Real Time Airborne Monitoring for Disaster and Traffic Applications

Remote sensing applications like disaster or mass event monitoring need the acquired data and extracted information within a very short time span. Airborne sensors can acquire the data quickly and on-board processing combined with data downlink is the fastest possibility to achieve this requirement. For this purpose, a new low-cost airborne frame camera system has been developed at the German Aerospace Center (DLR) named 3K-camera. The pixel size and swath width range between 15 cm to 50 cm and 2.5 km to 8 km respectively. Within two minutes an area of approximately 10 km x 8 km can be monitored. Image data are processed onboard on five computers using data from a real time GPS/IMU system including direct georeferencing. Due to high frequency image acquisition (3 images/second) the monitoring of moving objects like vehicles and people is performed allowing wide area detailed traffic monitoring

Investigating rock mass failure precursors using a multi-sensor monitoring system. Preliminary results from a test-site (Acuto, Italy)

In the last few years, several approaches and methods have been proposed to improve early warning systems for managing risks due to rapid slope failures where important infrastructures are the main exposed elements. To this aim, a multi-sensor monitoring system has been installed in an abandoned quarry at Acuto (central Italy) to realise a natural-scale test site for detecting rock-falls from a cliff slope. The installed multi-sensor monitoring system consists of: i) two weather stations; ii) optical cam (Smart Camera) connected to an Artificial Intelligence (AI) system; iii) stress- strain geotechnical system; iv) seismic monitoring device and nano-seismic array for detecting microseismic events on the cliff slope. The main objective of the experiment at this test site is to investigate precursors of rock mass failures by coupling remote and local sensors. The integrated monitoring system is devoted to record strain rates of rock mass joints, capturing their variations as an effect of forcing actions, which are the temperature, the rainfalls and the wind velocity and direction. The preliminary tests demonstrate that the data analysis methods allowed the identification of external destabilizing actions responsible for strain effects on rock joints. More in particular, it was observed that the temperature variations play a significant role for detectable strains of rock mass joints. The preliminary results obtained so far encourage further experiments

Nanoseismic monitoring for detection of rockfalls. Experiments in quarry areas

Le frane per crollo da ammassi rocciosi fratturati sono tra i processi di instabilità gravitativa che più frequentemente interessano opere antropiche quali tagli su versanti naturali o artificiali, pareti di cava, trincee stradali, autostradali o ferroviarie, sia per ciò che attiene le aree di distacco che per quelle di accumulo. Nell’ambito dell’applicazione di sistemi di early warning per la gestione del rischio geologico legato a queste tipologie di frana, una sperimentazione della tecnica del monitoraggio nanosismometrico è stata effettuata presso due siti estrattivi non più in attività: le “Pirrere” della Baia di Cala Rossa sull’isola di Favignana (Trapani), in Sicilia, e la cava dismessa di Acuto (Frosinone), in Italia Centrale. Il monitoraggio nanosismometrico è una tecnica di indagine che consente di individuare e localizzare deboli eventi sismici, fino a magnitudo locale (ML) nell’ordine di -3, attraverso l’impiego di quattro sensori sismometrici disposti secondo una specifica geometria di array detta SNS (Seismic Navigation System). Nel presente lavoro, mediante il software NanoseismicSuite sono stati analizzati 73 eventi di crollo indotti artificialmente attraverso la caduta controllata di blocchi di roccia nei due siti estrattivi abbandonati; sono stati lanciati, simulando fenomeni di rockfalls, rispettivamente 47 blocchi di roccia nella cava di Acuto e 26 eventi in quattro diverse cave a cielo aperto presenti nel settore occidentale di Cala Rossa. Tali eventi, avendo punto epicentrale noto, hanno permesso di determinare il miglior modello di sottosuolo in termini di valori di velocità delle onde P ed S attraverso un’operazione di back analysis. L’analisi è stata, infatti, effettuata variando i valori di velocità e scegliendo quelli relativi all’epicentro teorico ottenuto dall’analisi dell’evento che fosse il più vicino possibile al punto reale di impatto del blocco di roccia. Al fine di valutare la sensibilità della geometria dell’array SNS e l’influenza del sito di installazione sulla capacità di individuare e localizzare gli eventi, le sperimentazioni sono state condotte sia variando il raggio di apertura che la zona di installazione degli array: presso Acuto le acquisizioni di segnale sono state condotte prima con un array SNS con apertura di 20 m e successivamente con un array di apertura 10 m, mentre presso Cala Rossa l’array è stato installato alternativamente all’aperto in un’area di plateau roccioso ed in una galleria facente parte dell’area di cava abbandonata. Analizzando i dati si è ottenuta una precisione dell’ubicazione epicentrale compresa tra il 10 ed il 22% della distanza che intercorre tra la sorgente e l’array nanosismometrico. Il miglior modello di sottosuolo ottenuto per entrambi i casi di studio è risultato avere una velocità delle onde P pari a 900 m/s ed un rapporto VP/VS pari a 1.73, valori in accordo con le condizioni di intenso stato di fratturazione delle rocce carbonatiche affioranti nelle due zone di cava. Per gli eventi di crollo indotti la magnitudo ML è risultata essere compresa tra -2.8 e -1.3; considerando l’energia sviluppata dall’impatto, legata alla massa del blocco ed all’altezza e alla velocità di caduta, non è stato possibile definire una relazione tra magnitudo ed energia, probabilmente a causa delle differenti caratteristiche del punto di impatto dei diversi blocchi. In generale, si è osservato che la precisione di ubicazione degli eventi, in termini di azimuth e distanza dal reale epicentro, è risultata paragonabile sia variando l’apertura dell’array che variando il sito di installazione. Per il sito sperimentale di Acuto, il processo di picking manuale del tempo di primo arrivo delle onde P è risultato essere più affidabile nel caso di array con apertura pari a 10 m. La sperimentazione effettuata a Cala Rossa ha permesso, invece, di osservare una migliore capacità di individuazione degli eventi nelle tracce relative all’array posizionato in galleria a causa della minore rumorosità di base del sito di installazione. Tra le registrazioni sismometriche sono state identificate varie tipologie di segnali, oltre a quelli generati dal lancio dei blocchi, alcune riconducibili ad eventi naturali di crollo altre a deboli terremoti. L’analisi dei segnali riferibili alla prima tipologia di eventi naturali, effettuata tenendo in considerazione i modelli di sottosuolo precedentemente calibrati, ha portato all’identificazione in ambedue i siti di aree aventi maggiore suscettibilità a frane per crollo. In definitiva, si può ritenere che i risultati ottenuti in questo studio siano incoraggianti rispetto all’efficacia della tecnica di monitoraggio nanosismometrico nell’individuazione e nell’ubicazione di fenomeni di crollo in roccia e portano a ritenere questa tecnica potenzialmente applicabile in aree in cui tali eventi possono interferire con infrastrutture antropiche.In the frame of early warning and risk mitigation studies for landslide processes involving rock masses, two quarry areas (Cala Rossa Bay in Sicily and Acuto in Central Italy) were monitored with SNS (Seismic Navigation System) arrays. In this study, 73 rockfalls were simulated by launches of rock blocks. This allowed to perform a back analysis for defining the best seismic velocity model of the subsoil half-space; the records related to each impact caused by the rock block launch were managed by the nanoseismic monitoring approach, varying the velocity model to obtain a theoretical epicentre as close as possible to the actual location of the impact point. In order to evaluate the sensibility of the SNS array, the results obtained by different array apertures and positions were compared in terms of azimuth and distance error with respect to the real epicentres. On the other hand, several natural rockfalls were detected; their analysis allowed to identify areas having higher susceptibility to rockfalls by using the previously calibrated subsoil half-space model. Further studies are required to better define the areas prone to rockfall generation in the considered test sites; nevertheless, the here obtained results show an encouraging perspective about the application of the nanoseismic monitoring with respect to vulnerable infrastructures in rockfall prone areas

Low Cost, Efficient Output- Only Infrastructure Damage Detection with Wireless Sensor Networks

Sensor network comprises of sensors and actuators with universally useful processing components to agreeably screen physical or ecological conditions, for example, temperature, pressure, and so on. Wireless Sensor Networks are particularly portrayed by properties like the constrained power they can reap or store, dynamic network topology, expansive size of the arrangement. Sensor networks have an enormous application in fields which incorporates territory observing, object tracking, fire detection, landslide recognition and activity observing. Given the network topology, directing conventions in sensor networks can be named at based steering, various levelled based directing and area-based directing. Low Energy Adaptive Clustering Hierarchy (LEACH) is a vitality productive various levelled based steering convention. Our prime spotlight was on the examination of LEACH given specific parameters like network lifetime, soundness period, and so forth and furthermore the impact of particular sending assault and level of heterogeneity on LEACH convention

Multi-technique approach to rockfall monitoring in the Montserrat massif (Catalonia, NE Spain)

Montserrat Mountain is located near Barcelona in Catalonia, in the northeast of Spain, and its massif is formed by conglomerate interleaved by siltstone/sandstone with steep slopes very prone to rockfalls. The increasing number of visitors in the monastery area, reaching 2.4 million per year, has highlighted the risk derived from rockfalls for this building area and also for the terrestrial accesses, both roads and the rack railway. A risk mitigation plan has been launched, and its first phase during 2014-2016 has been focused largely on testing several monitoring techniques for their later implementation. The results of the pilot tests, performed as a development from previous sparse experiences and data, are presented together with the first insights obtained. These tests combine four monitoring techniques under different conditions of continuity in space and time domains, which are: displacement monitoring with Ground-based Synthetic Aperture Radar and characterization at slope scale, with an extremely non-uniform atmospheric phase screen due to the stepped topography and atmosphere stratification; Terrestrial Laser Scanner surveys quantifying the frequency of small or even previously unnoticed rockfalls, and monitoring rock block centimetre scale displacements; the monitoring of rock joints implemented through a wireless sensor network with an ad hoc design of ZigBee loggers developed by ICGC; and, finally, monitoring singular rock needles with Total Station.Peer ReviewedPostprint (author's final draft