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Identificazione di segnali da un array sismico per il monitoraggio di frane

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POLITECNICO DI TORINO, FACOLTA` DI INGEGNERIA DELL’INFORMAZIONE, TESI DI LAUREA, INGEGNERIA DELLE TELECOMUNICAZIONI, APRILE 2004 2 Fig. 2. La frana di Pomeifre` - Dettaglio del versante. localita` Pomeifre` (Comune di Perrero, Provincia di Torino). Questo settore (Fig. 2) fu interessato nel 1974 e nel 1996 da fenomeni di crollo che causarono rispettivamente una vittima e danni, ed oggi, con frequenza annuale, si depositano detriti sulla sottostante S.P. 169. Le caratteristiche geo-morfologiche e geo-strutturali, la vicinanza ad un centro abitato e la presenza a poca distanza di una miniera di talco, hanno indotto a considerate questo come uno dei siti piu` pericolosi della Val Germanasca. II. L’APPROCCIO PROPOSTO I L sistema proposto (Fig. 3), basato sul monitoraggio mi- crosismico, prevede il posizionamento nell’area in esame di geofoni in numero tale da coprire rappresentativamente l’area in esame e soddisfare i requisiti per il procedimento di localizzazione. Il sistema lavora in modo continuo, nel senso che le tracce fornite dai geofoni vengono continuamente processate. Il primo passo e` rappresentato da un filtraggio, il cui scopo e` quello di eliminare rumore e fenomeni che pur avendo contenuto sismico, non ricadono nella banda di frequenze d’interesse (in cui si presume ci siano i segnali dovuti a fratture in roccia). Sui segnali filtrati e` eseguito un processo di detezione; questo al fine di rilevare la presenza di un evento sulle tracce che man mano vengono acquisite. In particolare, la decisione SENSORI Fig. 3. Schema globale di funzionamento del sistema di monitoraggio microsismico proposto. circa la presenza di un evento che presumibilmente potrebbe essere d’interesse visto che ricade nella banda di frequenze utili, non e` basata sul fatto che solo un singolo sensore abbia rilevato qualcosa, ma bensı` coinvolge tutta la rete. Pertanto ogni qualvolta un sensore rileva qualcosa, vengono valutate le risposte di tutti gli algoritmi di detezione (che altro non sono risposte binarie: 0 evento assente, 1 evento presente). Si definisce pertanto un criterio di decisione, ad esempio a maggioranza, e si giudica l’evento rilevante se tale regola e` soddisfatta. In caso negativo l’evento e` scartato, altrimenti, le tracce vengono acquisite e ulteriormente processate; in particolare si vanno a determinare i tempi di primo arrivo. Il passo successivo e` costituito dal processo di localizzazione della sorgente dell’evento appena registrato. A tal proposito si fa riferimento alle tecniche utilizzate per localizzare colpi di tensione (rockburst) in miniere profonde. Tale metodo presuppone la conoscenza oltre che dei tempi di propagazione e delle posizioni dei geofoni, anche del valore della velocita` di propagazione delle onde sismiche nel terreno in esame. Questo valore non e` noto a priori, e` pertanto richiesta una campagna di misure al fine di elaborare un modello di campo di velocita` per il terreno in esame. Le coordinate fornite dal processo di localizzazione, devono poi essere opportunamente lette al fine di verificare se la sorgente si trova o meno all’interno del corpo frana, ed in caso positivo trattate statisticamente al fine di evidenziare la formazione di eventuali clusters. A. Misure sperimentali: sismica attiva Una campagna di misure volta alla stima del campo di velocita` e per simulare possibili fenomeni di inneschi di fratture in roccia, e` stata condotta sul sito della frana di Pomeifre`. Tale prova si e` svolta posizionando 19 geofoni da 40 Hz sul versante in frana, ed energizzando in 10 punti diversi; dall’altro lato del versante una stazione totale ha provveduto a rilevare le coordinate di energizzazioni e geofoni. Dai dati raccolti, e` stata stimata una velocita` media come retta di regressione tra tempi-distanze (Fig. 4) non rilevando fenomeni di rifrazione (v = 1509 m/s). Inoltre si evidenzia che per segnali raccolti su scala decametrica, come nel caso del test effettuato, la banda di frequenze in cui ricadono i segnali prodotti da emissioni acustiche dovute a fenomeni di frattura in roccia, va dai 50 ai 250 Hz. B. Filtraggio L’operazione di filtraggio e` uno dei punti piu` delicati nel campo della microsismica in quanto si ha una moltitudine di segnali di disturbo; inoltre segnali legati a tale attivita` sono deboli (in ampiezza) se confrontati con quelli dei terremoti. Gli eventi di disturbo possono essere costituiti da: sismi, telesismi, vibrazioni prodotte da lavorazioni industriali, scavi e lavori industriali, passaggio di autoveicoli cioe` quindi vibrazioni connesse ad attivita` antropiche; inoltre ancora passaggio di animali, vento, e rumori ad alta frequenza (di origine elettron- ica/elettromagnetica e meteorica). Riguardo i requisiti del filtro da implementare si puo` dire che non e` molto importante se il filtro introduce una certa distorsione armonica sul segnale, ma e` da evitare il fatto
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Identificazione di segnali da un array sismico per il monitoraggio di frane

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Informazioni tesi

  Autore: Simone Franchi
  Tipo: Tesi di Laurea
  Anno: 2003-04
  Università: Politecnico di Torino
  Facoltà: Ingegneria
  Corso: Ingegneria delle Telecomunicazioni
  Relatore: Marina Mondin, Luigi Sambuelli, Emanuela Falletti,
  Lingua: Italiano
  Num. pagine: 285

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Parole chiave

ambiente
array signal processing
beamforming
collaborative signal processing
digital signal processing
frane
landslide
localizzazione localization
monitoraggio
wireless sensor networks

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