Tree Motion: following the wind-induced swaying of arboreous individual using a GNSS receiver

Climate-induced stresses, more than in the past, expose trees to hazards possibly compromising their stability, with serious risk for people, objects, structures and infrastructures. In order to prevent trees falling phenomena, a constant improvement of the knowledge of relations between trees and meteorological events (trees-wind in particular) is crucial. Any new technology able to support research and monitoring in this direction must therefore be studied, tested, and finally adopted in order to create an infrastructure that would bring indisputable advantages from a social, economic and environmental point of view. The aim of this study is to test the applicability of GNSS receivers for monitoring wind-associated tree movements. The case study reported here refers to an experimental analysis carried out on an Italian stone pine (Pinus pinea L.). The analysis was carried out by applying a single-frequency GNSS receiver (an u-blox M6 evaluation kit available on the market at 300$) at the top of the tree and evaluating the results obtained in term of velocities and positions. Then, values obtained were correlated with wind characteristics by a sonic anemometer installed very close to the pine tree (within 15 meters), in order to independently record the impacting wind fields (velocity, direction). This allowed us to study the correlation between the wind velocity (cause) and tree movements (effect). Statistic outputs evaluation provides very promising results, showing the capability of this instrumental solution in the analysis of movement patterns. The study, indeed evidenced that accuracy of measurements and their relative errors are enough for the research purposes.

Le sollecitazioni indotte dal clima, oggi più che in passato, espongono gli alberi a rischi che possono comprometterne la stabilità, comportando gravi rischi per persone, cose, strutture e infrastrutture. Al fine di prevenire i fenomeni di caduta degli alberi, è fondamentale un costante miglioramento della conoscenza delle relazioni tra alberi ed eventi meteorologici (alberi-vento in particolare). Ogni nuova tecnologia in grado di supportare la ricerca e il monitoraggio in questa direzione deve quindi essere studiata, testata e adottata a livello nazionale al fine di creare un'infrastruttura che apporterebbe indiscutibili vantaggi dal punto di vista sociale, economico e ambientale. Lo scopo di questo studio è quello di testare l'applicabilità dei ricevitori GNSS per il monitoraggio dei movimenti degli alberi associati al vento. Il caso studio qui riportato si riferisce ad un'analisi sperimentale effettuata su un pino cembro italiano (Pinus pinea L.). L'analisi è stata effettuata applicando un GNSS a singola frequenza (un kit di valutazione u-blox M6 disponibile sul mercato a 300$) in cima all'albero e valutando i risultati ottenuti in termini di velocità e posizioni. Successivamente, i valori ottenuti sono stati correlati con le caratteristiche del vento attraverso i dati ottenuti da un anemometro sonico installato molto vicino al pino (circa 15 metri), al fine di registrare indipendentemente i campi di vento (velocità, direzione). Questo ci ha permesso di studiare la correlazione tra la velocità del vento (causa) e i movimenti degli alberi (effetto). La valutazione statistica delle uscite ha fornito risultati molto promettenti, dimostrando la potenzialità del metodo proposto nell'analisi dei modelli di movimento. Lo studio, infatti, ha evidenziato che l'accuratezza delle misure è sufficiente ai fini della ricerca.