Monitoring and modelling of rock glacier kinematics

This study investigates and compares the techniques currently used to monitor and analyse the movements of rock glaciers. The main aim is to improve the capacity of monitoring displacement using different tools and platforms5-6. This study covers the use of Global Navigation Satellite System (GNSS), photogrammetry and Synthetic Aperture Radar (SAR). The maximum goal is to determine specific and critical areas of interest by scaling down the products. Lastly, the results will be used to forecast and model the possible displacements integrating different types of data. The main interest in selecting rock glaciers is because they are bodies that express the presence of permafrost in the mountain domain; they are mixtures of ice rocks perennially frozen and different types of movement (rotational, sliding, rolling, gravitational, etc.). Its monitoring is complex: located remotely, with harsh climate conditions and limited resources for an operational system. Remote sensing solutions are a good alternative. SAR allows the analysis of large areas and the identification of active zones. For the selected areas, proximal sensing and ground sensing methods provide detailed assessments of displacements and positions. This work uses multi-platform and multi-sensor (RGB and Thermal) to determine the best combination of them to reduce errors. They produce Digital Surface Models (DSM), orthomosaics and point clouds of the surface. Some products are suitable for quantifying displacement through image analysis. We rely in GNSS data, as the fundamental axis for this approach. Here, we include a long lasting GNSS dataset, it is generated a new yearly dataset that is used to validate the proximal and remote sensing methods and it is high-accurate information. Lastly, this work includes the use of a modelling software FLAC3D to predict future events. The main interest in selecting rock glaciers is because they are bodies that express the presence of permafrost in the mountain domain; they are mixtures of ice rocks perennially frozen and different types of movement (rotational, sliding, rolling, gravitational, etc.). Its monitoring is complex: located remotely, with harsh climate conditions and limited resources for an operational system. Remote sensing solutions are a good alternative. SAR allows the analysis of large areas and the identification of active zones. For the selected areas, proximal sensing and ground sensing methods provide detailed assessments of displacements and positions. This work uses multi-platform and multi-sensor (RGB and Thermal) to determine the best combination of them to reduce errors. They produce Digital Surface Models (DSM), orthomosaics and point clouds of the surface. Some products are suitable for quantifying displacement through image analysis. We rely in GNSS data, as the fundamental axis for this approach. Here, we include a long lasting GNSS dataset, it is generated a new yearly dataset that is used to validate the proximal and remote sensing methods and it is high-accurate information. Lastly, this work includes the use of a modelling software FLAC3D to predict future events.

Questo studio indaga e confronta le tecniche attualmente utilizzate per monitorare e valutare i movimenti dei rock glaciers. L'obiettivo principale è quindi migliorare e rendere più efficiente la valutazione degli spostamenti. L’analisi include l’uso di Global Navigation Satellite System (GNSS), fotogrammetria e Synthetic Aperture Radar (SAR). Il processo inizia con una valutazione su larga scala con il SAR, a cui segue una valutazione più approfondita con metodi di proximal e ground sensing, fino a simulazione con modelli numerici. L'interesse per i rock glaciers risiede nel fatto che essi sono indicatori della presenza di permafrost nelle aree montane; questi corpi sono mix di ghiaccio e rocce perennemente congelate e sono caratterizzati da diversi tipi di movimenti (rotazionale, scivolamento, rotolamento, gravitazionale, ecc.). Il loro monitoraggio è complesso: si trovano in luoghi remoti e pericolosi, con condizioni climatiche difficili. Le soluzioni di remote sensing costituiscono quindi una potente risorsa. Il SAR consente di analizzare ampie aree e identificare zone attive. Per le aree identificate, i metodi di proximal sensing e di rilevamento sul campo consentono una analisi dettagliata degli spostamenti e delle posizioni di punti del dominio. In questo report sono stati utilizzati UAV equipaggiati contemporaneamente con diversi sensori (RGB e termici). Tali strumenti consentono la produzione di modelli digitali della superficie (DSM), ortomosaici e nuvole di punti rappresentanti il dominio in analisi. Alcuni di questi prodotti risultano essere validi per la valutazione degli spostamenti e deformazioni del rock glaciers, costituendo così una possibile alternativa ai metodi più tradizionali. Il GNSS viene usato come riferimento: la disponibilità di una lunga collezione di rilievi ad alta precisione fa sì che possa essere usato per valutare l’efficacia del remote and proximal sensing. Infine, questo lavoro include l'uso del software di modellazione FLAC3D per prevedere eventi futuri e calibrare alcuni parametri caratterizzanti il rock glacier. L'interesse per i ghiacciai di roccia risiede nel fatto che essi sono indicatori della presenza di permafrost nelle aree montane; questi corpi sono mix di ghiaccio e rocce perennemente congelate, sono caratterizzati da diversi tipi di movimenti (rotazionale, scivolamento, rotolamento, gravitazionale, ecc.). Il monitoraggio di questi ghiacciai è complesso: si trovano in luoghi remoti e pericolosi, con condizioni climatiche difficili. Le soluzioni di remote sensing costituiscono quindi una potente risorsa. Il SAR consente di analizzare ampie aree e identificare zone attive. Per le aree identificate, i metodi di proximal sensing e di rilevamento sul campo consentono una analisi dettagliata degli spostamenti e posizioni di punti del dominio. In questo report si sono utilizzati UAV equipaggiati contemporaneamente con diversi sensori (RGB e termici). Tali strumenti consentono la produzione di modelli digitali della superficie (DSM), ortomosaici e nuvole di punti rappresentanti il dominio in analisi. Alcuni di questi prodotti risultano essere validi per la valutazione degli spostamenti e deformazioni del rock Glacier costituendo così una possibile alternativa ai metodi più tradizionali. Il GNSS viene usato per la produzione dell’informazione di riferimento. Qui si ha la disponibilità di una lunga collezione di rilievi con alta precisione, questo fa si che questa tecnica venga usata come riferimento per validare i metodi di remote and proximal sensing e valutarne l’efficacia. Infine, questo lavoro include l'uso del software di modellazione FLAC3D per prevedere eventi futuri e calibrare alcuni parametri caratterizzanti il rock glacier .