Alberto GIUSSANI - Marco SCAIONI

March 20, 2018 | Author: Anonymous | Category: Ingegneria, Informatica, Data Mining
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Alberto GIUSSANI - Marco SCAIONI Metodi topografici innovativi per l’analisi delle deformazioni nelle grandi dighe Le tecniche tradizionali per il monitoraggio statico delle grandi dighe sono costituite da un insieme di diversi sensori, integrati dall’utilizzo di metodi e strumenti di tipo topografico. Negli anni più recenti entrambe le tecnologiche si sono alquanto evolute verso un elevato livello di automazione, rendendo possibile l’acquisizione di serie di osservazioni ad intervalli di tempo molto ridotti. Si pensi ad esempio ai sensori automatici quali i coordinatometri, i clinometri, i collimatori opto-elettronici, oppure alle stazioni totali motorizzate. Tuttavia, tutti i metodi e gli strumenti impiegati sino ad oggi sono caratterizzati dal fatto di misurare in modo assai accurato gli spostamenti e le deformazioni relative ad un numero ridotto di punti della struttura, non fornendo alcuna informazione riguardo alle altri parti. Questa limitazione non rappresenta un problema per la sorveglianza di una diga, mentre introduce un grado di approssimazione nell’ambito dell’analisi del comportamento strutturale della stessa, soprattutto quando si vuole mettere in relazione le deformazioni con le variazioni delle condizioni al contorno (parametri ambientali, livello del bacino, evolversi di fenomeni di tipo geologico). La disponibilità odierna di strumentazione laser scanning terrestre in grado di acquisire rapidamente una densa nuvola di punti descrittiva della superficie di un oggetto, operando anche da distanze di 300-400 m, ha suscitato l’interesse a verificarne l’impiego per la misurazione delle deformazioni nelle grandi dighe. La disponibilità di una descrizione così fitta delle superfici consentirebbe infatti, se anche l’accuratezza dei punti fosse sufficiente, di dedurre informazioni sul comportamento dell’intera struttura, non limitandosi a pochi punti. Tenendo conto che il paramento di una diga può avere spostamenti nel corso di un anno compresi entro pochi centimetri, la precisione richiesta con cui determinare le variazioni geometriche di una superficie nel tempo dovrebbe essere ragionevolmente nell’ordine di ± 5 mm, valore che attualmente è al limite delle prestazioni strumentali. L’idea fondamentale che si sta sviluppando è quella di valutare le deformazioni non utilizzando direttamente i punti rilevati mediante laser scanning, bensì interpolando questi ultimi con superfici matematiche regolari in modo da ridurre gli effetti degli errori di misura e del rumore. Al fine di valutare tutto questo, nell’ambito di un progetto di ricerca nazionale (PRIN 2004) è stata organizzata una sperimentazione in collaborazione con AEM1 Area Produzione, realizzando un campo prova presso la diga di Cancano in Alta Valtellina. Sul paramento della diga sono stati materializzati 70 target con lo scopo di confrontare gli spostamenti valutati mediante le scansioni laser scanning con misurazioni eseguite con stazione totale a partire dai vertici di una rete topografica appositamente realizzata. Una ulteriore serie di target è stata posizionata attorno alle posizioni di stazione degli strumenti per valutare se fosse possibile determinare la georeferenziazione delle scansioni senza utilizzare punti di riferimento sulla struttura. La georeferenziazione, cioè l’inquadramento di ogni singola scansione all’interno di un sistema di riferimento stabile, costituisce uno degli aspetti più delicati dell’intero processo, in quanto deve essere realizzata in modo assai accurato per permettere il confronto tra le superfici nel tempo. Gli errori imputabili alla georeferenziazione, assieme a quelli intrinseci alle misure stesse, vanno ad aumentare l’incertezza complessiva della determinazione delle superfici, riducendo di conseguenza l’entità delle deformazioni che posso essere misurate in modo significativo. La sperimentazione è consistita nell’esecuzione, fino ad oggi, di 4 campagne di misura, intraprese nei periodi dell’anno che solitamente corrispondono al carico maggiore (Ott. 2005 e Nov. 2006) e minore (Mag. 2005 e 2006). Due differenti strumenti laser scanner sono stati impiegati: un Riegl LMS-Z420i (a), caratterizzato da 1

Azienda Energetica Municipale di Milano.

una lunga portata (oltre 500 m), e un Leica HDS3000 (b), con portata più ridotta (fino a circa 100 m). Le acquisizioni sono state eseguite da punti e distanze diverse, in accordo alle caratteristiche dei due strumenti. Lo strumento (a) è stato impiegato da due posizioni poste circa ad una distanza media di 160 m e 340 m dal paramento di valle della diga, in modo da riprendere la sola porzione centrale di quest’ultimo; le scansioni sono state ripetute nel corso di tutte le campagne di misura. Lo strumento (b) è stato invece utilizzato da 5 differenti posizioni poste più vicino alla diga, in modo tale da riprenderne l’intero paramento di valle; purtroppo questo strumento è stato utilizzato solamente nel corso di due campagne di misura. Le analisi dei dati sono state eseguite relativamente alla scanner (a), permettendo di confrontare tra loro le scansioni acquisite da entrambe le postazioni scelte in 3 epoche diverse; la prima campagna di misura (Mag 2005) si è purtroppo rivelata inutilizzabile, a causa della presenza di un eccessivo rumore nelle osservazioni, probabilmente imputabile ad un difetto dello strumento successivamente corretto. Si riassumono brevemente nei seguenti punti le conclusioni che fino ad oggi è stato possibile dedurre dalla sperimentazione condotta, considerando che la fase di trattamento dei dati è in pieno svolgimento e che probabilmente verranno svolte in futuro nuove campagne di misura con modalità operative differenti:  georeferenziazione dei dati: questo aspetto, che riveste un ruolo cruciale nella valutazione delle deformazioni della diga, si è rivelato particolarmente critico. L’approccio utilizzato per entrambi gli scanner è stato basato sull’impiego di target retro-riflettenti posti sia sul paramento frontale che all’esterno, le cui coordinate sono state determinate con una stazione totale. Purtroppo il loro utilizzo ha evidenziato due tipi di problemi: l’accuratezza della misura delle coordinate di riferimento mediante stazione totale è circa dello stesso ordine dell’incertezza massima della misura delle deformazioni che si vuole ottenere, fatto che ha reso particolarmente difficoltosa la fase di reiezione degli errori durante il calcolo dei parametri di georeferenziazione. Inoltre, i dati analizzati hanno evidenziato errori sistematici nelle misure di distanza eseguite sui punti appartenenti ai target, i quali sono stati confermati da altri test sperimentali svolti. Per questo motivo, se da un lato si sta cercando dal punto di vista teorico di raffinare la strategia di rimozione degli errori nella georeferenziazione e di modellizzare alcuni errori sistematici nelle misure, dall’altro si vuole sperimentare in futuro l’impiego di scansioni da pilastrini che permettono un riposizionamento molto accurato dello strumento nella medesima posizione, evitando così l’uso dei target. Questi risultati hanno inoltre permesso di concludere come non sia conveniente utilizzare solo target esterni alla diga.  modellazione degli errori strumentali: i confronti tra le misure acquisite alle diverse epoche hanno evidenziato la presenza degli errori nella misura dei target di cui si è parlato al punto 1, i quali sono dipendenti dalla distanza ed è quindi possibile modellizzarli. Questa considerazione è sorta dai confronti tra scansioni acquisite alla stessa epoca dalle due diverse stazioni, che non hanno fornito dati completamente compatibili. Inoltre sono stati evidenziati comportamenti anomali nelle misure di alcune porzioni della struttura, non imputabili alla georeferenziazione. Probabilmente sono presenti errori sistematici che dipendono da fattori ambientali (ad esempio l’irraggiamento solare) e dalla giacitura della superficie misurata rispetto al punto di stazione dello scanner.  analisi delle deformazioni: quelle condotte risultano essere affette dai problemi precedentemente discussi, che in parte potranno essere risolti mediante l’impiego di soluzioni operative alternative, in parte realizzando l’analisi delle deformazioni con l’utilizzo di superfici interpolanti. Si è provveduto a confrontare le misure di spostamento mediate sui punti collocati in zone della diga dove sono disponibili dati indipendenti di confronto, ottenendo differenze contenute entro il valore massimo di circa 8 mm. Bibliografia

Alba M., Fregonese L., Prandi F., Scaioni M., Valgoi P., 2006. Structural Monitoring of a Large Dam by Terrestrial Laser Scanning. In: The International Archives of the Photogrammetry, Remote Sensing and Spatial Information Sciences, Vol. 35(5), Dresden (Germany), pp. 6, su CDROM. Alba M., Giussani A., Roncoroni F., Scaioni M., Valgoi P., 2006. Geometric Modelling of a Large Dam by Terrestrial Laser Scanning. In Proc. of XXIII FIG Congress, Munich (Germany), 8-13 Ott, pp. 15, su CDROM.

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