Linee di ricerca

Principali linee di ricerca in atto:

Il monitoraggio degli strati troposferici attraverso tecniche GNSS, quale contributo alla previsione di eventi meteorologici significativi

Applicazione di una strategia innovativa, individuata dal gruppo di ricerca, per fornire il contributo derivante da misure satellitari GNSS (Global Navigation Satellite System) ai modelli meteorologici attualmente in uso, per migliorare la previsione degli eventi meteorologici particolarmente significativi a breve-medio termine, attraverso una sempre più accurata conoscenza della modellazione dei fenomeni atmosferici. E' in atto l'applicazione della stessa ai principali eventi meteorologici che hanno interessato il nostro territorio, con particolare attenzione alla realtà genovese, per un'analisi dell'apporto che questa tecnica può fornire nella valutazione delle allerte per la gestione delle emergenze; vorrà inoltre essere applicata a livello sperimentale alla rete di stazioni permanenti GNSS che la Regione Liguria ha sul proprio territorio per il servizio in tempo reale.

Domenico Sguerso è membro del Troposphere Working Group dell'International GNSS Service (sotto l'egida della International Association of Geodesy), ed è stato nel 2012 ospite dell'Institut des Sciences de la Terre dell'Université Joseph Fourie di Grenoble per le stesse tematiche. Ha inoltre partecipato ai lavori del gruppo di ricerca “Applicazioni del GPS alla meteorologia”, in particolare occupandosi dell’interpretazione della loro evoluzione spazio-temporale (nowcasting), nell'ambito del Cofin-Murst 1999 dal titolo “Stazioni permanenti GPS e cartografia numerica per il posizionamento e la navigazione individuale” - coordinatore nazionale il prof. F. Sansò.

Relativamente alla presente tematica si è costituito un gruppo di ricerca interdisciplinare a supporto della localizzazione spazio/temporale degli eventi meteorologici precipitativi per la realizzazione di un early warning system.

Fotogrammetria per le emergenze
Si sta sviluppando una suite di strumenti in grado di fornire un'adeguata pianificazione, analisi e gestione per un volo fotogrammetrico da drone. Gli strumenti di pianificazione del volo tengono in considerazione le precisioni metriche richieste, la dimensione del pixel dell'immagine proiettata sulla superficie (Ground Sample Distance - GSD) e il numero di osservazioni. La suite creata consente una pianificazione realistica di un'indagine fotogrammetrica, partendo da una conoscenza approssimativa del Digital Surface Model (DSM) e dei parametri di atteggiamento efficaci che cambiano nel percorso. Il DSM approssimativo potrebbe essere ottenuto da indagini precedenti o da un'indagine rapida preliminare ad alta distanza. I prodotti di pianificazione sono la sovrapposizione delle immagini, il GSD e la precisione su ciascun pixel, tenendo conto della geometria reale.
Condivisione di Nuvole di punti e Mesh su piattaforme Web
Diverse sono le tecniche che permettono di giungere in tempi sempre più brevi a un rilievo 3D di un oggetto, sia esso a scala territoriale che locale, per una sua descrizione mediante nuvola di punti o mesh. Il gruppo di ricerca ha quindi effettuato un’analisi comparativa di diversi software free e/o open source utili per l’elaborazione e condivisione delle entità 3D, ed ha individuato un flusso di elaborazione, modellazione e condivisione, applicato al caso studio del Forte Acqui in Alessandria, sviluppato a partire dal rilievo integrato laser scanner e fotogrammetrico da drone.
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Sistema di allerta in tempo reale del rischio collisione in ambiente GIS basato sul posizionamento GNSS di precisione
Nell'ambito del progetto NARVALO (“NAvigazione satellitare di precisione per la sicuRezza e la Viabilità in Aree Logistiche”, vincitore di co-finanziamento da parte di ASI - Agenzia Spaziale Italiana nell’ambito del Bando tematico n. 4 riservato alle PMI) è stato sviluppato un sistema di allerta anti-collisione all’interno di aree interportuali, che individua situazioni potenzialmente pericolose che potrebbero originare incidenti, ed allerta mezzi e persone coinvolte. Il sistema si basa sulla conoscenza in tempo reale del posizionamento preciso, della velocità ed accelerazione di veicoli e persone dotate di appositi ricevitori GNSS (Global Navigation Satellite Systems) – IMU (Inertial Measurement Unit), cuore del “NARVALO box”. Il prototipo di centro di controllo in tempo reale sviluppato per la valutazione del rischio di collisione consiste in un algoritmo anti-collisione, sviluppato in ambiente GIS (Geographical Information System) mediante librerie C geospaziali open source (GDAL e OGR), e da un server, sviluppato in linguaggio C, responsabile della pianificazione dell'algoritmo GIS, della gestione della comunicazione in tempo reale con i dispositivi mobili e della memorizzazione di dati storici nel geoDataBase (geoDB). L'attività è stata effettuata in collaborazione con colleghi del DIBRIS.

Esperienze di integrazione tra tecniche laser scanner, fotogrammetriche, satellitari GNSS e topografiche tradizionali

Si stanno effettuando esperienze di rilevamenti 3D di elevata precisione mediante integrazione della tecnologia laser scanner con tecniche tradizionali-fotogrammetriche, analisi delle precisioni ottenibili, soluzioni per il monitoraggio di edifici, scogliere, ... e anche modelli fisici in laboratorio.

Procedura automatica in GRASS per l’analisi e previsione di fenomeni franosi a scala di bacino dovuti ad eventi meteorici

E' stata sviluppata, in collaborazione con i colleghi R. Bovolenta e R. Passalacqua, una procedura automatica per l’analisi e previsione di fenomeni franosi su vasta scala dovuti ad eventi meteorici. Con essa si esegue, per ogni cella unitaria, un bilancio idrologico basato sul metodo del Curve Number (CN), valutando le evoluzioni di falda a seguito di precipitazioni per poi verificare il superamento, o meno, delle condizioni di equilibrio limite nel terreno del dominio d’interesse, in modo spazialmente distribuito sull’intera area in esame. La procedura è stata applicata al caso di un esteso fenomeno cinematico circostante il capoluogo di Santo Stefano d'Aveto (Liguria), in quanto quell’area fu già oggetto di precedenti analisi ed è ben caratterizzata, dal punto di vista idrologico-geotecnico. Le analisi effettuate hanno permesso, in modo automatico e decisamente rapido, di realizzare mappe di suscettibilità al dissesto in ottimo accordo con quanto si riscontra in sito.
Procedura automatica in GRASS per la creazione di mappe di pericolosità da collasso superficiale di versante a scala regionale

La procedura automatica implementata, in collaborazione con l'Ing. R. Bovolenta del DICAT, per la creazione di carte di pericolosità da collasso superficiale di versante, si basa su un'analisi statistica di aree in cui si sono verificati tali fenomeni, andando ad analizzare al momento solo tre fattori di instabilità: pendenza, litotipo ed uso del suolo, elementi di comprovata importanza all'interno del processo di genesi del fenomeno franoso e facilmente reperibili su area vasta. Una prima applicazione ad una porzione di territorio dell'entroterra di Genova ha evidenziato una buona capacità predittiva dello strumento.

Nell'ambito del progetto PRIN2010-2011 "La mitigazione del rischio da frana mediante interventi sostenibili", coordinato a livello locale dal Prof. R. Berardi, si intende integrare tale procedura con ulteriori fattori sia di potenziale instabilizzazione che di potenziale stabilizzazione, derivanti da un approfondimento rispettivamente dei meccanismi di innesco relativamente ad aspetti di carattere idrologico e geomeccanico. Si considererà inoltre in dettaglio il possibile contributo stabilizzante (meccanico e idrologico) apportato dalla vegetazione.

Principali linee di ricerca concluse recentemente:

Studio e realizzazione di un campo prova topografico a norma ISO 17123 a Genova
Esso permetterà ai topografi, genovesi e non, di verificare i propri strumenti topografici, quali livelli, stazioni totali e ricevitori satellitari GNSS, mediante procedure certificate che consentono di effettuare analisi di qualità degli strumenti stessi. Sono stati monumentati pilastrini e quanto occorre per il posizionamento della strumentazione e per l’esecuzione di misure verificabili; a breve verrà effettuata una prima campagna di misure cosiddetta “zero” in collaborazione con diverse ditte produttrici di strumentazione topografica. Un sito web interattivo permetterà al professionista di inserire i dati acquisiti nel campo prova ed effettuare l’elaborazione degli stessi per verificare la strumentazione utilizzata in modo veloce e controllato. Il campo prove, di estrema attualità e unico in Italia a conoscenza degli autori per gamma di strumentazione verificabile nel medesimo sito in modo permanente, sarà operativo da novembre del corrente anno 2013.
Vai al sito del campo prova
Procedura GIS e servizio WebGIS di pianificazione realistica di visibilità satellitare GNSS

A supporto dei rilievi GNSS (Global Navigation Satellite Systems) è generalmente utile, per ottimizzare i tempi di rilievo, effettuare una attenta analisi della visibilità satellitare al fine di individuare la finestra oraria nella quale effettuare le misure in funzione dell'area di lavoro. Numerosi applicativi, anche sul web, consentono tale operazione su singoli punti e senza tenere in conto delle ostruzioni naturali o artificiali al segnale se non prevedendo ricognizioni particolarmente onerose in sito.

Il gruppo di ricerca ha studiato ed implementato un servizio WPS (Web Processing Service) basato su tecnologia Open Source che consente di effettuare una pianificazione della visibilità satellitare GNSS su intere aree tenendo conto delle reali ostruzioni al segnale date dalla morfologia del terreno o del costruito. Il calcolo che permette la creazione delle mappe di visibilità realistica, è effettuato mediante due moduli costruiti ad hoc all'interno di GRASS, implementati, ottimizzati e validati medianti diversi lavori di tesi di laurea presso le Università degli Studi di Trento e di Genova a partire dal 1998. Lo sviluppo di tale servizio prototipale è stato curato in stretta sinergia con il DICA dell'Università degli Studi di Trento, nell'ambito delle attività del PRIN 2007, ed è stato applicato alla provincia di Trento e alla regione Liguria [2] (Federici et al., 2010). L'estensione di tale servizio all'intero territorio nazionale è stata effettuata dallo spin-off Gter.

Vai al servizio WPS di planning satellitare realistico di Gter
Piattaforma WebGIS personalizzata per la gestione flotte di una azienda municipalizzata del territorio ligure
I dati relativi al posizionamento in tempo reale dei mezzi di trasporto dedicati alle operazioni dell'emergenza neve (salamento, spazzamento e sgombero neve), archiviati in un DB strutturato, vengono elaborati ed integrati con analisi GIS sia per la criticità della viabilità, sia per la visibilità satellitare, e pubblicati sulla rete intranet dell'azienda per il tracciamento dei veicoli, l'organizzazione e gestione dei percorsi secondo le diverse condizioni al contorno e problematiche d’interesse.
Progettazione e creazione di un GeoDataDase e di GeoWebService della Provincia di Imperia
Il GeoDataBase è stato progettato e creato funzionale alla gestione delle informazioni spaziali e non, acquisite dalla Provincia di Imperia nell'ambito del Progetto strategico RiskNat nell'ambito del Programma ALCOTRA 2007/2013. Sono stati implementati alcuni GeoServizi per la pubblicazione dei principali layer tematici sul GeoPortale del Progetto RiskNat, ed è stato creato un atlante in formato digitale su supporto DVD per una ampia divulgazione delle attività e dei risultati del progetto.
Supporto scientifico alla progettazione e realizzazione del Servizio di Posizionamento GNSS della Regione Liguria in tempo reale

Il gruppo di ricerca ha dato supporto scientifico a Regione Liguria nella realizzazione del Servizio di Posizionamento Satellitare GNSS (Global Navigation Satellite System) in tempo reale (NRTK) a copertura regionale, quale servizio innovativo e tecnologicamente avanzato utile per lo svolgimento di attività topo-cartografiche, di monitoraggio, di progettazione in ambito territoriale e ambientale, e utile per studi di geodinamica, della ionosfera e della troposfera.
La rete consente infatti di ottenere un posizionamento di precisione centimetrica con misure di fase, submetrica con misure di codice. Il servizio offre applicazioni in tempo reale e in post-processing.
Vai al Servizio di Posizionamento GNSS della Regione Liguria
Stazione permanente GPS monumentata su roccia per il monitoraggio geodinamico in continuo su territorio ligure

Nell'ambito del progetto Interreg IIIB Spazio Alpino “ALPS – GPSQUAKENET, Alpine Integrated GPS Network: Real-Time Monitoring and Master Model for Continental Deformation and Earthquake Hazard” per il periodo 2005-2007, il gruppo di ricerca ha effettuato progettazione sia tecnica che scientifica di una Stazione permanente GPS monumentata su roccia per il monitoraggio geodinamico in continuo su territorio ligure.
Procedura automatica per la creazione di mappe di potenziale inondazione fluviale

La procedura automatica, appositamente implementata nel software GIS GRASS, consente di stimare le aree potenzialmente a rischio di inondazione fluviale, nota la conformazione del territorio circostante l’alveo inciso per mezzo del DTM, ed il profilo della superficie libera della corrente in corrispondenza dell’asse del corso d’acqua per una data portata, calcolabile attraverso l’applicazione di un software idraulico monodimensionale quale HEC-RAS^®.

La procedura implementata presenta caratteristiche innovative poiché, pur basandosi sostanzialmente su criteri monodimensionali, tiene in conto della bidimensionalità sia del territorio che del fenomeno di esondazione, grazie ad un procedimento ricorsivo che permette di correggere molti degli errori tipici delle procedure monodimensionali comunemente usate nella pratica ingegneristica. Rispetto ad un modello bidimensionale ha il vantaggio di richiedere un carico computazionale minore, che permette di applicarlo a tratti di corsi d’acqua molto lunghi con estensione dell’ordine delle centinaia di chilometri.

Essa è stata validata confrontando le aree storicamente inondate e le aree potenzialmente inondabili in seguito all’evento alluvionale del 1994 che ha interessato il fiume Tanaro, e poi applicata anche al tratto focivo del fiume Magra.

Il nuovo comando creato, r.inund.fluv, è distribuito nei termini del GNU General Public License, a disposizione della comunità sul sito degli AddOns di GRASS.
Procedura automatica per la creazione di mappe di potenziale inondazione da tsunami e per l'analisi dell'impatti sulle strutture

Nel passato onde di tsunami di notevoli dimensioni hanno colpito le coste del Giappone, dell'Alaska, delle isole Hawaii, dell'America meridionale e del Sud-Est Asiatico. Anche il Mar Mediterraneo è un'area geologicamente attiva con caratteristiche idonee al verificarsi di tsunami, particolarmente in corrispondenza delle coste italiane e greche. In particolare, in Italia negli ultimi novecento anni si sono verificati 71 tsunami, tra i quali si ricorda l’evento del 1908 che causò 70000 morti e la distruzione di oltre il 90% degli edifici a Messina.

Nel presente lavoro è stata implementata una procedura GIS tramite la quale, nota l’altezza dell’onda a riva, si calcola la massima risalita verticale dell’onda tsunami incidente sulla costa (run-up) e la sua successiva propagazione sulla terraferma, in funzione delle caratteristiche morfologiche della zona analizzata, ottenendo una prima valutazione dell’impatto massimo che l’onda tsunami potrebbe esercitare sugli edifici interessati dall’inondazione. Tale procedura è stata applicata ad un tratto costiero del ponente ligure, ottenendo risultati realistici nonostante le diverse semplificazioni introdotte.

Le mappe di inondazione e di impatto così realizzate possono fornire un utile contributo sia alla pianificazione urbanistica delle zone costiere a rischio tsunami che all’attuazione di piani di emergenza, permettendo di valutare aree e strutture strategiche potenzialmente interessate e/o danneggiate dalla propagazione dell'onda sulla terraferma (quali porti, depuratori, ospedali, scuole, strade, ferrovie, etc.).

Il presente lavoro è stato presentato anche nell'ambito del ciclo di seminari divulgativi dal titolo "Orientamento ambiente - Le frontiere della Geomatica", organizzato in collaborazione con gli Amici dell'Acquario di Genova e gli Amici del Festival della Scienza di Genova. (vai alla pagina eventi)
Metodi di interpolazione e strutture di dati ottimali per morfologie complesse

La creazione di Modelli Digitali del Terreno (DTM) per morfologie complesse può risultare particolarmente delicata qualora i dati siano poco densi. Tuttavia spesso le campagne di misura risultano onerose. Nel presente lavoro è stato analizzato come ottimizzare il monitoraggio di un corso d'acqua intrecciato rilevato a terra con metodologia tradizionale e satellitare integrate. La fotogrammetria aerea, il laser scanning e l’analisi di immagini satellitari ad alta risoluzione possono fornire un’importante apporto nel rilevamento di tali morfologie; tuttavia esse possono però essere vantaggiosamente sostituite da metodologie a terra nel caso di aree circoscritte ed in presenza di estese superfici sommerse, da rilevarsi inoltre con elevata frequenza.

A partire dal modello digitale di un generico fiume intrecciato riprodotto in laboratorio dal prof. Peter Ashmore (Università del Western Ontario, Canada) sono stati simulati differenti rilevamenti a terra, caratterizzati principalmente o da sole sezioni trasversali, o da sole breaklines o da combinazioni delle due, ottenendo set con diversa numerosità di dati. Tali set di dati sono stati quindi utilizzati per ricreare il DTM originario mediante i metodi di interpolazione Triangulated Irregular Network (TIN), Inverse Distance Weighted (IDW), Regularized Spline with Tension (RST) e kriging, attraverso il software GIS GRASS ed il software geostatistico R, entrambi a codice aperto. Per ognuno dei suddetti metodi di interpolazioni sono stati individuati i valori ottimali dei parametri degli stessi in relazione alla distribuzione spaziale e alla densità dei punti oggetto di rilievo.

La presente analisi ha portato a fornire indicazioni pratiche su come progettare un rilevamento a terra di un alveo intrecciato in economia, al fine di riprodurre le principali forme di tale superficie con precisione altimetrica dell'ordine di grandezza della granulometria media dei sedimenti.