Paolo Caporossi - Dipartimento Scienze della Terra

1. Informazioni generali dottorando
a. Nome Paolo
b. Cognome Caporossi
c. Ciclo XXXI
d. Curriculum Scienze della Terra
e. Borsa Si
f. Titolo Tesi Sviluppo di metodologie di Image Processing per il
monitoraggio dei versanti in frana
g. Docente Guida (ed eventuali co-tutor) P. Mazzanti – F. Bozzano
2. Attività scientifica dell’ultimo anno
Come previsto dal cronoprogramma triennale, durante la prima parte del primo anno di dottorato sono state approfondite le
conoscenze sulle nuove tecnologie di monitoraggio frane e sull’evoluzione cinematica delle stesse. In particolare e’ stato
realizzato un database geo-localizzato di circa 20 fenomeni di frana (sia su suolo nazionale che internazionale) che include
molteplici parametri (stato di attività, classificazione secondo Varnes, velocità, volume coinvolto, località, triggering factor,
etc.). Tale database sarà, aggiornato ed integrato nel corso del mio dottorato.
Nel mese di maggio 2016, a seguito di uno specifico corso di formazione e del conseguente esame finale, ho conseguito
l’attestato ENAC (Ente Nazionale Aviazione Civile) di pilota SAPR (Sistema Aeromobile a Pilotaggio Remoto).
Successivamente, sono state approfondite le conoscenze sui principi di funzionamento della fotogrammetria 3D basata sulla
tecnica SfM (Structure from Motion) anche attraverso l’utilizzo congiunto di alcuni software quali Zephyr Aerial (3D Flow
S.r.l., Università di Verona, IT), Photoscan (Agisoft LLC, RUS) e Visual SFM (Dr. C. Wu).
Grazie alla collaborazione con NHAZCA S.r.l. ho avuto la possibilità di partecipare attivamente a due rilievi
aerofotogrammetrici, volti alla ricostruzione di un modello digitale tridimensionale (DSM e ortofoto ad altissima
risoluzione) di due siti sperimentali: i) la vasca di laminazione Episcopio a Sarno (SA) e ii) la frana di Poggio Baldi (FC). In
entrambi i casi, è stato seguito il processo completo che è consistito nella pianificazione del rilievo, nell’esecuzione dello
stesso e nella successiva elaborazione dati. I prodotti ottenuti (ortofoto e DSM ad altissima risoluzione) rappresentano la
base di partenza per studi più approfonditi finalizzati alla stima degli spostamenti e delle modifiche del territorio.
Una particolare attenzione è stata inoltre rivolta alle metodologie di Digital Image Correlation (DIC) anche in questo caso
attraverso il supporto di alcuni software già esistenti quali COSI-Corr (Dr. S. Leprince, Caltech, CA), GOM Correlate
2016 (GOM Company, Braunschweig, DE) e Pointcatcher (Dr. M. James, University of Lancaster, UK). In particolare, al
fine di verificare e confrontare l’efficacia di questi strumenti software è stata eseguita (grazie alla collaborazione con
NHAZCA S.r.l. e IMG S.r.l.) una serie di esperimenti in ambiente semi-controllato utilizzando, quale strumento di
calibrazione, una livella ottica di precisione (casa produttrice Leica Geosystems). Tali esperimenti hanno permesso anche di
testare l’efficacia e la sensibilità di diversi apparati fotografici, quali ad esempio la DSLR Nikon D700 e la Sony Alpha
5000, a parità di strumenti di calcolo. Da questo test, infatti, si e’ potuto registrare un’accuratezza e una sensibilità maggiore
(circa il doppio) della DSLR Nikon D700 (12,1 Mpx, sensore CMOS 36x24 mm) rispetto alla Sony Alpha 5000 (24,2 Mpx,
sensore CMOS 23,2x15,4 mm) nelle misure derivate da analisi DIC.
Impiegando due diverse fotocamere (Nikon D700 e Sony Alpha 5000), posizionate alla stessa distanza della livella dal
target libero di muoversi, si e’ notata una più che accettabile corrispondenza tra i valori reali di spostamento da me indotti
(range di errore compreso tra 0,01 e 0,05 mm su massimi spostamenti indotti dell’ordine di 5 mm), i valori del monitoraggio
effettuato dalla livella e quelli delle due analisi DIC, utilizzando le immagini acquisite dai due sensori fotografici installati.
Inoltre, è stato sviluppato anche un semplice programma, in ambiente Matlab, che permette di definire la risoluzione a terra
di ogni immagine acquisita sulla base alle caratteristiche tecniche della fotocamera e alla distanza tra sensore e oggetto da
monitorare.
Parallelamente a quanto descritto sopra è stata effettuata la selezione dei casi di studio basandosi sui seguenti parametri: i)
tipologia di evoluzione del processo; ii) presenza contestuale di altri dati di monitoraggio da usare per confronti e verifiche,
iii) eventuale disponibilità di dati di base storici. Inoltre, per ottenere una maggiore rappresentatività sperimentale, i tre
principali casi di studio finora individuati sono rappresentati da eventi franosi di diversa tipologia presso i quali sono
disponibili diverse tipologie di dato. Di seguito si riporta una rapida descrizione dei 3 siti sperimentali attivati nel corso del
primo anno:.
- Frana di Poggio Baldi (FC):
Situata in prossimità del comune di Santa Sofia (FC), si tratta di una frana in roccia con volume stimato di 4 milioni di
m3,avvenuta nel marzo del 2010. Classificata come una rockslide con movimento prevalentemente roto-traslativo, evoluta
poi in un complesso earthflow, presenta un’attività costante, soprattutto nella sua zona di scarpata, caratterizzata da
numerosi fenomeni di crollo. Tale fenomeno risulta particolarmente interessante grazie alla presenza di un Sito Sperimentale
di Monitoraggio gestito da NHAZCA S.r.l. e dal Dipartimento di Scienze della Terra dell’Università di Roma Sapienza
attivo dal giugno 2015 nel quale sono periodicamente eseguite acquisizioni dati con diverse tipologie di strumenti di misura
da remoto (Terrestrial Laser Scanner, GB-InSAR, DGPS, etc.). Nell’ambito di questi sito, oltre ad uno studio geologicogeomorfologico di dettaglio, ho avuto la possibilità di sviluppare un sistema di monitoraggio basato sull’installazione in sito
di due stazioni ground-based per acquisizioni periodiche di immagini attraverso l’utilizzo di fotocamere ad alta risoluzione
(es. Nikon D3200). Inoltre, come detto sopra, ho preso parte alle attività di rilievo fotogrammetrico da piattaforma SAPR e
alle correlate attività di rilievo GPS.
- Frana del Chiascio (PG):
Situato nei pressi del comune di Valfabbrica (PG), questa frana in terra e roccia è caratterizzata da diverse tipologie di
movimento che interessano un versante immediatamente adiacente alla diga di Casanuova sul fiume Chiascio. Grazie alla
collaborazione con NHAZCA S.r.l., nel novembre 2015 e’ stato possibile realizzare sito di monitoraggio in continuo e di
lungo termine basato sia su un sistema Interferometrico SAR Terrestre sia su fotocamere basate a terra. In particolare, ho
ideato e sviluppato un sistema di acquisizione automatica, gestione remota, doppia archiviazione e trasmissione dei dati in
tempo reale basati su sistemi cloud e connessione dati satellitare. In questo modo, ogni giorno si ricevono le immagini
acquisite con cadenza oraria dalla fotocamera installata in sito (Nikon D3200). Nell’arco dell’ultimo anno di monitoraggio
e’ stato possibile acquisire un dataset di circa 2700 immagini. Inoltre, in questo sito di monitoraggio, sono state
preliminarmente ideati e testati sistemi di target passivi in grado di consentire la rilevazione dati anche in condizioni di
assenza di luce solare.
- Frana di Montescaglioso (MT):
La grande frana in terra si e’ attivata il 3 dicembre 2013, in località Montescaglioso (MT), in modo catastrofico, inducendo
entità di spostamento importanti (massimi spostamenti registrati dell’ordine dei 20 metri). Essa rappresenta un caso di
studio molto interessante nell’ambito della mia attività di ricerca, in quanto e’ caratterizzato, da un’ampia disponibilità di
dati telerilevati da piattaforma aerea e satellitare. In particolare, i dataset pre- e post-evento presenti sono rappresentati da
immagini in ampiezza SAR satellitari (COSMO-SkyMed), in geometria ascending e descending, ortofoto aeree ad altissima
risoluzione, DTM derivati da rilievi LiDAR aerei ed immagini satellitari multispettrali (Landsat 8 OLI-TIRS). Nel luglio
2016 e’ stato effettuato, inoltre, un accurato rilevamento geologico-geomorfologico di campo, in cui si sono potuti osservare
ed analizzare in modo diretto gli elementi caratterizzanti del movimento franoso, interpretandoli ed inserendoli nel quadro
deformativo generale locale. Alcune prime analisi di correlazione sono state eseguite per la frana di Montescaglioso,
utilizzando le reflectivity map, derivate da immagini in ampiezza SAR satellitari (COSMO-SkyMed, ~ 3x3 m/pixel) e il
LiDAR aereo (1x1 m/pixel), pre- e post-frana, ottenendo risultati concordi con i dati da bibliografia (Amanti et alii, 2014,
Raspini et alii, 2015).
3. Attività didattica dell’ultimo anno
1. 26th Annual Conference Geological Remote Sensing Group – Challenges in Geological Remote Sensing,
9 – 11 Dicembre 2015, ESA-ESRIN, Frascati (RM);
2. X Convegno dei Giovani Ricercatori di Geologia Applicata, 18 – 19 Febbraio 2016, DICAM e BiGeA,
Università Alma Mater Studiorum, Bologna;
3. Conferenza Annuale ESRI Italia, 20 – 21 Aprile 2016, ERGIFE Palace Hotel, Roma;
4. 88th Congresso della Società Geologica Italiana, 7 – 9 Settembre 2016, Università degli Studi Federico
II, Napoli. Comunicazione orale “UAV Photogrammetric survey of the Poggio Baldi Landslide (Santa
Sofia, North Apennine, Italy)”.
4. Altre attività
1. Attestato di Pilota SAPR (cert. ENAC) per aree non critiche in condizioni VLOS (Visual Line Of Sight):
-
Corso teorico: 2 – 6 Maggio 2016, Dipartimento di Scienze della Terra - Sapienza Università di Roma,
Scuola di volo “Volandia” – Aeroclub della Vestina (rif. ENAC 3415), N. 50/16;
-
Corso pratico: 9 – 11 Maggio 2016, Campi Bisenzio (FI), Casa Costruttrice APR NT6 “Neutech S.r.l.”, N.
25/2016;
2. 3rd International Course on Geotechnical and Structural Monitoring, 7 – 10 Giugno 2016, Castello dei
Conti Guidi, Poppi (AR);
3. LARAM (LAndslide Risk Assessment and Mitigation) School – XI Edizione, 5 – 16 Settembre 2016,
Università di Salerno, Dipartimento di Ingegneria Civile, Campus di Fisciano (SA).
4. Periodi all’estero (presso università, centri di ricerca, laboratori)
No
5. Prodotti della ricerca
a)
b)
c)
d)
Pubblicazioni su riviste ISI
Pubblicazioni su riviste non-ISI
Manoscritti sottomessi (in revisione)
Presentazioni a convegni, poster, Abstract:
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Comunicazione orale 88th Congresso della Società Geologica Italiana. “UAV Photogrammetric survey of the
Poggio Baldi Landslide (Santa Sofia, North Apennine, Italy)”.
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Bozzano F., Caporossi P., Esposito C., Martino S., Mazzanti P., Moretto S., Scarascia Mugnozza G., Rizzo A. M.,
2016. Mechanism of the Montescaglioso landslide (southern Italy) inferred by geological survey and remote
sensing. Atti di convegno 4th WLF (World Landslide Forum), Ljubljana, Slovenia (29 Maggio – 2 Giugno 2017) (in
press);
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-
Martino S., Bozzano F., Caporossi P., Della Seta M., Esposito C., Fantini A., Fiorucci M., Iannucci R., Marmoni
G. M., Mazzanti P., Moretto S., Rivellino S., Romeo R. W., Sarandrea P., Troiani F., Varone C., 2016. Landslides
triggered by the 24th August 2016 (Mw 6.0) Amatrice earthquake (Italy): data survey and inventorying. Atti di
convegno del 35th Convegno GNGTS (Gruppo Nazionale di Geofisica della Terra Solida), Lecce (22 – 24
Novembre 2016);
Mazzanti P., Bozzano F., Brunetti A., Caporossi P., Esposito C., Scarascia Mugnozza G., 2016. The Experimental
Landslide Monitoring Site of the Poggio Baldi landslide (Santa Sofia, North-Apennine, Italy). Atti di convegno 4th
WLF (World Landslide Forum), Ljubljana, Slovenia (29 Maggio – 2 Giugno 2017) (in press).