, intende avvalersi <strong>di</strong> <strong>un</strong> sistema <strong>di</strong> <strong>monitoraggio</strong> integrato in grado <strong>di</strong> analizzare,con cadenza <strong>per</strong>io<strong>di</strong>ca, le deformazioni del suolo e, in caso <strong>di</strong> anomalie significative,<strong>di</strong> garantire <strong>un</strong>’allertamento preventivo.Le procedure <strong>di</strong> analisi del rischio <strong>per</strong> gli sprofon<strong>da</strong>menti catastrofici presentano molteanalogie con quelle ut<strong>il</strong>izzate con i fenomeni franosi. Infatti, come le frane, gli sprofon<strong>da</strong>mentirappresentano “movimenti <strong>di</strong> massa” che tuttavia non si sv<strong>il</strong>uppano necessa-INAUGURAZIONEUFFICIALE129


iamente l<strong>un</strong>go <strong>un</strong> versante ma <strong>di</strong> solito in aree pianeggianti. Per questo motivo, nellostu<strong>di</strong>o dello sprofon<strong>da</strong>mento <strong>di</strong> Camaiore verrà applicata la tecnologia LiSA © progettatae sv<strong>il</strong>uppata <strong>da</strong>l Centro Com<strong>un</strong>e <strong>di</strong> Ricerca (CCR) della Commissione Europea e vali<strong>da</strong>tain collaborazione con <strong>di</strong>versi <strong>di</strong>partimenti <strong>un</strong>iversitari, sia in Italia sia all’estero, sufrane ad alto rischio e <strong>di</strong> <strong>di</strong>versa topologia e su strutture <strong>di</strong>fferenti come ponti, <strong>di</strong>ghe emonumenti artistici. In seguito alla positiva conclusione <strong>di</strong> queste ricerche, <strong>il</strong> CCR haassegnato alla LiSALab srl la licenza esclusiva <strong>per</strong> l’ut<strong>il</strong>izzo e la commercializzazione deiservizi offerti <strong>per</strong> mezzo della tecnologia LiSA © .Il sistema LiSA © è <strong>un</strong> interferometro SAR (ra<strong>da</strong>r ad a<strong>per</strong>tura sintetica) mob<strong>il</strong>e, cheo<strong>per</strong>a generalmente nelle bande <strong>di</strong> frequenza C, X e Ku. Esso restituisce mappe bi<strong>di</strong>mensionalidel campo <strong>di</strong> deformazione dell’oggetto o della scena osservata, che possonoestendersi fino a qualche ch<strong>il</strong>ometro quadro, con <strong>un</strong>a precisione nella misura delladeformazione nell’or<strong>di</strong>ne della frazione <strong>di</strong> m<strong>il</strong>limetro. La <strong>di</strong>stribuzione continua dell’informazioneinterferometrica, essendo <strong>di</strong> carattere spaziale, migliora e semplifica l’interpretazionedell’evoluzione del fenomeno osservato, fornendo <strong>un</strong>a visione globale delladeformazione in atto fac<strong>il</strong>mente ut<strong>il</strong>izzab<strong>il</strong>e <strong>per</strong> ulteriori in<strong>da</strong>gini tecniche o simulazioni.Nel caso specifico del Com<strong>un</strong>e <strong>di</strong> Camaiore, <strong>il</strong> sistema LiSA © implementerà <strong>il</strong> <strong>monitoraggio</strong>progettato attraverso <strong>il</strong> controllo delle microdeformazioni del suolo.Un sistema <strong>per</strong> <strong>il</strong> controllo <strong>di</strong> queste tipologie <strong>di</strong> <strong>per</strong>icoli naturali deve rispondere a<strong>da</strong>lc<strong>un</strong>i requisiti che ne garantiscano l’efficienza quali:•l’affi<strong>da</strong>b<strong>il</strong>ità, in quanto <strong>il</strong> sistema deve produrre informazioni significative in modo <strong>da</strong>ridurre al minimo le incertezze nell’interpretazione dei <strong>da</strong>ti e nell’elaborazione degliscenari a rischio associati all’evoluzione del fenomeno;• la robustezza e ut<strong>il</strong>izzab<strong>il</strong>ità in ogni con<strong>di</strong>zione meteorologica, climatica ed ambientale,in modo <strong>da</strong> ridurre al minimo le o<strong>per</strong>azioni <strong>di</strong> manutenzione e <strong>da</strong> evitare l’interruzionedel f<strong>un</strong>zionamento proprio nei momenti critici in cui i <strong>da</strong>ti sono più neces<strong>sar</strong>i;• la flessib<strong>il</strong>ità e maneggevolezza, in modo <strong>da</strong> poter essere pre<strong>di</strong>sposto rapi<strong>da</strong>menteall’approssimarsi <strong>di</strong> con<strong>di</strong>zioni potenzialmente rischiose o <strong>per</strong> controllarne l’evoluzionenel caso l’evento sia già accaduto;• la prontezza nel produrre informazioni in tempo reale imme<strong>di</strong>atamente ut<strong>il</strong>izzab<strong>il</strong>i <strong>per</strong>l’interpretazione del fenomeno.L’articolo ha la seguente struttura. Nel paragrafo 2 viene riportata <strong>un</strong>a breve sintesidegli stu<strong>di</strong> eseguiti sul sinkhole che ha colpito nell’Ottobre 1995 <strong>il</strong> Com<strong>un</strong>e <strong>di</strong> Camaiore.Il paragrafo 3 riassume <strong>il</strong> principio <strong>di</strong> f<strong>un</strong>zionamento del sistema LiSA © e introduce latecnica dell’<strong>interferometria</strong> SAR <strong>da</strong> <strong>terra</strong>. I primi <strong>da</strong>ti acquisiti <strong>da</strong>l sistema LiSA © e relativi<strong>un</strong>a zona urbanizzata al margine nord-orientale del centro storico <strong>di</strong> Camaiore interessata<strong>da</strong>l fenomeno <strong>di</strong> sprofon<strong>da</strong>mento catastrofico del 1995 sono descritti nel paragrafo4. L’articolo si conclude al paragrafo 5 dove sono riass<strong>un</strong>ti i vantaggi della tecnologiaLiSA © .1. SINK-HOLE DI CAMAIORE130Il fenomeno tipo sinkhole è riconosciuto in <strong>di</strong>verse parti del mondo ed è identificato come<strong>un</strong>a calamità scarsamente preve<strong>di</strong>b<strong>il</strong>e e <strong>da</strong>lla quale non è fac<strong>il</strong>e <strong>di</strong>fendersi. In Italia iprincipali <strong>di</strong>ssesti sono in<strong>di</strong>viduab<strong>il</strong>i l<strong>un</strong>go la fascia tirrenica, <strong>da</strong>ll’area vers<strong>il</strong>iese allaCampania. Già <strong>da</strong>lle cartografie del 1800 si può intuire l’esistenza <strong>di</strong> sinkhole, dovuti acrolli con sprofon<strong>da</strong>mento e formazione <strong>di</strong> morfologie tipiche, pseudo-circolari.Il <strong>di</strong>ssesto verificatosi a Camaiore nell’ottobre 1995 è assim<strong>il</strong>ab<strong>il</strong>e a quelli già noti del-


l’alto Lazio, della Pianura Pontina e a quello <strong>di</strong> Grosseto del 1999. La particolarità dellamaggior parte <strong>di</strong> questi fenomeni è <strong>di</strong> avere alc<strong>un</strong>e caratteristiche com<strong>un</strong>i, nonché <strong>di</strong>essere caratterizzati <strong>da</strong>l fatto che <strong>il</strong> bed-rock carbonatico si trova a profon<strong>di</strong>tà notevoli(100 m ed oltre).L’evento <strong>di</strong> cui trattasi è avvenuto nella notte tra <strong>il</strong> 14 ed <strong>il</strong> 15 ottobre 1995 con sprofon<strong>da</strong>mento<strong>di</strong> <strong>un</strong>’area in Via F.lli Cervi ed a<strong>per</strong>tura <strong>di</strong> <strong>un</strong>a “voragine” del <strong>di</strong>ametro <strong>di</strong>circa 30-40 metri. Il <strong>di</strong>sastroso sprofon<strong>da</strong>mento avvenne all’alba del 15 ottobre: <strong>un</strong>fabbricato quadrifam<strong>il</strong>iare fu parzialmente inghiottito, mentre altri 5 fabbricati circostanti,mostrati in Figura 1, vennero gravemente lesionati, tanto <strong>da</strong> essere successivamentedemoliti.Le in<strong>da</strong>gini ed i controlli <strong>di</strong> campagna, eseguiti in varie fasi, sono state <strong>di</strong> tipo geognostico,geoelettrico, sismico, geochimico, gravimetrico e microgravimetrico, e topografico.Contestualmente sono state eseguite in<strong>da</strong>gini geologiche, idrogeologiche ed aerofotogrammetriche<strong>per</strong> delineare <strong>il</strong> quadro geologico e strutturale della conca camaiorese.Le strumentazioni <strong>di</strong> controllo installate intorno all’area del <strong>di</strong>ssesto e più in generalenella conca camaiorese consistono attualmente in: inclinometro, assestimetro,centraline <strong>di</strong> tipo sismico, trasduttori <strong>di</strong> pressione, estensimetri, capisal<strong>di</strong> <strong>per</strong> misuretopografiche e controlli con GPS.Fig. 1 - Foto dell’area in via F.lli Cervi del Com<strong>un</strong>e <strong>di</strong> Camaiore interessata <strong>il</strong> 15 ottobre 1995 <strong>da</strong>lfenomeno <strong>di</strong> sinkhole. Un fabbricato quadrifam<strong>il</strong>iare fu parzialmente inghiottito nella voragine <strong>di</strong>30-40 m creatisi in seguito al fenomeno <strong>di</strong> sprofon<strong>da</strong>mento. Altri cinque fabbricati, in<strong>di</strong>cati in figuracon delle frecce, furono gravemente <strong>da</strong>nneggiati.Le in<strong>da</strong>gini sono servite ad elaborare <strong>un</strong>a prima cartografia <strong>di</strong> screening nella quale sievidenziano zone con anomalie gravimetriche (zone <strong>di</strong> rapido ribassamento del substrato),e zone con tenori anomali <strong>di</strong> gas endogeni. Sono poi stati effettuati prof<strong>il</strong>i tomograficigeoelettrici che hanno messo in luce anomalie elettriche nel sottosuolo. Da tuttaquesta serie <strong>di</strong> in<strong>da</strong>gini è emerso <strong>il</strong> quadro strutturale del substrato profondo della concacamaiorese, con <strong>un</strong> “basso” all<strong>un</strong>gato NW-SE nella zona del crollo e interessanteparte dell’abitato del capoluogo, e con alc<strong>un</strong>e aree nelle quali si presumono probab<strong>il</strong>i cavitàipogee (o com<strong>un</strong>que substrato molto fratturato) a profon<strong>di</strong>tà dell’or<strong>di</strong>ne <strong>di</strong> 100-130 metri <strong>da</strong>l piano campagna. Una in<strong>da</strong>gine sismica è stata mirata a caratterizzare <strong>da</strong>lINAUGURAZIONEUFFICIALE131


p<strong>un</strong>to <strong>di</strong> vista geotecnico (con definizione dei parametri elastici) i depositi alluvionali chehanno progressivamente colmato la piana <strong>di</strong> Camaiore. Tali depositi, costituiti <strong>da</strong> materialieterogranulari, presentano situazioni stratigrafiche caratterizzate <strong>da</strong> scarsa omogeneitàlaterale. Nei <strong>di</strong>ntorni dell’area della “voragine” si r<strong>il</strong>evano orizzonti prevalentementearg<strong>il</strong>losi, a profon<strong>di</strong>tà <strong>da</strong> 40 a 50 metri, che determinano <strong>un</strong> certo confinamentodelle falde acquifere sottostanti. Dalle prospezioni sismiche sopra citate, risulta che iterreni alluvionali tendono a peggiorare le loro caratteristiche geotecniche con la profon<strong>di</strong>tà;in particolare <strong>da</strong> 60 a 100 m <strong>da</strong>l piano campagna si r<strong>il</strong>evano depositi poco addensati,con valori bassi, o quantomeno anomali, dei parametri elastici del terreno.Dalla sintesi dei <strong>da</strong>ti raccolti nel corso delle varie fasi e delle varie tipologie d’in<strong>da</strong>ginecondotte nel sottosuolo della “conca” <strong>di</strong> Camaiore, si delinea <strong>un</strong>o scenario nel quale sievidenzia la presenza <strong>di</strong> zone con anomalie elettriche evidenti, probab<strong>il</strong>mente connesse acavità, e <strong>di</strong> zone nelle quali le anomalie gravimetriche (equivalenti a zone <strong>di</strong> basso o bassissimoaddensamento) sembrano localizzate anche nell’ambito della co<strong>per</strong>tura alluvionale.C’è <strong>per</strong>altro <strong>un</strong>a notevole corrispondenza areale tra le anomalie elettriche in<strong>di</strong>viduatee le anomalie gravimetriche misurate; ad<strong>di</strong>rittura si osserva la sovrapposizione quasi<strong>per</strong>fetta delle anomalie r<strong>il</strong>evate <strong>di</strong>stintamente con i due meto<strong>di</strong> geofisici, sia <strong>per</strong> quantoconcerne quelle profonde che quelle su<strong>per</strong>ficiali. La conferma della frag<strong>il</strong>ità della zona in<strong>di</strong>cata,proviene inoltre <strong>da</strong>lla lettura del <strong>di</strong>cembre 2000 ai p<strong>un</strong>ti <strong>di</strong> controllo con GPS,effettuata successivamente al prol<strong>un</strong>gato <strong>per</strong>iodo <strong>di</strong> intensa piovosità tra ottobre e<strong>di</strong>cembre 2000. Le letture hanno fatto r<strong>il</strong>evare degli abbassamenti dell’or<strong>di</strong>ne <strong>di</strong> circa 3cm concentrati nel centro della conca <strong>di</strong> Camaiore come mostrato in Figura 2. Al contornotali abbassamenti vanno a <strong>di</strong>minuire, fino ad azzerarsi. Contestualmente i vettori<strong>di</strong> spostamento orizzontale hanno fatto osservare <strong>un</strong>a convergenza verso <strong>il</strong> centro dellaconca camaiorese.132Fig. 2 - Misura GPS dello sprofon<strong>da</strong>mento <strong>di</strong> alc<strong>un</strong>i p<strong>un</strong>ti <strong>di</strong> controllo posti al centro della conca<strong>di</strong> Camaiore. Le letture GPS, effettuate nel <strong>di</strong>cembre 2000 successivamente a <strong>un</strong> prol<strong>un</strong>gato<strong>per</strong>iodo <strong>di</strong> l<strong>un</strong>ga pioggia, mostrano <strong>un</strong> abbassamento tra 2 e 3 cm con picchi <strong>di</strong> sprofon<strong>da</strong>mentomaggiore <strong>di</strong> 3 cm concentrati in due aree separate.


Lo strumento ut<strong>il</strong>izzato ed <strong>il</strong> sistema <strong>di</strong> lettura adottato comportano <strong>un</strong> errore che puòessere stimato in circa 1 centimetro. Ciò che è estremamente interessante è la coincidenzadei p<strong>un</strong>ti <strong>di</strong> massimo abbassamento r<strong>il</strong>evato con GPS, con quelli in<strong>di</strong>cati a rischio,caratterizzati <strong>da</strong>lla convergenza <strong>di</strong> anomalie geoelettriche e gravimetriche. Nelleletture successive, con <strong>il</strong> variare delle con<strong>di</strong>zioni piezometriche, si è riscontrato <strong>un</strong> an<strong>da</strong>mento“a respiro” del suolo della conca camaiorese, a <strong>di</strong>mostrazione della <strong>di</strong>retta influenzadelle pressioni idrauliche sulle osc<strong>il</strong>lazioni micro-morfologiche del suolo e, probab<strong>il</strong>mente,del sottosuolo.Le zone che hanno fatto r<strong>il</strong>evare la maggiore entità <strong>di</strong> scostamenti nelle letture GPS sitrovano in corrispondenza delle aree nelle quali le anomalie sembrano meno profonde.La maggiore classe <strong>di</strong> rischio attribuita a tali aree deriva <strong>da</strong>lla <strong>di</strong>versa risposta temporaleche potrebbe manifestarsi nello sv<strong>il</strong>uppo <strong>di</strong> <strong>un</strong> nuovo sinkhole, <strong>da</strong>to che <strong>un</strong> eventualecrollo che si genera a profon<strong>di</strong>tà modesta ha <strong>un</strong>’evoluzione assai rapi<strong>da</strong> e, conseguentemente,concede <strong>un</strong> tempo minore <strong>per</strong> le o<strong>per</strong>azioni <strong>di</strong> messa in sicurezza dellapopolazione.Gli obiettivi che devono essere raggi<strong>un</strong>ti, quin<strong>di</strong>, sono quelli finalizzati alla preventivatutela della pubblica incolumità nelle zone a rischio sinkhole conosciute o riconoscib<strong>il</strong>i.Nel caso in oggetto, <strong>il</strong> <strong>monitoraggio</strong> è la sola risorsa che possa consentire la prevenzione,e la conseguente attuazione <strong>di</strong> piani <strong>di</strong> sicurezza, nei confronti del ripetersi <strong>di</strong> <strong>un</strong>evento sim<strong>il</strong>e, <strong>da</strong>to che, alla luce dei <strong>da</strong>ti esistenti e delle conoscenze <strong>di</strong> altri casi analoghi,appare <strong>di</strong>ffic<strong>il</strong>e, <strong>da</strong>l p<strong>un</strong>to <strong>di</strong> vista o<strong>per</strong>ativo-tecnico-economico, realizzare interventistrutturali <strong>di</strong> messa in sicurezza dei suoli e delle aree e<strong>di</strong>ficate coinvolte.Il <strong>monitoraggio</strong> dei precursori appare quin<strong>di</strong> la risorsa più imme<strong>di</strong>ata ed efficace <strong>per</strong> laprevenzione del rischio. Nel caso specifico, <strong>da</strong>to che le micro-deformazioni del suolo,qualora non dovessero manifestare <strong>un</strong> normale “respiro”, ma dovessero invece presentare<strong>un</strong>a tendenza al progressivo abbassamento, costituiscono <strong>un</strong> elemento precursorefon<strong>da</strong>mentale, si è progettato <strong>un</strong> sistema <strong>di</strong> controllo ad hoc che dovrà fornire<strong>un</strong> quadro continuo della situazione del suolo <strong>di</strong> gran parte della conca camaiorese arischio.Già nel 2000 era stata presa in considerazione la possib<strong>il</strong>ità <strong>di</strong> realizzare <strong>un</strong> sistema <strong>di</strong>controllo basato su <strong>interferometria</strong> ra<strong>da</strong>r <strong>da</strong> satellite, con letture <strong>da</strong> mezzo orbitanteogni 35 giorni. Il sistema LiSA © , <strong>il</strong> cui principio <strong>di</strong> f<strong>un</strong>zionamento si fon<strong>da</strong> sull’<strong>interferometria</strong>ra<strong>da</strong>r <strong>da</strong> <strong>terra</strong>, è apparso più appropriato potendo esso monitorare fenomenigeologici con <strong>un</strong>a rapi<strong>da</strong> <strong>di</strong>namica temporale e <strong>un</strong>a piccola estensione spaziale.2. TECNOLOGIA LISA ©Il sistema LiSA © (Linear Synthetic A<strong>per</strong>ture ra<strong>da</strong>r) è <strong>un</strong> ra<strong>da</strong>r ad a<strong>per</strong>tura sintetica consensore posizionato a <strong>terra</strong>. Esso è costituito <strong>da</strong> due antenne ra<strong>da</strong>r, <strong>un</strong>a trasmittenteed <strong>un</strong>a ricevente, fissate su <strong>un</strong>a slitta che si muove su <strong>di</strong> <strong>un</strong> binario rett<strong>il</strong>ineo, realizzandocosì l’a<strong>per</strong>tura sintetica. La l<strong>un</strong>ghezza del binario varia <strong>da</strong> 1 a 4 m in base allarisoluzione spaziale richiesta. La componente a microonde del sistema, che può ut<strong>il</strong>izzarefrequenze sino a 18 GHz, è costituita <strong>da</strong> <strong>un</strong>o scatterometro ad on<strong>da</strong> continua a scansione<strong>di</strong> frequenza. Lo schema in Figura 3 mostra la configurazione <strong>di</strong> misura. La posizione<strong>di</strong> ciasc<strong>un</strong> p<strong>un</strong>to P dell’oggetto osservato è <strong>da</strong>ta nell’immagine SAR in terminidelle coor<strong>di</strong>nate <strong>di</strong> azimut e range. La <strong>di</strong>rezione <strong>di</strong> azimut x è in<strong>di</strong>viduata <strong>da</strong>l binario mentrequella <strong>di</strong> gro<strong>un</strong>d-range y <strong>da</strong>lla <strong>di</strong>rezione ortogonale ad x contenuta nel piano z=0 (sive<strong>da</strong> la Figura 3). La <strong>di</strong>rezione <strong>di</strong> range r è invece <strong>da</strong>ta <strong>da</strong>lla congi<strong>un</strong>gente <strong>il</strong> p<strong>un</strong>to Posservato con <strong>il</strong> centro del binario.INAUGURAZIONEUFFICIALE133


Fig. 3 - Configurazione <strong>di</strong> misura del sistema LiSA© . Le antenne TX/RX vengono spostate l<strong>un</strong>go<strong>il</strong> binario la cui l<strong>un</strong>ghezza fornisce l’a<strong>per</strong>tura sintetica del ra<strong>da</strong>r. La <strong>di</strong>rezione <strong>di</strong> azimut (x) coincidecon quella del binario mentre quella <strong>di</strong> range (y) è <strong>per</strong>pen<strong>di</strong>colare ad esso.La qualità dell’informazione contenuta nelle immagini SAR è <strong>da</strong>ta <strong>da</strong>lla risoluzione spaziale,ossia <strong>da</strong>lle <strong>di</strong>mensioni spaziali della più piccola porzione <strong>di</strong> area <strong>di</strong>stinguib<strong>il</strong>e nell’immagine.Minori sono queste <strong>di</strong>mensioni, maggiore è la risoluzione del sistema LiSA © .La risoluzione spaziale delle immagini nelle <strong>di</strong>rezioni <strong>di</strong> “range”, Dr e azimut Dx (<strong>di</strong>rezionedetta anche <strong>di</strong> “cross-range”) è <strong>da</strong>ta <strong>da</strong>:∆r =c2B f∆x = λr2Ldove c è la velocità della luce, B fla larghezza <strong>di</strong> ban<strong>da</strong> ut<strong>il</strong>izzata <strong>da</strong>l sistema, L l’a<strong>per</strong>turasintetica, λ la l<strong>un</strong>ghezza d’on<strong>da</strong> del ra<strong>da</strong>r e r la <strong>di</strong>stanza <strong>di</strong> P <strong>da</strong>l centro del binario.La risoluzione in range è la stessa sull’intera immagine mentre quella in azimut <strong>di</strong>pende<strong>da</strong>lla <strong>di</strong>stanza dell’area in esame. Tipicamente sono ottenib<strong>il</strong>i risoluzioni <strong>di</strong> circa 4 metriad <strong>un</strong> ch<strong>il</strong>ometro <strong>di</strong> <strong>di</strong>stanza, risoluzioni che migliorano notevolmente arrivando nell’or<strong>di</strong>nedei centimetri nel <strong>monitoraggio</strong> a breve <strong>di</strong>stanza (nell’or<strong>di</strong>ne delle decine <strong>di</strong> metri).Quest’ultima caratteristica è particolarmente gra<strong>di</strong>ta nel campo del <strong>monitoraggio</strong> deglispostamenti o ce<strong>di</strong>menti <strong>di</strong> gran<strong>di</strong> strutture quali <strong>di</strong>ghe, ponti o monumenti artistici.Se la porzione <strong>di</strong> area monitorata subisce <strong>un</strong>o spostamento, è possib<strong>il</strong>e valutarne l’entitàcon precisioni inferiori al m<strong>il</strong>limetro, sfruttando l’informazione connessa alla fase.Questa estrema sensib<strong>il</strong>ità è dovuta al fatto che gli spostamenti sono <strong>di</strong>rettamente correlaticon la fase ricevuta ed è possib<strong>il</strong>e valutarne quantitativamente, me<strong>di</strong>ante le tecnicheinterferometriche, anche minime variazioni.La configurazione interferometrica LiSA © prevede la ripresa <strong>di</strong> immagini ra<strong>da</strong>r a tempi<strong>di</strong>fferenti, ma esattamente <strong>da</strong>lla stessa posizione. Ciò consente <strong>di</strong> misurare con <strong>un</strong>aaccuratezza inferiore al m<strong>il</strong>limetro lo spostamento d del terreno nell’intervallo <strong>di</strong> tempointercorso fra le due acquisizioni e <strong>da</strong>to <strong>da</strong>134


∆x = λ 4π ϕ 135a partire <strong>da</strong>lla conoscenza della l<strong>un</strong>ghezza d’on<strong>da</strong> l e della <strong>di</strong>fferenza <strong>di</strong> fase j misurata<strong>da</strong>l ra<strong>da</strong>r. Ogni frangia dell’immagine <strong>di</strong> fase j corrisponde a <strong>un</strong>o spostamento d del terrenomisurato l<strong>un</strong>go la <strong>di</strong>rezione <strong>di</strong> osservazione del ra<strong>da</strong>r e pari a mezza l<strong>un</strong>ghezza d’on<strong>da</strong>del ra<strong>da</strong>r (LEVA et al., 2003a, LEVA et al., 2003b). Questa proprietà consente <strong>un</strong>afac<strong>il</strong>e e rapi<strong>da</strong> interpretazione delle mappe <strong>di</strong> deformazione fornite <strong>da</strong>l sistema.Il sistema LiSA © è concepito <strong>per</strong> <strong>il</strong> controllo a <strong>di</strong>stanza e in continuo. La cadenza ravvicinatadelle misure (10-15min) <strong>per</strong>mette a questo sistema <strong>di</strong> fornire ut<strong>il</strong>i in<strong>di</strong>cazioni inmerito a importanti parametri quali velocità e accelerazione dei movimenti franosi odelle deformazioni strutturali. La possib<strong>il</strong>ità <strong>di</strong> intervenire <strong>di</strong>rettamente sulla frequenzatemporale dei cicli <strong>di</strong> misura, inoltre, consente <strong>di</strong> adeguare costantemente <strong>il</strong> sistemaall’evoluzione del fenomeno monitorato.La tecnologia LiSA © è stata usata in numerose campagne <strong>di</strong> misure, come nel <strong>monitoraggio</strong>della riproduzione della facciata del palazzo Geraci, nel collaudo statico <strong>di</strong> <strong>un</strong>apasserella pedonale in cemento armato, nel <strong>monitoraggio</strong> della <strong>di</strong>ga <strong>di</strong> Ridracoli inRomagna e nel <strong>monitoraggio</strong> delle frane del Passo Gottardo in Svizzera, del Ruinon inLombar<strong>di</strong>a, del monte Tessina in Veneto, <strong>di</strong> Schwaz in Austria, <strong>di</strong> Ceriana in Liguria, <strong>di</strong>Fiorenzuola in Toscana, <strong>di</strong> Salice d’Ulzio in Piemonte, <strong>di</strong> Rocca Pitigliana in Em<strong>il</strong>ia, <strong>di</strong>Cortenova in Lombar<strong>di</strong>a, sull’isola <strong>di</strong> Stromboli e sul vulcano Etna in Sic<strong>il</strong>ia. Nei casi dellafrane <strong>di</strong> Fiorenzuola, Cortenova e <strong>di</strong> Stromboli, le applicazioni hanno avuto <strong>un</strong> carattere<strong>di</strong> servizio o<strong>per</strong>ativo a supporto delle attività <strong>di</strong> Protezione Civ<strong>il</strong>e dei servizi Nazionalee/o Regionale.L’ut<strong>il</strong>izzo del sistema LiSA © è inoltre particolarmente in<strong>di</strong>cato <strong>per</strong> <strong>il</strong> <strong>monitoraggio</strong> dellastab<strong>il</strong>ità delle pareti <strong>di</strong> cave (LEVA et al., 2004). Tutte le applicazioni descritte in precedenzasi basano su <strong>un</strong>a configurazione interferometrica detta zero-baseline. Questo vuol<strong>di</strong>re che l’informazione sulla deformazione su<strong>per</strong>ficiale dell’oggetto osservato è ottenutaelaborando due immagini SAR acquisite <strong>da</strong>lla stessa antenna ricevente mentre questasi muove l<strong>un</strong>go <strong>il</strong> binario. Tuttavia, è anche possib<strong>il</strong>e impiegare <strong>un</strong>a versione avanzatadel sistema LiSA © con due antenne riceventi che soli<strong>da</strong>lmente si muovono l<strong>un</strong>go <strong>il</strong>binario. La <strong>di</strong>stanza tra le due antenne riceventi è detta baseline. Questa configurazioneinterferometrica, caratterizzata <strong>da</strong> <strong>un</strong>a “visione stereoscopica”, è particolarmentea<strong>da</strong>tta <strong>per</strong> l’ottenimento <strong>di</strong> Modelli Digitali del Terreno <strong>di</strong> elevata precisione (NICO et al.,2004). Queste due configurazioni interferometriche possono essere impiegate contemporaneamente<strong>per</strong> misurare le deformazioni <strong>di</strong> pendenza causate <strong>da</strong> frane moltoveloci su <strong>un</strong>a scala temporale <strong>di</strong> poche ore o giorni usando la configurazione interferometricazero-baseline ed in<strong>di</strong>viduare le aree nelle quali, a causa della frana, si sono verificatedelle importanti variazioni <strong>per</strong> mezzo della configurazione interferometrica stereoscopicamorfologiche (ANTONELLO et al., 2004).3. RISULTATIIn questo paragrafo vengono mostrati i primi risultati <strong>di</strong> <strong>un</strong>a campagna <strong>di</strong> misura effettuatasul sito <strong>di</strong> Camaiore. Il sistema LiSA © è stato installato su <strong>un</strong>a collina che dominal’abitato <strong>di</strong> Camaiore a <strong>un</strong>’altezza <strong>di</strong> circa 285 m slm l<strong>un</strong>go la stra<strong>da</strong> com<strong>un</strong>ale <strong>per</strong>Greppol<strong>un</strong>go (Figura 4). Le due immagini SAR, mostrate in Figura 5, sono state acquisite<strong>da</strong>l sistema LiSA © ad <strong>un</strong> intervallo temporale <strong>di</strong> circa 22 minuti e con <strong>un</strong>a a<strong>per</strong>turasintetica <strong>di</strong> 280 cm. Le due immagini SAR, ottenute alla frequenza <strong>di</strong> 16.75 GHz eusando <strong>un</strong>a ban<strong>da</strong> <strong>di</strong> 100 MHz, sono mostrate con <strong>un</strong> range <strong>di</strong>namico <strong>di</strong> 30 dB. Essesono state acquisite usando <strong>un</strong>a configurazione interferometrica zero-baseline. L’esten-INAUGURAZIONEUFFICIALE


sione dell’area monitorata è <strong>di</strong> 1400 m sia nella <strong>di</strong>rezione <strong>di</strong> azimut sia in quella <strong>di</strong> range.La risoluzione spaziale delle immagini SAR e <strong>di</strong> 1.5 m nella <strong>di</strong>rezione <strong>di</strong> range mentre larisoluzione nella <strong>di</strong>rezione <strong>di</strong> azimut varia <strong>da</strong> 1.2 m al near-range a 5.7 m al far-range.Fig. 4 - Immagine fotografica della zona <strong>da</strong> monitorare.Fig. 5 - Immagini SAR della piana del com<strong>un</strong>e <strong>di</strong> Camaiore, rappresentata nell’immagine fotografica<strong>di</strong> Figura 4, interessata nel passato <strong>da</strong> fenomeni <strong>di</strong> sprofon<strong>da</strong>mento catastrofici. Le due immaginisono state acquisite <strong>da</strong>l sistema LiSA© ad <strong>un</strong> intervallo <strong>di</strong> circa 22 minuti usando <strong>un</strong>a a<strong>per</strong>turasintetica <strong>di</strong> 280 cm.136L’elaborazione interferometrica delle due immagini SAR consente <strong>di</strong> ottenere la mappadelle deformazioni del terreno mostrata nell’immagine a sinistra in Figura 6 e relativaalla piana del com<strong>un</strong>e <strong>di</strong> Camaiore. Questa mappa fornisce la componente l<strong>un</strong>go la <strong>di</strong>rezione<strong>di</strong> vista del ra<strong>da</strong>r della reale deformazione del terreno. Tuttavia, essendo <strong>il</strong> tipo <strong>di</strong>deformazione della su<strong>per</strong>ficie del terreno attesa causata <strong>da</strong>llo sprofon<strong>da</strong>mento catastroficopuramente verticale, l’informazione contenuta nella mappa <strong>di</strong> deformazione <strong>di</strong>Figura 6 consente <strong>di</strong> ricostruire la reale deformazione del terreno usando argomentigeometrici. La risoluzione spaziale della mappa <strong>di</strong> deformazione è la stessa delle immaginiSAR. La precisione della misura interferometrica della deformazione è subm<strong>il</strong>lime-


trica e <strong>di</strong>pende <strong>da</strong>l coerenza del segnale interferometrico mostrata nella mappa adestra <strong>di</strong> Figura 6.Fig. 6 - Mappa degli spostamenti (a sinistra) e coerenza interferometrica (a destra) ottenute elaborandointerferometricamente le due immagini SAR mostrate in Figura 5. Il colore rosso dellamappa <strong>di</strong> spostamento in<strong>di</strong>ca, secondo la scala dei colori posta a destra, che non è stata misurataalc<strong>un</strong>a deformazione del terreno nell’intervallo <strong>di</strong> tempo tra le due acquisizioni SAR.CONCLUSIONII primi risultati ottenuti <strong>da</strong>ll’elaborazione <strong>di</strong> <strong>da</strong>ti SAR interferometrici acquisiti <strong>da</strong>l sistemaLiSA © sulla piana del com<strong>un</strong>e <strong>di</strong> Camaiore colpita <strong>da</strong> <strong>un</strong> fenomeno <strong>di</strong> sprofon<strong>da</strong>mentocatastrofico nell’Ottobre 1995 hanno mostrato la fattib<strong>il</strong>ità tecnica <strong>di</strong> <strong>un</strong> sistema <strong>di</strong><strong>monitoraggio</strong> <strong>di</strong> questo fenomeno <strong>per</strong> mezzo della tecnologia LiSA © . Questa tecnologia,basata sulla tecnica della <strong>interferometria</strong> SAR <strong>da</strong> <strong>terra</strong> presenta i seguenti vantaggi:- è in grado <strong>di</strong> generare mappe <strong>di</strong> deformazione del terreno georeferenziate che riesconoa coprire qualche ch<strong>il</strong>ometro quadrato <strong>di</strong> su<strong>per</strong>ficie e può essere ut<strong>il</strong>izzata sia <strong>per</strong><strong>il</strong> <strong>monitoraggio</strong> “stand alone” sia <strong>per</strong> testare, progettare o implementare reti <strong>di</strong> sensoritra<strong>di</strong>zionali;- è possib<strong>il</strong>e eseguire le misure interferometriche anche in totale assenza <strong>di</strong> luce o inpresenza <strong>di</strong> nebbia ed in con<strong>di</strong>zioni climatiche avverse;- fornisce risultati preliminari sul campo, pochi minuti dopo aver effettuato le misure;- presenta <strong>un</strong>a velocità d’approntamento limitata a poche ore;- offre <strong>un</strong>a estrema precisione nelle misurazioni effettuate, nell’or<strong>di</strong>ne della frazione delm<strong>il</strong>limetro, ed <strong>il</strong> confronto con sensoristica tra<strong>di</strong>zionale, ha mostrato <strong>un</strong> <strong>per</strong>fettoaccordo tra i risultati;- è <strong>un</strong> valido supporto alle reti <strong>di</strong> <strong>monitoraggio</strong> con strumenti tra<strong>di</strong>zionali, sia già installateed o<strong>per</strong>anti sia in fase <strong>di</strong> installazione;- è in grado <strong>di</strong> in<strong>di</strong>viduare e riconoscere le aree <strong>di</strong> deformazione significativa.BIBLIOGRAFIALEVA D., NICO G., TARCHI D., FORTUNY-GUASCH J. & SIEBER A.J. (2003a) - Temporal analysisof a landslide by means of a gro<strong>un</strong>d-based SAR interferometer. IEEE Transactions onGeoscience and Remote Sensing, 41(4), 745-752.LEVA D., NICO G. & RIVOLTA C. (2003b) - Interferometria SAR <strong>da</strong> <strong>terra</strong> <strong>per</strong> <strong>il</strong> <strong>monitoraggio</strong><strong>di</strong> frane e deformazioni strutturali. Atti della 7 a Conferenza Nazionale ASITA, 1319-1324, 28-31 ottobre 2003, Palazzo della Gran Guar<strong>di</strong>a, Verona.INAUGURAZIONEUFFICIALE137


138LEVA D., NARDIN G., NICO G., RIVOLTA C., VALLE C. & ZAMPEDRI G. (2004) - On the use of LiSASAR interferometer for the monitoring and modelling of <strong>terra</strong>in deformation in aporphyry mine. 1 st General Assembly of the European Geosciences Union, 25-30 Apr<strong>il</strong>e2004, Nizza.ANTONELLO G., FORTUNY J., LEVA D., NICO G., TARCHI D. (2004) - Gro<strong>un</strong>d-based SAR interferometryfor up<strong>da</strong>ting DTMs in landslide areas and evaluating morphological changes.1 st General Assembly of the European Geosciences Union, 25-30 Apr<strong>il</strong>e 2004, Nizza.NICO G., LEVA D., ANTONELLO G. & TARCHI D. (2004) - Gro<strong>un</strong>d-based SAR interferometryfor <strong>terra</strong>in mapping: theory and sensitivity analysis. IEEE Transactions on Geoscienceand Remote Sensing, (in stampa), 2004.

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