Riassunto analitico
L’obiettivo della ricerca è di introdurre l’utilizzo di applicativi di post-processamento dei dati per lo studio delle dinamiche di deformazione del terreno, per l’analisi delle serie temporali e la mappatura dei fenomeni in atto. Tali strumenti sono stati testati a diversa scala per studiare in maniera approfondita sia i fenomeni franosi, che la subsidenza antropicamente indotta e studiarne i rapporti con eventuali fenomeni di innesco. Il primo applicativo è Geo-PSIC (Geomorphic-based Persistent Scatterers Coupling), uno strumento per la scomposizione dei vettori velocità. La novità di Geo-PSIC consiste nell’introduzione di criteri geomorfologici nella fase di selezione di PS appartenenti a geometrie complementari, con conseguente miglioramento della caratterizzazione dei fenomeni di versante. Il secondo applicativo è PS-Time (Berti et al., 2013), un software statistico che permette di classificare le deformazioni in 6 diverse classi in base al loro andamento nel tempo. Infine è stata testa la procedura Hotspot e Cluster Analysis (Lu et al., 2012) come supporto per la mappatura delle deformazioni a scala regionale. Gli applicativi sono stati testati per lo studio dei fenomeni franosi in 2 differenti ambienti geologici e geomorfologici (Sud Tirolo ed Appennino Settentrionale), sia a scala regionale che a scala di versante. L’uso di Geo-PSIC si è dimostrato particolarmente vantaggioso a scala locale ed in ambiente alpino, dove a causa delle brusche variazioni di pendenza, le condizioni geomorfologiche non possono essere trascurate. In contesti appenninici invece, Geo-PSIC apporta minori vantaggi. Lo studio delle serie temporali attraverso PS-Time, si è dimostrato utile a tutti i livelli di analisi. A scala regionale permette la mappatura dei fenomeni franosi caratterizzati da simili trend deformativi, mentre a scala locale permette di studiare la data ed i moduli di: 1) riattivazione; 2) accelerazione; 3). stabilizzazione. Di conseguenza possono essere stabilite eventuali relazioni tra deformazione e fenomeno innescante. Gli stessi strumenti sono stati testati in casi di subsidenza indotta, come nell’estrazione mineraria (Metropolitan Mine in New South Wales, Australia) ed nei tunnel dell’impianto di filtrazione di Seymour-Capilano (North Vancouver, Canada). In entrambi i casi sono state trovate forti correlazioni tra scavo e tipologia di deformazione del terreno. I trend deformativi sono stati discretizzati in “prima” e “dopo” l’evento e ne è stata cartografata la relativa estensione. Nel caso di Metropolitan Mine, che è caratterizzato da dove movimenti rapidi (in luoghi e tempi differenti), è stato utilizzato un approccio combinato diverse tecniche InSAR. Attraverso l’utilizzo dello SqueeSAR™ e del DInSAR, è stato possibile caratterizzare in maniera completa l’evoluzione della bolla di subsidenza, sia nel dominio spaziale che temporale. In particolare è stato stimato l’avanzamento della bolla (centro e fronte) e l’angolo d’influenza (“angle of draw”). Infine l’angolo di influenza stimato con il SAR è stato utilizzato per la calibrazione di SDPS (Surface Deformation Prediction Systems), un modello matematico per la stima della subsidenza basato su relazioni empiriche e piuttosto diffuso nel settore del “longwall mining”. I risultati della simulazione sono stati poi confrontati con le misure SqueeSAR™, mostrando un notevole miglioramento del rapporto tra estensione della bolla di subsidenza misurata ed attesa. Gli applicativi di post elaborazione testati migliorano significativamente l’interpretazione delle deformazioni in atto, e ne permettano uno studio integrato sia nel dominio spaziale che temporale. Inoltre, in presenza di deformazioni non-lineari (es. riattivazione fenomeni franosi, estrazione sotterranea, gallerie, etc.) è consigliabile lo studio di dettaglio delle serie temporali, possibilmente con strumenti automatici.
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Abstract
In the last decade, the use of Persistant Scatterers Interferometry (PSI) increased exponentially. While the use of PSI dataset “as it is” is well-documented, few studies have been carried on advanced post-processing applications that can enhance the analysis of ground deformation phenomena and the interpretation of driving processes. The PhD research has dealt with the co-development, testing and application of innovative post-processing routines which are meant to permit the dynamics characterization of ground deformations, time series analysis and mapping. Such routines have been tested at different scales of analysis to fully characterize the ground deformation due to landslides or by man-induced subsidence and, thus, analyse cause-effects relationships. The first routine is Geo-PSIC (Geomorphic-based Persistent Scatterers Coupling), a tool for the decomposition of velocities’ vectors. The novelty of Geo-PSIC consists in the introduction of geomorphic criteria when coupling complementary PSs leading to a more accurate characterization of slopes dynamics. The second routine is PS-Time (Berti et al., 2013) a statistically-based software for automatic classification of PSI time series which allows ground deformations to be classified into six possible distinctive deformation trends. The Hotspot and Cluster Analysis routine (Lu et al., 2012) was also tested. As regards landslides, routines were applied in two different morphological and geological environments (South Tyrol and northern Apennines) and at regional as well as site specific scale. Geo-PSIC proved to be particularly valuable at slope scale in alpine contexts where, due to the abrupt change in slope, the local geomorphology cannot be neglected, while PS-Time proved to be beneficial at all scale of analysis. For regional landslide mapping it enhanced radar interpretation by introducing a further factor to consider in the identification of active phenomena. At slope scale, time series analysis allowed assessing the date of activation, acceleration or a deceleration of a number of specific landslide sites, supporting the analysis of relationships between slope movements and triggering factors. As regards man-induced subsidence, routines were applied to excavation problems related to mining and tunnelling: the Metropolitan Mine (New South Wales, Australia) and the twin tunnel of the Seymour-Capilano water filtration plant (North Vancouver, Canada). In both case studies, PS-Time analysis allowed assessing a strong correlation between underground excavation and the different trend of ground subsidence (acceleration, linear and deceleration). On such basis it was possible to automatically discretize the time series in before and after the events, define the dates of the events, determine the velocity before and after the event, map the extent of the subsidence phenomena. Moreover at Metropolitan Mine, where rapid movements occurred in some portions of the analysed area, a combination of SqueeSAR™ and DInSAR data was carried out in order to fully characterize subsidence evolution in space and time. Such combination allowed the dynamics of the subsidence bowl (front and centre), the angle of draw and thus the area of influence to be defined. The angle of draw evaluated using the InSAR was used to calibrate SDPS (Surface Deformation Prediction Systems), a mathematical model widely used in long wall mining applications, based on empirical or site-specific regional parameters. The results of the simulation were thus compared with the SqueeSAR™ results, providing evidence of a much better agreement between measured and expected subsidence extent. PSI post-processing routines can significantly enhance the interpretation of deformations allowing an integrated analysis in the spatial and time domain. Furthermore, when dealing with non-linear deformations (i.e. landslides reactivation, underground mining, tunnelling, etc.) time series analysis are encouraged.
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