Mappatura 2013 delle superfici coltivate a pomodoro da industria nel centro-sud Italia

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1 ANICAV Il Filo Rosso del Pomodoro Foggia 26/11/2013 Mappatura 2013 delle superfici coltivate a pomodoro da industria nel centro-sud Italia Metodologia, attività e risultati del telerilevamento Claudio Belli c.belli@terrasystem.it Spin Off dell Università della Tuscia

2 Dal 2004 sviluppa e propone soluzioni integrate per il monitoraggio ambientale attraverso l impiego del telerilevamento multisensore e di Sistemi Informativi Territoriali Web-Oriented. TERRASYSTEM è Spin Off dell Università della Tuscia di Viterbo e socia di Unisky srl spin off dell Università IUAV di Venezia e fa parte del gruppo Agriprecione ( Terrasystem srl: Gruppo di lavoro ToMAP PhD Claudio Belli responsabile progetto Dott. Roberto Bianconi - esperto modellistica e telerilevamento Dott. Pietro Laranci esperto GIS e WebGIS Dott.ssa Caterina Fiorini tecnico specializzato in telerilevamento Dott. Jr. Guido Bertani tecnico specializzato in telerilevamento DIBAF Università degli Studi della Tuscia di Viterbo: Dott. Dario Papale supervisione PhD Gianluca Tramontana esperto modellistica e telerilevamento

3 Indice argomenti Introduzione Contesto in cui nasce il progetto ToMAP Specifiche e obiettivi progetto Problematiche e criticità progettuali Approccio metodologico La realtà a terra Dati telerilevati Pre-elaborazione dati Classificazione Validazione Output progetto Risultati di stima WebGIS ToMap Foggia 26/11/2013: Il filo rosso del pomodoro

4 Contesto generale La conoscenza dell effettiva estensione annuale delle superfici agricole destinate alla coltura del pomodoro da industria è un dato fondamentale per poter impostare corrette politiche di qualificazione della produzione e programmazione agroindustriale in funzione degli obiettivi di mercato Obiettivi progetto ToMAP Stima in pre-raccolta dell effettiva estensione e ubicazione delle superfici agricole destinate alla coltura del pomodoro da industria della produzione 2013 tramite telerilevamento e tecniche di analisi spaziale Foggia 26/11/2013: Il filo rosso del pomodoro

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6 Introduzione Problematiche e criticità progettuali Area molto vasta da mappare con alta variabilità colturale e scalarità della produzione Tempistica acquisizione dati telerilevati Compresenza di colture similari con cui il pomodoro si può confondere Tempi di lavoro molto stretti: definizione metodologia e grande mole di dati da elaborare Foggia 26/11/2013: Il filo rosso del pomodoro

7 Approccio metodologico integrato Osservazione multiscala: terra, aereo, satellite Base dati multitemporale: per seguire la fenologia di sviluppo Robusta realtà a terra: addestramento e validazione dati Sviluppo di un processo di classificatore ad hoc Validazione accuratezza con matrice di confusione Foggia 26/11/2013: Il filo rosso del pomodoro

8 Rilievi multiscala e multitemporali Acquisizione immagini satellitari Immagini RapidEye di giugno Immagini Landsat (7 e 8) periodo marzo giugno 30 m 5 m 30 cm Puntuale Rilievo dati da aereo Rilievi con sensore multispettrale ASPIS effettuati tra il 17 e il 25 giugno (Caserta, Salerno, Foggia) Tempo Rilievo dati a terra Rilievi con GPS effettuati a maggio in tutte le aree Foggia 26/11/2013: Il filo rosso del pomodoro

9 Rilievi a terra Effettuato allo scopo di rilevare la presenza e le principali caratteristiche colturali del pomodoro da industria e delle altre colture maggiormente diffuse nelle aree di interesse Informazioni utilizzate per effettuare l addestramento delle procedure di classificazione dei dati telerilevati nonché nella validazione delle mappe Tra il 10 e il 31 maggio è stato effettuato il rilievo di tutte le aree acquisendo oltre 2400 punti.

10 Foggia 26/11/2013: Il filo rosso del pomodoro Rilievi a terra

11 Acquisizione immagini satellitari Dato Landsat (7 e 8) Acquisite 42 immagini (marzo giugno). Copertura nuvolosa media del 10-20% che è stata mascherata Dato utile soprattutto per le informazioni pre-impianto

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13 Acquisizione immagini satellitari Dato RapidEye Acquisite 26 immagini (15-30 giugno) con rilievi successivi sulla stessa area in modo da minimizzare il problema delle nuvole.

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15 ASPIS: sistema di telerilevamento termico-multispettrale

16 Acquisizione immagini aeree Dato ASPIS 17-18/06/2013 sorvoli dell area Campania Piana del Sele 19-21/06/2013 sorvoli dell area Puglia Nord Molise 22-24/06/2013 sorvoli dell area Campania Casertano

17 Dato RGB a 30 cm

18 Dato MS a 80 cm

19 Pre-elaborazione dati: correzione geometrcia e radiometrica

20 Classificazione dei dati Addestramento e processamento classificatori Base dati corregistrata multitemporale e multispettrale Massima verosimiglianza Output 1 Minima distanza Output 2 Paralleloepipedo knn Fisher Output 3 Funzione statistica Output 4 Output 5 Classificazione grezza

21 Foggia 26/11/2013: Il filo rosso del pomodoro Classificazione dei dati

22 Fotointerpretazione dato aereo Integrazione della classificazione nelle aree a maggiore produzione (Foggia, Caserta e Salerno) Riconoscimento grazie alla elevata risoluzione geometrica-radiometrica

23 Operazioni di post-classificazione Ripulitura dei margini e degli elementi lineari (edge detection) Vettorializzazione dei poligoni Controllo con dato NDVI marzo-aprile Esclusione automatica di falsi positivi con criterio geometrico (generalizzazione) Editing grafico Foggia 26/11/2013: Il filo rosso del pomodoro

24 Foggia 26/11/2013: Il filo rosso del pomodoro Copertura nuvolosa

25 Validazione dei dati Metodo della Matrice di Confusione che restituisce una rappresentazione dell'accuratezza di classificazione statistica espressa sinteticamente in percentuale. E stato utilizzato un campione di verità a terra di 300 punti.

26 Validazione dei dati Metodo della Matrice di Confusione L accuratezza media riscontrata è stata pari al 94,3%, con un errore di omissione del 5% (punti pomodoro classificati come non pomodoro) e di commissione del 6,4% (punti non pomodoro classificati come pomodoro) Foggia 26/11/2013: Il filo rosso del pomodoro

27 Validazione dei dati

28 A quale momento si riferisce la mappatura? Finestra temporale di acquisizione immagini: giugno Riferimento mappatura trapianti: 1 10 giugno Le superfici possono essere un 10% (?) in più a causa dei trapianti tardivi Non riconoscibile Riconoscibile Rapporto di copertura del suolo Prevalenza della risposta spettrale del suolo/coltura Risoluzione del dato T 0 T giorni

29 A quale momento si riferisce la mappatura? Impianto a file larghe 10 giorni circa dal trapianto.non distinguibile dal suolo nudo 25 giorni circa dal trapianto Impianto a file strette Come si vedono i campi di pomodoro a diverso stadio di sviluppo nella banda spettrale del vicino infrarosso Coltura in pieno sviluppo che ha coperto il suolo

30 Risultati: stime ettari 2013 Fonte ANICAV Il dato Centro Sud monitorato si riferisce alla superficie complessiva mappata comprensiva dei trapianti effettuati fino ai primi giorni di giugno. Foggia 26/11/2013: Il filo rosso del pomodoro

31 Risultati: stime ettari Centro Nord Centro Sud (monitorato) Il dato del Centro Sud è stato incrementato del 10% considerando i trapianti tardivi (dalla seconda settimana di giugno in poi). E comprensivo anche delle isole per un Totale Stimato di ettari Foggia 26/11/2013: Il filo rosso del pomodoro

32 Ettari mappati per area di lavoro I dati sono riportati in un intervallo di stima di + / - il 5% (colonne 3 e 4) In generale la mappatura si riferisce al riconoscimento delle colture in campo trapiantate tra fine maggio e il 10 giugno Foggia 26/11/2013: Il filo rosso del pomodoro

33 Foggia 26/11/2013: Il filo rosso del pomodoro Statistiche ettari mappati per Regione

34 Umbria 1 e 2 Toscana Nord

35 Toscana Sud Lazio Nord Lazio Sud

36 Campania Casertano Campania Piana del Sele

37 Puglia Nord Molise - Basilicata Puglia Sud

38 Calabria

39 WebGIS ToMap E una piattaforma Web realizzata con strumenti di sviluppo open source che consente in maniera estremamente semplice e intuitiva di visualizzare, navigare i dati telerilevati e le mappe collegandosi ad internet attraverso un accesso protetto da ID e password.

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44 Conclusioni In linea generale i risultati ottenuti si ritengo in linea con le specifiche e gli obiettivi prefissati, soprattutto se vengono fatte alcune considerazioni: 1. Mancanza di letteratura scientifica e studi applicativi analoghi sul pomodoro 2. Alcune scelte tecniche obbligate e l impiego di un approccio di tipo empirico causa il tempo a disposizione 4. L utilizzo integrato di strumenti e tecniche ha dato risultati notevolmente migliori rispetto a quanto sarebbe stato possibile ottenere, ad esempio, con l impiego di un solo tipo di dato, o un solo tipo di classificatore 5. La metodologia di classificazione messa a punto seppur migliorabile sotto certi aspetti è da considerarsi già sufficientemente robusta e automatizzata, risultando di fatto una buona base di partenza per una eventuale ripetizione del progetto Foggia 26/11/2013: Il filo rosso del pomodoro

45 Conclusioni 1. I risultati ottenuti si ritengo in linea con le specifiche e gli obiettivi prefissati 2. L utilizzo integrato di strumenti e tecniche ha dato risultati notevolmente migliori rispetto a quanto sarebbe stato possibile ottenere, ad esempio, con l impiego di un solo tipo di dato, o un solo tipo di classificatore 3. Aspetti migliorabili relativi alla possibilità di riconoscere precocemente i trapianti e alla migliore caratterizzazione spettrale della coltura (necessità di effettuare campagne di studio ad hoc) 4. La metodologia di classificazione messa a punto seppur migliorabile sotto certi aspetti è da considerarsi già sufficientemente robusta e automatizzata, risultando di fatto una buona base di partenza per una eventuale ripetizione del progetto Foggia 26/11/2013: Il filo rosso del pomodoro

46 Possibili sviluppi Sistema Informativo Territoriale di filiera con funzione di monitoraggio e tracciabilità delle fasi produttive e di trasformazione e che definisca e integri procedure di acquisizione, elaborazione, analisi e rappresentazione delle informazioni e offra servizi avanzati 2.0 agli operatori. Creazione, integrazione e gestione di diverse banche dati all interno di un unica piattaforma per una maggiore efficienza e fluidità di informazione Monitoraggio dei parametri produttivi e degli elementi dinamici di criticità, (fitopatologie, variabili meteo, vegetative, etc.). Strumento di analisi e supporto alle decisioni (a scala aziendale e associativa) per coordinare e migliorare gli aspetti quantitativi e qualitativi della produzione. Rafforzamento dei servizi tecnici da offrire ai produttori Foggia 26/11/2013: Il filo rosso del pomodoro

47 Schema concettuale del SIT filiera pomodoro Dati meto Colturali Telerilevati Gestione sistema ANICAV; OP1, OP2, Cartografici... Utilizzatori sistema ANICAV, OP, Produttori Geo_Data_Base ToMAP Informazioni servizi Professionisti Enti Inserimento dati produzione/trasformazione OP; Produttori, Tecnici, Industria

48 Base dati SIT Cartografici Colturali * Tematici Servizio Confini amm. Strade Curve di livello Ortofoto Catasto Pendenze Agronomici Varietà Sesto impianto Produzione Interventi. Mappa noccioleti Vocazionalità Dati Meteo Fitopatologici Anagrafica Aziendale Dati conferimenti Statistiche produzione Quaderno di campagna Esposizione Elab. dati meteo * A livello di unità produttiva

49 Elaborati di consegna 1. Ortomosaico RGB delle immagini telerilevate 2. Mappa delle aree coltivate a pomodoro da industria in scala 1: Configurazione e distribuzione di un WebGIS 5. Relazione tecnica finale Foggia 26/11/2013: Il filo rosso del pomodoro