Relazione preliminare

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1 RILIEVO DI DETTAGLIO DELLA BATIMETRIA COSTIERA LAZIALE CON TECNOLOGIE LIDAR E VALUTAZIONE DELLE CARATTERISTICHE FISICHE E BIOLOGICHE IN AREE MARINE DELLA COSTA LAZIALE DI SPECIFICO INTERESSE AMBIENTALE FASE 1B - Acquisizione e groundtruthing Relazione preliminare Giugno 2009

2 Responsabile del Programma: Dr. Luisa Nicoletti Responsabile Operativo: Dr. Andrea Taramelli Hanno collaborato per l ISPRA: Dr. Matteo Conti Dott.ssa Elena Pallottini Dott.ssa Monica Targusi Dott.ssa Emiliana Valentini

3 INDICE PREMESSA INTRODUZIONE ACQUISIZIONE DATI TELERILEVATI Aree rilievo Dotazione strumentale Modalità di acquisizione e condizioni al contorno ACQUISIZIONE DATI DI CAMPO Aree rilievo in campo Dotazione strumentale Modalità di acquisizione e condizioni al contorno

4 PREMESSA L ISPRA (Istituto Superiore per la Protezione e la Ricerca Ambientale), nell ambito della Convenzione di Ricerca per il Rilievo di dettaglio della batimetria costiera laziale con tecnologie lidar e valutazione delle caratteristiche fisiche e biologiche in aree marine della costa laziale di specifico interesse ambientale (lettera del , prot. ISPRA n /08), è stato incaricato di produrre una serie di elaborati aggiornati al 2009 relativi ad alcuni aspetti morfologici e ambientali di due aree della fascia costiera della Regione Lazio con lo scopo di fornire elementi di valutazione ambientale finalizzati alla gestione integrata delle zone costiere tramite l impiego di nuove metodiche di rilievo. Tale obiettivo verrà perseguito mediante l esecuzione di diverse attività articolate nelle fasi di seguito descritte: FASE 1 A Ricerca bibliografica di settore e implementazione della metodologia; B Acquisizione e groundtruthing; FASE 2 - Caratterizzazione morfologica (analisi morfometrica); FASE 3 - Caratterizzazione ambientale. Nella presente relazione, relativa alla Fase 1B Acquisizione e Groundtruthing, vengono sinteticamente descritte le attività di acquisizione dati condotte, necessarie alla realizzazione del dataset oggetto del processing e degli elaborati previsti dalla suddetta Convenzione. 2

5 1. INTRODUZIONE La fase di acquisizione con strumentazioni aerotrasportate rappresenta una innovazione nell ambito della trattazione di dati ambientali in aree marino/costiere. In particolare l utilizzo contemporaneo di due strumenti, quali LiDAR e sensore iperspettrale, ha un duplice obiettivo, da un lato l acquisizione di informazioni topografiche e batimetriche (rilevare forme, dimensione e posizione di oggetti), dall altro di effettuare un indagine ad elevata penetrazione della spiaggia sommersa ed emersa con l intento di valutare le differenti risposte spettrali di matrici ambientali presenti in tali aree. L integrazione dei due strumenti, impiegati contemporaneamente, consente di indagare diversi aspetti del contesto marino costiero, acquisendo notevoli quantità di dati in tempi rapidi e senza interferenze dirette sull ambiente. La realizzazione della campagna di acquisizione-dati di seguito descritta potrebbe costituire un benchmark, fra i primi esempi sull uso esteso di dati da remoto per l indagine, il monitoraggio e la gestione di aree costiere. Un approccio alternativo ai metodi ad oggi più diffusi che, opportunamente approfondito e implementato, potrebbe costituire nel prossimo futuro uno strumento di gestione territoriale integrata esportabile a contesti costieri con diverse problematiche. Struttura del documento Nel presene documento vengono descritte le attività relative all acquisizione da remoto con riferimento alle aree rilevate, le modalità di acquisizione, le condizioni al contorno, la strumentazione utilizzata. Successivamente vengono descritte le attività di acquisizione in campo per l integrazione/validazione del dato telerilevato con riferimento alle aree test, strumentazione utilizzata e condizioni al contorno. 3

6 2. ACQUISIZIONE DATI TELERILEVATI Il rilievo delle aree concordate con la Regione Lazio ha previsto l acquisizione contemporanea di dati da remoto tramite strumentazione LiDAR e sensore iperspettrale; contestualmente sono state acquisite anche una serie di ortofoto. L acquisizione è stata effettuata dalla BLOM-CGR, vincitrice della gara d appalto appositamente istituita da ISPRA. Il rilievo è stato eseguito nei giorni maggio 2009 utilizzando un aeromobile ad ala fissa (modello Rockwell Commander N-690 CL) caratterizzato dalla presenza di due distinte botole che hanno consentito di allocare i due strumenti per la presa Aree rilievo Le due aree della fascia costiera del Lazio rilevate hanno una estensione complessiva pari a 77 km² (Figura 1), in particolare: 37 km² nel tratto compreso fra il confine regionale con la Toscana e le località di Tarquinia e Montalto di Castro; 40 km² nel tratto fra Torre Astura e il promontorio del Circeo. Figura 1 - Ubicazione delle due aree di rilievo. 4

7 2.2. Dotazione strumentale Di seguito vengono riportate le principali caratteristiche tecniche degli strumenti utilizzati per l esecuzione del rilievo: sensore LiDAR, sensore iperspettrale, camera digitale e sistema di posizionamento spaziale. Per ogni strumento i valori riportati relativamente alle caratteristiche rappresentano il massimo della resa dello strumento. LiDAR HawkEye II : Frequenza LiDAR topografico 64,000 Hz Frequenza LiDAR batimetrico 4,000 Hz Un raggio laser infrarosso e un raggio laser verde Accuratezza orizzontale/verticale (terreno): 0.25 m/0.5 m Accuratezza orizzontale/verticale (mare): 0.5 m/5 m (IHO Order 1) Massima profondità: 60 m Abbbracciamento: 240 m Sistema di posizionamento e navigazione: Applanix POS AV 410 GPS/IMU Daedalus MIVIS 4 spettrometri, 102 canali 20 canali nel visibile e 8 canali nel NIR (fra 430nm e 830nm), risoluzione al suolo da 3 a 10 metri (949 pixel abbracciamento della strisciata); Copertura fotografica: Camera digitale integrata medi formato Modello: ueye UCGA 2 MPixel 25 cm GDS Immagini RGB La posizione e l assetto del sistema laser batimetrico sono stati determinati mediante un sistema inerziale, associato ad un Differential GPS (DGPS-dual frequency). E stata utilizzata la rete di stazioni fisse nei pressi delle aree di rilievo per avere dati GPS rinex a 1Hz, mentre i dati di bordo sono stati registrati dal sistema Applanix AV 410 per il calcolo della traiettoria precisa dell aeromobile. Sono stati registrati con metodologia GPS RTK una serie di punti a terra in aree preventivamente pianificate, quali aree di controllo. Tali punti sono usati come controllo al suolo per il rilievo LiDAR e come GCP per la mosaicatura delle immagini RGB acquisite. Durante l acquisizione la costellazione GPS è stata costantemente monitorata. Le riprese sono state effettuate con un minimo di 6 satelliti sempre visibili, con un elevazione di 12 e un PDOP < 3,5. 5

8 2.3. Modalità di acquisizione e condizioni al contorno Il rilievo delle due aree di fascia costiera è stato effettuato ad una quota di volo variabile e ad una velocità di circa 150 nodi. L acquisizione con i due sensori è avvenuta simultaneamente per la quasi totalità dell area coperta (solo per un numero di prese limitato si è ritenuto opportuno scendere di quota per l acquisizione con sensore MIVIS). Durante l acquisizione le condizioni meteo al contorno sono state buone, sia in termini di illuminazione che di stabilità del velivolo. L acquisizione ha garantito: Copertura del suolo con una distanza media fra i punti misurati pari a 0.9 m sul terreno e 3 m sul mare; una sovrapposizione dei voli tale da assicurare copertura integrale delle aree di interesse; per il sensore LiDAR una scansione di acquisizione a 64 khz (topografico) e fra 1 e 4 khz (batimetrico); per il sensore MIVIS 25 scansioni/secondo; la realizzazione di un modello digitale di elevazione con risoluzione: 1. pari a 3m x 3m per la zona emersa; 2. pari a 4m x 4m per il fondo del mare. I dati topografici sono stati pre-processati con software Leica Geomatics Office (LGO), i dati batimetrici mediante software Coastal Survey Studio (CSS). Sia i dati batimetrici che topografici sono stati filtrati da falsi ritorni o multipli ritorni usando il software Terrascan, inoltre sono stati rimossi i punti rumorosi o errati (spikes). A titolo di esempio viene di seguito riportata una immagine test a copertura del tratto costiero fra Torre Astura e il Promontorio del Circeo. TORRE ASTURA N Rilievo zona emersa Rilievo zona sommersa PROMONTORIO CIRCEO Figura 2 Copertura rilievo nel tratto costiero Torre Astura - Circeo. 6

9 3. ACQUISIZIONE DATI DI CAMPO In concomitanza con il volo LiDAR, sono stati acquisiti sul campo, direttamente da personale ISPRA, una serie di dati inerenti la batimetria e la torbidità dell acqua in entrambe le aree rilevate e la granulometria dei sedimenti sommersi limitatamente all area Torre Astura/Circeo. Tali dati, unitamente ai dati pregressi utili già in possesso di ISPRA, saranno necessari per la validazione ed eventuale correzione dei dati acquisiti da remoto Aree rilievo in campo Le misure in situ sono state condotte all interno delle due aree della fascia costiera del Lazio rilevate mediante LIDAR e MIVIS, secondo quanto indicato dalla figura 3. Batimetria Torbidità Batimetria Granulometria Torbidità Figura 3 Tipologia delle misure in situ condotte all interno delle due aree di rilievo Dotazione strumentale L acquisizione dei dati batimetrici è stata effettuata mediante un ecoscandaglio a colori a singola frequenza (200 o 50 khz), modello FURUNO FCV-600L, che consente di mostrare le condizioni sottomarine in 16 colori (compreso lo sfondo), su uno schermo LCD e 6 pollici TFT (Thin Film Transistor). L ecoscandaglio FCV-600L determina la distanza fra il suo trasduttore ed il fondale marino mediante l emissione di onde ultrasoniche che si propagano nell acqua ad una velocità di 1500 metri al secondo. Quando un onda sonora colpisce il fondale, rimbalza e torna alla sorgente del 7

10 segnale stesso. Pertanto, per ottenere la distanza dal fondale, basta captare l eco di ritorno e calcolare il tempo trascorso nel suo viaggio verso il fondo e viceversa. Il campionamento dei sedimenti superficiali è stato effettuato mediante l utilizzo di una benna. I sedimenti verranno sottoposti ad un analisi tessiturale al fine di determinarne la distribuzione granulometrica. Le misure di torbidità dell acqua sono state condotte mediante Disco Secchi. La profondità del Disco Secchi è il valore di profondità a cui un disco bianco di 30 cm di diametro scompare dalla vista. E consigliabile che durante la misura vi sia una buona illuminazione (cielo sereno e sole in verticale) ed un moto ondoso ridotto al minimo Modalità di acquisizione e condizioni al contorno Per quanto riguarda l acquisizione dei dati di campo occorre specificare che la maggior parte delle acquisizioni è stata effettuata nella zona Torre Astura/Circeo. Riguardo i dati batimetrici, su richiesta della BLOM CGR, sono state acquisite delle aree di controllo (circa 10m x 10m con punti acquisiti ogni metro) necessarie ad una preliminare valutazione della bontà del segnale acquisito da remoto (può infatti verificarsi che il segnale ottenuto sia totalmente fuori scala). Tali aree-test sono state rilevate in data 9 e 12 maggio 2009 rispettivamente nella zona Torre Astura/Circeo e Montalto/Tarquinia (Figura 4). N AREA DI CONTROLLO 1 km Figura 4 Area di controllo batimetrica nel tratto costiero Montalto/Tarquinia. 8

11 Nell area Torre Astura/Circeo, oltre alla suddetta area di controllo, sono stati acquisiti in data 15 aprile transetti perpendicolari alla linea di costa, dalla profondità di circa 1 m alla profondità di circa 19 m, così come illustrato nella figura 5. N FOCE VERDE 1km 1 m 19 m Figura 5 Transetti batimetrici eseguiti nell area Torre Astura/Circeo. Tutti i dati batimetrici sono stati corretti differenzialmente. Sono state inoltre apportate le correzioni di offset e di marea. Il campionamento di sedimenti ha riguardato unicamente l area Torre Astura/Circeo. In particolare in data 7 maggio 2009, nei fondali antistanti Foce Verde (LT), sono stati prelevati mediante benna 7 campioni di sedimento superficiale alle profondità di 5 e 10 metri, così come illustrato in figura 6. I risultati che deriveranno dall analisi tessiturale dei campioni, forniranno un termine di confronto per la validazione del dato ottenuto da remoto tramite il sensore iperspettrale. N 9

12 FOCE VERDE N 1km campioni sedimento Figura 6 Ubicazione campioni di sedimento nell area Torre Astura/Circeo. Riguardo i dati di torbidità, nei giorni 7 e 12 maggio 2009 rispettivamente nell area Montalto/Tarquinia e nell area Torre Astura/Circeo, sono state eseguite alcune misurazioni mediante Disco Secchi. Il valore rilevato è di circa 6 m per l area Montalto/Tarquinia mentre oscilla fra 4 m e 5 m di profondità per l area Torre Astura/Circeo. La BLOM CGR è in grado di garantire con la propria strumentazione una profondità di penetrazione del segnale pari a due volte il valore rilevato con il Disco Secchi, quando questo valore è superiore ai 3 metri. Inoltre la BLOM CGR, mediante uno studio condotto con il supporto del software SeaWiffs su dati storici relativi alla costa del Lazio ha dedotto che nelle aree del rilievo il valore medio del Disco Secchi è pari a 12 m. Alla luce di quanto sopra esposto, nelle aree rilevate è teoricamente ipotizzabile acquisire dati utili fino alla profondità di 25 m di colonna d acqua. Più realisticamente, data l elevata variabilità spazio-temporale della torbidità dell acqua e le non sempre ideali condizioni di visibilità atmosferiche, è auspicabile il raggiungimento di profondità di acquisizione comprese fra 15 m e 20 m. N 10