RELAZIONE CONCLUSIVA

Data
Revisione
10/09/2008
S.Castelli
Azienda con Sistema Qualità ISO 9001:2000 Certificato n° 223713
ESECUZIONE DI INDAGINI GEOFISICHE NECESSARIE PER LA RICERCA E CARATTERIZZAZIONE DI
CAVE MARINE DI SABBIA DA UTILIZZARE PER INTERVENTI DI RIPASCIMENTO DEI LITORALI VENETI
IN EROSIONE
RELAZIONE CONCLUSIVA
Il Legale Rappresentante
Dott. Gian Franco Castelli
Direttore Tecnico
Ing. Matteo Castelli
Responsabile progetto
Dott. Silvia Castelli
Dott. Geol. Massimiliano Bottan
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Indagini territoriali
INDICE
1.
INTRODUZIONE ...................................................................................................................................3
2.
AREA OGGETTO DELL’INDAGINE ....................................................................................................3
3.
STRUMENTAZIONE .............................................................................................................................4
4.
SISTEMI DI RIFERIMENTO..................................................................................................................5
5.
ARCHIVI DI BASE ................................................................................................................................5
6.
METODOLOGIA OPERATIVA .............................................................................................................5
6.1
Strategia di survey........................................................................................................................... 5
6.2
Caratteristiche del sistema Singlebeam .......................................................................................... 6
6.3
Caratteristiche del Sub-bottom Profiler ........................................................................................... 7
6.4
Misura del profilo di velocità del suono ........................................................................................... 7
6.5
Posizionamento ............................................................................................................................... 8
6.6
Misura del livello idrometrico ......................................................................................................... 10
7.
POST-PROCESSING..........................................................................................................................11
7.1.1
Dataset derivante dai ricevitori GPS..................................................................................... 11
7.1.2
Dataset derivante dal sistema Singlebeam .......................................................................... 11
7.1.3
Dataset derivante dal sistema Sub-bottom Profiler .............................................................. 12
8.
CONSEGNA........................................................................................................................................13
9.
RIEPILOGO DEI PROFILI ACQUISITI ...............................................................................................14
ALLEGATI........................................................................................................................................................19
9.1
Documentazione fotografica.......................................................................................................... 19
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1.
INTRODUZIONE
Il presente rapporto illustra le metodologie operative e l’equipaggiamento impiegato da Te.Ma. per
l’esecuzione di indagini geofisiche al largo della costa veneta. Le indagini prevedevano la realizzazione di
circa 950 km di profili sismici ad alta risoluzione verticale, con tecniche CHIRP-Sonar Profiler, e rilievi
batimetrici con tecnologia Singlebeam, sulle medesime rotte di acquisizione dei dati sismici.
Il survey geofisico è stato condotto con Sub-Bottom Profiler Edgetech 3100-P SB424, di tipo “chirp”
range 4-24 kHz montato a scafo sull’imbarcazione, ed il survey batimetrico mediante ecoscandaglio
singlebeam Hydrobox (SyQwest Inc.) avente doppia frequenza 33/210 kHz, anch’esso montato a prua
sull’imbarcazione, interfacciato, sincronizzato ed integrato realtime con il sistema di posizionamento
DGPS TRIMBLE, la piattaforma inerziale Applanix POS-MV ed i dati derivanti dal profilo di velocità del
suono.
Le attività sono state svolte tra 19 giugno ed il 28 luglio 2008, i dati sono stati elaborati e consegnati entro
il 20 agosto 2008.
2.
AREA OGGETTO DELL’INDAGINE
Le indagini sono state condotte in diverse zone al largo del litorale veneto, identificate con le lettere dalla
A alla M, all’interno delle quali erano già state definite, come da Specifiche Tecniche fornite dalla
Committenza, le coordinate degli estremi delle linee di rilievo.
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3.
STRUMENTAZIONE
•
Motobarca idrografica iscritta presso la Capitaneria di Porto di Chioggia con licenza della
Marina Mercantile Italiana naviglio commerciale, appositamente modificata per garantire
l’ottimale posizionamento dei trasduttori a scafo e a prua, la stabilità e la migliore qualità di
acquisizione dei dati;
•
Ecoscandaglio singlebeam doppia frequenza HYDROBOX (SyQwest Inc.) avente doppia
frequenza 33/210 kHz, in grado di operare a profondità inferiori a 1 m, con risoluzione 1 cm ed
accuratezza +/- 0,5%,
•
Sub Bottom Profiler EDGETECH 3100-P SB424, di tipo Full Spectrum “chirp” operante a 4-24
kHz, operante con towfish solidale alla murata dell’imbarcazione idrografica.
•
Piattaforma Inerziale APPLANIX POS-MV sistema di posizionamento DGPS TRIMBLE (a
doppia frequenza) operante in modalità RTK On-the-Fly tramite connessione radio modem (o
GSM-modem), sensore di moto tridimensionale e girobussola GAMS a doppia antenna per la
compensazione dei movimenti sui 3 assi e della deviazione dell’imbarcazione:
−
−
−
−
−
−
−
Precisione rollio/beccheggio
0.01°
Precisione nella misura d’onda (heave)
5 cm (o 5%)
Precisione girobussola GAMS
0.02°
Frequenza campionamento
100 misure al secondo
Accuratezza timestamping
1 microsecondo
Modalità di funzionamento
SINCRONA
Possibilità di effettuare un affinamento della correzione differenziale anche in postprocessing: Applanix POS-MV è in grado di esportare tutte le osservazioni e di
combinarle con le osservazioni GPS delle stazioni GPS permanenti presenti in un
raggio di 300 km attraverso il software POSPAC e determinare la SBET (Smoothed
Best Estimated Trajectory). L’importazione dello SBET nel pacchetto software
PDS2000 consente di ottenere una precisione nel posizionamento dei rilevamenti
inferiore a 1.5 cm.
•
Sonda Multiparametrica per la determinazione del profilo della velocità del suono nell’acqua
lungo la colonna d’acqua, RESON SVP/15;
•
Software di acquisizione, georeferenziazione in tempo reale e post processing per rilievi
idrografici RESON PDS2000 o QPS Qinsy;
•
2 ricevitori GPS ASHTECH Z-SURVEYOR, con le seguenti caratteristiche:
−
−
−
•
Doppia frequenza: codice C/A e codice P crittografato
Metodo Z-tracking per la ricostruzione del codice P
12 canali digitali
Elaboratore elettronico a doppio schermo LCD e laptops a supporto.
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4.
SISTEMI DI RIFERIMENTO
Le coordinate piane cartesiane dei punti trigonometrici e punti stabili sono state riferite al Sistema
Nazionale Gauss-Boaga Fuso Est e WGS84-UTM 33N.
Le coordinate cartesiane tridimensionali WGS84 sono state riferite al sistema nazionale IGM95.
Le quote altimetriche sono state riferite al Sistema Nazionale I.G.M.I.
5.
ARCHIVI DI BASE
Ai fini dell’esecuzione e del vincolo del rilevamento sono stati utilizzati i seguenti archivi di base:
6.
•
Archivio caposaldi della Rete ISES 2000 realizzata dal Magistrato alle Acque
•
Archivio dei capisaldi di livellazione della rete IGM;
•
Archivio dei centrini IGM95 prossimi alle zone di rilievo;
•
Archivio delle coordinate degli estremi delle linee di progetto
METODOLOGIA OPERATIVA
6.1 Strategia di survey
In fase di acquisizione è stata utilizzata una imbarcazione idrografica iscritta presso la Capitaneria di
Porto di Chioggia con licenza della Marina Mercantile Italiana allestita con il Sub-Bottom Profiler
Edgetech 3100-P SB424, di tipo “chirp” range 4-24 kHz, sistema singlebeam Hydrobox (SyQwest Inc.)
singola frequenza 200 kHz interfacciato, sincronizzato ed integrato realtime, il la piattaforma inerziale
POS-MV (posizionamento a doppia frequenza, sensore di moto, girobussola) e profilo della velocità del
suono lungo la colonna d’acqua acquisito con sonda Reson SVP-15. Durante tutta la giornata di rilievo
ha operato una Stazione Master, installata in punti di coordinate note collegati alla rete IGMI e dotata di
ricevitore Ashtech Z-Surveyor a doppia frequenza, 12 canali digitali e metodo Z-tracking per la
ricostruzione del codice P crittografato.
Il PC di navigazione, dotato del software PDS2000, ha coordinato l’acquisizione dei vari strumenti ad
esso interfacciati, ha permesso la pianificazione del survey e la realizzazione del controllo qualità sui dati
acquisiti. Il PDS2000 si interfaccia con tutti gli strumenti, sincronizza ed integra le informazioni in entrata,
(ovvero sia la posizione e sia la latenza del GPS, i dati singlebeam, i dati del sensore di moto e della
girobussola, i valori di velocità del suono della sonda).
Il survey batimetrico è stato condotto contemporaneamente al survey geofisico, percorrendo rotte il più
possibile aderenti alle linee di progetto definite da Specifiche Tecniche, a velocità costante e in condizioni
meteo, per lo più, di mare calmo o quasi calmo. Sono stati inoltre acquisiti dati lungo le rotte di
trasferimento tra le varie linee e tra aree diverse.
In contemporanea sono stati registrate, per ogni linea percorsa e su copia cartacea, tutte le informazioni
utili per l’interpretazione campo: data e ora di acquisizione, parametri di acquisizione, condizioni meteo
marine ed eventuali altre informazioni utili per l’interpretazione.
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Il supervisor del CNR-ISMAR di Bologna è stato più volte a bordo per controllare la metodologia e la
qualità dei dati in fase di acquisizione. Sono state inoltre concordate una serie di procedure per il postprocessing e la restituzione dei dati.
Applanix POS-MV
Ecosc. SingleBeam
GPS-RTK
Subbottm Profiler
Sonda di velocità del suono
Schema delle connessioni degli strumenti
In fase di postprocessing i dati sono stati integrati con i dati derivanti dalla Virtual Reference Station ed i
dati mareografici derivanti dalle Stazioni Mareografiche più vicine.
6.2 Caratteristiche del sistema Singlebeam
L’acquisizione di dati singlebeam è stata effettuata mediante ecoscandaglio singlebeam Hydrobox
(SyQwest Inc.) fissato con relativo braccio metallico alla prua dell’imbarcazione, ed avente le seguenti
caratteristiche:
-
frequency output
200 kHz
-
depth resolution
0,01 m
-
depth accuracy
+/- 0,5%
-
beamwidth @3dB
3°
L’ecoscandaglio è interfacciato e sincronizzato con il sistema di navigazione, il sensore di moto,
girobussola, ricevitore GPS, profilo di velocità del suono, in modo da ottenere realtime il profilo del
fondale corretto.
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6.3 Caratteristiche del Sub-bottom Profiler
Il sistema utilizzato per la valutazione della geologia superficiale del fondale è un Sub-bottom Profiler
EdgeTech 3100-P SB424, che utilizza pulsazione Full Spectrum “chirp” per la realizzazione di profili ad
alta definizione degli strati del sottofondo. Le onde acustiche trasmesse dal subbottom profiler sono
riflesse ad ogni variazione di densità e velocità del mezzo in cui si propagano, descrivendo così la
geometria deposizionale degli strati del sottofondo e fornendo indicazioni indirette sulla natura dei
sedimenti attraversati. Le onde riflesse vengono registrate dal trasduttore ed inviate al processore posto a
bordo dell’imbarcazione. I dati acquisiti sono visualizzati e georeferenziati, tramite interfaccia con il
sistema DGPS-RTK, in tempo reale sul computer di acquisizione ed immagazzinati in files sottoposti ad
elaborazione ed analisi successive.
Il sistema Edgetech 3100-P genera uno spettro di frequenze comprese tra i 4 ed i 24 kHz che garantisce
una buona penetrazione dei sedimenti del sottofondo, variabile da 2 a 40 m, in funzione delle
caratteristiche di densità e compattezza dei sedimenti.
Di seguito, le caratteristiche tecniche:
I dati acquisiti sono stati visualizzati e georeferenziati in tempo reale, tramite interfaccia con il sistema
DGPS, ed immagazzinati in files in formato proprietario .jsf sottoposti ad elaborazione ed analisi
successive.
6.4 Misura del profilo di velocità del suono
Con la sonda Reson SVP/15 è stato acquisito il profilo della velocità di propagazione del suono in acqua.
Tale grandezza dipende dalla salinità e dalla temperatura dello “strato” liquido che l’impulso sonoro
attraversa; i dati acquisiti vengono utilizzati dal processore per calcolare i coefficienti di rifrazione dei
diversi strati liquidi, che vengono applicati a tutte le misure Singlebeam.
Nella figura seguente è riportato un esempio del Sound Velocity Profile.
Sound Velocity Profile ottenuto dalla sonda Reson SVP/15
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6.5 Posizionamento
Il posizionamento dell’imbarcazione è stato eseguito utilizzando la piattaforma inerziale APPLANIX POSMV in modalità DGPS-RTK con correzione differenziale a posteriori. Tale modalità operativa si rivela
particolarmente indicata per applicazioni idrografiche offshore in aree distante dalla costa decine di
chilometri nelle quali i tradizionali sistemi di trasmissione della correzione differenziale RTK (radio-modem
e GSM modem) sarebbero oltremodo difficoltosi se non impossibili.
Inoltre la metodologia adottata consente di ottenere un notevole incremento di accuratezza e precisione
anche rispetto a sistemi di posizionamento offshore normalmente basati su correzioni differenziali tramite
connessioni satellitari a pagamento (Veripos, Fugro Skyfix ecc) assai diffusi nelle applicazioni offshore
connesse alle attività estrattive.
La procedura adottata da Te.Ma.snc per il posizionamento dei rilevamenti è pertanto risultata articolata
nelle seguenti fasi:
1. All’inizio di ciascuna giornata di rilievi, un operatore ha provveduto ad installare una Virtul
Reference Station (VRS) su un vertice di coordinate note della rete ISES-2000 della Regione del
Veneto. L’installazione di questa VRS è stata eseguita secondo le procedure standard per
l’esecuzione del rilievo GPS differenziale statica codificata nel bollettino SIFET n° 4 dell’anno
1998 a pag. 29 “Realizzazione di reti GPS per l’appoggio cartografico: norme di capitolato IGM
95”. La VRS è stata istituita adottando un ricevitore geodetico Ashtech Z-Surveyor, a doppia
frequenza L2/L2, in un raggio massimo di 50 km dalla zona interessata ai rilievi geofisici previsti
per la giornata in oggetto.
2. In fase di acquisizione, il sistema inerziale Applanix POS-MV, operante in modalità DGPS Float,
ha consentito un posizionamento planimetrico dei rilevamenti di accuratezza contenuta entro 1
m.
3. In fase di post-processing, si è proceduto a combinare le informazioni relative al posizionamento,
all’assetto dell’imbarcazione registrate durante l’acquisizione con i le osservazioni GPS registrate
dalla Virtual Reference Station nel medesimo lasso di tempo. Il pacchetto software che ha
consentito questo tipo di elaborazione è denominato Applanix PosPAC e consente di calcolare a
posteriori, partendo da un punto di coordinate WGS84 note (nel caso in oggetto la VRS), la
correzione differenziale da applicare ai dati di posizione registrati in fase di acquisizione, allo
scopo di ottenere la Smoothed Best Estimated Trajectory (SBET) dell’imbarcazione durante
l’intera giornata di indagini geofisiche. L’accuratezza planimetrica della SBET ottenuta al termine
di questo processo è compresa tra 0.01 m e 0.03 cm, come si evince dal grafico sottostante.
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4. Il risultato di questa elaborazione (SBET file) è stato quindi importato nel pacchetto software di
elaborazione per rilievi idrografici RESON PDS2000 e tutte le posizioni relative ai rilevamenti
batimetrici / geofisici effettuati sono state sostituite con i risultati delle elaborazioni di cui al punto
3 del presente paragrafo.
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6.6 Misura del livello idrometrico
La determinazione del più probabile livello di marea da applicarsi ai rilevamenti si rivela tradizionalmente
piuttosto difficoltosa nelle applicazioni offshore, per le quali l’installazione di mareografi prospicienti le
aree di indagini è estremamente difficoltosa e non sempre fornisce risultati affidabili. Inoltre la
conformazione dell’ Alto Adriatico è notoriamente caratterizzata da una notevole escursione di marea e la
stima del più probabile livello idrometrico in un punto potrebbe essere affetta da notevoli ritardi rispetto ai
valori idrometrici delle stazioni mareografiche installate sottocosta.
Allo scopo di ottenere un risultato che fosse il più possibile attendibile, Te.Ma.snc ha elaborato una
procedura operativa basata su una modellazione lineare del più probabile livello di marea, in funzione dei
livelli misurati dalle stazioni mareografiche che circoscrivono l’area di indagine geofisica.
In particolare si è proceduto come segue:
1. Per tutti i giorni della campagna di indagine geofisica, sono stati ottenuti dagli Enti preposti i livelli
idrometrici relativi alle stazioni mareografiche di seguito elencate: Chioggia Diga Sud, Lido Diga
Sud, Torre Mareografica ISMAR-CNR, Trieste APAT.
2. I dati mareografici sono stati armonizzati al livello medio mare e convertiti in tempo UTC. Quindi
sono stati interpolati allo scopo di generare la curva di marea di ciascuna stazione mareografica.
3. Come rappresentato nella figura sottostante, il livello di marea più probabile relativo alla
posizione della imbarcazione al tempo t è dato dalla formula:
L1
+
L _ idrometrico _ imbarcazione = D1
1
+
D1
L2
+
D2
1
+
D2
L3
+
D3
1
+
D3
L4
D4
1
D4
Gli L1, L2, L3, L4 rappresentano i livello idrometrici normalizzati delle stazioni mareografiche al tempo t,
mentre le D1, D2, D3, D4 rapppresentano le distanze (al tempo t) dell’imbarcazione idrografica rispetto a
ciascuna stazione. In pratica il livello idrometrico relativo alla posizione dell’imbarcazione in un
determinato istante è stato desunto come valore medio (ponderato rispetto alla distanza) del livello
idrometrico registrato dalle stazioni mareografiche.
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Tale procedura di calcolo del più probabile livello di marea viene effettuata dal pacchetto di elaborazione
per rilievi idrografici RESON PDS2000 in fase di post-processing e tutti i rilevamenti sono stati quindi
ricalcolati e corretti dei valori idrometrici risultanti dalla procedura sopraelencata.
In conclusione, la scelta strategica di adottare la procedura descritta nel presente paragrafo ha consentito
di ridurre notevolmente gli errori dovuti alle complicate dinamiche delle variazioni ed ai ritardi dei livelli
idrometrici tipici delle applicazioni idrografiche in Alto Adriatico e di applicare (in post-processing) il più
probabile livello di marea a tutti i rilevamenti geofisici effettuati nelle aree di indagine, con una precisione
compresa tra i 0.05 m e 0.10 m.
7.
POST-PROCESSING
7.1.1 Dataset derivante dai ricevitori GPS
Nella fase di postprocessing sono stati rielaborati tutti i dati GPS, verificandone la rispondenza con quelli
utilizzati durante il rilievo ed apportando, se necessario, le dovute correzioni.
7.1.2 Dataset derivante dal sistema Singlebeam
In fase di elaborazione e post-processing dei dati si è provveduto a ricalcolare e verificare le posizioni e le
profondità dei dati Singlebeam con metodologie alternative. Sono stati inoltre applicati criteri di filtraggio
geometrico-statistici per eliminare eventuali peaks di ritorno acustico dell’ecoscandaglio dovuti
all’eterogeneità del fondale.
Le procedure di elaborazione adottate sono sotto riportate:
Replay del Rilievo. Tale operazione ha permesso di rieseguire letteralmente tutto il monitoraggio,
dall’inizio alla fine, esattamente nelle stesse condizioni in cui è stato effettuato in campo, ma
apportando le eventuali correzioni ritenute necessarie per una corretta restituzione. I parametri
che possono essere modificati sono:
La geometria della barca
La disposizione delle periferiche a bordo
L’altezza dell’antenna GPS
I parametri di trasformazione geodetica
Il SVP da applicare ai rilevamenti del sonar
Importazione del file SBET. Come spiegato nel capitolo 6.5, si è proceduto ad importare il file
SBET generato secondo le procedure precedentemente elencate. Al termine di questa
operazione, tutti i rilevamenti sono stati rielaborati, ottenendo pertanto un dataset di informazioni
batimetriche con accuratezza planimetrica inferiore ai 3 cm.
Importazione dei livelli idrometrici e generazione del modello lineare di marea. Come descritto nel
capitolo 6.6, si è provveduto ad importare nel pacchetto idrografico PDS2000 il modello di marea
calcolato secondo le procedure sopraelencate. Al termine di questa fase, tutti i rilevamenti
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batimetrici sono stati rielaborati e ricalcolati secondo marea, ottenendo un dataset singlebeam
definitivo di rilevamenti caratterizzati da una precisione planimetrica inferiore ai 3 cm e compresa
tra i 5 ed i 10 cm per quello altimetrico, a meno dell’incertezza dell’ecoscandaglio singlebeam.
Filtraggio Dati. Sul dataset Singlebeam è stato eseguito il filtraggio in funzione della Deviazione
Standard delle quote e l’applicazione dell’Intersect Filter. Utilizzando un software specifico è stata
verificata l’integrità delle stringhe NMEA-0183 dei ricevitori GPS e della stringhe provenienti
dall’ecoscandaglio Singlebeam, quindi si è proceduto al filtraggio di quei dati la cui Standard
Deviation risultasse maggiore di 15 cm.
7.1.3 Dataset derivante dal sistema Sub-bottom Profiler
In fase di post-processing, i dati acquisiti con Sub-bottom Profiler ed immagazzinati in formato
proprietario .jsf sono stati elaborati mediante software dedicato Edgetech Discover SB 3200-XS e Coda
Octopus Product Ltd.). In particolare, per ogni linea, sono state eseguite le seguenti procedure:
Estrazione del navigato. Sono stati estratti una serie di punti sequenziali corrispondenti alla direzione
di navigazione, ad un intervallo di 10 secondi. Di ogni punto sono stati forniti, in formato ASCII, nome,
linea di appartenenza, data e ora di acquisizione, latitudine e longitudine nel sistema WGS84 in
formato gradi,xxxx (4 decimali) e gradi primi,xxxx (4 decimali)
Estrazione dei mark. Sono registrati, direttamente sul profilo sismico .jsf, una serie di mark
sequenziali a distanza costante. Di ogni mark sono stati forniti, in formato ASCII, nome, linea di
appartenenza, data e ora di acquisizione, latitudine e longitudine nel sistema WGS84 in formato
gradi,xxxx (4 decimali) e gradi primi,xxxx (4 decimali).
Il software dedicato Edgetech Discover SB 3200-XS è stato inoltre fornito al CNR-ISMAR per la corretta
visualizzazione ed interpretazione dei dati.
Interfaccia Coda Geosurvey Seismic Edgeteche del Discover SB 3200-XS
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8.
CONSEGNA
Sono stati consegnati al CNR-ISMAR di Bologna ed alla Committenza i seguenti elaborati, su supporto
magnetico:
-
Raw data dei profili sismici, in formato .jsf.
-
Edit data dei profili sismici, in formato .jsf, contenenti i mark sequenziali.
-
File del Navigato derivato dai dati sismici, raggruppato per aree contenente, per ogni punto:
nome, linea di appartenenza, data e ora di acquisizione, latitudine e longitudine nel sistema
WGS84 in formato gradi,xxxx (4 decimali) e gradi primi,xxxx (4 decimali), in formato ASCII.
-
File dei Marks derivato dai dati sismici, raggruppati per aree e contenente, per ogni mark: nome,
linea di appartenenza, data e ora di acquisizione, latitudine e longitudine nel sistema WGS84 in
formato gradi,xxxx (4 decimali) e gradi primi,xxxx (4 decimali), in formato ASCII.
-
File delle quote di fondo, raggruppate per aree, contenente, per ogni punto: nome, latitudine e
longitudine nel sistema in WGS84 in formato gradi, xxxxxx (6 decimali), quota del fondo, in
formato ASCII.
-
Report delle attività di campo, in formato .xls, contenente, per ogni linea: data di acquisizione,
assetto della barca, profondità del towfish, settings, condizioni meteo marine, eventuali note.
-
Report conclusivo delle attività.
E’ stato inoltre consegnato PC portatile Vaio VGN SZ5VN/X 2 GB di ram contenente tutti i dati
sopraelencati.
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RIEPILOGO DEI PROFILI ACQUISITI
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ALLEGATI
9.1 Documentazione fotografica
Subbottom profiler Edgetech 3100P con allestimento a palo
PC di acquisizione e PC di navigazione
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