Il monitoraggio satellitare continuo del territorio toscano è da oggi disponibile sul sito della Regione

Il Dipartimento di Scienze della Terra dell’Università di Firenze sta effettuando un monitoraggio satellitare in continuo delle deformazioni del terreno sul territorio regionale toscano per conto della Regione Toscana, avente come obiettivo generale l’aggiornamento dinamico del quadro conoscitivo per il rischio idrogeologico: si tratta, considerando le varie orbite, di quasi due milioni di punti (bersagli permanenti) di cui si conoscono i movimenti dal 2015. L’analisi delle mappe di deformazione ricavate dal movimento dei singoli punti permette l’individuazione delle aree interessate da fenomeni di dissesto (principalmente frane e subsidenza) e l’analisi delle serie temporali permette di rilevare aree anomalie, ovvero quelle zone che si muovono in modo diverso rispetto al passato e che quindi necessitano di ulteriori indagini ed approfondimenti. È quindi possibile effettuare uno screening generale di strutture ed infrastrutture, compatibilmente con la risoluzione dei satelliti utilizzati. Questo progetto, che rappresenta la prima esperienza mondiale di un monitoraggio satellitare continuo a livello regionale al mondo, dopo un periodo di sperimentazione era stato presentato nell'aprile 2018 a stampa e professionisti interessati: da oggi una sua parte e cioè la mappatura generale e le elaborazioni delle serie temporali dei dati di ogni singolo punto, sono accessibili a tutti dal portale della Regione Toscana.

Ho già parlato, quando fu presentato al pubblico, del monitoraggio radar satellitare in continuo delle deformazioni del suolo in Toscana. Riassumo brevemente la questione: il progetto è partito dal 2015 e si fonda sulla analisi dei dati dei radar interferometrici, grazie al lancio e alla messa in opera dei satelliti della famiglia Sentinel-1, lanciati e gestiti dall’Agenzia Spaziale Europea e progettati proprio per acquisire dati di deformazione in continuo su scala regionale e nazionale. 

Gli attori principali del progetto sono 4:

1. la Regione Toscana, il committente, che trasmette le informazioni acquisite dal monitoraggio radar satellitare agli enti competenti 

2. il Dipartimento di Scienze della Terra dell’Università di Firenze, che analizza e interpreta i dati, monitora in continuo lo scenario deformativo del territorio della Regione Toscana ed emette il relativo bollettino ogni 12 giorni 

3. il LAMMA, che recepisce i dati (PS) derivanti dall’elaborazione delle immagini (shapefiles), li archivia sui suoi server in un database relazionale e li rende fruibili (sia come download diretto che come servizi web su geoportale) a tutti i potenziali utilizzatori
4. 
la Protezione Civile che ne fa strumento di prevenzione e organizza le procedure per gli eventuali interventi che i dati suggeriscono

I beneficiari sono anche tutti gli enti locali quando si tratta di programmare l’uso del territorio, perché il monitoraggio consente di evitare la scelta di realizzare infrastrutture in zone a rischio di movimento; inoltre è un ottimo ausilio per i DODS (Documenti Operativi per la Difesa del Suolo). La descrizione del sistema la potete trovare in questo post. 
L’uso dell’interferometria satellitare non è certo una novità: è infatti impossibile determinare quanti territori sono sorvegliati in questo modo, ma la novità del progetto è un monitoraggio, principalmente a scopo preventivo, di un intero territorio regionale. 


Il progetto si divide in due attività diverse:

• 
il mapping. un prodotto in cui l’elaborazione dell’archivio storico, e cioè le serie temporali 
dei dati di ogni singolo punto, consente di elaborare una mappa della deformazione del 
suolo e la evidenziazione delle zone e degli elementi a rischio 
• 
il monitoring, un servizio che viene elaborato ogni 12 giorni in base ai dati degli ultimi passaggi dei satelliti ed emette i bollettini di monitoraggio


Ricordo che un singolo dato anomalo in un bersaglio non può essere considerato una anomalia perché una anomalia per essere considerata tale deve persistere per un certo periodo di tempo: infatti lo scostamento del singolo dato può avere cause diverse da quella del movimento (per esempio può essere solo dovuto a variazioni atmosferiche non calcolate).
 Sul portale pubblico è stata inserita esclusivamente la parte di mapping, nella quale è consultabile la serie temporale dei dati; e a questo proposito è interessante notare che i nuovi dati consentono una correzione di quelli precedenti per cui più il dato è vecchio, più è affidabile.

Un esempio di anomalia:

Un bersaglio ha cambiato bruscamente comportamento, 

iniziando un forte movimento di abbassamento

CHE COSA SI VEDE E COSA NON SI VEDE CON QUESTO MONITORAGGIO. Le criticità che vengono segnalate, sono di due tipi: 

• un movimento che inizia bruscamente 
• un movimento costante che cambia la velocità. 

La soglia fissata per l’allarme è una variazione di velocità maggiore di 10 mm/anno.

I bersagli permanenti sono edifici o speroni rocciosi: se gli edifici si muovono si suppone che lo facciano a causa dei movimenti del terreno, specialmente se edifici vicini fra loro mostrano lo stesso comportamento. Inoltre con certi accorgimenti è possibile fare delle osservazioni anche su terreni erbosi (i cosiddetti “bersagli diffusi”), ma le superfici boscate sfuggono in ogni caso al monitoraggio perché gli alberi si muovono.

È possibile comunque creare dei dispositivi che diventano dei bersagli permanenti: essenzialmente si tratta di scatolari metallici che se orientati nel modo giusto, e cioè lungo la linea di vista dei satelliti, possono diventare, appunto, dei bersagli permanenti. Ovviamente questi dispositivi devono essere visibili dai satelliti e quindi in caso di superficie boscata occorrerebbe una radura.

Un esempio di frana: nell'orbita discendente i bersagli si allontanano
mentre in quella ascendente si avvicinano al satellite
ex miniera di Cavriglia (Ar)

I valori positivi di una misura rispetto a quella precedente indicano avvicinamento al satellite, i valori negativi indicano allontanamento dal satellite. Ne consegue che essendo le orbite sfalsate, in caso di movimenti verticali i dati delle due orbite saranno concordi. Se invece i dati indicano movimenti opposti (ad esempio l’orbita discendente indica un allontamento al satellite, quella ascendente un avvicinamento, come nella figura), il movimento avrà una componente orizzontale prevalente, in questo caso verso est. Siccome i satelliti guardano “a destra” in un’orbita ascendente (dal polo sud al polo nord) l’avvicinamento è un movimento verso ovest, l’allontanamento è un movimento verso est. Viceversa nell’orbita discendente.

É importante considerare che questa tecnica non è in grado di rilevare cedimenti e movimenti improvvisi e questo è valido sia per le frane che sugli edifici, ad esempio nel caso che un edifico subisca un collasso strutturale rigido improvviso senza deformazioni precedenti all'evento o nel caso di una frana che si verifichi per l’intervento improvviso di cause esterne. Inoltre il sistema vede al meglio la componente verticale e quella est – ovest del movimento, ma per la sua geometria non può vedere la componente nord – sud

In caso di movimenti verticali, in particolare la subsidenza
in entrambe le orbite i satelliti leggono lo stesso movimento (Pistoia)

FENOMENI E STRUTTURE MONITORABILI. Queste osservazioni sono utili nel caso di deformazioni progressive, essenzialmente per:

• frane a cinematica lenta: da questo punto di vista il monitoraggio è molto interessante, sia perché una frana così (meno di 2.5 cm/anno) può passare inosservata, sia perché anche un frana veloce inizia sempre con movimenti lenti. È evidente che osservare movimenti che possano precedere l’innesco di un fenomeno franoso più importante rappresenta una ottima occasione per prevenire il fenomeno stesso e, soprattutto, i suoi possibili danni. È altrettanto evidente, come ho già fatto notare, che il sistema non funziona in caso di innesco rapido di un evento franoso dovuto a cause che perturbano improvvisamente lo stato del terreno: un evento classico è quello avvenuto nei pressi di Laces il 12 aprile 2010, quando una frana dovuta alla rottura di una condotta dell’acqua per l’irrigazione di un frutteto si è abbattuta improvvisamente e inaspettatamente sulla linea ferroviaria Merano – Malles, provocando il deragliamento di un treno 

• subsidenza del terreno: ne ho parlato spesso, per esempio qui, riferendomi al caso di Pistoia, e ne parlerò di nuovo, perché i dati dei radar interferometrici hanno letteralmente rivoluzionato lo studio di questo fenomeno e ne rappresentano oggi la base analitica ottimale, offrendo uno straordinario sguardo di insieme a livello regionale del problema
• 
movimenti tettonici: l’interferometria radar è fondamentale non solo per determinare le modificazioni della topografia dopo un evento sismico principale, ma anche per evidenziare il creep asismico lungo alcune faglie che si muovono lentamente senza produrre terremoti. In questi casi rispetto all’uso di stazioni GPS appositamente allestite l’interferometria a bersagli permanenti permette una copertura ben più fitta del territorio senza azioni a terra
• attività vulcanica: anche in questo caso valgono le stesse considerazioni fatte sui movimenti tettonici, con in più la notazione che l’osservazione dallo spazio evita rischi per il personale che studia l’evento. Questa è una considerazione a livello generale perché in Toscana non ci 
sono vulcani attivi 

• strutture arginali: le dighe foranee sono degli ottimi riflettori e sono ben monitorabili con questa tecnica. È invece difficile monitorare gli argini, quando non presentano specifici bersagli
• 
per quanto invece riguarda gli edifici, per essere un bersaglio un manufatto in genere deve essere un buon riflettore delle microonde 

Il Ponte Vespucci è invisibile con le microonde

Quindi, a proposito dei manufatti, non tutte le strutture sono monitorabili in questo modo, e questo vale specialmente per una classe di manufatti verso i quali attualmente c’è una focalizzazione particolare dell’opinione pubblica e cioè i ponti. Per esempio, a Firenze l'interferometria radar è in grado di sorvegliare la maggior parte dei ponti, perchè presentano numerosi bersagli utili; solo il Vespucci e il San Niccolò hanno qualità scadenti dal punto di vista della riflessione delle microonde, per cui la loro osservazione satellitare sarebbe possibile solo tramite i dispositivi appositamente installati per fungere da bersagli: altrimenti vanno usate tecniche differenti da terra. 

Inoltre è bene ricordare che dati interferometrici non sono uno strumento utile al fine di stimare la presenza di problemi strutturali in edifici ed infrastrutture ma servono per valutare gli effetti di movimenti del terreno sulle strutture.




IL PORTALE ONLINE si trova a questo indirizzo. Tutta l’infrastruttura per l’ottenimento, l’archiviazione e la fruizione dei dati è stata implementata facendo uso di tecnologie Open Source e i dati geospaziali vengono condivisi attraverso gli standard per l’interoperabilità dell’OGC (Open Geospatial Consortium) 
Entrando nel portale sono disponibili i termini di utilizzo dei dati, un breve manuale (per favore, leggete, soprattutto, la sezione sulle “pratiche da evitare”!!!!) e i file .zip da scaricare delle varie mappe. In più può essere effettuata la consultazione online, in ambiente webGIS. 

Il WebGIS è organizzato secondo un layout standard proprio dei visualizzatori dei dati spaziali: 


• la tavola dei contenuti, dove sono elencati i livelli disponibili alla visualizzazione e alcuni strumenti di interazione con tali livelli 

• la mappa per la visualizzazione e l’interazione con i dati contenuti
• 
vari strumenti che permettono di zoomare nella mappa, interrogare gli oggetti, stampare la mappa e aggiungerci nuovi livelli (siano essi dei dati presenti in locale che provenienti da geoservizi messi a disposizione da altri enti) 



I livelli presenti sulla mappa possono ovviamente essere attivati e disattivati a piacere e il tool di interrogazione dei punti corrispondenti ai bersagli è attivato di default, permettendo la visualizzazione della serie temporale di deformazione dall’inizio del periodo monitorato fino alla data dell’ultima acquisizione satellitare disponibile. 
Oltre ai dati interferometrici sono presenti alcuni dati provenienti dai servizi di Geoscopio di Regione Toscana, come i dati di infrastrutture e trasporti provenienti dal progetto ITERNET (strade, ferrovie e loro classificazione). Sono anche a disposizione le varie tipologie di ponti presenti sul territorio regionale. 

Ci sono altre utili possibilità: 


• effettuare ricerche geografiche per indirizzi o località,
• 
aggiungere dinamicamente altri livelli da altri geo-servizi come ad esempio Geoscopio o Portale Cartografico Nazionale
• aggiungere a piacere vari formati di file vettoriali in possesso dell’utente (shapefile compressi, file di tracce gps, o file in formato kml/kmz)

Insomma, questa esperienza, per adesso unica al mondo, oggi è in parte disponibile a tutti sul portale della Regione Toscana ed oltre ad essere un servizio utile è anche un esempio di come le tecnologie satellitari possano essere un ausilio importante non solo in aree specifiche dove c’è un problema, ma anche servire a livello regionale per l’uso del territorio e la prevenzione dei danni di alcuni fenomeni