MAPPARE IL CONSUMO DI SUOLO TRAMITE TELERILEVAMENTO

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1 X Convegno GIT Geosciences and Information Technologies Group San Leo, giugno 2015 MAPPARE IL CONSUMO DI SUOLO TRAMITE TELERILEVAMENTO Rossella Casciere, Gabriele Bitelli DIPARTIMENTO INGEGNERIA CIVILE, CHIMICA, AMBIENTALE E DEI MATERIALI - DICAM

2 Il consumo di suolo: definizioni Artificial areas: continuous and discontinuous urban fabric (housing areas), industrial, commercial and transport units, road and rail networks, dump sites and extraction sites, but also green urban areas (EEA, 2011). Urbanizzazione (land take): processo attraverso cui, dalla concentrazione urbana, si transita alla diffusione dell insediamento e delle funzioni urbane sul territorio ( Impermeabilizzazione (Soil sealing): copertura permanente con materiali artificiali (quali asfalto o calcestruzzo) per la costruzione, ad esempio, di edifici e strade; riguarda solo una parte dell area di insediamento, poiché altre componenti di tale area, come i giardini, i parchi urbani e altri spazi verdi non rappresentano una superficie impermeabile (ISPRA, 2014). Consumo di suolo: variazione da una copertura non artificiale (suolo non consumato) a una copertura artificiale del suolo (suolo consumato) (ISPRA, 2014).

3 Area di studio Provincia di Bologna (3.702 km 2 ): Territorio caratterizzato da due diversi paesaggi ecologici: la Pianura Padana a nord di Bologna e la catena appenninica a sud E E N N E E

4 Area di studio DATI DISPONIBILI I valori forniti tendono a differire tra di loro, a volte anche di molto, essenzialmente a causa di due problemi: mancanza di una definizione univoca e condivisa del consumo di suolo differenti aree minime cartografabili FONTE ANNO SUOLO PERIODO CONSUMO DI SUOLO OCCUPATO (%) (ha/giorno) ISTAT , ,17 CRCS , ,57 CITTÀ METROPOLITANA DI BOLOGNA ,3 n.d. n.d. CORINE LAND COVER , ,28 SOIL SEALING MAP COPERNICUS ,7 n.d. n.d. ISPRA ,6 n.d. n.d. 1 : Località abitate suddivise in centri abitati, nuclei abitati e località produttive. 2 : Cartografia dell uso del suolo prodotta dalla Regione Emilia-Romagna. 3 : Integrazione della Carta dell Uso del Suolo della Regione Emilia-Romagna ed il Database Topografico Regionale. 4 :Cartografia dell uso del suolo (1990, 2000, 2006) realizzate tramite fotointerpretazione con area minima cartografabile di 25 ha (5 ha per i cambiamenti). 5 :Mappe dell impermeabilizzazione del suolo (2006, 2009, 2012) ottenute tramite telerilevamento con risoluzione spaziale di 20 m.

5 Come si misura l impervious? Potenzialità del telerilevamento: possibilità di analisi di ampie aree territoriali in tempi relativamente brevi capacità di separare l impervious dalla vegetazione MISSIONE LANDSAT Superficie immagine : Km 2 Banda 4 (Landsat 8 banda 5) utile per rilevare la presenza della vegetazione Serie storica dal 1972 (ogni 16 giorni)

6 Acquisizione delle immagini e pre-processamento Acquisizione delle immagini: scelta del periodo estivo poiché il maggior sviluppo della vegetazione garantisce una migliore separabilità della copertura artificiale livello di processamento 1T garantisce la correttezza geometrica Pre-processamento delle immagini: calibrazione radiometrica ricampionamento da 28,5 m a 30 m della scena relativa al 2000 layer stacking con il termico per includere l informazione che fornisce questa banda relativamente alla temperatura, mediamente più alta nel contesto urbano Landsat 8 (OLI TIRS) 16 giugno 2013 Landsat 5 (TM 5) 7 Luglio 2003 CLASSIFICAZIONE IMMAGINE MS CLASSIFICAZIONE IMMAGINE MS + TIR Landsat 7 (ETM+) 20 Giugno 2000 Landsat 5 (TM 5) 30 Luglio1991 Layer stacking Landsat 5 (TM 5) 25 Giugno 1987 Impervious Superfici agricole Affioramenti rocciosi

7 Riflettanza x Classificazione Metodologia scelta: Classificazione pixel -based con algoritmo di Massima Verosimiglianza (soglia di probabilità di appartenenza ad una classe n = 95%) Definizione classi finali in base al I livello della legenda CORINE Land Cover Impervious Superfici agricole Superfici naturali Affioramenti rocciosi Corpi idrici Definizione di sottoclassi tramite l integrazione delle classi con le informazioni spettrali Zone urbanizzate Insediamenti produttivi e commerciali, aree estrattive e cantieri Reti stradali e ferroviarie Terreni a riposo Coltivazioni Arboricoltura Territori boscati Vegetazione arbustiva Unclassified Numero di banda Affioramenti rocciosi Corpi idrici Nuvole Training sites: supporto di Google Earth (anni disponibili: 2003, 2012, 2014) per le immagini del 2003 e 2013 per le immagini del 1987, 1991 e 2000 scelta di elementi che verosimilmente non dovrebbero essere cambiati

8 Classificazione I risultati ottenuti sono stati migliorati attraverso un meccanismo di applicazione di maschere per correggere eventuali errori e la presenza di copertura nuvolosa Maschera Impervious Immagine Landsat-5 Superfici 7 luglio agricole Immagine Google Earth Impervious 2013 classificazione iniziale Immagine Google Earth Impervious 2003 classificazione finale

9 Classificazione LEGENDA Impervious Superfici agricole Superfici naturali 1991, 2000, 2003 Superfici agricole e naturali 1987 Affioramenti rocciosi Corpi idrici Unclassified

10 Validazione della classificazione Tutte le classificazioni prodotte sono state validate attraverso dei punti di verità (Ground Truth Points) presi sulle immagini. La validazione è stata fatta rispetto alle classi finali della legenda, anche se si è cercato di individuare pixel per tutte le sottocategorie ACCURATEZZA GLOBALE = 88,7 % (213/240) COEFFICIENTE K = 0,85 ACCURATEZZA GLOBALE = 92 % (219/238) COEFFICIENTE K = 0,89 ACCURATEZZA GLOBALE = 89,5 % (213/238) COEFFICIENTE K = 0,86

11 Change detection + 75% IMPERVIOUS 1987 = 2,8% IMPERVIOUS 2013 = 4,9% CONSUMO DI SUOLO = 0,8 ha/giorno 2013: No change 2013: Impervious 2013: Affioramenti rocciosi 2013: Corpi idrici Outlet Interporto Linea San Giorgio Ferroviaria di Castelguelfo di di Bologna Piano Alta Velocità 2013

12 Validazione della change detection Definizione classi: NO CHANGE: Impervious Impervious No impervious No impervious CHANGE: Impervious No impervious No impervious - Impervious Impervious Impervious No impervious No impervious Impervious No impervious No impervious Impervious

13 Confronti FONTE ANNO SUOLO OCCUPATO (%) PERIODO CONSUMO DI SUOLO (ha/giorno) ISTAT , ,17 CRCS , ,57 CITTÀ METROPOLITANA DI BOLOGNA ,3 n.d. n.d. CORINE LAND COVER , ,28 SOIL SEALING MAP COPERNICUS ,7 n.d. n.d. ISPRA ,6 n.d. n.d. LANDSAT , ,8 Consumo di suolo LANDSAT 8 = 11 punti RETE REGIONALE ISPRA 353 punti Consumo di suolo = 34 punti Non consumo di suolo = 319 punti Non consumo di suolo LANDSAT 8 = 23 punti Non consumo di suolo LANDSAT 8 = 319 punti Dato di confronto Classificazione Landsat 8

14 Distribuzione dell impervious Bologna Bologna

15 Impervious e popolazione Bentivoglio Bologna Castel Guelfo Castello di Serravalle Bologna Monterenzio Incremento Impervious <50% 50%-100% 100%-150% 150%-200% >200% Incremento popolazione <0% 0%-50% 50%-100% 100%-150% >150%

16 Impervious e popolazione 1987 Bentivoglio Impervious per abitante <150 m 2 /ab. 150 m 2 /ab.-250 m 2 /ab. 250 m 2 /ab.-350 m 2 /ab. 350 m 2 /ab.-450 m 2 /ab. >450 m 2 /ab Bentivoglio Casalfiumanese Casalfiumanese Camugnano Camugnano

17 Conclusioni Nel corrente studio il telerilevamento è stato impiegato per studiare il consumo di suolo tra il 1987 e il 2013 nella Provincia di Bologna. Sono state quindi classificate cinque immagini Landsat rilevando un aumento di impermeabilizzato del 75%, con un consumo di suolo pari a 0,8 ha/giorno. Il dato del 2013, confrontato con i dati esistenti, ha mostrato un buon riscontro con la mappatura del Soil Sealing Map del progetto Copernicus. Va rilevato che gli altri studi disponibili, anche se spesso forniti come misure di consumo di suolo, fanno in generale riferimento alle superfici urbanizzate, comprendendo quindi anche spazi permeabili. La ricostruzione dell evoluzione della copertura impermeabilizzata ha evidenziato una crescita maggiore intorno a Bologna, in corrispondenza degli assi principali della viabilità. La scelta delle immagini Landsat, pur introducendo degli errori legati prevalentemente alla risoluzione spaziale, ha permesso di ricostruire l andamento delle dinamiche territoriali per un periodo sin qui non ancora analizzato.

18 Grazie per l attenzione! X Convegno GIT Geosciences and Information Technologies Group San Leo, giugno 2015

19 Classificazione ANNO IMPERVIOUS SUPERFICI AGRICOLE SUPERFICI NATURALI AFFIORAMENTI ROCCIOSI CORPI IDRICI Unclassified ,8 73,6 21,7 1,5 0,3 0, ,0 94,5 2,0 0,2 0, ,8 92,5 2,7 0,4 0, ,5 1,3 0,4 0, ,9 63,7 28,2 2,1 1,0 0,1

20 Classificazione

21 Validazione della classificazione 1991

22 Validazione della classificazione 2000

23 Validazione della classificazione 2003

24 Change detection

25 Change detection

26 Change detection

27 Change detection

28 Confronti

29 Change detection