L'alta risoluzione satellitare in supporto al Risk Management

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1 L'alta risoluzione satellitare in supporto al Risk Management Livio Rossi EURIMAGE S.p.A., Roma, Italia Introduzione Nell ambito delle attività operative per la gestione e la protezione del territorio, il telerilevamento da satellite ha finora assunto una posizione di elemento informativo spesso solo a posteriori, adatto quindi al monitoraggio degli eventi di modificazione o di rischio ambientale. Oggi, le tecnologie informatiche e di telecomunicazione ad alta prestazione e a basso costo, unitamente ai nuovi sensori ad alta risoluzione consentono, a chi amministra e protegge il territorio e la popolazione di utilizzare strumenti efficaci, anche in tempo reale per:?? Prevenzione?? Gestione delle crisi?? Monitoraggio degli eventi?? Valutazione economica e ambientale dei danni. Per quanto riguarda i dati satellitari, l avvento dei satelliti ottici pancromatici e multispettrali a media risoluzione come Landsat e Spot (anni ottanta)e dei SAR a media risoluzione come ERS e Radarsat (anni novanta) ha portato un buon contributo alla gestione dei rischi naturali, senza mai però divenire strumento operativo e direttamente gestionale, soprattutto per la piccola scala ottenibile. L alta risoluzione satellitare I nuovi satelliti ottici ad alta risoluzione, lanciati negli ultimi anni, per gli usi civili, come ad esempio Ikonos e Quickbird presentano le principali seguenti caratteristiche: Da 1 m (Ikonos) a 0,61 m (Quick Bird) di risoluzione nadirale pancromatica Da 4 m (Ikonos) a 2,44 m (Quick Bird) di risoluzione multispettrale Range radiometrico di 11 bit (2048 livelli di grigio) invece degli usuali 8 Banda pancromatica estesa fino all infrarosso vicino In particolare, le ultime due caratteristiche elencate consentono, attraverso l incrementato contributo spettrale e radiometrico (rispetto ad una foto acquisita analogicamente, ad esempio) una migliore luminosità, visibilità e profondità dell immagine (aumento del contenuto informativo) e quindi una migliore discriminazione del target, riducendo i possibili errori, l uso dei dati ancillari e di conseguenza i costi progettuali. Le acquisizioni monoscopiche di Quickbird, ad esempio, forniscono elevato dettaglio informativo, per:?? Frane, dissesti lineari e profondi, subsidenza?? Aree incendiate?? Alluvioni

2 ?? Zone a rischio di inquinamento?? Corridoi e strutture di servizi (monitoraggio linee elettriche, pipelines, incidenti industriali, ecc.) Frane e analisi geomorfologica L analisi geomorfologica e la mappatura dei dissesti, strati tematici fondamentali per la valutazione del rischio idrogeologico e delle strutture antropiche interessate sono sempre state, in passato, realizzate attraverso aerofoto in modalità stereoscopica, sia con strumenti analogici che digitali. I dati satellitari a scala media, così come le foto aeree monoscopiche hanno permesso finora solo l identificazione di aree o di elementi (a seconda della risoluzione utilizzata) di erosione superficiale o di lineamenti strutturali, non consentendo però l identificazione dei movimenti di massa (se si escludono quelli eclatanti, per dimensione e parossismo). In seguit agli incoraggianti tentativi con Ikonos, sono state realizzate numerose prove utilizzando immagini monoscopiche di Quick Bird, per la mappatura a grande scala dei dissesti. Per poter operare nel modo più corretto occorre:?? Acquisire Quick Bird in modalità Bundle (pancromatico e multispettrale)?? elaborare ad hoc le singole bande e realizzare il procedimento di fusione multispettrale pancromatico (pansharpened 0,61m, preferibilmente in modalità falso colore)?? applicare un filtro di sharpening e costituire dei layer GIS tematici utilizzando software economici e di facile uso (Adobe illustrator, ArcMap, ecc.)?? interpretare a video in monoscopia?? valutare i risultati ai fini di una carta tematica e/o di un layer GIS?? integrare, se possibile con dati GPS o misure dirette I risultati ottenuti (v.fig.1) sono senz altro sorprendenti, in quanto la temuta mancanza della stereoscopia è sopperita dall elevato contenuto informativo dell immagine in fusione con il pancromatico. La radiometria a 11bit, l enfatizzazione dell infrarosso (banda 4 unita al contributo del pancromatico) e l elaborazione digitale hanno permesso infatti l agevole e completa identificazione, anche in aree boscate di: frane e movimenti di massa per colamento (nicchia ed accumulo) frane di scivolamento (nicchia ed accumulo) soliflusso e movimenti del suolo (direzione e consistenza) fenomeni di creeping e di erosione superficiale fenomeni di subsidenza locale faglie e sistemi di fatturazione A parte l ultimo tematismo (interpretabile anche con i sistemi tradizionali) uno dei principali motivi delle capacità interpretative è dovuto al ben identificabile spostamento della vegetazione sull immagine QuickBird (distacco ed accumulo della coltre erbosa ed arborea) unitamente ad un ottima differenziazione di tono e tessitura. Integrazioni di fonti differenti (SAR differenziale, ad esempio) sono ovviamente la migliore soluzione per poter fornire un servizio completo di mappatura, monitoraggio e analisi di vulnerabilità e rischio.

3 Fig.1QuickBird 432 pansharpened 0,61m Giugno 2002 Alpi Bernesi : carta dei dissesti; Alluvioni Le immagini satellitari SAR, grazie alle capacità di attraversare le nuvole ed essere sensibili alla diversa geometria fornita dalle superfici coperte da acqua, sono state e sono tuttora le fonti informative più importanti per definire, cartografare e monitorare gli eventi alluvionali. L alta risoluzione però, potendo ottimizzare le acquisizioni temporalmente consente di arrivare spesso al dettaglio operativo, soprattutto per la valutazione dei danni a grande scala (v.fig. 2)

4 Fig. 2 Alluvione di Praga, estate Analisi e valutazione dei danni a grande scala utilizzando il satellite Quickbird a 0,61m Aree di servizi I dati ad alta risoluzione, grazie alle loro capacità già menzionate consentono analisi ad hoc e localizzate per quanto riguarda la fattibilità, la progettazione ed il monitoraggio dei corridoi di Servizi, come linee elettriche e Telecom, pipelines idrici e di idrocarburi, trasporti ecc. Per i piani di protezione civile è fattibile il monitoraggio delle strade primarie e secondarie e dei servizi stradali ovviamente a livello orizzontale (variazioni, stato dell asfalto, segnaletica orizzontale, ecc.) Incendi Nel caso del monitoraggio degli incendi, il principale vantaggio rispetto ai sistemi tradizionali (che individuano o stesso bene le aree incendiate) riguarda soprattutto le capacità satellitari di rivisitazione e di acquisizione sulla base di coordinate fornite dall utente, per il monitoraggio prima e per la successiva mappatura delle aree stesse, distribuite su un territorio amministrativo. Inoltre, l attuazione della legge del 2000, per la definizione catastale delle aree danneggiate rende questi strumenti ancora più preziosi per la possibilità di ottenere, a grande scala, limitate e ripetibili porzioni di territorio in modalità multispettrale. Inquinamento I dati ottici multispettrali consentono un analisi solamente fisica del target, permettendo unicamente correlazioni per poter valutare fenomeni, effetti e rischi chimici. L elevata capacità identificativa, consente però di poter differenziare in un uso del suolo molto spinto le cave, le aree in costruzione e le discariche, mentre l elevata dinamica radiometrica consente inoltre di attraversare tematicamente smog e fumi derivati da apparati industriali o da calamità diverse. Per quanto riguarda l inquinamento idrico, buone appaiono le possibilità di analisi nei primi metri di profondità nei laghi e in mare, tenendo sempre conto delle necessità continue di correlare altri tipi di dati da fonti diverse. Per gli sversamenti di idrocarburi (deliberati e accidentali) in mare, i dati SAR hanno finora contribuito grandemente come mezzo di identificazione precoce. Dato che i principali requisiti di un servizio operativo sono la capacità di rivisitazione e la fornitura quasi in tempo reale, la prossima costellazione satellitare italiana di ASI Cosmo Skymed (anch essa ad alta risoluzione, sia SAR che ottica) diverrà l elemento chiave e realmente operativo per il controllo del livello di inquinamento superficiale nei nostri mari e la necessaria opera di bonifica e repressione. Conclusioni L elevato livello informativo dei dati ad alta risoluzione e la possibilità di poter pianificare le acquisizioni consente di individuare e di mettere in relazione le principali attività antropiche (ed i relativi manufatti) con gli eventi citati, aiutando le autorità preposte alla definizione dapprima dei criteri di vulnerabilità e successivamente dei rischi. Le grandi potenzialità dei satelliti ad alta risoluzione (in particolare di Quickbird, di Ikonos e la futura costellazione italiana CosmoSkymed) stanno entrando e sempre di più entreranno nel mondo di chi fa del trattamento dei dati territoriali il proprio lavoro o il proprio obbiettivo istituzionale o commerciale.

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