Analysis of multiple data sources for topographic reconstruction of Forni Glacier (Rhaetian Alps, Italy)

In this study, UAV and terrestrial photogrammetry were employed for surveying the tongue and terminus of Forni Glacier (Rhaetian Alps, Italy), located in the Stelvio National Park. The quality of reconstructed topographic models was evaluated in terms of completeness, point density and accuracy. The adopted surveying techniques resulted to be complementary: UAV photogrammetry was more suitable for reconstructing gentle-sloped surfaces whereas terrestrial photogrammetry performed better in case of vertical cliffs. Moreover, results indicate that photogrammetry may be a suitable alternative to TLS, promoted also by the low cost, compactness and ease of use. After evaluating the performances of the different surveying approaches, the Digital Elevation Model (DEM) of the glacier tongue was produced starting from the photogrammetric point cloud, to be compared to 2007 and 2014 DEMs. By adopting the DEMs differencing procedure, an increment of thinning rates was found in the last years, from -4.55 ± 0.24 my-1 in 2007-2014 to -5.20 ± 1.11 my-1 in 2014-2016. Simultaneously, the integration of UAV and terrestrial photogrammetry promoted a detailed identification of glacier hazards, such as ring and normal faults on the glacier tongue and collapsing areas at the glacier terminus. Even if photogrammetric data resulted to be sufficient for an accurate description of glacier thinning rates over yearly timescales, some improvements in the quality of geo-referencing have to be considered for correctly monitoring very rapid variations of the glacier topography. For example, the adoption of GPS- or Total Station-assisted photogrammetry may help to reduce the number of ground controls points.

In questo studio la fotogrammetria UAV e terrestre sono state utilizzate per monitorare la lingua e la parte terminale del Ghiacciaio dei Forni (Alpi Retiche, Italia), situato nel Parco Nazionale dello Stelvio. La qualità dei modelli topografici che sono stati ricostruiti è stata valutata in termini di completezza, densità e accuratezza. Le tecniche di rilievo adottate sono risultate essere complementari: mentre la fotogrammetria UAV si è rilevata essere più adatta per ricostruire pendii poco inclinati, la fotogrammetria a terra è risultata essere più efficace nel caso della ricostruzione di superfici verticali. Inoltre i risultati mostrano come la fotogrammetria possa costituire una valida alternativa al TLS, anche in termini di economicità, compattezza e semplicità nelle operazioni. Dopo aver valutato le prestazioni delle diverse tecniche di rilievo, il Modello Digitale di Elevazione (DEM) della lingua del ghiacciaio è stato generato a partire dalla nuvola di punti ottenuta dalla fotogrammetria con l’obiettivo di essere confrontato con i DEM del 2007 e del 2014. Un aumento della velocità di assottigliamento dello spessore del ghiacciaio negli ultimi anni è risultato dal confronto tra i vari DEM, passando da -4.55 ± 0.24 ma-1 nel periodo 2007-2014 a -5.20 ± 1.11 ma-1 nel 2014-2016. Allo stesso tempo l’uso combinato della fotogrammetria UAV e terrestre ha favorito l’identificazione delle superfici a rischio di crollo, ad esempio le faglie normali, ad anello e le aree della fronte. Anche se i dati fotogrammetrici sono risultati essere adeguati per un’accurata descrizione della velocità di assottigliamento del ghiacciaio su scale di tempo annuali, miglioramenti nella qualità della geo-referenziazione devono essere realizzati per il corretto monitoraggio di rapidi cambiamenti della topografia glaciale. Per esempio, l’uso della fotogrammetria assistita con GPS o stazione totale può contribuire a ridurre il numero dei punti di controllo a terra.