PROGETTO COLT 2007/8. Parte telerilevamento: individuazione colture agricole

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1 modifiche: 0.55 / , Pagina di 6 PROGETTO COLT 2007/8 Parte telerilevamento: individuazione colture agricole Rapporto breve dati del 09/06/2008 Andrea Spisni (aspisni@arpa.emr.it) Lab. di Telerilevamento; Area Agrometeorologia e Territorio, Servizio Idrometeorologico, ARPA-EMR ( V.le Silvani 6, Bologna 4022, tel , fax SCOPO Strumento territoriale indipendente di individuazione delle colture per valutare i consumi idrici attesi tramite modello Criteria OBBIETTIVI DEL TELERILEVAMENTO Classificare le colture agricole in atto per inizio giugno in modo da fornire i dati per l applicazione del modello DESTINATARI Regione e Consorzi di Bonifica AREA TEST Pianura compresa tra Bologna e Reggio-Emilia STRUMENTI Analisi di immagini satellitari e modello Criteria

2 modifiche: 0.55 / , Pagina 2 di 6 INTRODUZIONE La conoscenza della distribuzione delle colture agricole in atto riveste una notevole importanza nella pianificazione della risorsa idrica perché permette la stima del reale fabbisogno irriguo di un territorio tramite opportuni modelli matematici di simulazione. Il progetto COLT (Classificazione delle colture in atto tramite Telerilevamento), cofinanziato da Arpa e Assessorato Agricoltura della Regione Emilia-Romagna, è uno strumento di individuazione e quantificazione spaziale delle colture e valutazione dei consumi idrici attesi tramite il sistema modellistico per la simulazione del bilancio idrico dei suoli di pianura Criteria (Controllo delle Risorse Idriche Territoriali per la Riduzione dell Impatto Ambientale). Il software Criteria, sviluppato presso il Servizio Idrometeorologico di Arpa Emilia-Romagna, è strutturato per applicazioni sia puntuali che territoriali, utilizza dati meteorologici, pedologici e agronomici georeferenziati per determinare il contenuto di umidità del terreno, considerando tutti gli apporti idrici e le perdite derivanti dai processi che hanno luogo nel profilo di suolo. Obbiettivo del progetto è quindi la valutazione e definizione di un protocollo operativo applicabile a livello regionale in grado di monitorare l'uso reale del suolo su scala annuale sia a fini statistici georiferiti che di gestione dell'acqua irrigua. Durante questo anno sperimentale, il progetto Colt considera l'area agricola di pianura compresa tra Bologna e Reggio-Emilia fino ad oltre il fiume Po, contenuta all'interno di un quadrato di 60 x 60 km e inclusa nei Consorzi di bonifica: Reno-Palata, Burana Leo Scoltenna Panaro, Parmigiana Moglia Secchia e Destra Po Terre dei Gonzaga. METODOLOGIA Nel periodo tra novembre 2007 e maggio 2008 sono state programmate 4 acquisizioni Spot 5 sull'area di studio in collaborazione con Telespazio e Spotimage. Il sensore Hrg montato sul satellite acquisisce a 0 m di risoluzione geometrica su 4 bande dello spettro. In concomitanza del passaggio del satellite si sono eseguiti rilievi in campagna su punti noti fissati dai tecnici dei consorzi coinvolti. In tutto sono stati individuati 6 punti di controllo (estensione di 45 ha totali, vedi tabella ) che sono stati visitati tutte e quattro le volte e 59 punti aggiuntivi rilevati una sola volta (estensione di 290 ha). Durante il rilievo è stata individuata la fase fenologica della coltura, in scala Bbch, ed altre informazioni aggiuntive, come stato del suolo, note, foto ed altro. A livello di presenza delle colture, visto le semplificazioni in atto nelle rotazioni agricole, l'area di studio è caratterizzata principalmente da grano, mais, medica, barbabietola, melone, e tra le arboree da vite, pero e melo. Come colture estive secondarie primeggiano patata, pomodoro, sorgo, girasole, meloni, zucche e zucchine. Le immagini sono state acquisite durante le seguenti date: //2007, 07/02, 05/04 e 0/05/2008. La copertura nuvolosa è presente solo in parte sull'ultima immagine. La gestione della fase di programmazione ha presentato delle limitazioni rispetto alle date ottimali individuate in fase di pianificazione, sia a causa della frequente copertura nuvolosa durante i periodo indicati, sia poiché non è stato possibile ordinare su archi temporali quindicinali, ma mensili. Quest'ultimo aspetto è stato determinante per l'ultima acquisizione che è avvenuta proprio il primo giorno del mese, periodo in cui le presenza delle colture erbacee estive non è ancora particolarmente visibile da satellite, in quanto a inizio sviluppo (fase fenologiche BBCH per mais, bietola e patata: 4-8). Questo ha determinato la necessità di creare una macro classe con mais prevalente, parte di bietola, patata, pomodoro e cipolla. La bietola a buona copertura a inizio maggio è invece stata classificata. Dopo aver definito le aree di controllo sui punti rilevati, si è impostata la procedura di classificazione utilizzando l'algoritmo Spectral Angle Mapper (Sam). La precisione complessiva stimata si attesta sul 88% (± 5%). dati classificati sono stati successivamente vettorializzati e ripuliti delle aree sotto l'ettaro. A questo punto lo strato vettoriale è stato importato in Criteria per il calcolo del bilancio idrico in base al tipo di suoli e ai dati meteo. Il modello è stato applicato solo sul territorio emiliano, in quanto per la extra regionale non si dispone dei dati vettoriali sui suoli. I dati così strutturati sono stati analizzati a livello di distretti irrigui forniti dai consorzi. In tabella 2 si riporta la legenda, mentre nell'immagine ed in tabella si riportano i distretti irrigui considerati e le superfici analizzate.

3 modifiche: 0.55 / , Pagina di 6 RISULTATI La classificazione è buona nell'individuazione dei cereali autunno vernini, della macro classe mais, della bietola a buona copertura e della medica. Per quel che riguarda le specie arboree, la separazione tra melo e pero riportata deve essere interpretata come un tentativo da validare da parte dei consorzi e le due classi possono anche essere considerate assieme come pero prevalente. Nelle zone frutticole poste a sud dell'area di studio sono anche presenti, in misura minore, altre frutticole come ciliegi, susini, albicocchi che però risultano ad elevata frammentazione e non classificabili e quindi inglobate nelle classi melo e pero. Si ritiene anche che sempre in questa zona sia sovrastimata la vite. Anche in altre aree possono essere presenti false classificazioni tra vigneto e frutteti e questo è dovuto a risposte spettrali in certi casi simili che dipendono sia dall'inerbimento comune tra le file degli impianti, sia alle forme di allevamento delle piante (forma, sesti, altezza piante e teli antigrandine) che dall'eventuale presenza di foglie secche o lavorazioni al suolo. All'interno delle classi arboree possono anche ricadere filari di piante ornamentali e giardini arborati non mascherati. In generale i risulti ottenuti sono più interessanti per l'individuazione delle colture erbacee rispetto alle frutticole. La maggiore precisione di discriminazione delle colture erbacee sfrutta sia la diversa distribuzione temporale in campo (assenza/presenza) che le risposte spettrali della piante in vegetazione. Nella tabella 4 si riportano i dati a livello di consorzio, mentre nelle tabelle 5 (), 6 () e 7 () i risultati sono aggregati a livello di distretto irriguo. CONCLUSIONI L'individuazione da satellite delle colture ha restituito risultati soddisfacente ed ha permesso di ottenere entro metà giugno i dati statistici sulla distribuzione delle specie agricole sul territorio ed i risultati dal modello di bilancio idrico. Essendo i dati classificati ottenuti da rilievi e elaborazioni informatiche, maggiori dettagli su difetti e pregi dei risultati sono rimandati al controllo da parte dei tecnici dei consorzi che meglio conoscono la realtà locale dei distretti. Come indicazione futura, al fine di evitare acquisizioni troppo precoci e di ottenere una maggiore discriminazione delle colture idro-esigente, si suggeriscono tre schemi di acquisizione (tabella 8), elencando pro e contro. Lo schema 0 appare potenzialmente il più interessante di quelli basati su quattro acquisizioni in quanto mantiene l'immagine di novembre, utile per una discriminazione certa del grano, e sposta di un mese le ultime due acquisizioni su periodi a certa copertura vegetale delle colture estive. Rimane comunque da valutare la possibilità di discriminazione le differenti specie estive in caso di immagini acquisite su date a copertura totale. La condizione ottimale sarebbe che le due immagini primaverili avvenissero in momenti di copertura differenziata delle piante, sfruttando maggiormente nella classificazione l'aspetto dell'incremento della copertura diversa temporalmente per ogni specie. Come ultima nota per ridurre i tempi di consegna delle immagini da parte del gestore del satellite, conviene impostare l'ordine con download diretto dei dati. Per maggiori dettagli sulla precisione della classificazione si rimanda all'esperienza dei tecnici dei consorzi.

4 modifiche: 0.55 / , Pagina 4 di 6 TABELLE Coltura Appezzamenti Perimeter_m Area_Ha Aglio-cipolla-legumi-insalata Barbabietola Cipolla Colza Fragola Girasole Grano Grano foraggero Loietto Mais nuovo impianto Melo 5.02 Melone Melone-ortaggi Orzo Patata Pero Pero nuovo impianto Pisello Pomodoro Prato stabile Riso Sorgo Susino Totale Tabella. Superfici rilevate durante i sopralluoghi di campagna (quelli di dimensioni sotto l'ettaro non sono stati considerati)

5 CODICE GRIDCODE modifiche: 0.55 / , Pagina 5 di 6 TIPO COLTURA PREVALENTE ALTRE COLTURE COLTURA PER CRITERIA EA Graminacee autunno vernine Grano Inclusione di orzo ed altre graminacee autunno Grano vernine foraggere 2EE 2 Colture estive Mais Inclusione di parte di bietola, patata, sorgo, Mais pomodoro e cipolla EEba Sottostima a causa del non uniformità di copertura sugli appezzamenti (inclusione nella classe 2) 4EEpa 4 Patata 5EEcz 5 Colza Colza 6EP 6 Inclusione di prati stabili 7LFme 7 Pomacee Melo Prevalenza di pomacee. Separazione indicativa tra Melo frutteti. Possibile inclusione di susino, ciliegio ed altre frutticole e filari arborati 8LFpe 8 Pomacee Pero Prevalenza di pomacee. Separazione indicativa tra Pero frutteti. Possibile inclusione di susino, ciliegio ed altre frutticole e filari arborati 9LVvi 9 Possibile inclusione di frutteti e filari arborati. Sovrastiva nei distretti sud di 0EPni 0 nuovo impianto Possibile inclusione di cereali autunno vernini a semina molto tardiva e erbacee estive molto coprenti precoci Non classificabile, inclusa in 2EE Tabella 2. Legenda delle classi e note associate

6 modifiche: 0.55 / , Pagina 6 di 6 ID CONSORZIO DISTRETTO IRRIGUO HA AGRI NO_AGRI %_AGRI_COP 9 BOZZALA 488 COPERTURA %_COP % 7 CANALE S. PIETRO % 6 CANALI CORLO E FORMIGINE % 5 CHIAVICA SECCHIA % 0 DESTRA PANARO % FOSSALTA % % GRONDA SUD % % 4 PILASTRESI % % 2 SABBIONCELLO Nord % 0 0 0% 8 SABBIONCELLO Sud % 4 ARIOSTO % CONDOTTA PIAZZA DI SABBIONE % 2 DUGARO % 8 EXTRA COMPRENSORIO % 5 PO PIANURA % % 6 SECCHIA-MO % % 7 SECCHIA-RE % ZIMELLA % 9 P AREA NORD SS % 27 P AREA SERVITA % 2 P CANAL TORBIDO FUORI COMPRENSORIO % 20 P CER FUORI COMPRENSORIO % 0 P CER NORD % 29 P CER SUD % 22 P FINALETTO % 2 P GAGGIO % 26 P PRAVARANO % % 28 P PRAVARANO-AREA SERVITA % 24 P SAMOGGIA LAVINO % 25 P SAMOGGIA RENO % % % Kmq: kmq totali del distretto irriguo Copertura: copertura (ha) delle quattro acquisizioni rispetto alla superficie del distretto %_Cop: percentuale superficie coperta dalle acquisizioni Agri: superficie (ha) coperta da scena e classificata (Superficie agricola entro il distretto) No_Agri: superficie (ha) mascherata con uso del suolo 200 cod.--4-5, v2r di rete viaria e idrica e distretti irrigui (non classificata) %_Agri_Cop: percentuale della superficie agricola sulla superficie dei distretti coperta dalle scena Il distretto Sabbioncello Nord ricade fuori dall'area acquisita, mentre le superfici di Canal Torbido e Cer ricadenti fuori comprensorio sono state assegnate a Destra Panaro. è stato trattato come unico distretto irriguo. Tabella. Distretti irrigui

7 modifiche: 0.55 / , Pagina 7 di 6 Ha %_AGRI_TOT 7, % %_AGRI_CB 24, %.48% 2, %.% 4, % 5.79% 8, %.7% %.20% 6,0.58.% 8.% 4, % 6.78% nuovo impianto, %.7% 59, % 2, % 20.4% 9, % 5.44%, % 5.27% Colza , % 25.04%, %.07% 6,25.7.2% 0.72% 0, % 7.67% nuovo impianto, % 2.8%, % Graminacee autunno vernine -grano prevalente- 0, %.6% 9, % 0.2% 2, % 7.26%, %.0% %, % 4.%, %.9% nuovo impianto %.50%, % Graminacee autunno vernine -grano prevalente- 6, % 9.99% 8, % 26.4%, % 4.72% 8, % 27.69% %.02%, % 2.56%, % 4.2% nuovo impianto, %.6% Totale complessivo 95,7.6 Tabella 4. Superfici suddivise per consorzio (per significato GRIDCODE far riferimento a Tabella 2). La seconda colonna riporta la % sul consorzio, mentre la terza sul distretto.

8 modifiche: 0.55 / , Pagina 8 di 6 HA %_AGRI_TOT 7, % BOZZALA % 0.56% % 5.47% % 29.7% % %.6.29% % % 6.6% nuovo impianto % CANALE S. PIETRO 2, %.4% % 0.7% 2.4% % 0.7% 0.79% % % 0.92% 26.95% % 0.25% 7.4% % 5.96% % 0.77% 22.6% nuovo impianto % 2.96% CANALI CORLO E FORMIGINE 6, % 8.67%, % 2.6% 24.9% % 0.62% 7.8% % 0.52% 5.98% 2, % 2.86%.0% %.7% %.%.06% % 0.80% 9.9% nuovo impianto % 0.26% 2.95% CHIAVICA SECCHIA, %.44% % 0.28% 9.5% % 0.4% 29.74% % % % % % 2.47% nuovo impianto 0.8.0% DESTRA PANARO 7, % 9.57% 2, % 2.80% 29.27% 2, %.0%.64% % 0.48% 5.0% %_AGRI_CB %_AGRI_DI

9 modifiche: 0.55 / , Pagina 9 di % 0.9% 9.69% %.4% % 0.97% 0.8% %.05% 0.98% nuovo impianto %.88% FOSSALTA, % 4.% %.5% 27.99%, % 2.% 5.7% % 0.8% 9.25% % 2.0% % % 7.56%.92 0.% nuovo impianto % GRONDA SUD % 0.89% % 0.29% 2.06% % 6.74% % % 2.96% % 0.98% % nuovo impianto 2.7.2% PILASTRESI, % 4.64% %.9% 25.75%, % 2.5% 46.9% % 7.5% % 2.6% % % 0.60% 2.97% % nuovo impianto %.0% SABBIONCELLO 49, % 66.7% 8, % 24.79% 7.6% 6, % 22.29%.42% 2, %.75% 5.62% 4, % 6.05% 9.07% % 0.6% 0.54%, % 4.8% 7.2% 2, %.70% 5.54% nuovo impianto % 0.96%.44% Tabella 5. Superfici suddivise per distretti irrigui

10 modifiche: 0.55 / , Pagina 0 di 6 HA %_AGRI_TOT 59, % ARIOSTO %.22% % 7.29% % % % 0.7% 59.86% % % 9.24% % 8.29% nuovo impianto % CONDOTTA PIAZZA DI SABBIONE % 0.47% % %.8.7% % 4.85% % % % nuovo impianto % DUGARO % 0.58% % 9.2% % % 0.% 57.% % % % nuovo impianto % EXTRA COMPRENSORIO % 0.28% % 40.2% % % %.97% % % % nuovo impianto % PO PIANURA 52, % 89.7%, % 9.07% 2.4% 8, % 4.8% 6.57% 2, % 5.05% 5.65% %_AGRI_CB %_AGRI_DI

11 modifiche: 0.55 / , Pagina di 6 Colza 7.08, % 20.8% 22.58%, % 2.66% 2.98% 5, % 9.8% 0.50% 9, % 6.09% 8.00% nuovo impianto, % 2.% 2.8% SECCHIA-MO %.00% % 9.90% % 0.2% % % 6.64% % % 0.6% 5.7% % nuovo impianto % SECCHIA-RE, % 6.45% % 0.76%.84% % 0.5% 5.48% % 2.25%, % 2.9% 45.04% %.69% % 0.74%.44% %.5% 7.79% nuovo impianto % 2.48% ZIMELLA % 0.6% % % 7..92% % 0.46% 7.7%..55% %.75 9.% nuovo impianto % Tabella 6. Superfici suddivise per distretti irrigui

12 modifiche: 0.55 / , Pagina 2 di 6 HA %_AGRI_TOT, % AREA NORD SS9, % 6.0% %.77% 29.48% %.95% 2.55% % 0.60% 9.97% % 8.9% % %.77% % 0.86% 4.25% nuovo impianto % AREA SERVITA, % 2.2%, %.26% 26.69% % 2.84% 2.24% %.09% 8.9% %.47% 2.06% % %.80% % 2.8% 2.7% nuovo impianto %.46% CER NORD 4, % 46.87% 5, % 7.48% 7.0% 5, % 8.64% 9.78% % 2.79% 5.95%, %.5% 7.52% % %.62%.45% % 2.2% 4.96% nuovo impianto % 0.9% CER SUD 2, % 8.5% %.97% 24.22% % 0.97%.86% % 6.20% %.5% 4.4% % 4.92% % 0.82% % 2.8% 26.8% nuovo impianto %.8% FINALETTO, % 6.25% % 2.04% 2.59% %.24% 9.90% % 7.% %.60% 25.6% %_AGRI_CB %_AGRI_DI

13 modifiche: 0.55 / , Pagina di % % 5.06% % 6.% nuovo impianto % 2.55% GAGGIO %.67% % 26.6% % 8.68% % 9.0% % 2.97% 8.9.6%. 0.0% 5.98% % 2.7% nuovo impianto % PRAVARANO, %.66% % 0.84% 22.88% % 2.50% %.98% % 9.9% % % 6.52% %.% 0.47% nuovo impianto % PRAVARANO-AREA SERVITA % 0.82% %.88% % 7.69% % % % % % 45.82% SAMOGGIA LAVINO, % 5.75% % 2.6% 7.68% %.09% 8.98% %.49% % 0.90% 5.69% % % 2.98% % 7.70% nuovo impianto %.6% SAMOGGIA RENO 2, % 8.62%, %.55% 4.5% % 2.57% 29.86% % 8.55%

14 modifiche: 0.55 / , Pagina 4 di % 0.79% 9.2% % %.6% % 5.26% nuovo impianto % 2.07% Tabella 7. Superfici suddivise per distretti irrigui 0 MESI Schema adottato durante il test. Risultati meno dell'atteso a causa della precoce ripresa di maggio. Novembre Facilità di separazione tra grano e medica. A febbraio è Febbraio possibile classificare il grano. Potrebbe Aprile rappresentare la soluzione ottimale, in quanto Maggio l'immagine di di aprile ai fini dei seminativi estivi è poco significativa -(più utile per medica). Attenzione a taglio medica in maggio Novembre Maggiore facilità di separazione tra colture estive. Attenzione al primo taglio Febbraio della medica. Maggior facilità di confusione tra grano e medica. Il grano è classificabile a giugno. Maggio Potenziale possibilità di separazione grano/orzo. Se a giugno si perde la Giugno ripresa il grano rischia di confondersi con la medica. Febbraio Combinazione a maggiore precisione in grado di compensare eventuali problemi nelle immagini. Aprile A febbraio è possibile classificare il grano. Novembre Maggio Aprile Giugno Maggio Giugno Giugno Luglio Consegna risultati MESI Consegna risultati 2 Consegna risultati MESI Luglio Note aggiuntive: Novembre-febbraio: grano seminato prima di novembre Febbraio-aprile-maggio: medica e grano simili Aprile maggio: medica nuovo impianto Aprile-maggio: medica e frutteti separabili Tabella 8. Schemi di acquisizione mensili Consegna risultati MESI Febbraio Luglio

15 modifiche: 0.55 / , Pagina 5 di 6 IMMAGINI Immagine. Localizzazione dei distretti irrigui

16 modifiche: 0.55 / , Pagina 6 di 6 GRAFICI Progetto Colt 2007/8 Distribuzione totale delle colture (09/06/2008) 25,000 Somma di Hectares 20,000 5,000 0,000 5, GRIDCODE Consorzio Grafico. Distribuzione delle colture per consorzio