I droni per il monitoraggio dell ambiente. Esperienze di ARPA Valle d Aosta

Transcript

1 I droni per il monitoraggio dell ambiente (in collaborazione con ASSOARPA) Esperienze di ARPA Valle d Aosta U. Morra di Cella Agenzia Regionale per la Protezione dell Ambiente della Valle d Aosta Rif. ENAC 3725

2 Premessa -1/2 1/29 L Agenzia Regionale per la Protezione dell Ambiente della Valle d Aosta si occupa (L.R. 41/95) ( anche ) del monitoraggio dell effetto del cambiamento climatico sull ambiente alpino Il climate change determina sui territori di alta quota rilevanti modificazioni che ne alterano l assetto e la fruibilità da parte dell uomo Si rende pertanto necessario un presidio adeguato per comprendere i fenomeni e le dinamiche in atto e fornire elementi per la gestione e la pianificazione del territorio Strumenti di misura, tecniche di osservazione e metodi di indagine e analisi devono, ovviamente, essere adatti ai fenomeni e agli oggetti da osservare e. adeguati alle condizioni di accessibilità e sicurezza sostenibili (risorse umane e finanziarie disponibili) garantire il long-term monitoring

3 Premessa 2/2 2/29 La complessità dell'ambiente e la varietà dei processi a carico del Sistema Agenziale richiede un approccio integrato in termini di componenti/matrici ambientali indagate, tipologie di sensori, metodi e tecniche di indagine Fenomeni da osservare Multi (t) Ambiente fisico (territorio)

4 Motivazione 1/5 3/29 La complessità dell'ambiente e la varietà dei processi a carico del Sistema Agenziale richiede un approccio integrato in termini di componenti/matrici ambientali indagate, tipologie di sensori, metodi e tecniche di indagine GHIACCIAI ECOSISTEMI VEGETALI PARETI ROCCIOSE e VERSANTI PROCESSI FISIOLOGICI NEVE PERMAFROST

5 Motivazione 2/5 4/29 La complessità dell'ambiente e la varietà dei processi a carico del Sistema Agenziale richiede un approccio integrato in termini di componenti/matrici ambientali indagate, tipologie di sensori, metodi e tecniche di indagine MISURE INDIRETTE (es. geofisica) MISURE DIRETTE (es. metro + dinamometro analizzatore IR per CO2) MISURE INDIRETTE (es. remote & proximal sensing)

6 Motivazione 3/5 5/29 La complessità dell'ambiente e la varietà dei processi a carico del Sistema Agenziale richiede un approccio integrato in termini di componenti/matrici ambientali indagate, tipologie di sensori, metodi e tecniche di indagine

7 Motivazione 4/5 6/29 Perché un APR per il monitoraggio di ARPA? - vantaggi tipici del remote sensing (elevata copertura spaziale, ripetibilità,...) - vantaggi tipici del proximal sensing (elevata risoluzione geometrica) - possibilità e versatilità nella integrazione delle informazioni rilevate con le osservazioni a terra (es. NDVI Skye vs. NDVI APR); - versatilità del sistema: impiego per diverse finalità e al momento idoneo (personalizzazione dei sensori!) - indipendenza nella produzione degli output e stabilità/robustezza del sistema (no intermediari es. Ground Station!!): - costo di esercizio estremamente contenuto

8 Motivazione 5/5 7/29 E. Zini: I droni nel contesto dell Earth Observation ECOSCIENZA, 2015

9 SAPR in ARPA VdA: hardware 1/3 8/29 Requisiti richiesti al SAPR (definiti nel 2012!): ALA FISSA MULTIROTORE riprese aeree nadirali + + applicazioni fotogrammetriche + + riprese su ampie superfici (> 1 kmq) ++ + volo ad alta quota (> m asl) sicurezza nelle operazioni in condizioni non critiche +++ -

10 SAPR in ARPA VdA: hardware 2/3 9/29 Requisiti richiesti al SAPR (definiti nel 2012!): ALA FISSA MULTIROTORE riprese aeree nadirali + + applicazioni fotogrammetriche + + riprese su ampie superfici (> 1 kmq) ++ + volo ad alta quota (> m asl) sicurezza nelle operazioni in condizioni non critiche +++ -

11 (2013) SAPR in ARPA VdA: hardware 3/3 10/29 (2016)

12 SAPR in ARPA VdA: software 1/1 11/29 Dotazione standard: - planning missione - gestione volo - data quality check (quality check + quick report) - pre-processing (geotagging) Per applicazioni fotogrammetriche: MICMAC /IGN France Elevato controllo di tutte le fasi di orientamento interno, esterno e di dense matching Produzione di DSM di elevata accuratezza e precisione Difficoltà di utilizzo PHOTOSCAN /Agisoft Velocità nel processamento di grandi quantità di immagini Produzione di ortofoto di alta qualità (geometrica e radiometrica) e DSM Black-box Facilità di utilizzo

13 1. DINAMICHE DI VERSANTE - monitoraggio di spostamenti superficiali - Realizzazione di ortoimmagini RGB alta definizione (3-5 cm/px) Caratterizzazione della dinamica di versante (dati areali accoppiati a GNSS puntuale) Confronto multitemporale (1 orto/mese) di punti notevoli e calcolo di spostamenti e relative velocità: tracking manuale e automatico (SGM semi global matching algorithm) 12/29 Ghiaccaio roccioso Gran Sometta (Cervinia, Valtournenche, AO)

14 1. DINAMICHE DI VERSANTE - monitoraggio di spostamenti superficiali - Realizzazione di ortoimmagini RGB alta definizione (3-5 cm/px) Caratterizzazione della dinamica di versante (dati areali accoppiati a GNSS puntuale) Confronto multitemporale (1 orto/mese) di punti notevoli e calcolo di spostamenti e relative velocità: tracking manuale e automatico (SGM) 13/29 Ghiaccaio roccioso Gran Sometta (Cervinia, Valtournenche, AO)

15 1. DINAMICHE DI VERSANTE - monitoraggio di spostamenti superficiali - Realizzazione di ortoimmagini RGB alta definizione (3-5 cm/px) Caratterizzazione della dinamica di versante (dati areali accoppiati a GNSS puntuale) Confronto multitemporale (1 orto/mese) di punti notevoli e calcolo di spostamenti e relative velocità: tracking manuale e automatico (SGM) 3.80 m 0.57 m 14/ m 4.30 m 1.62 m

16 1. DINAMICHE DI VERSANTE - monitoraggio di spostamenti superficiali - 15/29

17 1. DINAMICHE DI VERSANTE - monitoraggio di spostamenti superficiali - 16/29

18 1. DINAMICHE DI VERSANTE - monitoraggio di spostamenti superficiali - 17/29

19 1. DINAMICHE DI VERSANTE - monitoraggio di spostamenti superficiali - 18/29

20 2. DINAMICHE DI VERSANTE - monitoraggio variazioni volumetriche - 19/29 Realizzazione DTM alta definizione (20 cm/px) Confronto multitemporale di DTM e calcolo di variazioni di volumi (volumi mobilizzati) Ghiaccaio roccioso Gran Sometta (Cervinia, Valtournenche, AO) 20 m

21 3. GHIACCIAI - monitoraggio delle variazioni frontali - 20/29 Realizzazione ortomosaico alta definizione (5-7 cm/px) Confronto annuale di ortoimmagini per calcolo arretramento/avanzamento Ghiaccaio del Timorion (Gran Paradiso, Valsavarenche, AO)

22 3. GHIACCIAI - monitoraggio delle variazioni frontali - Realizzazione ortomosaico alta definizione (5-7 cm/px) Confronto multitemporale di ortoimmagini e calcolo arretramento/avanzamento 21/29 Settembre 2013 Settembre 2014 Settembre 2015 Ghiaccaio del Rutor (La Thuile, AO) Sentinel 2 A 29 agosto 2015

23 3. GHIACCIAI - monitoraggio delle variazioni frontali - Realizzazione ortomosaico alta definizione (5-7 cm/px) Confronto multitemporale di ortoimmagini e calcolo arretramento/avanzamento In aree remote, di accesso difficoltoso o pericoloso e di rilevante estensione 22/29 Ghiacciaio Rutor (La Thuile, AO) Piani di volo per monitoraggio variazioni frontali 19 settembre 2016 Sentinel 2 A 29 agosto 2015

24 3. GHIACCIAI - monitoraggio delle variazioni frontali - Realizzazione ortomosaico alta definizione (5-7 cm/px) Confronto multitemporale di ortoimmagini e calcolo arretramento/avanzamento Unica tecnica di monitoraggio adottabile (es. no GNSS per ombre morfologiche) 23/29 Ghiacciaio d Agola (Dolomiti di Brenta - TN) Traccia del volo realizzato per monitoraggio glaciale (neve residua e variazioni frontali) 26 settembre 2014 coll. Meteotrentino Sentinel 2 A 29 agosto 2015

25 24/29 4. VALANGHE - perimetrazione aree percorse catasto e valutazione danni Realizzazione ortomosaico alta definizione NIR (5-7 cm/px) Perimetrazione aree percorse (aggiornamento catasto) + stima costi intervento forestale Valanga Saint-Rhémy-en-Bosses (AO) CRV 14 febbraio 2014

26 25/29 5. ECOSISTEMI FORESTALI - monitoraggio fitopatologie + perimetrazioni aree percorse incendio Realizzazione ortomosaico alta definizione RGB (6 cm/px) Analisi dello stato fitosanitario del popolamento di Pinus sylvestris (danni processionaria) Individuazione settori con differente livello di defogliazione Verifica del grado di ripresa del popolamento forestale e possibili instabilità del soprassuolo Loc. Piolet (Sarre, AO) 11 giugno 2014 Quota relativa di volo 190 m Camera 12 Mpx

27 6. AMBIENTI PERIGLACIALI - analisi dinamica e situazioni potenziale pericolo - Realizzazione ortomosaico alta definizione RGB (6 cm/px) Analisi dell evoluzione di zone NON direttamente accessibili per monitoraggio dissesti 26/29 Lago glaciale del Miage (Courmayeur, AO) 14 settembre 2014

28 7. SUPPORTO ALLE ATTIVITA DI PC e PG 27/29 Realizzazione ortomosaico alta definizione RGB (4 cm/px) [Mappatura con termocamera, sensore multispettrali, ] Fiume Polcevera (GE) 22 aprile 2016 Valutazione efficacia interventi di contenimento ARPA Liguria + Fondazione CIMA

29 7. SUPPORTO ALLE ATTIVITA DI PC e PG 28/29 Realizzazione ortomosaico alta definizione RGB (4 cm/px) [Mappatura con termocamera, sensore multispettrali, ] Limite greggio nel torrente Polcevera ed efficacia delle dighe AREE CONGESTIONATE (gestione volo!!) LIMITAZIONI METEO!!! DIFFERIBILITA VOLO (?)

30 Considerazioni conclusive 29/29 Diffusione esponenziale dell uso (a volte abuso!) e sviluppo rapidissimo (mezzi obsoleti dopo 2 anni?) Necessità di consolidare conoscenze attorno alle applicazioni SNPA Necessità di condivisione di esperienze, mezzi e personale Sviluppo di applicazioni specifiche (campionamenti) Definire modalità operative «meno onerose» per SNPA (da ENAC)

31 Grazie per l attenzione

32 Campagne UAV: accuratezza dei dataset (z) L accuratezza dei DTM è stata valutata confrontando le quote dei 48 punti di monitoraggio GNSS (puntuale) e il valore di quota estratto dal DTM corrispondente 2012 Flight 2014 Flight 2015 Flight Mean [m] Dev. Std [m] N GNSS points *

33 Metodo AUTOMATICO Confronto tra metodo manuale e automatico Scatterplot degli spostamenti ottenuti dal confronto automatico di DTM e gli spostamenti determinati con il metodo manuale di 785 punti.

34 Campagne UAV: accuratezza dei dataset (xy) L accuratezza planimetrica è stata valutata osservando le differenze di posizione di punti fissi riconoscibili sulle ortoimmagini (zone esterne al rock glacier)