Interferometria SAR per lo studio di movimenti e generazione di modelli digitali del terreno in Antartide

Satellite SAR (Synthetic Aperture Radar) interferometry represents a valid technique for digital elevation models (DEM) generation, providing metric accuracy even without ancillary data of good quality. Depending on the situations the interferometric phase could be interpreted both as topography and as a displacement eventually occurred between the two acquisitions. Once that these two components have been separated it is possible to produce a DEM from the first one or a displacement map from the second one. InSAR DEM (Digital Elevation Model) generation in the cryosphere is not a straightforward operation because almost every interferometric pair contains also a displacement component, which, even if small, when interpreted as topography during the phase to height conversion step could introduce huge errors in the final product. Considering a glacier, assuming the linearity of its velocity flux, it is therefore necessary to differentiate at least two pairs in order to isolate the topographic residue only. In case of an ice shelf the displacement component in the interferometric phase is determined not only by the flux of the glacier but also by the different heights of the two tides. As a matter of fact even if the two scenes of the interferometric pair are acquired at the same time of the day only the main terms of the tide disappear in the interferogram, while the other ones, smaller, do not elide themselves completely and so correspond to displacement fringes. Allowing for the availability of tidal gauges (or as an alternative of an accurate tidal model) it is possible to calculate a tidal correction to be applied to the differential interferogram. It is important to be aware that the tidal correction is applicable only knowing the position of the grounding line, which is often a controversial matter. In this thesis it is described the methodology applied for the generation of the DEM of the Drygalski ice tongue in Northern Victoria Land, Antarctica. The displacement has been determined both in an interferometric way and considering the coregistration offsets of the two scenes. A particular attention has been devoted to investigate the importance of the role of some parameters, such as timing annotations and orbits reliability. Results have been validated in a GIS environment by comparison with GPS displacement vectors (displacement map and InSAR DEM) and ICEsat GLAS points (InSAR DEM).

Analisi di immagini aerofotogrammetriche e telerilevate per la caratterizzazione qualitativa e quantitativa di ecosistemi forestali e della loro evoluzione

L’obiettivo della tesi riguarda l’utilizzo di immagini aerofotogrammetriche e telerilevate per la caratterizzazione qualitativa e quantitativa di ecosistemi forestali e della loro evoluzione. Le tematiche affrontate hanno riguardato, da una parte, l’aspetto fotogrammetrico, mediante recupero, digitalizzazione ed elaborazione di immagini aeree storiche di varie epoche, e, dall’altra, l’aspetto legato all’uso del telerilevamento per la classificazione delle coperture al suolo. Nel capitolo 1 viene fatta una breve introduzione sullo sviluppo delle nuove tecnologie di rilievo con un approfondimento delle applicazioni forestali; nel secondo capitolo è affrontata la tematica legata all’acquisizione dei dati telerilevati e fotogrammetrici con una breve descrizione delle caratteristiche e grandezze principali; il terzo capitolo tratta i processi di elaborazione e classificazione delle immagini per l’estrazione delle informazioni significative. Nei tre capitoli seguenti vengono mostrati tre casi di applicazioni di fotogrammetria e telerilevamento nello studio di ecosistemi forestali. Il primo caso (capitolo 4) riguarda l’area del gruppo montuoso del Prado- Cusna, sui cui è stata compiuta un’analisi multitemporale dell’evoluzione del limite altitudinale degli alberi nell’arco degli ultimi cinquant’anni. E’ stata affrontata ed analizzata la procedura per il recupero delle prese aeree storiche, definibile mediante una serie di successive operazioni, a partire dalla digitalizzazione dei fotogrammi, continuando con la determinazione di punti di controllo noti a terra per l’orientamento delle immagini, per finire con l’ortorettifica e mosaicatura delle stesse, con l’ausilio di un Modello Digitale del Terreno (DTM). Tutto ciò ha permesso il confronto di tali dati con immagini digitali più recenti al fine di individuare eventuali cambiamenti avvenuti nell’arco di tempo intercorso. Nel secondo caso (capitolo 5) si è definita per lo studio della zona del gruppo del monte Giovo una procedura di classificazione per l’estrazione delle coperture vegetative e per l’aggiornamento della cartografia esistente – in questo caso la carta della vegetazione. In particolare si è cercato di classificare la vegetazione soprasilvatica, dominata da brughiere a mirtilli e praterie con prevalenza di quelle secondarie a nardo e brachipodio. In alcune aree sono inoltre presenti comunità che colonizzano accumuli detritici stabilizzati e le rupi arenacee. A questo scopo, oltre alle immagini aeree (Volo IT2000) sono state usate anche immagini satellitari ASTER e altri dati ancillari (DTM e derivati), ed è stato applicato un sistema di classificazione delle coperture di tipo objectbased. Si è cercato di definire i migliori parametri per la segmentazione e il numero migliore di sample per la classificazione. Da una parte, è stata fatta una classificazione supervisionata della vegetazione a partire da pochi sample di riferimento, dall’altra si è voluto testare tale metodo per la definizione di una procedura di aggiornamento automatico della cartografia esistente. Nel terzo caso (capitolo 6), sempre nella zona del gruppo del monte Giovo, è stato fatto un confronto fra la timberline estratta mediante segmentazione ad oggetti ed il risultato di rilievi GPS a terra appositamente effettuati. L’obiettivo è la definizione del limite altitudinale del bosco e l’individuazione di gruppi di alberi isolati al di sopra di esso mediante procedure di segmentazione e classificazione object-based di ortofoto aeree in formato digitale e la verifica sul campo in alcune zone campione dei risultati, mediante creazione di profili GPS del limite del bosco e determinazione delle coordinate dei gruppi di alberi isolati. I risultati finali del lavoro hanno messo in luce come le moderne tecniche di analisi di immagini sono ormai mature per consentire il raggiungimento degli obiettivi prefissi nelle tre applicazioni considerate, pur essendo in ogni caso necessaria una attenta validazione dei dati ed un intervento dell’operatore in diversi momenti del processo. In particolare, le operazioni di segmentazione delle immagini per l’estrazione di feature significative hanno dimostrato grandi potenzialità in tutti e tre i casi. Un software ad “oggetti” semplifica l’implementazione dei risultati della classificazione in un ambiente GIS, offrendo la possibilità, ad esempio, di esportare in formato vettoriale gli oggetti classificati. Inoltre dà la possibilità di utilizzare contemporaneamente, in un unico ambiente, più sorgenti di informazione quali foto aeree, immagini satellitari, DTM e derivati. Le procedure automatiche per l’estrazione della timberline e dei gruppi di alberi isolati e per la classificazione delle coperture sono oggetto di un continuo sviluppo al fine di migliorarne le prestazioni; allo stato attuale esse non devono essere considerate una soluzione ottimale autonoma ma uno strumento per impostare e semplificare l’intervento da parte dello specialista in fotointerpretazione.

L'insediamento medievale tra storia e archeologia: dal saltopiano al vicariato di galleria (IX-XIV secolo)

La tesi si pone come finalità quella di analizzare un comprensorio territoriale dal punto di vista insediativo, cercando di coglierne le peculiarità e i mutamenti nel lungo periodo attraverso un uso incrociato di fonti scritte e archeologiche. La ricerca ha preso avvio dall’analisi del Saltopiano, uno dei distretti di ambito rurale che si ritrova nelle fonti tra IX-XII secolo, in passato già affrontato dalla storiografia specialmente in relazione all’organizzazione istituzionale delle aree rurali tra Longobardia e Romania durante i secoli altomedievali. Attraverso l’esame delle fonti scritte edite si è cercato di ricostruire il quadro dell’organizzazione territoriale, partendo dalla disamina dei centri di potere laici ed ecclesiastici che a questa area avevano rivolto il proprio interesse patrimoniale e politico, ma proponendo in modo analitico i dati che forniscono indicazioni dirette in relazione all’organizzazione insediativa e quindi alla gestione del territorio dal punto di vista socioeconomico. E’ stato posto in risalto il carattere di un insediamento rurale a maglie larghe, secondo la scansione in fundi e la presenza di poli di accentramento importanti come pievi, castra, vici e con una compresenza, per quanto ristretta a pochi esempi significativi, di altre forme di organizzazione come la curtis e la massa. Con la prosecuzione dello studio del territorio in senso diacronico, prima la scomparsa del riferimento al Saltopiano, poi la progressiva conquista del contado da parte del Comune di Bologna ha determinato un vero e proprio mutamento nell’approccio di analisi. E’ stato dato spazio all’analisi di fondi inediti (conservati principalmente all’Archivio di Stato di Bologna) e specificamente legati alla realtà territoriale studiata. In primo luogo, sono stati esaminati gli estimi del contado (Galliera e Massumatico), una fonte già frequentata in passato da altri studiosi, soprattutto con un interesse dal punto di vista demografico e economico. Nel caso specifico, sono stati estrapolati dalle prime rilevazioni fiscali del 1235 e del 1245 e poi da quelle di primo Trecento i dati che restituiscono l’organizzazione del territorio in modo concreto. Partendo dalle riflessioni di studi svolti in passato, che avevano considerato il fondamentale inserimento di importanti famiglie cittadine nella gestione sempre più ampia dei beni agricoli nel contado è stata avviata l’analisi di un altro fondo inedito, quello dei registri del Vicariato di Galliera (in particolare quelli concernenti la denuncia dei “danni dati” sulle proprietà agricole), da cui emerge in modo evidente la presenza di famiglie come i Guastavillani, i Caccianemici, i Lambertini. Tali dati, in associazione a quelli tratti dagli estimi, hanno fornito elementi essenziali per la comprensione del territorio rurale nel suo complesso e nei rapporti di interdipendenza tra le diverse componenti sociali. Una terza parte della tesi è dedicata nella sua totalità all’analisi delle fonti materiali che forniscono dati per lo studio dell’insediamento medievale nel territorio compreso tra gli attuali comuni di S. Pietro in Casale e Galliera. Partendo da alcune ricerche preliminari compiute negli anni ’90 del secolo scorso, è stato impostato un progetto di ricerca archeologica articolatosi in due campagne di ricognizione di superficie e in una prima campagna di scavo tramite sondaggio presso la torre di Galliera, al fine di ricavare dati di prima mano in un’area pressoché inesplorata dal punto di vista archeologico. Nonostante i limiti riscontrati dal punto di vista pratico, a causa del terreno fortemente alluvionato, si sono raccolti dati specifici che aiutano a inquadrare questo comprensorio e a confrontarlo con altre aree della regione e in particolare del comitato bolognese studiate in ricerche analoghe, mettendone in evidenza le specificità e le caratterizzazioni. Inoltre, alcune importanti persistenze materiali (un sistema di torri di cui rimangono alcuni esempi ancora conservati in alzato) hanno permesso di gettare luce sul valore commerciale e quindi strategico dell’area, soprattutto in funzione del passaggio delle merci lungo una via fluviale fondamentale tra XIII-XIV secolo nel collegare Ferrara a Bologna.

Il rapporto architettura – suolo nell’opera di Aldo Rossi

La ricerca muove dal presupposto che l’opera di Aldo Rossi sia stata analizzata finora secondo un criterio tipologico. Tale approccio è una tra le possibili chiavi di lettura del lavoro dell’architetto. Nel tentativo di individuare un’interpretazione dell’opera di Rossi legata a sistemi immutabili nel tempo si è ritenuto necessario approfondire la relazione che si stabilisce tra la sua opera e il suolo. Attraverso la definizione di due categorie di lettura dei progetti dell’autore, che si basano su continuità o discontinuità fisica del progetto rispetto al suolo, si comprende come il rapporto tra area e progetto produca nel tempo soluzioni ricorrenti. In base a questa interpretazione muro e pilastro costituiscono due elementi fondamentali del linguaggio di Rossi. Essi a loro volta si allacciano ad un sistema di riferimento più ampio di cui tettonica e arte muraria sono i capisaldi. La ricerca si articola in tre parti, all’interno delle quali sono sviluppati specifici capitoli. La prima parte, sistema di riferimento, è necessaria a delineare un vocabolario utile per isolare il tema trattato. Essa è fondamentale per comprendere la posizione occupata da Rossi rispetto alle esperienze verificatesi nel corso della storia, relativamente al rapporto spazio - architettura - suolo. La seconda parte, arte muraria, serve a mettere in luce l’influenza che la componente massiva e plastica del terreno ha determinato nella definizione di specifiche soluzioni progettuali. La terza parte, tettonica, delinea invece un approccio opposto al precedente, individuando quei progetti in cui il rapporto col suolo è stato sminuito o addirittura negato, aumentando il senso di sospensione dei volumi nello spazio. In definitiva, l’influenza che il rapporto col suolo ha determinato sulle scelte progettuali di Rossi rappresenta l’interrogativo principale di questa ricerca.

Valutazione della sostenibilità ambientale tramite metodologia LCA di sistemi per lo sfruttamento di fonti alternative di energia e materiali

La dissertazione ha riguardato l’analisi di sostenibilità di un sistema agronomico per la produzione di olio vegetale a fini energetici in terreni resi marginali dall’infestazione di nematodi. Il processo indagato ha previsto il sovescio di una coltura con proprietà biofumiganti (brassicacea) coltivata in precessione alla specie oleosa (soia e tabacco) al fine di contrastare il proliferare dell’infestazione nel terreno. Tale sistema agronomico è stato confrontato attraverso una analisi di ciclo di vita (LCA) ad uno scenario di coltivazione della stessa specie oleosa senza precessione di brassica ma con l’utilizzo di 1-3-dicloropropene come sistema di lotta ai nematodi. Allo scopo di completare l’analisi LCA con una valutazione dell’impatto sull’uso del suolo (Land use Impact) generato dai due scenari a confronto, sono stati costruiti due modelli nel software per il calcolo del Soil Conditioning Index (SCI), un indicatore quali-quantitativo della qualità del terreno definito dal Dipartimento per l’Agricoltura degli Stati Uniti d’America (USDA).

Il risparmio delle risorse alla scala abitativa e di insediamento. Tecnologie non convenzionali e valutazione ambientale attraverso metodologia LCA.

Nel corso del mio lavoro di ricerca mi sono occupata di identificare strategie che permettano il risparmio delle risorse a livello edilizio e di approfondire un metodo per la valutazione ambientale di tali strategie. La convinzione di fondo è che bisogna uscire da una visione antropocentrica in cui tutto ciò che ci circonda è merce e materiale a disposizione dell’uomo, per entrare in una nuova era di equilibrio tra le risorse della terra e le attività che l’uomo esercita sul pianeta. Ho quindi affrontato il tema dell’edilizia responsabile approfondendo l’ambito delle costruzioni in balle di paglia e terra. Sono convinta che l’edilizia industriale abbia un futuro molto breve davanti a sé e lascerà inevitabilmente spazio a tecniche non convenzionali che coinvolgono materiali di semplice reperimento e posa in opera. Sono altresì convinta che il solo utilizzo di materiali naturali non sia garanzia di danni ridotti sull’ecosistema. Allo stesso tempo ritengo che una mera certificazione energetica non sia sinonimo di sostenibilità. Per questo motivo ho valutato le tecnologie non convenzionali con approccio LCA (Life Cycle Assessment), approfondendo gli impatti legati alla produzione, ai trasporti degli stessi, alla tipologia di messa in opera, e ai loro possibili scenari di fine vita. Inoltre ho approfondito il metodo di calcolo dei danni IMPACT, identificando una carenza nel sistema, che non prevede una categoria di danno legata alle modifiche delle condizioni idrogeologiche del terreno. La ricerca si è svolta attraverso attività pratiche e sperimentali in cantieri di edilizia non convenzionale e attività di ricerca e studio sull’LCA presso l’Enea di Bologna (Ing. Paolo Neri).

La casa ellenistica in Epiro ed Illiria meridionale

Il ritrovamento della Casa dei due peristili a Phoinike ha aperto la strada a un’intensa opera di revisione di tutti i dati relativi all’edilizia domestica nella regione, con studi comparativi verso nord (Illiria meridionale) e verso sud (il resto dell’Epiro, ovvero Tesprozia e Molossia). Tutta quest’area della Grecia nord-occidentale è stata caratterizzata nell’antichità da un’urbanizzazione scarsa numericamente e tardiva cronologicamente (non prima del IV sec. a.C.), a parte ovviamente le colonie corinzio-corciresi di area Adriatico- Ionica d’età arcaica (come Ambracia, Apollonia, Epidamnos). A un’urbanistica di tipo razionale e programmato (ad es. Cassope, Orraon, Gitani in Tesprozia, Antigonea in Caonia) si associano numerosi casi di abitati cresciuti soprattutto in rapporto alla natura del suolo, spesso diseguale e montagnoso (ad es. Dymokastro/Elina in Tesprozia, Çuka e Aitoit nella Kestrine), talora semplici villaggi fortificati, privi di una vera fisionomia urbana. D’altro canto il concetto classico di polis così come lo impieghiamo normalmente per la Grecia centro-meridionale non ha valore qui, in uno stato di tipo federale e dominato dall’economia del pascolo e della selva. In questo contesto l’edilizia domestica assume caratteri differenti fra IV e I sec. a.C.: da un lato le città ortogonali ripetono schemi egualitari con poche eccezioni, soprattutto alle origini (IV sec. a.C., come a Cassope e forse a Gitani), dall’altro si delinea una spiccata differenziazione a partire dal III sec., quando si adottano modelli architettonici differenti, come i peristili, indizio di una più forte differenziazione sociale (esemplari i casi di Antigonea e anche di Byllis in Illiria meridionale). I centri minori e fortificati d’altura impiegano formule abitative più semplici, che sfruttano l’articolazione del terreno roccioso per realizzare abitazioni a quote differenti, utilizzando la roccia naturale anche come pareti o pavimenti dei vani.

Statistical analysis of the error associated with the simplification of the stratigraphy in geotechnical models

The uncertainties in the determination of the stratigraphic profile of natural soils is one of the main problems in geotechnics, in particular for landslide characterization and modeling. The study deals with a new approach in geotechnical modeling which relays on a stochastic generation of different soil layers distributions, following a boolean logic – the method has been thus called BoSG (Boolean Stochastic Generation). In this way, it is possible to randomize the presence of a specific material interdigitated in a uniform matrix. In the building of a geotechnical model it is generally common to discard some stratigraphic data in order to simplify the model itself, assuming that the significance of the results of the modeling procedure would not be affected. With the proposed technique it is possible to quantify the error associated with this simplification. Moreover, it could be used to determine the most significant zones where eventual further investigations and surveys would be more effective to build the geotechnical model of the slope. The commercial software FLAC was used for the 2D and 3D geotechnical model. The distribution of the materials was randomized through a specifically coded MatLab program that automatically generates text files, each of them representing a specific soil configuration. Besides, a routine was designed to automate the computation of FLAC with the different data files in order to maximize the sample number. The methodology is applied with reference to a simplified slope in 2D, a simplified slope in 3D and an actual landslide, namely the Mortisa mudslide (Cortina d’Ampezzo, BL, Italy). However, it could be extended to numerous different cases, especially for hydrogeological analysis and landslide stability assessment, in different geological and geomorphological contexts.

Mappatura dell'impervious e consumo di suolo tramite analisi di change detection in telerilevamento

Il telerilevamento rappresenta un efficace strumento per il monitoraggio dell’ambiente e del territorio, grazie alla disponibilità di sensori che riprendono con cadenza temporale fissa porzioni della superficie terrestre. Le immagini multi/iperspettrali acquisite sono in grado di fornire informazioni per differenti campi di applicazione. In questo studio è stato affrontato il tema del consumo di suolo che rappresenta un’importante sfida per una corretta gestione del territorio, poiché direttamente connesso con i fenomeni del runoff urbano, della frammentazione ecosistemica e con la sottrazione di importanti territori agricoli. Ancora non esiste una definizione unica, ed anche una metodologia di misura, del consumo di suolo; in questo studio è stato definito come tale quello che provoca impermeabilizzazione del terreno. L’area scelta è quella della Provincia di Bologna che si estende per 3.702 km2 ed è caratterizzata a nord dalla Pianura Padana e a sud dalla catena appenninica; secondo i dati forniti dall’ISTAT, nel periodo 2001-2011 è stata la quarta provincia in Italia con più consumo di suolo. Tramite classificazione pixel-based è stata fatta una mappatura del fenomeno per cinque immagini Landsat. Anche se a media risoluzione, e quindi non in grado di mappare tutti i dettagli, esse sono particolarmente idonee per aree estese come quella scelta ed inoltre garantiscono una più ampia copertura temporale. Il periodo considerato va dal 1987 al 2013 e, tramite procedure di change detection applicate alle mappe prodotte, si è cercato di quantificare il fenomeno, confrontarlo con i dati esistenti e analizzare la sua distribuzione spaziale.