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Combinare tecnologie per fornire allarmi tempestivi di frane

Il pericolo di frane sta aumentando a causa della maggiore frequenza e dell’intensificazione delle forti piogge provocate dai cambiamenti climatici. Alcuni ricercatori europei hanno sviluppato un sistema per il monitoraggio delle zone instabili e per la comunicazione di allerte in caso di improvvisi movimenti del suolo.

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Cambiamento climatico e Ambiente

Le frane possono avere ripercussioni dirette sulla popolazione generale, ad esempio, quando vengono colpite le zone urbane o quando infrastrutture, quali i ponti, si spostano per il movimento del suolo. Al fine di evitare catastrofi e decessi, risultano fondamentali il costante monitoraggio del movimento delle frane e la trasmissione di allerte agli abitanti locali e agli operatori di infrastrutture quando tale movimento supera determinate soglie. Il progetto GIMS, finanziato dall’UE, ha elaborato un sistema avanzato ed economico per il monitoraggio di frane e cedimenti che integra Galileo, il sistema globale di navigazione satellitare europeo (GNSS), il radar ad apertura sintetica (SAR) di Copernicus e le unità di misura inerziali (IMU, Inertial Measurement Unit). «Questa integrazione offre una comprensione più approfondita dei processi monitorati e conoscenze di più ampio respiro del fenomeno di deformazione rispetto all’impiego separato di tali tecnologie», afferma Eugenio Realini, coordinatore del progetto.

I satelliti rilevano il movimento

I satelliti Sentinel di Copernicus trasmettono a intervalli regolari i dati radar che, in seguito all’elaborazione, sono in grado di fornire immagini di deformazione del suolo. Il GNSS fornisce misurazioni costanti su determinati punti raccolti dai satelliti di Galileo con una precisione millimetrica. Infine, le unità di misura inerziali, anche note come accelerometri, riescono a rilevare l’oscillazione e il movimento nelle zone inclini a frane per diramare allerte in tempo reale in presenza di movimenti improvvisi. Tra le tecnologie cardine sviluppate dal progetto GIMS figurano antenne e ricevitori economici, capaci di seguire i segnali a doppia frequenza del GNSS di Galileo. Inoltre, un transponder attivo compatto coadiuva le misurazioni effettuate dal radar ad apertura sintetica agevolando il «reindirizzamento» del segnale SAR del Sentinel al satellite che l’ha trasmesso. Ciò si conferma utile durante il monitoraggio di una zona in cui sono disponibili pochi o nessun riflettore naturale che facilitano il rilevamento di punti specifici da misurare. Ciascuna stazione GIMS supporta i software di elaborazione dei dati di GNSS, SAR e IMU, poiché i ricercatori hanno creato algoritmi e software innovativi per l’integrazione del GNSS e del SAR. Secondo Realini: «Dal nostro punto di vista, consideriamo risultati chiave i progressi compiuti nelle nostre capacità di elaborazione del GNSS e lo sviluppo di una procedura inedita per l’integrazione delle misurazioni di GNSS e SAR per sfruttare la sinergia tra queste due tecnologie».

Allarmi tempestivi a tutela delle persone e dei beni

I partner del progetto hanno costruito, dispiegato e collaudato 14 stazioni GIMS presso due siti franosi in Slovenia. Queste stazioni leggere e interamente autonome sono alimentate da pannelli solari ed è possibile installarle facilmente su infrastrutture, quali ponti situati in prossimità del sito franoso. «Il sistema di allerta/allarme precoce e la precisione dei dati prodotti fanno sì che i pericoli relativi alle frane siano mitigati e che le situazioni di crisi siano gestite in maniera efficace», osserva Realini. Il software di GIMS riceve i dati del GNSS e degli accelerometri dalle stazioni tramite Internet. Riceve inoltre i dati del SAR relativi alla zona coperta dalle stazioni direttamente dai server dei Sentinel di Copernicus dell’Agenzia spaziale europea. Successivamente, tutti questi dati grezzi vengono elaborati per ottenere risultati di deformazione del suolo e redigere una relazione per le parti interessate, tra cui autorità pubbliche e agenzie della protezione civile. Il progetto GIMS ha spianato la strada all’impiego combinato di versioni convenienti di tre tecnologie spesso utilizzate separatamente: GNSS, SAR e IMU. «Grazie ai risultati del progetto GIMS, è ora possibile monitorare più zone con un numero superiore di stazioni. Ciò permette di acquisire una comprensione più ampia, dettagliata ed efficiente dei movimenti delle frane e dei loro effetti sulle strutture, al fine di limitare l’insorgenza di vittime e infortuni e di pianificare meglio gli interventi di manutenzione», conclude Realini.

Parole chiave

GIMS, frane, GNSS, SAR, IMU, accelerometro, transponder attivo compatto, sistema globale di navigazione satellitare europeo Galileo, radar ad apertura sintetica, unità di misura inerziali

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