LE IMMAGINI DA SATELLITE NELL INDAGINE ARCHEOLOGICA: STATO DELL ARTE, CASI DI STUDIO, PROSPETTIVE

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1 LE IMMAGINI DA SATELLITE NELL INDAGINE ARCHEOLOGICA: STATO DELL ARTE, CASI DI STUDIO, PROSPETTIVE S. Campana - Archeologia dei Paesaggi - Polo Universitario Grossetano, Università di Siena Stato dell arte Il rapporto tra Archeologia ed immagini da satellite è da sempre difficile e contraddistinto da eccessi di ottimismo alternati a momenti di forte diffidenza in merito al ruolo che il dato da satellite può svolgere nell indagine archeologica. Questa situazione è da attribuire ad una serie di concause tra cui troviamo la diffusione, fin dagli Anni 80, di poche immagini eclatanti riprese dallo spazio che invece di essere considerate casi isolati del tutto eccezionali, hanno generato aspettative infondate e totalmente irreali rispetto alle caratteristiche tecnologiche dei primi satelliti 1. Per tali motivi riteniamo possa essere utile far precedere, alla discussione sull esperienza condotta presso il Laboratorio di Telerilevamento dell Università di Siena, una breve rilettura critica dello sviluppo storico delle metodologie, delle applicazioni e delle potenzialità delle immagini da satellite in archeologia. La storia degli studi a fini archeologici di immagini riprese da piattaforma satellitare può essere suddivisa in tre momenti scanditi dal progresso tecnologico 2. Il primo periodo, della durata di circa un decennio ( ), fa uso dei dati della serie Landsat MSS 3 per la ricostruzione parziale dell andamento dei più significativi elementi paleoidrografici, ai quali spesso risultano associati siti archeologici 4. In Italia in questa fase sono state condotte ricerche, utilizzando immagini Skylab e Landsat MSS, su grandi sistemi di organizzazione del paesaggio rurale antico, tra cui schemi di centuriazione romana a diverso modulo di spaziatura e orientamento dei limiti in stretto rapporto con paleoreticoli di drenaggio 5. La seconda fase di sviluppo ( ) è determinata dalla disponibilità di satelliti più sofisticati, prima la serie Landsat TM e poco dopo gli SPOT. Un elemento altrettanto significativo di questo periodo è rappresentato dalla diffusione del personal computer per il quale si resero presto disponibili programmi per l elaborazione delle immagini da satellite (ERDAS, I 2 S Gemstone, Dragon, ecc.). L aumento della risoluzione geometrica delle immagini consente un maggior numero di applicazioni in campo archeologico mentre gli strumenti d analisi, accessibili anche per piccoli centri di ricerca e per molte Università, mettono in condizione i ricercatori (di solito geologi) di sperimentare direttamente le tecniche di elaborazione più consone al raggiungimento degli obiettivi preposti 6. Le immagini Landsat TM sono state utilizzate con successo in numerosi programmi di ricerca per l individuazione di elementi archeologici di grandi dimensioni quali antichi sistemi di argini, 1 Pensiamo ad esempio alle immagini SIR-A (sensore RADAR installato a bordo dello Shuttle) del deserto del Sahara (Sudan nord occidentale) che hanno consentito l identificazione di paleoreticoli idrografici o alle esperienze condotte sempre dalla NASA in Centro e Sud America. Sull argomento si vedano, e 2 MARCOLONGO-BARISANO 2000, pp.14-30; MARCOLONGO 2000, pp I satelliti Landsat MSS hanno risoluzione geometrica lineare al suolo di 80 m, con sensore multispettrale a 4 bande che operano nell intervallo visibile e del vicino infrarosso. Per una panoramica sul progetto Landsat e sulla relativa bibliografia archeologica si veda CAMPANA-PRANZINI 2001, pp Tra le esperienze più importanti ricordiamo i lavori di Lyons nella regione del Chaco Canyon (LYONS et alii 1976) e del gruppo di ricercatori dell Università e del CNR di Padova nelle regioni dell Arslantepe-Malatya in Turchia e nell area di Geili in Sudan (MARCOLONGO 1988, pp ). 5 MARCOLONGO-MASCELLARI In precedenza l analisi delle immagini consisteva nella semplice osservazione di una serie di stampe cartacee elaborate per via analogica e distribuite dai centri di elaborazione dati.

2 parcellizzazioni agrarie, viabilità ed insediamenti di tipo urbano 7. Nel 1986 al Landsat TM si affianca il satellite francese SPOT (Satellite Probatorie pour l Observation de la Terre), equipaggiato con un sensore multispettrale a tre bande (verde, rosso, vicino infrarosso) con risoluzione geometrica di 20 m ed un sensore pancromatico con risoluzione di 10 m 8. Risultati interessanti sono derivati dall uso combinato dei satelliti Landsat TM e SPOT. In Inghilterra il team di ricerca dell Università di Durham ha identificato e restituito su base cartografica parte del sistema idrico antico dell East Anglian Fenland 9. La definizione di antichi sistemi di organizzazione dello spazio agrario e dell uso del suolo in ambito mediterraneo è stata al centro di numerosi progetti tra la fine degli anni Ottanta e la prima metà degli anni Novanta. Risultati significativi sono stati ottenuti utilizzando dati Landsat e SPOT da Madry e Crumley nella Valle dell Arroux in Francia 10, da Gaffney e Stančič in Dalmazia 11, da Urwin e Ireland in Portogallo 12 e da Stein, Cullen e Wiseman in Grecia 13. In questa fase, in Italia, un ruolo di primo piano nello studio del dato da satellite in ambito archeologico è stato svolto dal Laboratorio di Telerilevamento dell Università di Firenze e dall Istituto di Geologia Applicata del CNR di Padova. Entrambi i centri di ricerca, oltre ai risultati storico-archeologici, hanno dato un importante contributo metodologico, introducendo nuove prospettive per l utilizzo e l integrazione delle informazioni territoriali, mutuando tecniche d analisi in particolare dalla geologia e dalla geomorfologia all archeologia. Tra i progetti più significativi promossi dall ateneo fiorentino segnaliamo l applicazione di immagini Landsat allo studio dell evoluzione delle pianure di Grosseto, di Pisa e della Valle dell Albegna 14, mentre il team del CNR ha proseguito le ricerche sulla centuriazione romana nella pianura padana tramite l analisi di prese Landsat TM5, SPOT e foto aeree convenzionali ed ha inoltre condotto nuovi studi sul paleoambiente e sulle relazioni con il popolamento antico nello Yemen, in Libia, nel Turkmenistan del sud, in Siria ed in Turchia 15. Nella seconda fase di sviluppo tra i sensori che acquisiscono immagini da piattaforme spaziali troviamo anche il RADAR. Tra le caratteristiche più significative di questi sistemi di rilvamento vi è la capacità delle microonde di attraversare indisturbate l'atmosfera, di operare in presenza di nebbia o nuvole e di superare problemi di visibilità connessi alla presenza di vegetazione erbacea, arbustiva ed arborea permettendo di osservare il suolo sottostante. I primi sensori RADAR operativi nello spazio sono stati progettati dalla NASA/JPL e installati a bordo dello Shuttle in tre diverse 7 Tra i progetti più importanti avviati in questa fase vi è la creazione alla NASA, nell ambito del Global Hydrology and Climate Center (GCCC), di una sezione dedicata alle applicazioni del Telerilevamento in Archeologia: Le ricerche condotte dal GCCC nell area mesoamericana hanno portati a risultati significativi. Le analisi sui dati Landsat TM permisero agli archeologi l individuazione di un estesa rete di campi coltivati e di insediamenti Maya nella penisola messicana dello Yucatán (POPE-DAHLIN 1989, pp ). Molte altre sono le esperienze rilevanti tra cui ricordiamo il lavoro dell Università del Colorado nello Stato del Montana (EL- BAZ 1997, pp.60-65) e dell Università di Bournemouth (UK) in Nigeria (DARLING 1984). Anche in Europa non mancano esempi di studi sul paesaggio che utilizzano immagini Landsat. In Inghilterra le ricerche di Chris Cox nell ambito del North-west Wetlands Project hanno permesso di identificare numerose aree umide confermate successivamente da ricognizioni aeree e di superficie (COX 1992, pp ). In Francia i lavori di Guy e Delézir hanno dimostrato l utilità del dato da satellite per la definizione di sistemi di parcellizzazione pregressi (GUY-DELÉZIER 1993, pp.69-85). 8 CAMPANA-PRANZINI 2001, pp RENFREW-BAHN 2000, pp MADRY-CRUMLEY 1990, pp GAFFNEY et alii 1995, pp URWIN-IRELAND 1992, pp WISEMAN 1992, pp.1-4; STEIN-CULLEN 1994, p MASELLI et alii 1988, pp ; GABBANI et alii 1992, pp ; GABBANI et alii 1994, pp ; PRANZINI- SANTINI 1999, pp ; MARCHISIO et alii 2000, pp COSTI et alii 1992; MARCOLONGO-PALMIERI 1988, pp.45-53; MARCOLONGO-MORANDI BONACOSSI 1997, pp.79-86; MARCOLONGO 1987, pp ; MARCOLONGO-MOZZI 2000, p.22; CLEUZIOU et alii 1992; MARCOLONGO- VANGELISTA 2000, pp

3 missioni 16. I dati raccolti nel corso di queste missioni hanno trovato applicazioni di grande interesse in ambito archeologico e paleoambientale. Topografie sub-superficiali fatte di valli e rilievi incisi dal reticolo idrografico, da riferire ad precedenti fasi pluviali sono state riscontrate in aree desertiche degli Stati Uniti, del Medio Oriente e della Cina 17. Nella penisola arabica è stato possibile riconoscere centinaia di chilometri di piste carovaniere molte delle quali convergono verso la città di Ubar 18. Le informazioni acquisite con sistemi RADAR sono risultate particolarmente utili per l individuazione di strutture archeologiche situate in aree caratterizzate da densa copertura vegetale come nei casi del Messico, Guatemala e Cambogia 19. I primi due periodi di sviluppo del Telerilevamento da satellite in Archeologia sono stati caratterizzati dalla ricerca di tecniche di elaborazione, interpretazione del contenuto semantico delle immagini e per l analisi dei rapporti spazio-temporali intercorrenti tra insediamenti antropici e risorse naturali. Nell ambito dello studio delle reti insediative antiche il contributo delle ricerche è stato prevalentemente indiretto e nel complesso piuttosto modesto 20. Le analisi trovavano applicazioni esclusivamente in contesti a scala regionale, permettendo il riconoscimento di un numero limitato di evidenze ed in particolare elementi caratterizzati da uno sviluppo prevalentemente lineare. Ci riferiamo a sistemi viari, canalizzazioni, partizioni dell agro, paleoalvei, paleoconoidi, meandri relitti, direttrici di deflusso idrico sotterraneo e aree di accumulo idrico sotterraneo. La difficoltà nel riconoscimento delle forme (l individuazione di grandi centri urbani è una realtà limitata a particolari aree geografiche) ha reso nelle due fasi appena discusse la fotografia aerea assolutamente insuperabile per il riconoscimento e lo studio delle aree insediative. Inoltre le immagini di prima e seconda generazione, in genere, hanno dato un contributo sostanziale solo in aree, scarsamente antropizzate, prive di studi sistematici realizzati con le tradizionali tecniche aerofotografiche e difficilmente accessibili. Il terzo periodo (1992-in corso) è contrassegnato da cambiamenti tecnologici e metodologici significativi che mutano le potenzialità e gli obiettivi dell applicazione del dato da satellite nella ricerca archeologica e le figure professionali coinvolte. In sintesi possiamo riassumere il cambiamento in: disponibilità sul mercato scientifico di dati telerilevati con una risoluzione spaziale metrica e submetrica in grado di distinguere un numero molto maggiore di emergenze; sviluppo di sensori più evoluti nel campo del visibile e dell infrarosso, a cominciare da quelli posti sui satelliti indiani della serie IRS-1 fino ai sensori Kodak istallati sulle piattaforme Ikonos-2 e Quickbird-2, e nel campo delle microonde come quello posto sul satellite europeo ERS-1 o il canadese RadarSat-1; diffusione capillare dei sistemi GIS (Geographical Information System) e GIP (Geographical Image Processing) gestiti direttamente da archeologici. L inizio della terza fase coincide con l immissione sul mercato delle immagini ad alta risoluzione dei satelliti spia russi (COSMOS) e americani (CORONA) avvenuta rispettivamente nel 1992 e L interesse per queste immagini è legato in particolare all alta risoluzione e al valore storico dei dati. I satelliti americani KH-1-4, KH-4A, KH-4B e KH-6, operativi tra il 1960 e il 1972, sono caratterizzati rispettivamente da risoluzioni spaziali di circa 8, 3 e 1 m. La copertura è mondiale, anche se risulta maggiormente concentrata nei paesi dell Europa dell Est e sull Asia. Il territorio italiano è interessato, con più di 4000 riprese ad alta e media risoluzione. La camera russa KVR operativa dal 1981 acquisisce immagini pancromatiche di 40x40 km con risoluzione 16 CAMPANA-PRANZINI 2001, p EL-BAZ 1989, pp.33-38; EL-BAZ 1997, pp ; HOLCOMB 1992, pp RENFREW-BAHN 2000, pp ADAMS et alii 1981, pp ; ANON 1995, pp.12-13; MOORE-FREEMAN 1997, pp DONOGHUE et alii 2002, pp MCDONALD 1995, pp

4 geometrica tra 1 e 2 m. Fin dalla prima apparizione sul mercato questi dati hanno suscitato un certo interesse e numerose esperienze hanno dimostrato la loro utilità in campo archeologico. Tra queste segnaliamo i casi di studio di Figsbury Ring e Stonehenge in Inghilterra, nella valle dell Eufrate in Turchia e nella Homs Region in Sira 22. Kennedy che ha fatto uso di immagini CORONA nell ambito dello Zeugma Project sottolinea come queste immagini consentano effettivamente l individuazione di siti archeologici ma sebbene la risoluzione sia sostanzialmente idonea, la qualità dell immagine e la casualità del momento di acquisizione riducono le potenzialità del loro contributo in aree ben documentate e monitorate con gli strumenti tradizionali dell indagine archeologica 23. La vera rivoluzione nel segmento spaziale di osservazione della Terra è da attribuire all approvazione, nel 1994 da parte del Governo degli Stati Uniti, dello sviluppo di satelliti ad alta risoluzione per uso commerciale. Nel mese di settembre del 1999 la società americana Space Imaging è riuscita a mettere in orbita Ikonos-2, il primo satellite civile in grado di acquisire simultaneamente immagini multispettrali e pancromatiche ad alta risoluzione. Nel mese di ottobre del 2001 Digitalglobe lancia QuickBrid-2, un satellite equipaggiato con un sensore multispettrale e pancromatico che sposta la frontiera della definizione a 2,44 m per il dato multispettrale e 0,61 cm per il pancromatico. Dal mese di maggio del 2002 è inoltre in orbita SPOT-5 un satellite francese caratterizzato da un sensore multibanda con risoluzione di 2,5 m. Le caratteristiche dei satelliti ad alta risoluzione possono essere riassunte in 24 : operatività immediata senza fasi preliminari; flessibilità nella programmazione delle riprese ovvero la possibilità di stabilire con precisione l area di interesse e con buona approssimazione il momento di acquisizione della scena; altissima definizione e accuratezza geometrica; acquisizione regionale di scene con dimensioni contenute per via dell alta risoluzione geometrica; ottima registrazione di immagini acquisite in tempi diversi; possibilità di visione stereoscopica con visione nadirale e obliqua sulla stessa traccia (con ritardo di ripresa tra le due immagini di pochi secondi); tempi di acquisizione e di consegna delle immagini pre-elaborate (correzioni radiometriche, correzioni geometriche e georeferenzizione) molto rapidi. Dati con queste caratteristiche rappresentano per l archeologo strumenti potenzialmente di grande interesse per lo studio e il monitoraggio dei paesaggi antichi. Per questi motivi le immagini Ikonos- 2 hanno suscitato, da subito, l attenzione degli archeologi e nel volgere di pochi anni sono stati avviati numerosi progetti con l intenzione di valutarne l effettivo potenziale e le possibili applicazioni. Tra le esperienze più significative avviate sui dati Ikonos-2 segnaliamo gli studi intrapresi in Inghilterra presso il Centro di Telerilevamento dell Università di Durham nell ambito di un progetto sul territorio Siriano 25. Negli Stati Uniti, la sezione archeologica del Global Hydrology and Climate Center (NASA) ha sperimentato le immagini ad alta risoluzione nelle ricerche in Mesoamerica 26. L Università di Cincinnati in collaborazione con la NASA ha sperimentato l uso di immagini Ikonos-2 pancromatiche e multispettrali in Turchia con l obiettivo di rileggere con tecnologie innovative il territorio della città di Troia 27. L Università di Melbourne ha introdotto l uso delle 22 FOWLER 1996, pp ; FOWLER 2002, pp.55-69; COMFORT et alii 2000, pp ; KENNEDY 1998, pp ; DONOGHUE et alii 2002, pp KENNEDY 1998, pp FRITZ 1996, pp.39-45; THIBAULT 1995, pp DONOGHUE et alii 2002, pp GIARDINO et alii 2003, pp Il progetto e i primi risultati sono disponibili in Internet all URL: /images.php3?img_id=5186

5 immagini Ikonos-2 nello studio dei paesaggi di età minoica nell isola di Creta 28. In Italia dal 2000 l Università di Siena ha avviato un progetto di studio al fine di comprendere le potenzialità delle immagini multispettrali ad alta risoluzione un contesto densamente antropizzato, ricco di studi sui paesaggi antichi e di coperture aerofotografiche verticali e oblique, consentendo confronti tra dati. Le prime considerazioni che emergono dai pochi rapporti preliminari attualmente disponibili in letteratura possono essere ricondotte a: Le immagini da satellite Ikonos-2 e a maggior ragione QuickBird-2 costituiscono uno strumento complementare ma non alternativo alla tradizionale fotografia aerea per l individuazione di emergenze paleoambientali e di siti archeologici di medie dimensioni. Nei paesi in via di sviluppo o in condizioni di inaccessibilità della cartografia tecnica le immagini da satellite ad alta risoluzione rappresentano una soluzione ottimale per la realizzazione di cartografia e ortofotocarte fino a scale di dettaglio 1: da utilizzare come base per le operazioni sul terreno e dei GIS archeologici. Monitoraggio dei paesaggi antichi e dei monumenti archeologici. Le immagini ad alta risoluzione sono ideali per integrare il palinsesto informativo di un GIS archeologico in senso multitemporale, costituendo un supporto informativo sinottico di elevata qualità. Sebbene queste osservazioni derivino dall esperienza di pochi studi specialistici sembra possibile confermare che ci troviamo di fronte ad un cambiamento sostanziale delle prospettive d uso del dato da satellite in archeologia 29. Casi di studio di immagini Ikonos-2 e Quickbird-2 L Area di Archeologia Medievale dell Università di Siena è impegnata da più venti anni nello studio diacronico di paesaggi antichi e medievali. In passato le operazioni di cartografia archeologica erano basate sostanzialmente su tre metodi di indagine 30 : battitura sistematica del suolo per aree campione, sopralluoghi indirizzati in corrispondenza di emergenze monumentali note di particolare interesse storico-archeologico ed analisi tramite stereoscopio e successiva elaborazione al calcolatore di fotografie aeree storiche supportate da relativa verifica in campagna. La necessità di sperimentare strumenti innovativi e nuove metodologie di indagine deriva proprio dalla lunga esperienza condotta con i metodi descritti, dalla consapevolezza dei limiti ad essi connaturati e dalla constatazione del progressivo depauperamento delle evidenze di superficie. Nonostante l elevata quantità di evidenze censite riteniamo ancora in parte insufficienti gli elementi in nostro possesso per la comprensione dalla complessità che caratterizza i paesaggi archeologici con particolare riferimento a periodi cronologici quali l altomedioevo o specifiche problematiche storiche come il passaggio dall organizzazione latifondistica romana delle campagne attraverso insediamenti tipo villa allo sviluppo degli insediamenti fortificati d altura 31. Un ruolo centrale nella riorganizzazione delle metodologie di studio da noi adottate è stato attribuito alle tecniche di osservazione remota del territorio ben consapevoli dei limiti che questa disciplina incontra in un contesto ambientale quale è quello toscano. E noto infatti che in generale il successo dell applicazione all indagine archeologica delle tecniche di telerilevamento dipende da una serie di caratteristiche fisiche del contesto, tra cui spiccano uso del suolo, pedologia e fattori climatici con particolare riferimento a tutti i fenomeni che sono in grado in generare situazioni di stress nella vegetazione 32. In relazione all uso del suolo la Toscana è la regione italiana con la maggiore 28 FRASER et alii 2002, pp La prima vera occasione di incontro tra i ricercatori che per primi si sono dedicati allo studio delle immagini da satellite ad alta risoluzione è stata organizzata a Strasburgo per l autunno del 2002 da EURISY in collaborazione con l International Space University (ISU), l Agenzia Spaziale Europea, la NASA e l UNESCO World Heritage Centre. La pubblicazione degli atti del convegno è stata realizzata su CD-ROM: Space Applications for Heritage Conservation. Una pubblicazione parziale è disponibile presso il sito Internet: 30 FRANCOVICH-VALENTI 2001, pp FRANCOVICH-HODGES PICCARRETA-CERANDO 2000, pp

6 superficie destinata a bosco con un occupazione quasi del 50% del territorio ed è quindi caratterizzata da un basso livello di visibilità aerea 33. Gli spazi occupati dalle colture agricole stagionali si impostano in corrispondenza di suoli fortemente argillosi con sporadiche intercalazioni di sabbie, suoli scarsamente drenanti e quindi particolarmente sfavorevoli per gran parte delle tecniche di Remote Sensing. Le aree con un elevato livello di visibilità sono costituite in prevalenza dalle pianure alluvionali dei corsi d acqua di medio-alta portata ed in particolare dai fiumi Arno, Ombrone, Serchio, Chiana e Orcia. In alcune di queste aree intervengono ulteriori problemi connessi al maggiore spessore dello strato di humus e ad attività antropiche quali le bonifiche o l attuale sfruttamento per fini industriali e residenziali. Oltre alle condizioni di uso del suolo le tracce di depositi sepolti mediate dalle colture agricole sono, in genere, osservabili dall alto in modo chiaro solo in determinati periodi dell anno e a condizione che siano soddisfatte specifiche situazioni climatiche. Com è noto la possibilità di distinguere alterazioni nella crescita della vegetazione non è un fenomeno che si verifica tutti gli anni bensì è strettamente dipendente dalle temperature medie e dal regime idrico stagionale 34. Non considerare questi aspetti soprattutto in aree quali la Toscana non è diverso dall impostare un progetto di ricognizione archeologica di superficie senza valutare quale sia lo stato di lavorazione dei fondi agricoli. Queste condizioni ci hanno indirizzato verso l impiego e la sperimentazione di tecniche di Remote Sensing che lasciano ampio spazio all archeologo nella scelta del periodo in cui effettuare l acquisizione dei dati e verso lo studio di porzioni dello spettro elettromagnetico non comprese nell intervallo del visibile. In particolare abbiamo rivolto la nostra attenzione verso l analisi di immagini da satellite ad alta risoluzione, la pratica di ricognizioni aeree (con relativa documentazione tramite fotografie aeree oblique) e l acquisizione estensiva di dati geofisici 35. Contestualmente allo sviluppo di nuove tecniche di indagine è proseguito lo studio delle coperture aeree storiche di cui riteniamo superfluo in questa sede sottolineare la straordinaria importanza 36. Abbiamo visto come i recenti progressi nel settore dei satelliti di osservazione della terra, in particolare in termini di risoluzione geometrica, stanno progressivamente cambiando i possibili usi di questi prodotti. In circostanze appropriate l informazione acquisita dai satelliti ad alta risoluzione comincia ad essere confrontabile con le riprese aeree verticali a media scala. Teoricamente il livello di dettaglio delle immagini Ikonos-2 e QuickBird-2 dovrebbe consentire di distinguere elementi lineari a partire da dimensioni (larghezza) comprese tra 0,6 e - 4 m ed elementi poligonali con superfici di circa m 2. Se confermate, queste caratteristiche significano che in termini archeologici, castelli medievali, chiese, monasteri, ville romane, oppida, strutture viarie, ecc., costituiscono tutti elementi potenzialmente osservabili tramite il dato da satellite. Prima di avviare la nostra esperienza abbiamo identificato una serie di problemi e di domande a cui possono essere ricondotti gli obiettivi del progetto di valutazione del dato da satellite in ambito toscano. In particolare lo studio intende comprendere: Il livello attuale di dettaglio delle immagini da satellite ad alta risoluzione è realmente adeguato per procedere all interpretazione archeologica? Quale tipologie di siti archeologici sono identificabili? Quali sono le relazioni e i possibili benefici che derivano dall integrazione tra dato da satellite e fotografia aerea? Quando l impiego delle immagini da satellite ad alta risoluzione comporta reali benefici all indagine archeologica? Qual è il contributo originale delle immagini da satellite ad alta risoluzione per l identificazione di siti archeologici e la migliore comprensione dei paesaggi antichi? 33 AGNOLETTI JONES-EVANS 1975, pp CAMPANA 2002a; CAMPANA-FRANCOVICH 2003, 15-28; CAMPANA et alii, corso stampa. 36 Sull argomento si vedano in particolare, PICCARRETA 1987; PICCARRETA-CERANDO 2000; GUAITOLI 2003.

7 Infine, perché utilizzare costose immagini da satellite, in Toscana o più in generale in Italia, se altre fonti quali le riprese verticali a scopo cartografico o le fotografie oblique sono disponibili gratuitamente o possono essere acquisite a costi inferiori? Per rispondere almeno in parte a queste domande abbiamo identificato una serie di aree campione rappresentative della complessità geomorfologica, paesaggistica e culturale della Toscana per le quali disponevamo di precedenti studi a carattere storico-archeologico, ed in particolare di ricognizioni di superficie e di indagini aerofotografiche di coperture verticali storiche e recenti (Fig.1). Fig.1 Campioni territoriali. Analisi delle Immagini del satellite Ikonos-2 Il sensore pancromatico ha una risoluzione geometrica al suolo di 1 m ad 11 bit (2048 livelli) e acquisisce nella banca spettrale fra nm mentre il sensore multispettrale ha una risoluzione di 4 m, sempre ad 11 bit (2048 livelli) e 4 bande. Il formato ad 11 bits rende questi dati radiometricamente superiori ad ogni altro dato satellitare finora disponibile ad 8 bit (Tab.1). Sebbene Ikonos-2 non abbia bande che operano nell'infrarosso più spinto, è certamente tra i satelliti che più si avvicinano alle esigenze degli archeologi. Nella primavera del 2000 abbiamo acquistato le immagini Ikonos-2 relative a due aree campione. La prima è situata lungo la costa toscana tra le località Piombino e Donoratico ed è caratterizzata dalla prevalenza di suoli leggeri destinati a seminativi. La seconda è relativa all entroterra senese (amministrazioni comunali di Murlo e Montalcino) ed è prevalentemente occupata da aree boschive e suoli argillosi (Fig.1). Le modalità di acquisto delle immagini non costituiscono un dettaglio. Tempi di acquisizione, possibilità di definire aree di interesse, superficie minima di acquisto, percentuale della copertura nuvolosa sono tutti elementi che si ripercuotono sia sull opportunità di utilizzo delle immagini sia sui possibili risultati scientifici.

8 Nel caso specifico delle immagini del satellite Ikonos-2 non esiste un unico rivenditore italiano. Le immagini sono commercializzate da varie società tra cui Eurimage, Planetek e Telespazio. Tra le peculiarità più interessanti delle nuove Orbita 680 km 98,1 14,6 giorni Acquisizione e processamento dati Capacità di memoria a 64Gb bordo Tempi di acquisizione dati in media 30 giorni Stazione al suolo Denver-USA Sensore Sensore Pancromatico Multispettrale Risoluzione geometrica 1 m 4 m Numero bande 1 4 Range spettrale nm nm nm nm nm Dimensioni scena Definita dall utente Risoluzione radiometrica 11 bits Tab.1 Intervalli spettrali, risoluzione geometrica e radiometrica delle bande del sensore Kodak istallato sul satellite Ikonos-2. generazioni di prodotti satellitari vi è l opportunità di definire con precisione l area di acquisizione da parte dell utente. Non è però possibile richiedere aree inferiori a 100 km 2. I tempi di acquisizione delle immagini Ikonos-2 nella primavera del 2000 sono stati piuttosto lunghi e difficilmente controllabili. L ordine inoltrato nel mese di aprile avrebbe dovuto essere evaso entro 60 giorni. Le prese da satellite sono state effettuate il 10 luglio alle ore 10.05, con un ritardo di circa un mese. La timewindow archeologica che nel nostro caso avevamo previsto tra fine maggio ed inizio giugno è stata ampiamente superata. Per acquisire le immagini con maggiore precisione rispetto al periodo da noi indicato esiste una alternativa. Space Imaging prevede un opzione definita priority per l acquisizione di immagini entro un tempo massimo di 15 giorni dall ordine che però comporta un sovrapprezzo molto oneroso 37. Le immagini acquisite del campione 1 presentano due grandi aree a copertura nuvolosa (con relativa ombra) la prima in corrispondenza delle località Murlo e Vescovado, la seconda più estesa tra le località Casciano, Fontignano e Castel di Notte. Le immagini del campione 2 sono costituite da due scene, la scena ovest relativa alla fascia di litorale tra il promontorio di Piombino, San Vincenzo, Donoratico è caratterizzata da un'ottima visibilità, totalmente priva di copertura nuvolosa e foschia. La scena est, tra le località Torre del Sale e Riotorto è priva di nuvole ma risulta disturbata da un velo di foschia che altera la risposta spettrale della banda 1 (blu). L approccio metodologico seguito per lo studio delle immagini Ikonos-2 ha previsto l analisi autoptica a monitor delle scene che ha preceduto e seguito una serie di trasformazioni delle stesse. La procedura applicata per il trattamento delle immagini è distinguibile in due fasi. Il primo stadio di elaborazione prevede l uso di trasformazioni elementari, tecniche di miglioramento del contrasto, elaborazioni multispettrali della scena tra cui colour composite RGB delle bande originali (3-2-1; 4-3-2; 4-2-1) e operazioni algebriche, in particolare l indice normalizzato di vegetazione (NDVI). Uno dei problemi delle immagini multispettrali Ikonos-2 è costituito dalla risoluzione spaziale talvolta ancora insufficiente per definire con certezza la natura di alcuni oggetti. In considerazione di questa difficoltà abbiamo affiancato alla lettura ed analisi dell immagine multispettrale come strumento di verifica e controllo una ortofotocarta digitale del 1996 con risoluzione di 1 m. Prima di passare al secondo step di elaborazione digitale le anomalie identificate vengono riosservate in ambiente GIS dove ogni presunta anomalia è stata confrontata con le informazioni deducibili dalla cartografia tecnica, tematica, storica e con le prese aeree verticali storiche e recenti. Quando è stato ritenuto utile abbiamo inoltre sovrapposto l immagine al modello digitale del terreno e visualizzato, per 37 La cifra richiesta ammonta a dollari. Considerato che le immagini costavano circa 30 dollari a km 2 è piuttosto evidente che se l area di interesse ha proporzioni ridotte l opzione priority può superare ampiamente il costo dell immagine. La politica di Space Imaging è particolarmente svantaggiosa in quanto se per problemi meteorologici non è possibile completare il lavoro entro 15 giorni l utente è vincolato comunque al pagamento dell opzione priority. Sulla questione si veda il sito Internet: http//www.eurimage.com; si veda inoltre SCHAAP 2002, pp

9 quanto possibile in relazione all accuratezza del modello, la rappresentazione tridimensionale del transetto territoriale e dell anomalia. Questo passaggio intermedio consente un processo di selezione (di 104 anomalie individuate nella prima fase 20 sono state scartate) basato sulle possibilità offerte dal GIS archeologico di integrazione e confronto di fonti talvolta marcatamente differenti. La seconda fase di elaborazione ha previsto l isolamento delle aree di interesse ritagliando le parti di immagini in cui abbiamo identificato le anomalie. Questo procedimento è indispensabile poiché le trasformazioni applicate a questo stadio sono di natura statistica. E quindi necessario disporre di aree omogenee affinché ai calcoli corrisponda il significato originariamente attribuito. Le operazioni effettuate sulle immagini sono l analisi delle componenti principali, Tasseled Cap Transformation, decorrelation strech e colour composites RGB dei risultati delle varie trasformazioni (in particolare PC1-PC2-PC3; BGW). Concluse le operazioni di elaborazione delle immagini si passa all interpretazione in ambiente GIS che consiste nella restituzione cartografica su layer vettoriale delle tracce visibili che nel complesso ammontano a Un primo dato significativo consiste nella distribuzione delle discontinuità concentrate nell 82% dei casi nel campione 2. E verosimile ritenere che questa situazione sia da attribuire solo in parte alla differente qualità delle immagini mentre un peso molto maggiore sembra svolto dalle caratteristiche geomorfologie e paesaggistiche. La tipologie di evidenze rilevate in fase di interpretazione delle immagini è relativa ad aree insediative cinte da fossati, tumuli e monumenti funerari, insediamenti fortificati d altura, viabilità, opere di terrazzamento, partizioni agrarie, generici fossati, paleoalvei ed infine elementi generati da fenomeni geologici ed altre false tracce di varia natura. Le dimensioni delle anomalie identificate mostrano un intervallo piuttosto ampio compreso tra 400 e m 2. I casi in cui abbiamo identificato oggetti con superfici comprese tra 400 e 1000 m 2 sono molto rari e nel complesso da considerare del tutto eccezionali. Le possibilità di percezione di oggetti di queste dimensioni sono risultate sempre associate a situazioni particolari. Un chiaro esempio è rintracciabile nella figura 2 che mostra la necropoli di San Cerbone, situata nel Golfo di Baratti (LI), nota fin dalla fine del XIX secolo. Senza particolari trattamenti la composizione a colori reale delle bande blu, verde e rosso consente di distinguere, sebbene in modo approssimativo, i tumuli dei Flabelli di Bronzo e dei Letti funebri (rispettivamente a e b in Fig.2), monumenti che misurano 30 e 20 m di diametro. In seguito ad elaborazioni digitali quali l analisi delle componenti principali e la composizione a colori delle bande fittizie PC1-PC2-PC3 riusciamo ad osservare anche un terzo tumulo funerario, la Tomba delle pissidi cilindriche (c in Fig.2). In questo caso la possibilità di distinguere oggetti di dimensioni tanto piccole rispetto alle capacità di risoluzione del sensore sono da ricercare nella natura discreta del dato raster e nella presenza intorno ai tre tumuli di un predella in pietra calcarea che in contrasto con la copertura erbacea dei tumuli influenza notevolmente la risposta spettrale (Fig.2). L intervallo di dimensioni entro il quale è lecito attendere risultati dalle immagini Ikonos-2 sembra compreso tra 2000 e m 2, con un picco tra 2500 e m Nel corso delle campagne di ricognizione del 2002 e del 2003 abbiamo effettuato sopralluoghi su un campione del 40% delle tracce utilizzando prevalentemente gli strumenti della ricognizione di superficie assistita da strumenti GPS e PDA (Personal Data Assistano) per il rilevo e la navigazione sugli elementi di discontinuità. Nel complesso l esito delle ricognizioni ha dimostrato nel 59% dei casi corrispondenza tra tracce e reperti archeologici in superficie mentre nel 18% gli elementi osservati dal satellite sono da mettere in relazione con attività antropiche moderne o fenomeni geologici. Il restante 23% dei casi non ha fornito elementi significativi per valicare o confutare l interpretazione delle immagini. CAMPANA 2002a, pp ; S. CAMPANA 2002b, pp

10 Una tipica anomalia che rientra in queste dimensioni è rappresentata dall evidenza individuata in località Montegemoli, situata tra il Golfo di Baratti e la città di Piombino ad est del promontorio Fig.2 Fotografie a terra e visualizzazioni delle diverse trasformazioni a cui le immagini da satellite sono state sottoposte. omonimo. L area è costituita da due rilievi con caratteristiche geologiche simili ma con quote, morfologie ed uso del suolo differenti. Il maggiore, situato ad est, raggiunge quota 43 m slm. ed è attualmente ricoperto da fitta macchia mediterranea mentre il secondo, con quota massima di 19 m slm., è assimilabile ad una piccola motta ricoperta da erbe spontanee attualmente priva di vegetazione boschiva. Per comprendere l'importanza di questa area è indispensabile ricordare che l'attuale morfologia del paesaggio circostante è il risultato di un lungo e complesso processo strettamente connesso alle variazioni del livello del mare. Il rilievo di Montegemoli è stato per lungo tempo una piccola isola o una penisola a ridosso della palude di Piombino 39. Oltre alle indagini geologiche, all'altimetria, alla cartografia storica anche i dati relativi all'umidità del suolo confermano questa interpretazione 40. L osservazione dell immagine del satellite Ikonos-2 non ha rilevato nulla in corrispondenza dell area più elevata mentre ha permesso di osservare in corrispondenza del limite ovest una anomalia di forma circolare approssimativamente distinguibile nella composizione a colori con il canale vicino infrarosso in primo piano (4-3-2; Fig.3a) e molto netta nella prima componente principale (Fig.3b). Nel tentativo di comprendere meglio quanto osservato abbiamo confrontato l immagine con la documentazione aerofotografica a nostra disposizione, la ripresa del 1938 a cura dell I.G.M. (Fig.4a), il volo GAI del 1954 (Fig.4b) e l ortofoto digitale del 1996 (Fig.4c). L'anomalia non è visibile in nessuna delle tre prese. Nelle 39 COSTANTINI et alii 1993, pp PRANZINI-DELLA ROCCA 1986, pp

11 Fig. 3 a) Colour composite 4-3-2; b-c) analisi delle componenti principali PC1, PC2 immagini del 1938 e del 1954 l area di interesse risulta completamente ricoperta da bosco fitto che non consente il riconoscimento di alcuna forma di discontinuità. La presa del 1996 riferisce dell avvenuta trasformazione dell area da boschiva a pastura. Anche in questo caso sebbene l area Fig.4 a) presa I.G.M. 1938; b) volo GAI 1954; c) ortofotocarta AIMA 1996 sia priva di copertura stabile non siamo in grado di osservare alcuna anomalia. Allo stato attuale dell indagine gli elementi raccolti riferiscono della presenza di una anomalia di forma circolare visibile solo dall immagine multispettrale Ikonos-2. Utile in questo caso per approfondire l'indagine è risultata la creazione di un DTM piuttosto dettagliato partendo dalle isolinee della cartografia tecnica in scala 1: Il draping dell immagine da satellite sul modello consente di associare la traccia alla morfologia spingendoci ad ipotizzare la presenza di un fossato che circonda l'intera collina. I motivi per cui la traccia è visibile solo nell immagine da satellite possono essere molteplici. Due sono i fattori a cui abbiamo rivolto particolare attenzione: la natura multispettrale dell immagine e il momento in cui l immagine è stata ripresa. Le trasformazioni operate nel corso dell analisi dell immagine mostrano che la traccia risulta ben visibile in tutte le operazioni in cui la banda 4, il canale che registra la radiazione del vicino infrarosso, svolge un ruolo di primo piano (Colour composite o 4-2-1, NDVI, PC1).

12 In merito al momento in cui le riprese sono state effettuate non conosciamo con precisione le date dei voli I.G.M., GAI ed AIMA ma è presumibile che il periodo sia compreso tra la fine di agosto e settembre, mesi tendenzialmente poco favorevoli per la visibilità delle tracce archeologiche su suoli erbacei o boscosi. La scansione Ikonos-2 risale al 10 luglio 2000, se la data è ormai lontana dalla fase di maturazione del grano è piuttosto vicina alla fase di stress delle erbe spontanee 41. Le ricognizioni dell area hanno rilevato la presenza di pietrame molto probabilmente da costruzione su entrambi i poggi mentre del tutto assenti sono restituzioni di materiale ceramico 42. Oltre ad anomalie del tipo Fig.5 Considerato il livello di dettaglio solo la verifica sul appena discusso le immagini del terreno ha permesso di attribuire alle tracce lineari visibili satellite Ikonos-2 si sono rivelate nella figura a ad un tracciato viario mentre le tracce nella piuttosto efficaci per l individuazione di elementi figura b sono risultate associate ad un metanodotto. anomali con andamento prevalentemente lineare con dimensioni minime comprese tra 2 e 4 m. Le evidenze individuate sono in genere pertinenti a fossati o probabili tratti viari (Fig.5); abbastanza numerose sono risultate le false tracce pertinenti ad interventi moderni o di natura geologica. Analisi delle Immagini del satellite Quickbird-2 La società americana DigitalGlobe ha messo in orbita alla fine del mese di ottobre del 2001 il satellite Quickbird-2, equipaggiato con un sensore pancromatico con risoluzione spaziale massima di 0,62 m ad 11 bit ed un sensore multispettrale, simile a quello installato su Ikonos-2, con risoluzione di 2,44 m sempre ad 11 bits. Attualmente Quickbird-2 è il satellite civile con la definizione spaziale più elevata (Tab.2). Sulla base dell esperienza acquisita nello studio del dato Ikonos-2 abbiamo focalizzato la nostra attenzione su due problemi: la risoluzione spaziale e la possibilità di scegliere il periodo di acquisizione. Nella primavera del 2002 nell ambito del Progetto Paesaggi Medievali finanziato dalla Fondazione Monte dei Paschi di Siena abbiamo acquistato tramite la società Telespazio le immagini pancromatiche e multispettrali di tre aree della Toscana centro-meridionale. La prima, un rettangolo orientato nord-sud, è situata nella Val d Orcia senese tra i comuni di Castiglione d Orcia e Pienza, la seconda area segue la media Val di Merse (SI) da Brenna a San Galgano caratterizzata 41 JONES-EVANS 1975, pp.1-11; CAMPANA et alii corso stampa. 42 In forma del tutto ipotetica Luisa Dallai suggerisce la possibilità della presenza in quest area del monastero di San Giustiniano di Falesia attestato nelle fonti documentarie dalla prima metà dell XI secolo. DALLAI 2003, pp

13 Orbita 680 km 98,1 14,6 giorni Acquisizione e processamento dati Capacità di memoria - Tempi di acquisizione dati - Stazione al suolo - Sensore Sensore Pancromatico Multispettrale Risoluzione geometrica 1 m 2,44 m Numero bande 1 0,61 Range spettrale nm nm nm nm nm Dimensioni scena Definita dall utente Risoluzione radiometrica 11 bits Tab.2 Intervalli spettrali, risoluzione geometrica e radiometrica delle bande del sensore istallato sul satellite Qiukbird-2. dalla presenza di morfologie collinari e ampi spazi boschivi mentre la terza zona acquistata si trova nel comune di Grosseto a nord dell omonimo centro urbano. Oltre all elevatissima risoluzione geometrica molto interessante è la politica di vendita che prevede un acquisto minimo di 64 km 2, un area nettamente inferiore ad Ikonos-2. I tempi di acquisizione sono altrettanto interessanti. Come per Ikonos-2 vi sono due modalità, standard e priority. Nel primo caso i tempi massimi sono 90 giorni, è però possibile indicare il periodo, con un intervallo di circa 10 giorni, entro il quale si desidera effettuare l acquisizione. Nel nostro caso è stato possibile acquistare due delle tre aree entro i tempi previsti (tra il 6 e il 13 di giugno) mentre la terza Sovicille-Chiusdino (campione 4) ha subito un mese di ritardo per cause meteorologiche (tra 4 e il 9 luglio) 43. Le immagini sono nel complesso di ottima qualità. Solo il campione 4 è affetto dalla presenza di alcune nuvole (nell insieme nuvole ed ombre inferiore al 10%) mentre le scene di Pienza-Castiglione (campione 3) e di Grosseto (campione 5) sono totalmente prive di nubi, foschia o altri elementi di disturbo. Nella discussione sull esperienza condotta con il dato Ikonos-2 abbiamo visto che uno dei limiti maggiori è costituito dalla risoluzione spaziale. Il dato multispettrale di Quickbird-2 ha una risoluzione spaziale di poco superiore ad Ikonos-2 pari a 2,8 m. Per migliorare questo aspetto abbiamo acquistato anche il dato pancromatico acquisito dal sensore simultaneamente al multispettrale. Disporre di entrambe le immagini è piuttosto interessante poiché è possibile attraverso un algoritmo di data fusion noto come pan-sharpening combinare i due dati ed ottenere una nuova immagine (detta pan-sharpened) con risoluzione 0,70 m e conservare tre delle quattro bande spettrali (verde, rosso, vicino infrarosso) 44. In questo modo nello spazio occupato da un pixel dell immagine multispettrale Quickbird-2 trovano spazio 14,87 pixel della nuova immagine e rispetto alle immagini multispettrali Ikonos-2 l aumento della risoluzione è quantificabile in 32,65 volte 45. Il dato pan-sharpened ha quindi una risoluzione di 0,70 m un livello di dettaglio che aumenta in modo significativo le nostre capacità di osservare con chiarezza gran parte degli elementi che costituiscono il territorio diminuendo il rischio di commettere grossolani fraintendimenti (Fig.6). Lo studio delle immagini Quickbird-2 è attualmente ancora in corso e non siamo in grado di fornire un rapporto dettagliato, ciononostante l impressione è che i principali problemi emersi nello studio delle immagini Ikonos-2 (modalità di acquisizione dei dati e risoluzione spaziale) siano almeno in parte in via di superamento. 43 L opzione priority offre l acquisizione entro 4-14 giorni dall ordine con un aumento del 50% del costo dell immagine. Una politica particolarmente vantaggiosa per l acquisto di aree di modesta estensione. Sull argomento si veda il sito Internet http//www.eurimage.com; inoltre SERNICOLA 2002, pp Il sacrifico della banda 1 (blu) come vedremo in seguito non è da considerare significativo. Sulla trasformazione pan sharpening si veda, PRINZ 1997; CONSOLE-SOLAIMAN 2000, pp ; KING-WANG 2001, pp CAMPANA 2002a, pp.178, 299.

14 Conclusioni preliminari In relazione alle domande formulate nella fase di progettazione della Fig.6 a) un particolare dell immagine multispettrale QuickBird-2 (Pienza SI); b) la medesima scena ripresa con il sensore pancromatico. In entrambe le immagini è possibile osservare una traccia lineare con andamento ONO-ESE riferibile al passaggio di un diverticolo della Cassia. Nell immagine di destra si noti l estremo grado di dettaglio che consente di distinguere la linea tratteggiata della mezzeria. ricerca allo stato attuale delle indagini possiamo cominciare a dare delle prime parziali risposte. Anzitutto il livello attuale di dettaglio delle immagini da satellite ad alta risoluzione consente effettivamente di osservare tracce pertinenti ad oggetti archeologici sia in superficie sia sepolti. A questo dato dobbiamo però aggiungere che se l analisi delle immagini Ikonos-2 non avesse potuto contare sulla costante disponibilità di confronto con le fotografie aeree sarebbe risultata densa di fraintendimenti e quindi di errori interpretativi. Se il problema sembra essere in via di risoluzione con l introduzione dei dati Quickbird-2, l impiego di algoritmi di ricampionamento dei dati (pansharpened) ci impongono di avanzare con estrema prudenza, evitando interpretazioni frettolose e superficiali, possibilmente verificando in modo sistematico le anomalie con sopralluoghi mirati. Le tipologie di siti archeologici identificabili sono in stretta relazione con la risoluzione geometrica del sensore e le caratteristiche culturali del contesto indagato. Nel complesso abbiamo visto che le 84 tracce riconosciute sulle immagini Ikonos-2 sono riconducibili ad una forbice piuttosto ampia e differenziata che comprende gran parte delle evidenze tradizionalmente osservabili tramite la fotografia aerea.

15 Le relazioni ed i possibili benefici che possono derivare dall integrazione tra dato da satellite e fotografia aerea costituiscono un argomento complesso e articolato. In questa sede ci limitiamo ad osservare due tendenze che sono emerse nel corso dello studio dei dati Ikonos-2. Nella discussione dell anomalia individuata in località Montegemoli ed in altri casi abbiamo constatato che la traccia risulta visibile solo sulle immagini da satellite e non sulle prese aeree storiche o recenti. Un secondo fenomeno emerso dalle indagini riguarda l analisi multitemporale delle tracce. Anomalie ben visibili nei voli storici spesso non sono più distinguibili nelle prese recenti, con riferimento ai voli della Regione Toscana del 1994 e al volo AIMA del 1996 (Fig.7). Nonostante i problemi discussi relativi alla risoluzione delle immagini da satellite, molte delle tracce non più visibili nelle riprese aeree dell ultimo decennio, sono invece ancora percepibili, sebbene talvolta solo parzialmente, nei dati Ikonos-2. Questo fenomeno può essere dovuto a svariati motivi tra cui, i fattori ambientali connessi al periodo in cui sono avvenute le riprese, al regime idrico stagionale, le condizioni di Fig.7 a) volo IGM 1938 l anomalia è facilmente leggibile; b) volo GAI 1954 la traccia risulta piuttosto evanescente; c) volo AIMA 1996 l anomalia non è più rintracciabile; d) Ikonos-2, banda vicino infrarosso; e) Ikonos-2, colour composite RGB di PC1-PC2-PC3; f) Ikonos-2, filtro direzionale NE-SW dell NDVI. illuminazione, l uso del suolo, ecc. Vi è però un altra possibilità che non possiamo non considerare. Come era prevedibile nel corso delle indagini le quattro bande dell immagine multispettrale non sono tutte risultate utili allo stesso modo. Sulla base delle trasformazioni eseguite e quindi dei canali coinvolti risulta che la banda 2 (verde) ma soprattutto 3 (rossa) e 4 (vicino infrarosso) offrono maggiori potenzialità per l identificazione di oggetti archeologici. La banda blu soffre dell interazione con l atmosfera che genera un attenuazione del contrasto e la perdita di risoluzione. Le bande 3 e 4 sono molto meno sensibili ai disturbi atmosferici e permettono una buona definizione delle tracce. In particolare abbiamo avuto modo di osservare in più occasioni che la banda vicino infrarosso, particolarmente sensibile allo stato di salute delle piante, consente di osservare fenomeni di stress della vegetazione non visibili (o visibili in modo quasi impercettibile) nelle altre bande. Ciò significa che la banda del vicino infrarosso, in alcuni casi, consente di rilevare anomalie non visibili ad occhio nudo. In relazione alle anomalie non visibili da foto aerea tutti in i casi da noi analizzati le tracce sono visibili nell immagine Ikonos-2 solo sulla banda 4 (vicino

16 infrarosso) o su bande fittizie generate da trasformazioni in cui la banda 4 svolge un ruolo determinate (NDVI e analisi delle componenti principali). Consapevoli della necessità di ulteriori studi non intendiamo in nessun modo giungere a conclusioni affrettate. Se però questa tendenza sarà confermata oltre all identificazione dei siti archeologici le immagini da satellite potrebbero svolgere un ruolo significativo anche nel monitoraggio del patrimonio archeologico. Un ulteriore elemento di riflessione è costituito dalle condizioni ambientali in cui la resa delle immagini multispettrali sembra offrire un maggiore contributo. Abbiamo anticipato che di 84 tracce individuate, diciotto sono situate nel campione 1 mentre le restanti, il 78%, sono nel campione 2. Considerato che il potenziale archeologico delle due aree è sostanzialmente equilibrato, tra i motivi che hanno determinato questa situazione, un ruolo significativo sembra da attribuire alle diverse caratteristiche geologiche, morfologiche e all uso del suolo dei rispettivi territori. E noto che i terreni alluvionali pianeggianti, nudi o ricoperti da colture cerealicole, offrono tendenzialmente migliori condizioni per la mediazione di eventuali oggetti ipogei. Nel complesso il 67% delle tracce si trovano in corrispondenza di suoli alluvionali, l 82% sono localizzate in aree pianeggianti o in corrispondenza di forme collinari scarsamente accentuate e il 59% su seminativi. In relazione alla determinazione del momento dell anno in cui le tracce sono maggiormente visibili era nostra intenzione sperimentare l abbinamento tra proprietà multispettrali e periodo dell anno più indicato ma come abbiamo visto le condizioni di vendita della società che gestisce Ikonos-2 rendono difficile e il più delle volte casuale (entro un intervallo di tre mesi) il controllo da parte dell utente finale del momento dell acquisizione. A tale proposito le possibilità di pianificazione dell acquisizione dei dati Quickbird-2 sembrano essere molto più promettenti. Prospettive di sviluppo Sulla base dell esperienza condotta riteniamo che i motivi di maggiore interesse verso le immagini da satellite ad alta risoluzione debbano essere riconosciuti nelle caratteristiche multispettrali dei dati, nella presenza del canale infrarosso e nella possibilità offerta all utente di pianificare il momento di acquisizione delle immagini in relazione alle migliori condizioni di visibilità archeologica. Se i progressi nella comprensione delle potenzialità delle caratteristiche multispettrali e delle proprietà diagnostiche del canale vicino infrarosso dipendono direttamente dall intensificazione di ricerche specifiche, la possibilità di accedere ai dati sulla base delle esigenze archeologiche deriva esclusivamente dall implementazione dell industria aerospaziale. A tale proposito le prospettive sembrano essere molto promettenti. Il successo registrato da Space Imaging e DigitalGlobe, l incremento generale dell interesse verso le applicazioni di Remote Sensing, la crescente richiesta di immagini del territorio per l aggiornamento dei sistemi GIS e la volontà di indipendenza dal mercato americano hanno spinto numerose agenzie spaziali e società commerciali a sviluppare propri progetti di piattaforme satellitari per rilevamenti di dettaglio del territorio 46. Particolarmente attivi sono l Agenzia Spaziale Europea, l Agenzia Spaziale Francese, Tedesca, Italiana e Inglese, la società Surrey Satellite Technology Ldt. (SSTL), il Canada e vari paesi asiatici. Da un accordo franco-italiano è nato il progetto di inviare in orbita entro il 2006 Pléiades, due satelliti ad alta risoluzione del tutto simili a QuickBird-2. La società inglese SSTL è stata incaricata dal Ministero della Difesa della Gran Bretagna della progettazione di Topsat, un nuovo minisat ad 46 Altrettanto promettenti sono le prospettive di sviluppo di satelliti equipaggiati con sensori RADAR ad alta risoluzione. L Agenzia Spaziale Italiana (ASI) ha avviato il progetto COSMO-SkyMed (COstellation of Small satellite in the Mediterranean basin Observation). Il programma spaziale prevede il lancio tra il 2003 e il 2004 di una costellazione di 4 satelliti equipaggiati con un sensore RADAR SAR con risoluzione geometrica al suolo di 1 m. L Agenzia Spaziale Tedesca ha in programma il lancio di due satelliti RADAR operativi in banda X e L con risoluzione variabile tra 1 e 30 m. Il Canada ha ormai terminato la progettazione di RADARSAT-2 un sensore SAR-C con risoluzione tra 100 e 3 m. Il Giappone sta preparando il lancio dei satelliti commerciali ADEOS-2 e ALOS muniti di sensori ottici e RADAR ad alta risoluzione. Le informazioni sui programmi spaziali provengono tutte da siti Internet. L indirizzario delle Agenzie Spaziali e delle società produttrici di satelliti è disponibile al sito Internet del Dipartimento di Archeologia e Storia delle Arti, Sezione Archeologia Medievale:

17 alta risoluzione. La stessa società ha in produzione cinque minisat con risoluzione di 2,5 m per Argentina, Cina, Nigeria, Tailandia e Gran Bretagna. La compagnia israeliana Imagesat International dopo il successo di EROS 1A prosegue il programma spaziale che prevede il lancio di altri sei satelliti provvisti di sensore pancromatico ad alta risoluzione. I satelliti IRS (Indian Remote Sensing Satellite) sono parte di un programma spaziale sviluppato dall Agenzia Nazionale di Telerilevamento dell India a partire dalla seconda metà degli anni Ottanta. L India procede con il suo ambizioso programma spaziale con il lancio di nuovi satelliti ad alta risoluzione. Da questa breve panoramica dei programmi spaziali di paesi e società commerciali emerge con sufficiente chiarezza un forte dinamismo del settore. In breve tempo ci si troverà di fronte ad un notevole incremento del numero di satelliti in orbita e soprattutto dei satelliti commerciali ad alta risoluzione. Le caratteristiche fondamentali di questi nuovi sistemi saranno non solo le elevate risoluzioni al suolo, ma anche passaggi più frequenti (da giorni a 5-1 giorno), con angoli di vista fino a Secondo queste tendenze è verosimile ipotizzare a breve scadenza profonde trasformazioni ed uno scenario in cui il dato da satellite ottico sarà sempre più dettagliato, economicamente vantaggioso ed accessibile nei tempi desiderati 47. Bibliografia E.E.W. ADAMS, W.E. BROWN, T.P. CULBERT, Radar mapping, archaeology and ancient Maya land use, in Science, 213, 1981, pp M. AGNOLETTI, Il paesaggio agro-forestale toscano. Strumenti per l analisi, la gestione e la conservazione, Firenze A.E. ANON, Angkor by satellite, in Athena Review, 1 (1), 1995, pp S. CAMPANA, Remote Sensing, GIS, GPS e tecniche tradizionali. Percorsi integrati per lo studio dei paesaggi archeologici: Murlo-Montalcino e bassa Val di Cornia, tesi di dottorato, Università di Siena 2002a. S. CAMPANA, Ikonos-2 multispectral satellite imagery to the study of archaeological landscapes: An integrated multi-sensor approach in combination with traditional methods, in M. DOERR, A. SARRIS (a cura di), The Digital Heritage of Archaeology, atti della XXX CAA Conference, (Heraklion-Greece, 2-6 aprile 2002), Atene 2002b, pp S. CAMPANA, E. PRANZINI, Telerilevamento in Archeologia, in S. CAMPANA, M. FORTE (a cura di), Remote Sensing in Archaeology, atti dell XI International School in Archaeology, (Certosa di Pontignano, 6-11 dicembre 1999), Firenze 2001, pp S. CAMPANA, R. FRANCOVICH, Landscape Archaeology in Tuscany: Cultural resource management, remotely sensed techniques, GIS based data integration and interpretation, in M. FORTE, P. RYAN WILLIAMS (a cura di), The Recontruction of Archaeological Landscapes through Digital Technologies, (Boston, Massachusetts 1-3 novembre 2001), BAR SERIES, Cambridge 2003, pp S. CAMPANA, C. MUSSON, R. PALMER, In volo nel passato. Ricognizioni aeree e aerofotografia obliqua, corso stampa. S. CLEUZIOU, M. INIZAN, B. MARCOLONGO, Le peuplement pré- et protohistorique du système fluviatile fossile du Jawf-Hadramawy au Yémen (après l interprétation d images satellite, de photographies aériennes et de prospections), in Paléorient, 18/2, 1992, Paris. A. COMFORT, C. ABADIE-REYNAL, R. ERGEÇ, Crossing The Euphrates in Antiquity : Zeugma seen from Space, in Anatolian Studies, 50, 2000, pp E. CONSOLE, B. SOLAIMAN, Problems and perspectives in the high resolution data fusion, in Geoscience and Remote Sensing Symposium, Vol. 6, 2000, pp In relazione ai costi è significativo che dal momento in cui il satellite Quickbird-2 ha cominciato ad acquisire e commercializzare le proprie immagini la società Space Imaging che gestisce Ikonos-2 ha ridotto i prezzi delle immagini del 30%.

18 A. COSTANTINI, A. LAZZAROTTO, M. MACCANTELLI, R. MAZZANTI, F. SANDRELLI, E. TAVARNELLI, F.M. ELTER, Geologia della provincia di Livorno a Sud del Fiume Cecina, in R. MOZZANTI (a cura di), La Scienza della Terra nell Area della Provincia di Livorno a Sud del Fiume Cecina, Livorno 1993, pp A. COSTI, L. LAZZARO, B. MARCOLONGO, J. VISENTIN, La centuriazione romana fra Sile e Piave nel suo contenuto fisiografico. Nuovi elementi di lettura, CNR, Padova C. Cox, Satellite imagery, aerial photography and wetland archaeology An interim report on an application of remote sensing to wetland archaeology: the pilot study in Cumbria, England, in World Archaeology, 24, 1992, pp L. DALLAI, Indagini archeologiche sul territorio dell antica diocesi di Massa e Populonia. Insediamento monastico e produzione del metallo fra XI e XIII secolo, in R. FRANCOVICH, S. GELICHI (a cura di), Monasteri e castelli fra X e XII secolo. Il caso di San Michele alla Verruca e le altre ricerche storico-archeologiche nella Tuscia occidentale, Firenze 2003, pp P.J. DARLING, Archaeology and History in Southern Nigeria: the ancient linear earthworks of Benin and Ishan, Cambridge Monographs in African Archaeology, BAR Int. Series 215, Oxford F. EL-BAZ, Remote Sensing in Archaeology: a case study, in Sensors, 6, 1989, pp F. EL-BAZ, Space age archaeology, in Scientific American, 277, 1997, pp M. FOWLER, High resolution satellite imagery in archeological application Arussian satellite photographof the Stonehenge region, in Antiquity, 70, 1996, pp M. FOWLER, Satellite Remote Sensing and Archeology: a Comparative Study of Satellite Imagery of the Environs of Figsbury Ring, Wiltshire, in Archaeological Prospection, 9 (2), 2002, pp R. FRANCOVICH, M. VALENTI, Cartografia archeologica, indagini sul campo ed informatizzazione. Il contributo senese alla conoscenza ed alla gestione della risorsa culturale del territorio, in R. FRANCOVICH, A. PELLICANÒ, M. PASQUINUCCI (a cura di), La carta archeologica. Fra ricerca e pianificazione territoriale, Atti del seminario di studi, Regione Toscana Dipartimento delle Politiche Formative e dei Beni Culturali (Firenze, 6-7 maggio 1999), Firenze 2001, pp R. FRANCOVICH, R. HODGES, Villa to Village. The Transformation of the Roman Countryside in Italy, c , Londra L.W. FRITZ, The Era of Commercial Earth Observation Satellite, in Photogrammetric Engeneeering and Remote Sensing, 1, 1996, pp G. GABBANI, M. PIERI, E. PRANZINI, G. PRANZINI, Indagini geoelettriche per il controllo a terra di dati Landsat TM rilevati sulla pianura di Pisa, in Osservazione dello spazio dell Italia e delle sue regioni: metodo, risultati e prospettive, atti del Terzo Convegno Nazionale Associazione Italiana di Telerilevamento (A.I.T.), L Aquila 7-10 novembre 1990, Pisa 1992, pp G. GABBANI, M. PIERI, E. PRANZINI, C. SANTINI, Il contributo del telerilevamento nello studio geomorfologico della pianura dell Albegna, in Il telerilevamento aerospaziale per l ambiente e il territorio in Italia: dalla ricerca al servizio, atti del Sesto Convegno Nazionale Associazione Italiana di Telerilevamento (A.I.T.), Roma 1-4 Marzo 1994, Pisa 1994, pp W. GAFFNEY, K. OSTIR, Z. STANČIČ, Environmental monitoring in Central Dalmatia, in International Society for Photogrammetry and Remote Sensing, 31 (b7), 1995, pp M. J. GIARDINO, T.E. FRISBEE, M.R. THOMAS, NASA archaeological research: a remote sensing approach, in M. FORTE, P. RYAN WILLIAMS (a cura di), The Recontruction of Archaeological Landscapes through Digital Technologies, (Boston, Massachusetts 1-3 novembre 2001), BAR SERIES, Cambridge 2003, pp

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