Navigation mit Access Keys

Contenuto principale

 
 

Telerilevamento / Remote Sensing

 

I sensori di telerilevamento installati nel suolo o su droni, velivoli e satelliti sono strumenti sempre più importanti per il settore della ricerca sui pericoli naturali. Dopo un evento catastrofico, grazie ad essi è possibile rilevare rapidamente dati su vasta scala e ad alta risoluzione spaziale, anche in aree difficili se non impossibili da raggiungere via terra.

L’Istituto SLF sta studiando come ottimizzare in futuro l’uso di questi sistemi di sensori in alta montagna. I lavori si concentrano sui seguenti settori:

  • Misurazione dettagliata e cartografia di valanghe, colate detritiche e frane
  • Rilevamento di modelli digitali del terreno attuali e precisi in alta montagna
  • Rilevamento delle variabilità spaziale dell’altezza del manto nevoso
  • Cartografia su vasta scala dei tipi di neve
  • Caratterizzazione delle proprietà del bosco di protezion
 

Rilevamento e cartografia delle valanghe

Informazioni aggiornate sui distacchi di valanghe sono essenziali per il servizio di prevenzione e per lo studio delle valanghe. Dopo il verificarsi di eventi estremi, come quelli dell’inverno catastrofico del 1999, è possibile usare i sensori di telerilevamento per cartografare su vasta scala le valanghe. Le informazioni di maggiore interesse fra quelle fornite sono soprattutto la zona di distacco, la distanza di accumulo e le altezze di deposito. Con i nuovi metodi per il rilevamento automatico dei distacchi di valanghe, l’enorme quantità di dati può essere analizzata in modo efficace e veloce. Queste informazioni sono essenziali anche per validare i modelli sulla dinamica delle valanghe.

 

Per il monitoraggio dei pendii critici, come ad es. quelli situati a monte di strade e centri abitati, è possibile impiegare sensori radar. Il loro vantaggio è che sono in grado di trasmettere i dati anche in condizioni di scarsa visibilità (nebbia, nevicata, notte). I ricercatori, che stanno testando i sensori radar basati su infrastrutture a terra sul Dorfberg presso Davos, hanno scoperto che l’accelerazione del manto nevoso può essere misurata già prima del distacco di una valanga da reptazione.

 

Modelli digitali del terreno

I modelli digitali del terreno (DEM) rappresentano la base per la simulazione numerica di masse in movimento come valanghe, colate detritiche o frane con il software RAMMS e per molte altre applicazioni. I ricercatori dell’SLF stanno studiando diverse tecnologie per la creazione di precisi modelli del terreno in alta montagna, come il LiDAR o la correlazione tra immagini nel campo della fotogrammetria (v. in basso). Presso siti sperimentali selezionati, caratterizzati da condizioni del suolo estreme, essi quantificano i livelli di precisione raggiunti e identificano gli errori sistematici. Inoltre studiano come la qualità dei modelli del terreno e la risoluzione influenzano i risultati della simulazione.

 

Misurazione degli esperimenti valanghivi

Presso il sito sperimentale dell’SLF Vallée de la Sionne (comune di Arbaz) è possibile provocare il distacco artificiale di valanghe di grandi dimensioni. Per poter sfruttare al massimo questi eventi rari e molto utili per i ricercatori, gli scienziati utilizzano anche la tecnologia del telerilevamento: con l’aiuto di uno scanner laser, la superficie del manto nevoso viene misurata esattamente sia prima che dopo il distacco della valanga. Durante il distacco, i ricercatori utilizzano la fotogrammetria per rilevare il volume della nuvola di polvere e la velocità del fronte della valanga. Una termocamera misura le temperature della neve all’interno della valanga. Questi dati vengono poi utilizzati per validare e calibrare il modello sulle dinamiche delle valanghe RAMMS.

 

Variabilità spaziale dell’altezza del manto nevoso

Le informazioni sull’altezza del manto nevoso e sulla sua variabilità nello spazio sono importanti non solo per le numerose applicazioni che si occupano dello studio della neve e delle valanghe, ma anche nel settore dell’idrologia. Oggi l’altezza del manto nevoso viene prevalentemente rilevata tramite misurazioni fatte in un unico punto, presso le stazioni, che tuttavia non possono rendere conto della sua variabilità spaziale sul territorio alpino. Gli studiosi dell’SLF stanno testando metodi basati sul telerilevamento per rilevare le altezze del manto nevoso su vasta scala e senza lacune, valutandone il potenziale per gli interventi operativi. Con le misurazioni aeree, che permettono di raggiungere una precisione di 30 cm, è possibile rilevare ampie superfici, ad es. l’intera valle della Dischma presso Davos. Anche se gli scanner laser e i droni sono in grado di coprire solo superfici più piccole, raggiungono una precisione di 5 - 10 cm rispetto alle misure di riferimento manuali. Il livello di dettaglio raggiunto e l’alta precisione aprono nuove frontiere per numerose applicazioni del mondo scientifico e pratico.

 

Cartografia dei tipi di neve

Il riflesso dell’irradiazione solare nel vicino infrarosso dipende fortemente dalle proprietà della neve come le dimensioni dei grani o il tenore in acqua liquida. Specialmente la neve vecchia a grani grossi e la neve umidificata vengono rappresentate nelle immagini molto più scure ad es. rispetto alla neve ventata a grani fini. Gli strumenti ottici di telerilevamento possono quindi essere utilizzati per distinguere i vari tipi di neve. L’istituto SLF studia soprattutto la compatibilità dei droni e degli strumenti aerei e satellitari con la cartografia dei tipi di neve.

 

Rilevamento delle proprietà del bosco di protezione per la modellazione dei pericoli naturali

In Svizzera il bosco rappresenta la protezione più importante per estensione contro le valanghe e le frane. Ma come rilevare nel miglior modo possibile gli effetti del bosco di protezione e includerli nei modelli numerici? L’SLF sta studiando in quale misura i droni e gli scanner laser possono essere utilizzati per rilevare parametri importanti come densità del bosco, specie arboree e legno morto all’interno del bosco di protezione. Queste informazioni confluiscono nelle simulazioni con il modello RAMMS.

 

Gli strumenti di telerilevamento

Gli strumenti di telerilevamento possono essere suddivisi in quattro grandi gruppi:

I sensori ottici (passivi) misurano la luce solare riflessa dalla superficie terrestre con varie lunghezze d'onda e forniscono così interessanti informazioni sulle proprietà fisiche e chimiche della superficie degli oggetti rilevati. Nella maggior parte dei casi, questi dati sono relativamente facili da interpretare e hanno una risoluzione spaziale molto alta. Questi sensori non sono tuttavia in grado di vedere attraverso le nuvole e quindi non possono essere utilizzati in condizioni di cattivo tempo.

I sensori termici (passivi) misurano le radiazioni a onde lunghe emesse dagli oggetti sulla superficie terrestre. Siccome dipende dalla temperatura e dal materiale, questa energia irradiata può essere convertita in una precisa temperatura della superficie dell’oggetto. In questo caso la temperatura dell’aria è irrilevante, perché l’aria è quasi completamente permeabile alla radiazione termica. Questa tecnologia viene spesso utilizzata per localizzare punti con alte perdite di calore negli edifici, ma è molto interessante anche per le applicazioni nel settore della ricerca sui pericoli naturali.

I sensori radar (attivi) trasmettono onde radar e misurano la radiazione di ritorno riflessa dalla superficie terrestre. Le onde radar sono in grado di attraversare le nuvole e quindi di rilevare i dati anche in condizioni di cattivo tempo. Inoltre, le onde più lunghe riescono ad attraversare anche materiali come la neve, fornendo così importanti informazioni sugli strati più profondi del manto nevoso. I dati forniti dai sensori radar sono però relativamente difficili da interpretare e la ricerca in questo campo non è certo ancora finita.

I sensori LiDAR (attivi) usano lunghezze d'onda ultraviolette, nel visibile o nel vicino infrarosso, e misurano il tempo trascorso fra l'emissione dell'impulso laser e la ricezione del segnale retrodiffuso. Con questa tecnica è possibile creare modelli molto precisi della superficie del terreno. Questi sensori possono tuttavia essere utilizzati solo su aerei o elicotteri e quindi sono limitati a superfici di piccole dimensioni.

Tutti questi sistemi di sensori vengono utilizzati dall’SLF.