Il telerilevamento da satellite nel SIT per gli strumenti urbanistici LEONARDO

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1 Il telerilevamento da satellite nel SIT per gli strumenti urbanistici LEONARDO DONNALOIA MAURO SALVEMINI Lo stato attuale della pianificazione urbanistica in Italia e delle nuove tecniche di telerilevamento satellitare evidenzia, al giorno d oggi, da un lato la difficoltà di disporre di dati ed informazioni territoriali aggiornate ed aggiornabili per la progettazione urbanistica, dall'altro le enormi possibilità di conoscenza offerte dal telerilevamento satellitare per la risoluzione di tali problematiche. D altra parte, a fronte di analisi svolte, sembra che i distributori di dati satellitari in Italia non forniscano sufficienti indicazioni (specifiche e sistematiche) sulle possibilità di integrazione dei dati satellitari nel processo di pianificazione urbanistica. Lo studio sperimentale, alla base di questo articolo, intende fornire alcune risposte ad una serie di domande intuitive, contribuendo, con indicazioni sistematiche e di riferimento, all'utilizzazione dei dati satellitari nel processo di pianificazione urbanistica. Perché utilizzare il dato satellitare nella pianificazione urbanistica? Le mutazioni ambientali (dissesto idrogeologico, calamità naturali, mutazioni climatiche, ecc.), così come lo sviluppo delle nuove tecnologie telematiche (telelavoro, facilitazioni nello scambio di informazioni, ecc.), influenzano, in maniera diretta o indiretta, il territorio e l ambiente. Premettendo che il territorio si evolve e quindi si modifica in maniera dinamica e che, di conseguenza, la dimensione temporale risulta sempre più rilevante per la raccolta dei dati ad esso riferiti, ne discende la necessità di rendere dinamici anche gli strumenti urbanistici preposti al suo controllo, monitoraggio, gestione e progettazione. Alla precedente domanda si può quindi rispondere: il dato satellitare rappresenta un aiuto concreto per tutti coloro che hanno bisogno di dati territoriali aggiornati e reali, in particolare dovrebbero essere sensibili a tali possibilità gli Uffici Urbanistici, dato che, oltre ad analizzare le caratteristiche territoriali in fase di progettazione urbanistica, devono controllare le modificazioni territoriali ed effettuarne la loro gestione in fase di attuazione di piano. Quali satelliti per il telerilevamento territoriale? Lo studio fatto, basandosi sui principi del telerilevamento satellitare e sulle tipologie dei satelliti e sensori più diffusi, ha focalizzato l'attenzione sui satelliti dotati di sensori ottici passivi (più economici, più intuitivi e, soprattutto, più agevoli per le applicazioni urbanistiche rispetto ai sensori radar). Le caratteristiche generali del dato satellitare sono: 1. multispettralità: i satelliti acquisiscono in diverse bande dello spettro elettromagnetico; ciascuna banda e/o loro opportuna combinazione è utile per lo studio di elementi territoriali differenti; 2. multitemporalità: quasi tutti i satelliti compiono un'orbita eliosincrona attorno alla Terra, ri-passando ciclicamente sulla stessa porzione di territorio; 3. risoluzione geometrica: la risoluzione è un fattore variabile a seconda dei sensori di cui sono dotati i satelliti. Studiando le predette caratteristiche in funzione delle necessità dell urbanistica si è giunti a focalizzare l attenzione su tre piattaforme orbitanti: Landsat 7 ETM+ (media risoluzione, scale fino a 1:30.000): 7 bande multispettrali (30 m di risoluzione a terra) ed una pancromatica (15 m), con tempi di ri-passaggio di 16 giorni. Utile per la discriminazione delle informazioni territoriali (multispettralità) e per l'aggiornabilità di tali informazioni (multitemporalità); IRS-1D (alta risoluzione, scale fino a 1:10.000): banda pancromatica (5,8 m di risoluzione a terra). Utile per la l'alta risoluzione geometrica e per la multitemporalità del dato; Ikonos (altissima risoluzione, scale fino a 1:4.800): 3 bande multispettrali (4 m di risoluzione a terra) ed una pancromatica (1 m). Utile per l'altissima risoluzione geometrica e per la multitemporalità del dato. Quali vantaggi fornisce il telerilevamento satellitare al processo di pianificazione urbanistica? In accordo con quanto indicato da P. Urbani e S. Civitarese (Diritto Urbanistico, organizzazione e rapporti, 1994), il processo di pianificazione urbanistica può essere diviso in fasi successive, in ciascuna delle quali sono stati individuati dei "punti deboli" del processo di piano. Sono distinti quindi: 1. fase di iniziativa: manifesta la volontà dell'amministrazione per la pianificazione urbanistica; 37

2 Figura 1 - Immagini (RGB 453) acquisite dal satellite Landsat 7 ETM+ su una porzione di Roma (riserva Presidenziale di Castel Porziano). Il confronto tra le due immagini, riprese in periodi differenti (a sinistra ripresa di febbraio, a destra ripresa di agosto), evidenzia la porzione di pineta (macchia scura sull'immagine a destra) incendiata a giugno Immagini fornite dalla EURIMAGE sede di Roma, copyright ESA fase di istruttoria: è finalizzata essenzialmente all'acquisizione di elementi valutativi che si concretizzano nella "redazione", consistente in una prima e provvisoria stesura del piano. Già in questa fase esiste "l'istruttoria in contraddittorio", in cui l'amministrazione "dovrebbe" sollecitare i privati (singoli cittadini o associazioni) ad intervenire con osservazioni; 3. fase di decisione: si articola in momenti cronologicamente distinti del processo di pianificazione urbanistica contemplando l adozione e l approvazione; 4. fase di integrazione: si concretizza con la produzione di atti che incidono sull'efficacia della decisione; 5. fase di attuazione: rappresenta l'effettiva attuazione delle disposizioni del piano approvato. I "punti deboli", risolvibili per ciascuna fase attraverso l utilizzazione dei dati telerilevati e delle tecniche di elaborazione di immagini ad esse applicate, sono evidenziati nello Schema 1. La sperimentazione svolta ha fornito alcune risposte plausibili ai "punti deboli" individuati attraverso l'uso del dato telerilevato e l applicazione di tecniche di elaborazione di immagine. Fase di iniziativa Il dato satellitare, grazie alla multitemporalità e multispettralità delle sue riprese, permette di individuare le modificazioni territoriali che necessitano di nuovi piani urbanistici (es. presenza di aree vegetali da proteggere, cambiamenti geomorfologici da tenere sotto controllo, nuovi elementi vocazionali da prendere in considerazione, ecc.), soprattutto nel caso in cui si abbiano a disposizione dati pregressi tramite tecniche di elaborazione di immagini comparative e multitemporali. Una trattazione a parte deve essere fatta per quegli interventi che, pur non rientrando nella pratica urbanistica corrente, comportano comunque una iniziativa diretta sul territorio: si tratta della gestione delle situazioni di rischio e di emergenza. Figura 2 - Immagine pancromatica di Ikonos (1 m di risoluzione), ripresa il 30 dicembre 1999 sulla periferia di Caracas in Venezuela, dopo una grande inondazione. L'immagine è usata per valutare i danni agli edifici e alle infrastutture, l'impatto sull'ambiente (linee di costa, foreste, spazi aperti ecc.) e per misurare l'estensione del danno ad una grande area geografica. Le immagini fornite dai nuovi satelliti ad altissima risoluzione (attualmente sono disponibili solo dati Ikonos, nel prossimo futuro è prevista una proliferazione di satelliti ad alta risoluzione in orbita, es. la costellazione Cosmos skymed, ecc), rappresentano una buona soluzione 38

3 Schema 1 FASI Iniziativa Istruttoria Decisione Integrazione Attuazione per far fronte a situazioni di emergenza, potendo dare risposte concrete su: l'inizio dell'emergenza: il monitoraggio continuo di situazioni a rischio grave di calamità, permette di intervenire già in fase di pre-emergenza; monitoraggio dell'emergenza: i satelliti ad alta risoluzione possono essere programmati per il monitoraggio quasi continuo dell'area interessata dall'emergenza (agile platform); valutazione del danno: la possibilità di confrontare i dati aggiornati con i dati pregressi, permette di fare una stima dei danni subiti dal territorio in conseguenza dell'evento calamitoso. PUNTI DEBOLI Carenza di elementi obbiettivi per l'individuazione di problematiche sociali ed ambientali che giustifichino l'iniziativa alla pianificazione (rischi ed emergenze, cambiamenti vocazionali del territorio ecc.). Aggiornamento cartografico. Mancanza di una visione sinottica del territorio per l'individuazione degli elementi vocazionali dello stesso. Aggiornamento parametri territoriali (indici di fabbricabilità ecc.). Mancanza di elementi comuni di valutazione. Carenza di elementi obbiettivi di valutazione a supporto della decisione. Carenza di elementi comuni e inequivocabili per il confronto e la concertazione delle parti (amministrazione e soggetti esterni interessati). Carenza di elementi propositivi per l'organo approvante. Staticità e insufficienza di elementi di indagine, verifica e confronto, sia in riferimento alla programmazione temporale degli interventi, sia in riferimento al cambiamento vocazionale del territorio da essi innescato (planning by doing). Carenza di elementi utili alla costruzione di modelli di simulazione e controllo. tizza poi nell'adozione dello stesso nelle fasi successive del processo. I vantaggi che il dato satellitare può portare a questa importante fase del processo di pianificazione urbanistica sono: 1. aggiornamento della cartografia di riferimento; 2. supporto per la determinazione delle linee guida del piano, sfruttando la sinotticità delle immagini da satellite; 3. redazione di carte tematiche di analisi specifiche ed aggiornate; 4. realizzazione della concreta partecipazione collettiva al processo di piano basata su elementi obbiettivi di valutazione (osservazioni presentate con immagini satellitari "inequivocabili" con valenza di prove concrete). Fase di decisione L'autorità cui spetta la decisione, sia essa preliminare (adozione) o definitiva (approvazione), deve valutare l'attendibilità delle proposte di piano. È questa Fase di istruttoria Come già detto, le attività istruttorie sono finalizzate essenzialmente all'acquisizione di elementi valutativi che portano, attraverso l analisi approfondita del territorio, ad una prima e provvisoria stesura del piano urbanistico, che si concreuna delle fasi più delicate della procedura, visto che è legata ad "un'espressione di volontà influenzabile". Il dato satellitare è un documento obbiettivo che fotografa la complessità del territorio, rappresenta lo stato di fatto e non quello che vorremmo fosse o che il progetto intende far diventare. Tecnicamente l'immagine da satellite può essere utile per la correzione di individuazioni e perimetrazioni tematiche o di progetto. La semplice sovrapposizione (overlay) della scena satellitare (processata) alle carte tematiche o al piano oggetto di decisione, mette subito in risalto, se esistono, le incongruenze tra lo stato di fatto ed il progetto urbanistico. Fase di integrazione Questa fase si concretizza in azioni rivolte al controllo e alla pubblicità della decisione. La pubblicità assume un'importanza rilevante quando da essa possono scaturire misure integrative e correttive alla decisione stessa. È questo il caso delle osservazioni che chiunque interessato al piano può suggerire prima che questo divenga operativo sul territorio. Questa "apertura al pubblico" è una prerogativa di ogni tipo di piano urbanistico, anche se gli attuali strumenti di valutazione non sono tali da garantire l'effettiva partecipazione collettiva (processo di partecipazione) alla procedura di pianificazione urbanistica. Il dato satellitare, vista l'attendibilità raggiunta dai sensori e dai software di processamento, è un elemento valutativo inequivocabile utile anche ad agevolare la discussione e concertazione tra l'amministrazione approvante e i diversi soggetti interessati. Si consideri, ad esempio, un associazione o un gruppo di cittadini che valuta criticamente le disposizioni di un piano (non ancora operativo) in materia di ambiente; il dato satellitare, fornendo la situazione obbiettiva della realtà, diventa una vera e propria prova a supporto delle tesi di chi critica le disposizioni del piano adottato, facilitando una discussione più serena basata sulla conoscenza adeguata della problematica e dello stato di fatto. Fase di attuazione Il momento attuativo è, per diversi motivi, quello in cui il telerilevamento sa- 40

4 Figura 3 - Relazione tra la risoluzione temporale e la risoluzione geometrica di vari sistemi di rilevamento: a terra, da aereo ( m di altezza), da satelliti eliosincroni (circa 700 Km di altezza) e geostazionari (Meteosat: Km di altezza). La relazione è quasi lineare: migliorando la risoluzione geometrica i tempi di ri-passaggio si allungano. (M.A. Gomarasca, "il Telerilevamento alle soglie del 2000", MondoGIS, giugno 1998). tellitare può dare il contributo più evidente, visto che in questa fase è fondamentale un monitoraggio continuo dei cambiamenti che avvengono sul territorio. Per la fase di attuazione è conveniente seguire i principi di McLoughlin (1978) al fine di avere un approccio sistemico al governo delle dinamiche territoriali. Inserire l'analisi satellitare del territorio negli schemi procedurali proposti da McLoughlin significa fornire ad essi un supporto decisivo per il superamento di problematiche legate sia al monitoraggio dello stato effettivo del territorio, sia alla conformità di quest'ultimo con le disposizioni del piano approvato. L'aspetto multitemporale del dato satellitare è l'elemento più utile nell'attuazione dei piani urbanistici e nell applicazione degli schemi sistemici di McLoughlin. Avere a disposizione dati satellitari raccolti ciclicamente agevola, infatti: il monitoraggio continuo del territorio, l'amministrazione attuante può richiedere dati satellitari specifici (a seconda del tipo di problematiche da tenere sotto controllo), definendo il tempo in cui questi dati devono essere acquisiti (compatibilmente ai passaggi del satellite scelto) e programmando attraverso di essi un'azione di controllo che si sviluppa per tutta la fase di attuazione delle disposizioni del piano urbanistico; la costruzione di modelli di simulazione; la ciclicità di raccolta permette di analizzare le serie storiche del dato satellitare in riferimento alla stessa porzione di territorio. È possibile in questo modo costruire quei modelli di simulazione, di cui parla McLoughlin, utili per la previsione delle ripercussioni (es. effetto indotto) che gli interventi proposti dal piano possono avere sul territorio. Sia il monitoraggio del territorio, che la costruzione dei modelli di simulazione di questo non sono rivolti unicamente alla verifica dello stato di attuazione del piano urbanistico approvato, ma, rimanendo in un'ottica dinamica della pianificazione (planning by doing o pianificare facendo), possono giustificare anche varianti al piano urbanistico stesso nel caso in cui le disposizioni di quest'ultimo siano ritenute superate dall'evoluzione vocazionale del territorio. Nella figura 4, realizzata sulla scorta del sistema di McLoughlin, è riportato uno schema attuativo iterativo con l'introduzione delle considerazioni sviluppate per la fase di attuazione. Figura 4 - Schema attuativo (sperimentale) del piano urbanistico approvato con eventuale regolazione e correzione dell'errore in variante. Il dato satellitare è introdotto come confronto e verifica delle dinamiche territoriali in atto e le disposizioni del piano approvato. 41

5 georeferenziazione 1 2 aggiornamento e/o verifica dataset 3 4 SIT nuovo dataset 6 5 Figura 5 - Schema (sperimentale) metodologico semplificato di introduzione dei dati satellitari nel SIT. Telerilevamento di una porzione di Roma del satellite Landsat 7 ETM+ (gennaio 2000). 1 cartografia di base; 2 immagine grezza; 3 immagine processata (RGB 453); 4 individuazione di aree sull'immagine elaborata: il perimetro giallo individua macchia mediterranea e conifere (riserva naturale di Castel Porziano), il perimetro verde principalmente querce senza foglie (ripresa invernale, gennaio 2000); 5 layer delle perimetrazioni; 6 Strumento Urbanistico. Immagini fornite dalla EURIMAGE sede di Roma, copyright ESA. 42

6 Come introdurre il dato satellitare nel SIT per la pianificazione urbanistica? Non è possibile fornire una risposta unica a questa domanda. È sicuramente possibile ed auspicabile, alla luce di quanto premesso, l introduzione del dato satellitare nei SIT per la pianificazione urbanistica ma, ovviamente, molto dipende dalla scala dell intervento, dalla finalità e dal tipo di piano, dalla situazione geografica ecc.. L esempio che segue vuole semplicemente fornire un quadro esemplificativo delle possibilità offerte dalle tecniche e dai dati sinora discussi negli aspetti forestali della pianificazione urbanistica di area vasta. In sintesi, dall'immagine satellitare georiferita vengono ricavate una serie di informazioni territoriali che, introdotte in ambiente SIT, aggiornano o costituiscono nuovi dataset territoriali utili alla pianificazione urbanistica. Conclusioni Al crescente sviluppo, qualitativo e quantitativo, dei satelliti per il telerilevamento territoriale non è seguito un effettivo aumento dell'utilizzazione di tali dati per la pianificazione urbanistica. Questa limitazione deriva essenzialmente dalla scarsità di un approccio sistemico al processo di pianificazione urbanistica che permetta l integrazione dei dati satellitari in ogni fase del processo di pianificazione, dalla progettazione all'attuazione delle disposizioni del piano approvato. Questo studio intende affrontare i primi riferimenti metodologici per un utilizzazione sistematica del dato satellitare, sia nel SIT che nella pianificazione urbanistica. Fornire i SIT di dataset aggiornati ed aggiornabili rappresenta un elemento essenziale per adeguare i piani urbanistici alle dinamiche territoriali. Fornire i piani di SIT che utilizzano dati telerilevati da satellite ed informazioni geografiche è oggi la necessità primaria della pianificazione. Applicazione Utilizzazione del dato satellitare IRS-1D per la produzione di carte tematiche di aggiornamento cartografico Sebbene le caratteristiche dei satelliti di ultima generazione, ad alta risoluzione (1 metro a terra) ed ancora più quelli ad altissima risoluzione al di sotto del metro, permettano di approfondire l'aggiornamento cartografico sino alla precisa individuazione planimetrica dell'edificato (potendo entrare in concorrenza diretta con il telerilevamento aereo), in questo caso di studio si è scelto di sperimentare un approccio tematico e speditivo per l aggiornamento cartografico finalizzato al controllo ed al monitoraggio di situazioni territoriali in rapida evoluzione che hanno bisogno di informazioni cartografiche aggiornate ed aggiornabili. La scelta del dato IRS (Indian Remote Sensing) scaturisce da scelte di tipo economico, oltre che tecnico. Una scena IRS, infatti, bene si adatta ad essere utilizzata per indagini territoriali fino a scale di 1:10.000, risulta avere costi contenuti (la scena minima di 23x23 Km costa 800 euro) ed offre la possibilità di programmare un monitoraggio con intervalli temporali anche brevi. Obbiettivo del caso di studio Introdurre il dato satellitare IRS-1D nel SIT per la produzione di carte tematiche finalizzate al monitoraggio dei cambiamenti territoriali ed all aggiornamento cartografico da effettuare direttamente tramite l immagine satellitare o attraverso vie tradizionali. Dati Sono stati utilizzati i seguenti dati: scena IRS-1D (ripresa di giugno 2000), fornita a scopo sperimentale dalla EURIMAGE di Roma, copyright ESA (che si ringrazia per la collaborazione); carta tecnica regionale del Lazio (foglio 15N, ripresa aerea del 1990) pubblicata nel Software impiegati ER Mapper 6.1, utilizzato per georiferire ed elaborare il dato IRS; Arc View 3.1, per introdurre ed elaborare il dato IRS in ambiente SIT. Procedimento La scena IRS è stata georiferita sulla carta tecnica regionale e processata (tramite ER Mapper 6.1), quindi introdotta in ambiente SIT (Arc View 3.1). Si è scelto di rappresentare il dato satellitare in pseudocolor/red, per facilitare la discriminazione delle aree edificate (rosso) (v. figura 6). La semplice sovrapposizione, tramite il sistema SIT, della sezione CTR del Lazio alla succitata scena satellitare IRS mette in evidenza in rosso le aree in cui è probabile riscontrare nuovi elementi edificati, non contemplati dalla cartografia di riferimento. Per approfondire l individuazione delle modifiche territoriali dovute all esistenza di nuove costruzioni sono stati introdotti alcuni parametri che aiutano a distinguere le aree che hanno subìto una trasformazione in termini di nuova edificazione da altre che possono apparire modificate per una serie di motivi, essenzialmente dovuti alla firma spettrale o a caratteristiche fisiche. La scelta e l utilizzazione di questi parametri sono dettate dalla specificità della porzione di territorio che si sta analizzando oltre che dalla specifica applicazione; in questo caso, viste le caratteristiche proprie dell'area di studio, sono stati considerati: 44

7 1. la forma più o meno squadrata di gruppi di pixel: l'edificato, infatti, presenta nell area esaminata una forma geometrica definita (come è evidente in figura 7); 2. l analisi della cartografia esistente: tale operazione permette di sviluppare ragionamenti sulle tipologie edilizie, sul tessuto viario, sulle dimensioni medie degli edifici ecc.; 3. la localizzazione delle probabili aree di esame: nelle aree più periferiche, così come nelle borgate (caso in esame), è più probabile la presenza di nuove edificazioni. La rappresentazione sistematica degli elementi nuovi sulla cartografia di base permette di ottenere carte tematiche per l aggiornamento, utili per due tipi di interventi successivi: 1. l individuazione di una porzione di territorio da approfondire con dati provenienti da satellite o da aerofotogrammetria ad alta risoluzione. La scelta mirata di una piccola zona riduce la superficie territoriale della ripresa diminuendo i costi delle riprese e della loro elaborazione; 2. intervento diretto e mirato sul territorio, attraverso sopralluoghi indirizzati dalla carta tematica di aggiornamento. Conclusioni I costi contenuti delle immagini IRS, uniti all'alta risoluzione geometrica (ogni pixel misura 5,8 m a terra, con la possibilità di utilizzare le immagini fino alla scala di 1:10.000) e ad un'accettabile frequenza di passaggio sulla stessa area (24 giorni), rendono il dato IRS un'efficace strumento di verifica e controllo territoriale anche per serie storiche ravvicinate. La produzione di carte tematiche per l aggiornamento cartografico, ottenute con la metodologia sviluppata in questo studio, è utile infatti per la verifica ed il controllo, ad esempio, di ogni tipo di area sottoposta a vincolo di inedificabilità (vincoli paesaggistici, storico-archeologici, legge Galasso, ecc.); può inoltre essere considerato un valido supporto per la verifica della cartografia di riferimento prima di un intervento di progettazione urbanistica, in mancanza di una cartografia aggiornata al momento della analisi e progettazione. È opportuno evidenziare che i parametri sopraddetti, ed altri che possono essere individuati per la stessa applicazione o per altre, devono essere utilizzati e definiti attraverso l uso di tecniche di elaborazione di immagini rese disponibili da software specifici (in questo caso Er Mapper 6.1). Autori MAURO SALVEMINI Responsabile LABSITA 1 e presidente di AGILE (Association of Geographic Information Laboratories in Europe). mauro.salvemini@uniroma1.it LEONARDO DONNALOIA Collaboratore LABSITA e consulente per il Centro Interregionale di coordinamento e documentazione per le informazioni territoriali. leodonnaloia@tiscalinet.it 1) LABSITA: è il laboratorio di Sistemi informativi territoriali ed ambientali del Dipartimento di Caratteri degli Edifici e dell Ambiente della Facoltà di Architettura A dell Università La Sapienza di Roma; è membro fondatore di AGILE (Association of Geographic Information Laboratories in Europe). URL:

8 Figura 6 - Sovrapposizione del foglio 15N (blu) della carta tecnica regionale (Lazio) all'immagine IRS (ripresa di giugno 1999) elaborata (pseudocolor/red). Le zone rosse rappresentano aree da assoggettare a possibili aggiornamenti cartografici. Figura 7 - Approfondimento della figura 1. Il cerchio individua un'area in cui è possibile riscontrare un nuovo edificio non riportato sulla cartografia disponibile, il quadrato individua un elemento naturale che, anche se evidenziato in rosso sul tema in quanto non annullato da colore sovrastante ( il grigio), non rientra nell aggiornamento dell'edificato. 46