La mappatura delle coperture in cemento-amianto Un esempio applicativo sul territorio della Regione Lazio

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1 La mappatura delle coperture in cemento-amianto Un esempio applicativo sul territorio della Regione Lazio Lorenza Fiumi, Carlo Meoni e Stefano Tocci CNR - Istituto sull Inquinamento Atmosferico, E mail: fiumi@iia.cnr.it Riassunto Questo lavoro presenta un attività, sul territorio della Regione Lazio, parte di un più vasto impegno, assunta da un gruppo di ricercatori dell Istituto sull Inquinamento Atmosferico del CNR, sulla mappatura delle coperture in cemento-amianto (c-a) sulla base del D. M. 18/3/2003 n Attraverso l integrazione tra dati telerilevati con il sensore MIVIS (Multispectral Infrared Visibile Imaging Spectrometer) e CTR (Carta Tecnica Regionale) sono state realizzate mappe che descrivono la realtà territoriale in modo accurato e riducendo i tempi di lavoro. Le elaborazioni ottenute applicando l algoritmo Minimum Bounding sono state messe a confronto con la Classificazione e l Intersezione con la CTR. I risultati ottenuti supportati dalle indagini in campo mostrano la validità delle metodologie volte a fornire risposte concrete a programmi mirati per gli Enti preposti al monitoraggio. Introduzione Il monitoraggio di superfici coperte da cemento-amianto, attualmente, è basato sul rilevamento diretto, normalmente realizzato da parte del personale delle Aziende Sanitarie Locali (AUSL) e sul censimento prevalentemente basato su autodichiarazioni. La localizzazione dei siti interessati con tale metodo comporta tuttavia una serie di difficoltà logistiche, con conseguenti ripercussioni economiche, soprattutto quando l indagine interessa superfici territoriali molto estese. Un interessante alternativa al rilevamento tradizionale è rappresentata appunto dai sistemi di telerilevamento aereo con dato MIVIS (Multispectral Infrared and Visibile Imaging Spectrometer). Il MIVIS è uno strumento, di tipo a specchio rotante, costituito da quattro spettrometri in grado di misurare la radianza della radiazione elettromagnetica (emessa o riflessa dalla superficie terrestre) nel campo del visibile, del vicino infrarosso, del medio infrarosso e dell infrarosso termico, per un totale di 102 canali, come riportato in Tabella 1: 71

2 Tabella 1 - Caratteristiche tecniche del sensore aerotrasportato MIVIS. Spettrometro Regione dello Numero Intervallo Spettrale Spettro Bande Micron I Visibile II Infrarosso Vicino III Infrarosso Medio IV Infrarosso Termico Oltre alla sua elevatissima risoluzione spettrale, lo strumento possiede un altrettanta elevata risoluzione spaziale con un pixel di pochi metri (3 m x 3 m). Tali caratteristiche permettono una grande precisione di analisi nel riconoscimento di elementi di arredo urbano e, nel caso specifico, di materiali di rivestimento delle coperture, come laterizi, materiali lapidei, asfalto, piombo, rame, cemento-amianto, ecc. Uno strumento innovativo per lo studio delle aree urbane più in generale della aree antropizzate, con enormi possibilità di conoscenze non ancora del tutto sfruttate. Infatti, il dato MIVIS con i suoi caratteri di innovazione, originalità e facilità applicativa, si presta a individuare in particolare la presenza di coperture in cemento-amianto conosciute anche come eternit, le cui limitazioni d'uso sono normate dalla Legge 257/92. La mappatura delle coperture in cemento amianto nel territorio della Regione Lazio A seguito delle ultime disposizioni della L. 23/3/2001 n. 93 e del D. M. 18/3/2003 n. 101 Regolamento per la realizzazione di una mappatura delle zone del territorio nazionale interessate dalla presenza di amianto ai sensi dell art. 20 della Legge 23 Marzo 2001 n. 93, emanate dal Ministero dell Ambiente, di concerto con quello della Salute, si prescrive che la suddetta mappatura venga realizzata avvalendosi di sistemi informatici impostati su base territoriale, imponendo che i siti individuati siano precisamente ubicati su una base cartografica. Attualmente due Regioni sono ricorse all uso del telerilevamento iperspettrale, per il cemento-amianto, tra queste la Lombardia [Busetto et al., 2008] e la Val d Aosta [Albonico et al., 2008 ]; a queste recentemente si è aggiunta la Regione Lazio, l Emilia Romagna invece ha provveduto con il rilevamento diretto, di sito in sito da parte del personale ASL [Renna et al., 2006]. Le altre Regioni del territorio nazionale ancora non hanno ottemperato alle disposizioni di cui sopra. Il progetto per la realizzazione della mappatura delle coperture in c-a della Regione Lazio, argomento di questo lavoro, è stato avviato a marzo 2010 con i seguenti obiettivi: - acquisire dati MIVIS (Multispectral Infrared Visibile Imaging Spectrometer) su aree caratterizzate da una rilevante presenza di coperture in c-a; 72

3 - produrre mappe georeferenziate sul territorio con caratterizzate le coperture in c-a; - quantificare le superfici contenenti amianto. Si vuole sottolineare che al momento non esistono stime esatte sulla presenza di questo materiale nel territorio della Regione. La quantificazione è un importante parametro che permette di definire flussi di materiale che andranno in discarica, consentendo di dare priorità ad investimenti economici per interventi di bonifica e smaltimento del c-a. A questo proposito, si rammenta che la percentuale maggiore di produzione (oltre il 90%) di materiale contenente amianto, presente in Italia, è sotto forma di lastre utilizzate come coperture di edifici (conosciuto come eternit) un composto di cemento (circa il 88%) e di fibre di amianto (circa 12%).Le lastre, esposte all'azione degli agenti atmosferici che con il tempo corrodono la matrice cementizia, rilasciano fibre che vengono immesse nell'ambiente. La nocività del materiale dipende dallo stato di degrado e dalla particolare struttura delle fibre che se liberate si diffondono nell aria, le quali, se respirate, penetrano nell apparato respiratorio causando purtroppo le note malattie degenerative [Marabini et al., 2002]. Aree di Studio Le aree di seguito riportate sono state selezionate dalla Regione, tramite il Centro Regionale Amianto (CRA) per essere note per la rilevante presenza di coperture in c-a, sono state sorvolate con il sensore MIVIS ad una quota di metri a cui corrisponde un pixel di 3x3m, coprendo una superficie pari al 4,6 % del territorio della Regione Lazio (Figura 1). Civitavecchia GRA Roma est Tiburtina Pomezia Albano Aprilia Anzio Anagni Frosinone Figura 1 Aree dei sorvoli MIVIS 73

4 Tabella 2 - Dettagli dei sorvoli Anagni Aprilia-Anzio Civitavecchia Frosinone GRA-Roma Pomezia- Albano Tiburtina Totale Data volo 05/09/10 07/10/10 07/10/10 05/09/10 07/10/10 07/10/10 05/09/10 Numero strisciate Ora volo 09:47 13:42 11:20 09:16 12:04 12:52 10:41 Sup. acquisita km Materiali e metodi L analisi dei dati, è stata realizzata su PC con: - ENVI (ITT), versione 4.7 per l elaborazione digitale di immagini; - ArcGIS della ESRI per le analisi spaziali; - CTR (Carta Tecnica Regionale) del 1996, scala 1: per l inquadramento territoriale; - CTR (Carta Tecnica Regionale) vettoriale del 2004, scala 1:5.000, per l integrazione dei diversi dati. La CTR numerica/digitale, fornita dalla Regione Lazio, rappresenta uno strumento unico nel suo genere per la conoscenza degli aspetti morfologici, insediativi, delle opere infrastrutturali, in particolare nel nostro studio è stato considerato il tematismo edificato. Nell ambito del progetto è stata utilizzata come verità a terra per le caratteristiche di cui sopra, a cui si aggiungono l ottima scala di dettaglio 1:5.000, inquadramento nel sistema di riferimento UTM ED 1950, ed il recente aggiornamento relativo a Roma, Latina e Viterbo. Infine e non per ultimo l utilizzo della CTR per la mappatura del c-a nel Lazio può costituire una piattaforma su cui costruire un Sistema Informativo Territoriale condiviso. Pre-elaborazione I dati acquisti sono stati calibrati, utilizzando il sistema di calibrazione automatico progettato dalla Daedalus (Daedalus Enterprise). Al fine di consentire una rapida e periodica calibrazione del sensore, l operatore ha la possibilità di eseguire un test automatico denominato ATO (Acceptance Test Procedure). Con questa procedura si ricavano le costanti di calibrazione Radiance Factors (rapporto Digital Number/ Radianza) relative ad ogni canale. DN K (1) RAD Per quanto concerne le bande riflessive (canali 1-92) questo test consiste nella misura del Digital Number avendo come superficie riflettente il pannello bianco di riferimento 74

5 alloggiato all interno del banco ottico (Daedalus AB532) illuminato dalle lampade interne di radianza conosciuta. I Radiance Factor si ottengono dividendo il Digital Number misurato dal singolo canale per il valore di radianza fornito dalla relazione: H sin N 2 e (2) Dove N λ è la radianza del pannello, H λ l irradianza delle lampade, e λ la riflettenza del pannello (valori espressi per unità di lunghezza d onda), φ l angolo che le lampade formano con la normale al pannello è π il fattore per superfici lambertiane. Questo test presuppone la conoscenza e la costanza nel tempo dei parametri: irradianza delle lampade (H λ ) e riflettenza del pannello di riferimento (e λ ). Per le correzioni geometriche il software di georeferenziazione utilizzato è PARGE (Parametric Geocoding), il quale ricostruisce la geometria di scansione di ogni pixel. A tal fine sono stati usati: - I dati registrati a bordo dal sistema GPS/inerziale Applanix; - Un Modello digitale del terreno; - Punti di controllo a terra per migliorare la precisione. Questa nuova modalità di registrazione dei parametri di assetto ha migliorato sensibilmente le accuratezze finali del dato georiferito, che risultano essere dell ordine di 1-2 GSD (1-2 volte la dimensione del pixel a terra). Al termine del processo vengono ottenute le immagini delle singole strisciate nel formato BSQ, pronte per essere classificate. Elaborazione dati Prima di procede con l elaborazione dei dati, dall analisi visiva dei singoli canali MIVIS è stato osservato un basso rapporto S/R strettamente corrispondente alle specifiche fornite da Bianchi et al. [1996] e pertanto alcuni di essi non sono stati ritenuti utili per la classificazione, con effetti positivi sui tempi di elaborazione, che si sono ridotti. Pertanto in questo lavoro è stato elaborato per ogni strisciata un insieme di 50 bande. Classificazione I dati radiometricamente e geometricamente corretti, sono stati classificati utilizzando il metodo dello Spectral Angle Mapper (SAM) implementato dal software ENVI (ITT Visual Information Solutions). La SAM permette una rapida mappatura delle similarità tra spettri di immagine con spettri di riferimento (Boardman, 1994; Yuhas et al., 1992; Heiden et al., 2001; Heiden et al., 2007). Nel nostro caso gli spettri di riferimento (training sets) sono stati ricavati da Region of Interesting (ROI) accuratamente individuate nella scena, in modo che tutte le tipologie edilizie di c-a (a volta, a falda e piana) e la diversa esposizione fossero adeguatamente rappresentate, per descrivere al meglio la variabilità della classe in esame. Inoltre le ROI sono state validate da una serie di accurate osservazioni, con indagini in campo, ed in alcuni casi avvalendosi anche del supporto di Google Maps. Le stime ottenute dalla elaborazione delle strisciate classificate e mosaicate sono riportate in Tabella 3. 75

6 Tabella 3 - Risultati ottenuti dalla elaborazione del dato MIVIS Anagni Aprilia-Anzio Civitaveccha Frosinone GRA-Roma Pomezia- Albano Tiburtina Superficie coperta MIVIS Cemento-amianto (m 2 ) Figura 2 Dettaglio delle elaborazioni sull area di Pomezia-Albano. In colore rosso sono caratterizzate le coperture in c-a. 76

7 Sono state riconosciute complessivamente, nelle sette aree di studio selezionate nel territorio della Regione Lazio, numero di coperture ripartite sulla base delle dimensioni come illustrato in Figura 3. Figura 3 - Presenza di coperture in c-a ripartite in basa alla superficie. In tutte le sette aree di studio, si evidenziano percentuali con andamenti simili tra loro. La maggiore presenza di coperture (con una media di circa il 50 %) è compresa nell intervello che raggruppa le superfici che vanno da 100 a 500 mq. Seguono le superfici minori di 100 mq, poi le superfici tra 500 e mq, le restanti seguono un andamento inversamente proporzionale all aumento della superficie (con l aumentare delle superfici in termini di mq, diminuiscono il numero di coperture). Al fine di verificare l esatto riconoscimento delle coperture in cemento-amianto nonché le effettive potenzialità applicative di tale metodologia, è stata eseguita una campagna a terra, con osservazioni dirette su alcune coperture. A questo proposito sono state redatte delle schede per ciascun fabbricato censito. Conclusioni I risultati raggiunti hanno confermato le ottime potenzialità del dato MIVIS e le tecniche di elaborazioni dati utilizzate per la mappatura del c-a nel territorio della Regione Lazio. Le metodologie illustrate in questo lavoro, hanno trovato conferma in tutte le sette aree di studio, per una superficie di 794 kmq (al netto della superficie di sovrapposizione tra le strisciate). È stato messo in evidenza come in questo contesto ambientale, le verifiche in campo, sia in fase di analisi dei dati, sia nella verifica dei risultati (classificazione e ulteriori elaborazioni spaziali), sono la condizione necessaria per produrre mappe che abbiano una buona corrispondenza con la realtà territoriale. Infatti la classificazione SAM, pur 77

8 avvalendosi di criteri statistici sofisticati, non ha descritto in modo esaustivo la presenza di c-a sul territorio. Da questo lavoro emerge inoltre che l utilizzo dei due software ENVI ed ArcGIS e l integrazione tra dati MIVIS e CTR hanno permesso la realizzazione di mappe in tempi rapidi e contestualmente più accurate, e la descrizione della realtà territoriale. Il metodo Minimum Bounding ha consentito di ottenere mappe più accurate, riducendo drasticamente i tempi di lavoro; la CTR è stata utilizzata come verità a terra, considerate le caratteristiche uniche nel loro genere (scala, aggiornamento temporale, topologia), confermate dalle indagini in campo. Da queste elaborazioni, inoltre sono state fornite ulteriori stime che permetteranno di: - identificare specifiche aree ad alta potenzialità attuale e futura di esposizione a fibre; - realizzare mappe di rischio in modo da fornire un sistema di supporto al monitoraggio ambientale. Inoltre, le mappe di rischio permetteranno di individuare, quantificare e dare priorità agli investimenti economici ed evidenziare problemi legati alla bonifica, smaltimento con messa in discarica dell amianto. Ringraziamenti Lavoro svolto nell ambito della Convenzione con il Centro Regionale Amianto della Regione Lazio, Resp. dott. Fulvio Cavariani (D. M. 18/3/2003 n. 101 Regolamento per la realizzazione di una mappatura delle zone del territorio nazionale interessate dalla presenza di amianto ai sensi dell art. 20 della Legge 23 Marzo 2001 n. 93 ). Bibliografia Albonico C., Frassy F., (2000) - Il telerilevamento delle coperture in cemento-amianto con dato MIVIS. Rapporto ARPA, Regione Val d Aosta. ArcGIS Resource Center (2011) - Minimum Bounding Geometry (Data Management), Available on line at m (Accessed August 7, 2013). Bianchi R., Cavalli R.M., Fiumi L., Marino C.M., Pignatti S. (1996) - Airborne imaging spectrometry: a new approach to environmental problems. Proceeding of the XVIII ISPRS Congress - Vienna 9-19 July -Vol. I - pp Boardman J.W., Kruse F.A. (1994) - Automed spectral analysis: a geologiacal axample using AVIRIS data, North Grapevine Mountains, Nevada. Proceedings of Tenth Thematic Conference on Geologic Remote Sensing, San Antonio Texas USA, Vol. I. pp Busetto L., Micheletti M. (2003) Mappatura dlle coperture in cemento-amianto tramite riprese iperspettrali MIVIS. 7 Conferenza Nazionale delle Agenzie Ambientali, Milano. Daedalus Enterprise - AA5000 MIVIS Operator Manual, 6 volumes ITT Visual Information Solutions, ENVI - Environment for Visualizing Images, Version 4.4.[Online] Available at: Fiumi L., Leone A.P., Marino C.M., (1998) - Uso dei dati MIVIS per la mappatura delle superfici in aree urbane, con particolare attenzione al cemento-amianto. Rivista Italiana di Telerilevamento, n. 13, Maggio 1998, pp

9 Fiumi L, Camilucci L, Campopiano A, Casciardi S, Ramires D, Fioravanti F, Ruocco G (2004) - Indagine conoscitiva su alcuni fabbricati con coperture in cemento-amianto in località Magliana Roma. Monografico 2004 di Prevenzione Oggi, ISBN , Ed. Global Madia System Press. Heiden, U., S.Roessner, K.Segl, et al. (2001) - Analysis of spectral signatures of urban surfaces for their area-wide identification using hyperspectral HyMap data. Proceedings of IEEE-ISPRS Joint Workshop on Remote Sensing and Data Fusion over Urban Areas. Rome, Italy, November 8-9, 2001; pp Heiden U., Segl K., Roessner S., at al. (2007) - Determination of robust spectral features for identification of urban surface materials in hyperspectral remote sensing data. Remote Sensing of Environment 111, Kruse F.A., A.B.Lefkoff, J.B.Boardman, et al. (1993) - The Spectral Image Processing System (SIPS) Interactive Visualization and Analysis of Imaging spectrometer data. Remote Sensing of Environmental v.44 p