Area test: M‟dina (Malta)

Allo scopo di supportare la progettazione di un sistema di monitoraggio strutturale e interventi di consolidamento delle mura e del patrimonio dell‟antico centro abitato di M‟dina (Malta; Fig. 94), è stata effettuata un‟analisi radar multi-interferometrica satellitare a scala locale, secondo l‟approccio di mappatura rapida dei dissesti e valutazione delle condizioni di pericolosità residue presentato nella sezione 5.3.1 e nella Fig. 83.

Area A Area C

Area B

Fig. 94 - Localizzazione geografica (Google Earth) e inquadramento di dettaglio dell‟abitato di M‟dina, con indicazione delle aree maggiormente danneggiate: area A: Vilhena Palace; area B: Cattedrale; area C: Magazzini.

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L‟abitato di M‟dina è soggetto a fenomeni di instabilità di versante a causa del marcato contrasto tra le caratteristiche geotecniche dello strato calcareo rigido e fragile (Upper Coralline

Limestone) su cui la città è costruita, e la spessa unità deformabile argillosa (Blue Clay)

sottostante (Fig. 95). I fenomeni di dissesto in atto consistono in meccanismi di ribaltamento e arretramento delle pareti rocciose, erosione della roccia e del substrato e lenti movimenti di versante che danneggiano le strutture perimetrali della città (Casagli et al., 2008c).

Fig. 95 - Inquadramento geologico di dettaglio dell‟abitato di M‟dina (Casagli et al., 2008c).

I dati radar satellitari analizzati consistono in 63 immagini ERS (1992-2001) e 29 immagini ENVISAT (2003-2008), acquisite in geometria discendente ed elaborate dalla scrivente per mezzo della tecnica IPTA, descritta all‟interno della sezione 2.4.1.

I point target (PT) sono stati individuati utilizzando la combinazione dei due criteri di selezione dei bersagli, quello basato sull‟analisi temporale dell‟ampiezza del segnale e quello basato sull‟analisi della coerenza, in modo da ricavare il maggior numero possibile di punti di misura delle deformazioni.

Gli interferogrammi sono stati calcolati utilizzando un‟unica immagine master per ciascun

data stack (scena 30/03/1998 per i dati ERS; scena 13/03/2006 per i dati ENVISAT),

caratterizzate da una posizione centrale rispetto alle altre immagini, sia dal punto di vista temporale che spaziale, in modo da minimizzare la dispersione dei valori di baseline temporale e geometrica. Il reference point per ciascuna delle due elaborazioni è stato scelto in una zona stabile e in posizione centrale rispetto all‟area analizzata.

Per simulare il termine di fase legato alla topografia si è fatto uso di un DEM SRTM (Shuttle

Radar Topoghaphy Mission) con risoluzione di 3 arcosecondi (circa 90 m), distribuito

gratuitamente dall‟USGS (United States Geological Survey).

Grazie ad un processo iterativo, sfruttando il diverso comportamento delle componenti della fase interferometrica nei confronti del tempo, dello spazio e della baseline normale, è stato possibile separare i contributi legati alla deformazione lineare e non lineare, quelli legati alla correzione topografica, i termini atmosferici ed il rumore (Fig. 96 and Fig. 97).

Tutte le immagini SAR a disposizione sono state elaborate ed hanno condotto alla creazione di due dataset di misure di deformazione, 1992-2000 e 2003-2008 (Fig. 98). È stato ricavato un numero rilevante di bersagli radar sull‟intera area analizzata: 10.941 per l‟analisi ERS (140 PT/km2) e circa 6.000 per l‟analisi ENVISAT (75 PT/km2). L‟evidente differenza nel numero di bersagli analizzati nei due diversi periodi è dovuta alla differenza nel numero di immagini costituenti ciascun data stack.

5  Radar-interpretazione

105 Fig. 96 - Analisi IPTA eseguita su Malta con immagini ERS discendenti del periodo 1992-2001. Sinistra: Ubicazione dei point target individuati mediante l‟analisi. Destra: Esempio di analisi di regressione 2D di fase interferometria differenziale relativa a due punti vicini.

0 5 mm/y 0 2π

Fig. 97 - Analisi IPTA eseguita su Malta con immagini ERS discendenti del periodo 1992-2001. Sinistra: Velocità medie di deformazione. Destra: Esempio di componente di fase legata alla presenza dell‟atmosfera. Entrambe le immagini sono in coordinate SAR. In rosso è indicato l‟abitato di M‟dina.

In particolare, grazie all‟analisi ERS, all‟interno della città di M‟dina sono stati individuati 23 point target (Fig. 98), tutti caratterizzati da velocità media di deformazione piuttosto contenuta e da serie storiche che hanno messo in luce una situazione di generale stabilità dal 1992 al 2000. La distribuzione spaziale di tali bersagli tuttavia si è rivelata non omogenea sul centro abitato, specialmente nelle aree maggiormente danneggiate (aree A, B e C; Fig. 94).

I risultati dell‟analisi mostrano anche per l‟intervallo 2003-2008 una situazione generalmente stabile, ad eccezione di alcuni bersagli caratterizzati da velocità piuttosto consistenti e ubicati nelle aree maggiormente danneggiate (Fig. 98). Le serie storiche di tali punti sono mostrate in Fig. 99.

La serie storica del PT 26430 ubicato nell‟area dei magazzini (area C) rivela la presenza di alcuni errori in fase di elaborazione, legati all‟equivocazione della fase interferometria ed alla conseguente significativa sottostima delle reali deformazioni avvenute nel 2003-2008 (Fig. 99

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c). In tal caso, benché la velocità media annuale del PT sembri piuttosto bassa e caratterizzata da segno positivo (in avvicinamento al satellite), è ragionevole assumere che si siano verificati dei movimenti maggiori di 14 mm (tra un‟acquisizione e la successiva) e che questi siano stati equivocati (errore di ±2π, cioè ± 28 mm), come visibile tra l‟acquisizione del 17/05/2004 e quella del 26/07/2004 (Fig. 100). Sotto questa ipotesi, tale bersaglio indicherebbe una velocità di deformazione di circa 25-35 mm/anno in allontanamento dal sensore (negativi).

Fig. 98 - Risultati dell‟analisi IPTA effettuata nell‟area di Mdina (Malta) mediante immagini ERS 1992-2001 (sopra) ed ENVISAT 2003-2008 (sotto) acquisite lungo orbite discendenti. I point target sono visualizzati in base alla velocità di deformazione media registrata all‟interno del periodo coperto dalle immagini radar.

Purtroppo, a causa della geometria di vista del sensore in configurazione discendente e, in conseguenza degli elevati tassi di deformazione caratteristici dei fenomeni in atto nell‟area in studio, i risultati delle analisi IPTA non hanno condotto a conclusioni ulteriori rispetto a quelle dedotte dai rilievi e dalle misure in situ condotte dal gruppo di lavoro del DST-UNIFI nel 2008. Infatti, il confronto tra l‟orientazione della LOS del satellite e la direzione di deformazione prevalente in alcune zone del centro abitato, rilevata durante alcuni sopralluoghi, ha mostrato che la percentuale di deformazione leggibile dal satellite è molto ridotta in corrispondenza delle strutture più lesionate di M‟dina (38%). Tuttavia, ciò giustifica solo in parte la registrazione sui

5  Radar-interpretazione

107 Considerando inoltre la morfologia dell‟area indagata e la presenza di poche strutture urbane riflettenti e/o limitate combinazioni geometriche delle stesse adatte alla creazione di diedri e triedri riflettenti il segnale radar verso il sensore, nonché la presenza di diverse zone in ombra e in layover (cfr. 2.1.1), la bassa densità di bersagli e le basse velocità di deformazione registrate possono essere del tutto giustificate.

(a)

(b)

(c) Fig. 99 - Esempi di serie storiche di deformazione di PT ENVISAT 2003-2008.

Fig. 100 - Serie storica del PT 26430, con indicati i dati di spostamento misurati e le repliche (positiva e negativa; ± 28 mm).

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