Energie rinnovabili, paesaggio e impatto visivo: un semplice tool GFOSS

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1 Energie rinnovabili, paesaggio e impatto visivo: un semplice tool GFOSS A. Minelli, I. Marchesini, P. De Rosa, L. Casagrande, M. Cenci & E. Martini

2 Eolico e Fotovoltaico: l'impatto visivo Viene reputato da molti l'impatto maggiore poiché agisce sul paesaggio Come si può studiare?

3 Visibilità degli impianti Criterio Oggettivo Definire quantitativamente l'impatto visivo r.wind.sun Modulo di GRASS (Geographical Resource Analysis Support System), che è un potente GIS Open Source; Partendo da files vettoriali di punti, lavora su mappe raster per la valutazione della visibilità; Esegue operazioni di map algebra

4 r.wind.sun: gli aerogeneratori Input eolico: Mappa vettoriale dei punti di inserimento Altezza torre eolica Direzione del vento Raggio di analisi Ortofotocarta in background

5 r.wind.sun: gli aerogeneratori Input eolico: Mappa vettoriale dei punti di inserimento Altezza torre eolica Direzione del vento Raggio di analisi Ortofotocarta in background Mappa in pianta degli aerogeneratori Mappa 3D degli aerogeneratori

6 r.wind.sun: i pannelli fotovoltaici Input solare: Mappa vettoriale dei punti di inserimento Dimensione verticale del pannello Dimensione orizzontale del pannello Inclinazione rispetto all'orizzontale Orientamento rispetto al Nord Altezza del pannello rispetto al terreno Risoluzione a cui lavorare Minima distanza per valutare l'impatto Massima distanza per valutare l'impatto

7 r.wind.sun: l'indice continuo di impatto Calcolo dell'impatto visivo dell'impianto rispetto al Field Of View dell'osservatore. È calcolato conoscendo in ogni punto l'area occupata dall'impianto sul campo visivo, più precisamente come il rapporto (adimensionale) tra area dell'impianto e area del campo visivo per il punto in questione; È calcolato tramite operazioni di map algebra; È valutato considerando la distorsione degli oggetti secondo la prospettiva classica; Sfrutta il principio di sovrapposizione degli effetti per computare l'impatto totale su ogni pixel della mappa in output.

8 r.wind.sun: il Field of View Calcolo dell'impatto visivo dell'impianto rispetto al Field Of View dell'osservatore. Il Campo Visivo Il campo visivo ha la forma di un'ellisse a tre assi e può essere calcolato in ogni punto conoscendo tre angoli: Nasale = 85 Superiore = 65 Inferiore = 70 Il centro di vista viene posizionato al centro dell'oggetto osservato n=d*tg(85 ) s=d*tg(65 ) i=d*tg(70 ) d è la distanza del centro di vista dall'osservatore

9 r.wind.sun: il Field of View Calcolo dell'impatto visivo dell'impianto rispetto al Field Of View dell'osservatore. Il Campo Visivo Il campo visivo ha la forma di un'ellisse a tre assi e può essere calcolato in ogni punto conoscendo tre angoli: Nasale = 85 Superiore = 65 Inferiore = 70 Viene quindi data la possibilità all'osservatore di ruotare la sua posizione di 360 sullo stesso pixel; il campo visivo assume quindi una forma rettangolare, più precisamente è l'area interna del cilindro con altezza pari a (s+i) e larghezza pari a 2πd

10 r.wind.sun: il Field of View Calcolo dell'impatto visivo dell'impianto rispetto al Field Of View dell'osservatore. Il Campo Visivo Il campo visivo ha la forma di un'ellisse a tre assi e può essere calcolato in ogni punto conoscendo tre angoli: Nasale = 85 Superiore = 65 Inferiore = 70 Viene quindi data la possibilità all'osservatore di ruotare la sua posizione di 360 sullo stesso pixel; il campo visivo assume quindi una forma rettangolare, più precisamente è l'area interna del cilindro con altezza pari a (s+i) e larghezza pari a 2πd

11 r.wind.sun: gli aerogeneratori Creazione modello 3D con Blender, integrato nel codice

12 r.wind.sun: gli aerogeneratori Visualizzazione degli impianti in 2D con le rispettive aree di influenza e in 3D su NVIZ 2D A livello progettuale, a seconda della disposizione scelta per gli aerogeneratori, si può definire il campo di influenza di ogni impianto, campo cioè all'interno del quale si fa più sentire l'effetto di turbolenza generato dal movimento del rotore. Questo fattore, pur essendo evidenziato dallo script durante il routing, non è comunque vincolante dal momento che nella pratica progettuale non è infrequente la disposizione libera degli aerogeneratori, ad esempio lungo una linea di costa o un'infrastruttura lineare. 3 volte il rotore 5 volte il rotore 7 volte il rotore

13 r.wind.sun: gli aerogeneratori Visualizzazione degli impianti in 2D con le rispettive aree di influenza e in 3D su NVIZ 2D A livello progettuale, a seconda della disposizione scelta per gli aerogeneratori, si può definire il campo di influenza di ogni impianto, campo cioè all'interno del quale si fa più sentire l'effetto di turbolenza generato dal movimento del rotore. Questo fattore, pur essendo evidenziato dallo script durante il routing, non è comunque vincolante dal momento che nella pratica progettuale non è infrequente la disposizione libera degli aerogeneratori, ad esempio lungo una linea di costa o un'infrastruttura lineare.

14 r.wind.sun: gli aerogeneratori Visualizzazione degli impianti in 2D con le rispettive aree di influenza e in 3D su NVIZ 3D La visualizzazione, specie grazie alla sovrapposizione al DEM di un'ortofotocarta, risulta particolarmente efficace. L'impianto viene: Scalato; Orientato; Innalzato sul DEM; Visualizzato.

15 r.wind.sun: gli aerogeneratori Calcolo dell'area percepita dell'oggetto osservato. Osservando l'aerogeneratore da un punto, questo si percepisce distorto in funzione della posizione relativa del punto rispetto all'impianto. Sulla percezione hanno effetto: La distanza di osservazione (a seconda del piano di proiezione);

16 r.wind.sun: gli aerogeneratori Calcolo dell'area percepita dell'oggetto osservato. Osservando l'aerogeneratore da un punto, questo si percepisce distorto in funzione della posizione relativa del punto rispetto all'impianto. Sulla percezione hanno effetto: La distanza di osservazione; La quota di osservazione.

17 r.wind.sun: gli aerogeneratori Calcolo dell'area percepita dell'oggetto osservato. Per semplicità si posiziona il piano di proiezione alla distanza dell'oggetto dall'osservatore. Poiché l'aerogeneratore è un elemento verticale, si è scelto di proiettare l'oggetto: a partire dall'estremità inferiore, se l'osservatore si trova ad una quota minore di quella della metà dell'oggetto osservato;

18 r.wind.sun: gli aerogeneratori Calcolo dell'area percepita dell'oggetto osservato. Per semplicità si posiziona il piano di proiezione alla distanza dell'oggetto dall'osservatore. Poiché l'aerogeneratore è un elemento verticale, si è scelto di proiettare l'oggetto: a partire dall'estremità inferiore, se l'osservatore si trova ad una quota minore di quella della metà dell'oggetto osservato; a partire dall'estremità superiore, se l'osservatore si trova ad una quota maggiore o uguale di quella della metà dell'oggetto osservato;

19 r.wind.sun: gli aerogeneratori Calcolo dell'area percepita dell'oggetto osservato. Dato che poi l'oggetto va considerato quantomeno in 2D (il sistema torre+rotore può essere sinteticamente ridotto alle forme geometriche di trapezio+cerchio), lo stesso effetto di percezione si ha anche in pianta:

20 r.wind.sun: gli aerogeneratori Calcolo dell'area percepita dell'oggetto osservato. L'algoritmo procede poi per step successivi, in maniera tale da tener conto della morfologia del terreno, per il calcolo della porzione di aerogeneratore realmente visibile da ogni punto. Step 1: si vede solo metà rotore

21 r.wind.sun: gli aerogeneratori Calcolo dell'area percepita dell'oggetto osservato. L'algoritmo procede poi per step successivi, in maniera tale da tener conto della morfologia del terreno, per il calcolo della porzione di aerogeneratore realmente visibile da ogni punto. Step 1: si vede solo metà rotore Si posiziona il centro di vista e si proietta l'oggetto rispetto a questo punto

22 r.wind.sun: gli aerogeneratori Calcolo dell'area percepita dell'oggetto osservato. L'algoritmo procede poi per step successivi, in maniera tale da tener conto della morfologia del terreno, per il calcolo della porzione di aerogeneratore realmente visibile da ogni punto. Step 1: si vede solo metà rotore Si posiziona il centro di vista e si proietta l'oggetto rispetto a questo punto Si ricava il semiasse verticale dell'ellisse con la proiezione in prospetto

23 r.wind.sun: gli aerogeneratori Calcolo dell'area percepita dell'oggetto osservato. L'algoritmo procede poi per step successivi, in maniera tale da tener conto della morfologia del terreno, per il calcolo della porzione di aerogeneratore realmente visibile da ogni punto. Step 1: si vede solo metà rotore Si posiziona il centro di vista e si proietta l'oggetto rispetto a questo punto Si ricava il semiasse orizzontale dell'ellisse dalla proiezione in pianta

24 r.wind.sun: gli aerogeneratori Calcolo dell'area percepita dell'oggetto osservato. L'algoritmo procede poi per step successivi, in maniera tale da tener conto della morfologia del terreno, per il calcolo della porzione di aerogeneratore realmente visibile da ogni punto. Step 1: si vede solo metà rotore Si posiziona il centro di vista e si proietta l'oggetto rispetto a questo punto Si calcola l'area della semiellisse proiettata

25 r.wind.sun: gli aerogeneratori Calcolo dell'area percepita dell'oggetto osservato. L'algoritmo procede poi per step successivi, in maniera tale da tener conto della morfologia del terreno, per il calcolo della porzione di aerogeneratore realmente visibile da ogni punto. Step 2: si vede tutto il rotore

26 r.wind.sun: gli aerogeneratori Calcolo dell'area percepita dell'oggetto osservato. L'algoritmo procede poi per step successivi, in maniera tale da tener conto della morfologia del terreno, per il calcolo della porzione di aerogeneratore realmente visibile da ogni punto. Step 2: si vede tutto il rotore Si posiziona il centro di vista e si proietta l'oggetto rispetto a questo punto

27 r.wind.sun: gli aerogeneratori Calcolo dell'area percepita dell'oggetto osservato. L'algoritmo procede poi per step successivi, in maniera tale da tener conto della morfologia del terreno, per il calcolo della porzione di aerogeneratore realmente visibile da ogni punto. Step 2: si vede tutto il rotore Si posiziona il centro di vista e si proietta l'oggetto rispetto a questo punto Si ricava il semiasse verticale dell'ellisse con la proiezione in prospetto

28 r.wind.sun: gli aerogeneratori Calcolo dell'area percepita dell'oggetto osservato. L'algoritmo procede poi per step successivi, in maniera tale da tener conto della morfologia del terreno, per il calcolo della porzione di aerogeneratore realmente visibile da ogni punto. Step 2: si vede tutto il rotore Si posiziona il centro di vista e si proietta l'oggetto rispetto a questo punto Si ricava il semiasse orizzontale dell'ellisse dalla proiezione in pianta

29 r.wind.sun: gli aerogeneratori Calcolo dell'area percepita dell'oggetto osservato. L'algoritmo procede poi per step successivi, in maniera tale da tener conto della morfologia del terreno, per il calcolo della porzione di aerogeneratore realmente visibile da ogni punto. Step 2: si vede tutto il rotore Si posiziona il centro di vista e si proietta l'oggetto rispetto a questo punto Si calcola l'area della ellisse proiettata

30 r.wind.sun: gli aerogeneratori Calcolo dell'area percepita dell'oggetto osservato. L'algoritmo procede poi per step successivi, in maniera tale da tener conto della morfologia del terreno, per il calcolo della porzione di aerogeneratore realmente visibile da ogni punto. Step 3: si vede tutto l'aerogeneratore

31 r.wind.sun: gli aerogeneratori Calcolo dell'area percepita dell'oggetto osservato. L'algoritmo procede poi per step successivi, in maniera tale da tener conto della morfologia del terreno, per il calcolo della porzione di aerogeneratore realmente visibile da ogni punto. Step 3: si vede tutto l'aerogeneratore Si posiziona il centro di vista e si proietta l'oggetto rispetto a questo punto

32 r.wind.sun: gli aerogeneratori Calcolo dell'area percepita dell'oggetto osservato. L'algoritmo procede poi per step successivi, in maniera tale da tener conto della morfologia del terreno, per il calcolo della porzione di aerogeneratore realmente visibile da ogni punto. Step 3: si vede tutto l'aerogeneratore Si posiziona il centro di vista e si proietta l'oggetto rispetto a questo punto in questo caso fa eccezione il posizionamento del centro di vista.. infatti esso viene posto tra rotore e torre in maniera tale da poter sempre ricondurre il calcolo dell'area a quello di due forme geometriche semplici: ellisse e trapezio.

33 r.wind.sun: gli aerogeneratori Calcolo dell'area percepita dell'oggetto osservato. L'algoritmo procede poi per step successivi, in maniera tale da tener conto della morfologia del terreno, per il calcolo della porzione di aerogeneratore realmente visibile da ogni punto. Step 3: si vede tutto l'aerogeneratore Si posiziona il centro di vista e si proietta l'oggetto rispetto a questo punto Si ricava il semiasse verticale dell'ellisse e l'altezza apparente della torre con la proiezione in prospetto

34 r.wind.sun: gli aerogeneratori Calcolo dell'area percepita dell'oggetto osservato. L'algoritmo procede poi per step successivi, in maniera tale da tener conto della morfologia del terreno, per il calcolo della porzione di aerogeneratore realmente visibile da ogni punto. Step 3: si vede tutto l'aerogeneratore Si posiziona il centro di vista e si proietta l'oggetto rispetto a questo punto Si ricava il semiasse orizzontale dell'ellisse dalla proiezione in pianta

35 r.wind.sun: gli aerogeneratori Calcolo dell'area percepita dell'oggetto osservato. L'algoritmo procede poi per step successivi, in maniera tale da tener conto della morfologia del terreno, per il calcolo della porzione di aerogeneratore realmente visibile da ogni punto. Step 3: si vede tutto l'aerogeneratore Si posiziona il centro di vista e si proietta l'oggetto rispetto a questo punto Si calcola l'area di ellisse e trapezio proiettati.

36 r.wind.sun: gli aerogeneratori Calcolo dell'indice di impatto. Il F.O.V. Si posiziona il centro del campo visivo in corrispondenza del centro di vista dell'aerogeneratore producendo una mappa dell'indice adimensionale di impatto per ogni impianto

37 r.wind.sun: i pannelli fotovoltaici Calcolo dell'area percepita dell'oggetto osservato. Come fatto per gli aerogeneratori, anche per i pannelli fotovolatici occorre calcolare le dimensioni apparenti degli oggetti percepite dall'occhio, che variano in funzione della distanza dell'osservatore dall'oggetto e dalla quota di osservazione. In questo caso la situazione è più semplice perchè quella che si osserva non è una forma geometrica composita, ma un quadrilatero, essendo i pannelli di forma rettangolare. Il calcolo della area distorta del pannello si riduce a quello delle dimensioni principali (orizzontali e verticali) distorte del quadrilatero.

38 r.wind.sun: i pannelli fotovoltaici Calcolo dell'area percepita dell'oggetto osservato. Per ogni pannello l'analisi si sviluppa in tre fasi distinte: 1. Si posiziona il centro di vista al centro del pannello

39 r.wind.sun: i pannelli fotovoltaici Calcolo dell'area percepita dell'oggetto osservato. Per ogni pannello l'analisi si sviluppa in tre fasi distinte: 1. Si posiziona il centro di vista al centro del pannello 2. Calcolo della dimensione apparente in prospetto: in relazione alla quota dell'osservatore si possono verificare i due casi mostrati

40 r.wind.sun: i pannelli fotovoltaici Calcolo dell'area percepita dell'oggetto osservato. Per ogni pannello l'analisi si sviluppa in tre fasi distinte: 1. Si posiziona il centro di vista al centro del pannello 2. Calcolo della dimensione apparente in prospetto: in relazione alla quota dell'osservatore si possono verificare i due casi mostrati Poiché il pannello è un elemento suborizzontale, la discriminante in questo caso è la quota del punto più alto del pannello (punto C)

41 r.wind.sun: i pannelli fotovoltaici Calcolo dell'area percepita dell'oggetto osservato. Per ogni pannello l'analisi si sviluppa in tre fasi distinte: 1. Si posiziona il centro di vista al centro del pannello 2. Calcolo della dimensione apparente in prospetto: in relazione alla quota dell'osservatore si possono verificare i due casi mostrati 3. Calcolo della dimensione apparente in pianta

42 r.wind.sun: i pannelli fotovoltaici Calcolo dell'area percepita dell'oggetto osservato. Si calcola l'area distorta come l'area del rettangolo equivalente (prodotto delle dimensioni principali distorte):

43 r.wind.sun: i pannelli fotovoltaici Calcolo dell'indice di impatto. Il F.O.V. Si posiziona il centro del campo visivo in corrispondenza del centro di vista del pannello producendo una mappa dell'indice adimensionale di impatto per ogni impianto

44 r.wind.sun: risultati Calcolo dell'impatto visivo dell'impianto rispetto al Field Of View dell'osservatore. La mappa raster dell'impatto visivo La mappa che si ottiene è una somma di tante mappe di impatto quanti sono gli impianti, infatti l'effetto dovuto a ogni singolo impianto è valutato separatamente e quindi sommato per ogni punto compreso nella zona di indagine in maniera tale da ottenere l'impatto totale che la windfarm o il campo fotovoltaico generano su ogni cella del raster.

45 r.wind.sun: i risultati Calcolo dell'impatto visivo dell'impianto rispetto al Field Of View dell'osservatore. La mappa raster dell'impatto visivo Dalla legenda si può notare che la percentuale calcolata dell'impatto visivo si mantiene sempre su valori piuttosto bassi.. questo risultato è ragionevole poiché il campo visivo è molto grande se paragonato, in estensione, all'area occupata dagli impianti Per leggere la mappa più agevolmente, si può riclassificarla stabilendo di volta in volta regole ad hoc per la mappa di impatto, al fine di definire zone a diverso impatto.

46 r.wind.sun: i risultati Calcolo dell'impatto visivo dell'impianto rispetto al Field Of View dell'osservatore. La mappa raster dell'impatto visivo Dalla legenda si può notare che la percentuale calcolata dell'impatto visivo si mantiene sempre su valori piuttosto bassi.. questo risultato è ragionevole poiché il campo visivo è molto grande se paragonato, in estensione, all'area occupata dagli impianti Per leggere la mappa più agevolmente, si può riclassificarla stabilendo di volta in volta regole ad hoc per la mappa di impatto, al fine di definire zone a diverso impatto.

47 r.wind.sun: gli strumenti Il tutto usando semplici strumenti matematici come... Relazioni trigonometriche n=d*tg(85 ) s=d*tg(65 ) i=d*tg(70 )

48 r.wind.sun: gli strumenti Il tutto usando semplici strumenti matematici come... Relazioni trigonometriche Espressioni di map algebra

49 r.wind.sun: i risultati Corrispondenza morfologica rispettata Si può ipotizzare che in a e b gli aerogeneratori si vedano solo in parte (la vista è ostacolata dal rilevo); in c si vedono nella loro interezza e quindi l'impatto diminuisce (in e) poiché ci si allontana progressivamente (aumenta l'estensione del campo visivo). a b c d e

50 r.wind.sun: i risultati Come atteso, l'impatto maggiore si verifica nella zona centrale del campo fotovoltaico Se si dispone di una mappa in pianta con la sagoma dei pannelli, il modulo produce in itinere la mappa 3D degli impianti, che può essere poi efficacemente visualizzata sulla superficie topogafica ad esempio, con NVIZ.

51 r.wind.sun: sviluppi futuri Portare l'attuale script di Shell in Python per garantire la massima portabilità su sistemi operativi differenti. Implementare su web un servizio WPS.

52 Il metodo proposto non vuole in definitiva sostituirsi ai sicuramente più completi Studi di Impatto Ambientale, specie in un ambito così delicato com'è quello paesaggistico; ma può divenire un valido strumento di ausilio alla pianificazione in quanto potente (la definizione continua nello spazio dell'impatto permette non solo di avere un'idea ma di quantificare punto per punto la visibilità) rimanendo, tuttavia, uno strumento relativamente semplice da usare.

53 Il metodo proposto non vuole in definitiva sostituirsi ai sicuramente più completi Studi di Impatto Ambientale, specie in un ambito così delicato com'è quello paesaggistico; ma può divenire un valido strumento di ausilio alla pianificazione in quanto potente (la definizione continua nello spazio dell'impatto permette non solo di avere un'idea ma di quantificare punto per punto la visibilità) rimanendo, tuttavia, uno strumento relativamente semplice da usare.

54 Il metodo proposto non vuole in definitiva sostituirsi ai sicuramente più completi Studi di Impatto Ambientale, specie in un ambito così delicato com'è quello paesaggistico; ma può divenire un valido strumento di ausilio alla pianificazione in quanto potente (la definizione continua nello spazio dell'impatto permette non solo di avere un'idea ma di quantificare punto per punto la visibilità) rimanendo, tuttavia, uno strumento relativamente semplice da usare.

55 Il metodo proposto non vuole in definitiva sostituirsi ai sicuramente più completi Studi di Impatto Ambientale, specie in un ambito così delicato com'è quello paesaggistico; ma può divenire un valido strumento di ausilio alla pianificazione in quanto potente (la definizione continua nello spazio dell'impatto permette non solo di avere un'idea ma di quantificare punto per punto la visibilità) rimanendo, tuttavia, uno strumento relativamente semplice da usare.

56 Il metodo proposto non vuole in definitiva sostituirsi ai sicuramente più completi Studi di Impatto Ambientale, specie in un ambito così delicato com'è quello paesaggistico; ma può divenire un valido strumento di ausilio alla pianificazione in quanto potente (la definizione continua nello spazio dell'impatto permette non solo di avere un'idea ma di quantificare punto per punto la visibilità) rimanendo, tuttavia, uno strumento relativamente semplice da usare. Grazie per l'attenzione!