Algoritmi fotogrammetrici di correlazione di immagini per l'analisi multi-temporale di spostamenti superficiali di corpi franosi

Given the high percentage of national land characterized by a high risk of hydrogeological instability, landslide monitoring plays a fundamental role in preventing damage to people and infrastructures. For this reason, Italian institutions installed monitoring equipment on most of landslides. According to these considerations, the work described in this thesis has been developed. In fact, among the monitoring equipment, cameras are often installed for the visual monitoring of landslides, but they can be also used as a tool for a quantitative evaluation of the surface displacements. The procedure consists of a pre-processing phase, including both image visualization enhancement and image co-registration followed by the displacement field estimation by Digital Image Correlation (DIC). Then, combining information from a terrain elevation model and the direct photogrammetric equations the displacement can be converted in metric units. The developed algorithm has been tested on a case study on the Ruinon landslide, in upper Valtellina. Considering the area with the highest displacements, results obtained by DIC have a correlation of about 50% with those observed by GBInSAR (installed on the landslide as monitoring instrument). To evaluate the impact of the low resolution camera used for this case study, another test with a better resolution camera has been proposed. This test aims at monitoring the terminus of the Belvedere Glacier (Macugnaga) and here DIC displacements were compared with displacement computed by drone photogrammetry, showing a displacement correlation of about 68%. These results show the good level of consistency between DIC estimated displacements and the ones measured by alternative instruments already present for monitoring. The lower correlation in the Ruinon case study could derive from the fact that DIC and GBInSAR observe displacements belonging to almost perpendicular planes.

In Italia, data l’alta percentuale di territorio caratterizzato da rischio elevato di dissesto idrogeologico, il monitoraggio delle frane riveste un ruolo fondamentale nella prevenzione di danni a persone e infrastrutture. Per questo motivo gli enti preposti hanno installato strumentazione sulla maggioranza delle frane italiane. Da queste considerazioni, si sviluppa il lavoro presentato in questa tesi, ovvero l’utilizzo di fotocamere, già precedentemente installate per il monitoraggio visivo delle frane, come strumento per una valutazione di tipo quantitativo degli spostamenti superficiali. La procedura sviluppata si compone di diverse fasi che si articolano in un pre-processamento del dato acquisito, con la finalità di migliorare la visualizzazione dell’immagine e co-registrarla rispetto a un’immagine master, a cui segue poi la stima vera e propria del campo di spostamento mediante l’applicazione di algoritmi di correlazione di immagini (DIC). Combinando le informazioni derivanti del modello di elevazione del terreno e le equazioni fotogrammetriche è possibile convertire gli spostamenti così ottenuti in unità metriche. L’algoritmo è testato in un caso studio sulla frana del Ruinon, in alta Valtellina, mostrando, nella zona a massimo spostamento, un valore di correlazione del 50% fra gli spostamenti stimati con la DIC e quelli misurati dal GBInSAR (già presente ed usato per il monitoraggio). Per valutare l’impatto della bassa risoluzione della camera installata in sito, viene proposto un ulteriore test con una fotocamera a risoluzione maggiore. In questo ci si propone di monitorare gli spostamenti della lingua terminale del ghiacciaio del Belvedere, solitamente monitorati tramite fotogrammetria da drone. La correlazione tra questi ultimi ed i risultati ottenuti con la DIC mostrano una correlazione di circa il 68%. In generale, i risultati ottenuti mostrano un buon livello di coerenza con la strumentazione alternativa per il monitoraggio dello specifico caso. La minor correlazione ottenuta nel caso studio sul Ruinon può dipendere dal fatto che DIC e GBInSAR osservano spostamenti proiettati su piani tra loro quasi perpendicolari.