Inquadramento normativo e perimetrazione di aree percorse dal fuoco con GPS

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1 TECNICHE SATELLITARI AVANZATE PER IL CONTROLLO DEGLI INCENDI NELLO SPAZIO RURALE Potenza, marzo 2007 (cod. corso SPC0701/AE) Inquadramento normativo e perimetrazione di aree percorse dal fuoco con GPS Gherardo Fracassi ERSAF Regione Lombardia Struttura Gestione forestale e Monitoraggio ambientale

2 art. 10 c. 1 e 2 Legge n Legge quadro in materia di incendi boschivi le zone boscate ed i pascoli i cui soprassuoli siano stati percorsi dal fuoco non possono avere una destinazione diversa da quella preesistente all'incendio per almeno quindici anni. [...] In tutti gli atti di compravendita di aree e immobili situati nelle predette zone, stipulati entro quindici anni dagli eventi previsti dal presente comma, deve essere espressamente richiamato il vincolo di cui al primo periodo, pena la nullità dell'atto I Comuni provvedono, entro novanta giorni dalla data di approvazione del piano regionale di cui al comma 1 dell'art. 3, a censire, tramite apposito catasto, i soprassuoli già percorsi dal fuoco nell'ultimo quinquennio, avvalendosi anche dei rilievi effettuati dal Corpo Forestale dello Stato. Il catasto è aggiornato annualmente

3 vincoli e competenze art. 10 c. 1 e 2 Legge n Vincoli al proprietario No variazione uso almeno 15 anni Obbligo trascrizione in atti compravendita Competenza ai Comuni Creare Gestire Catasto incendi

4 Legge n La Regione Lombardia a supporto dei Comuni in questo nuovo e problematico ambito 2003 individua indirizzi e procedure sperimentali per la restituzione dei perimetri percorsi da fuocone (I Piano regionale delle attività di previsione, prevenzione e lotta attiva contro gli incendi boschivi ) si rende Promotrice di ATTIVITA SPERIMENTALI DI PERIMETRAZIONE - utilizzo GPS a terra - foto interpretazione immagini aeree e satellitari

5 GEOREFERENZIAZIONE ALCUNI RICHIAMI TECNICHE SATELLITARI AVANZATE PER IL CONTROLLO DEGLI INCENDI NELLO SPAZIO RURALE

6 Alcune definizioni GLOBO: è il pianeta, caratterizzato da una forma e distribuzione della massa non uniformi purtroppo non è una sfera!

7 Alcune definizioni GEOIDE: è una superficie equipotenziale calcolata rispetto all altezza media del livello del mare, tolti l effetto delle maree e delle correnti marine (è sup. non regolare, dipende da g, cioè da massa Terra) ELLISSOIDE: è definito geometricamente con equazioni semplici

8 Scostamenti geoide / ellissoide (Ondulazione) TECNICHE SATELLITARI AVANZATE PER IL CONTROLLO DEGLI INCENDI NELLO SPAZIO RURALE

9 Scostamenti geoide / ellissoide (Ondulazione) ondulazione secondo il modello globaleegm96 da m fino a metri TECNICHE SATELLITARI AVANZATE PER IL CONTROLLO DEGLI INCENDI NELLO SPAZIO RURALE

10 Alcuni Sistemi Geodetici (Datum) WGS84: World geodetic system è il SG mondiale. Basato su ellissoide GRS80 con baricentro nel centro di massa della Terra. Le ondulazioni sono del geoide sono contenute tra ca. -100m e +100m. ED50, ROMA 40: SG locali, approssimano bene il geoide solo localmente (Europa, Italia). Basati su ellissoide internazionale (Hayford ) orientato su Postdam (D) e su M.te Mario (Roma). GENOVA1902 : SG locale. Basato su ellissoide di Bessel orientato su M.te Telegrafo (Genova). Sistema catastale italiano.

11 WGS84 ED50 ROMA40 DATUM GENOVA1902 (SG Catasto Italiano) ELLISSOIDE GRS80 Hayford (1924) Bessel (1841) PARAMETRI semiasse maggiore a = m schiacciamento s = 1/298, semiasse maggiore a = m schiacciamento s = 1/297 semiasse maggiore a = ,155 m schiacciamento s = 1/299,152 ORIENTAMENTO (PUNTI DI EMANAZIONE*) centrato su centro massa Terra Postdam (D) M.te Mario (Roma) M.te Telegrafo (Genova) * È il punto da cui vengono determinate le coordinate plano altimetriche dei vertici di primo ordine della RETE NAZIONALE DI POSIZIONAMENTO.

12 I Sistemi geodetici locali approssimano meglio la superficie geoidica nella zona per cui sono stati ideati. Le differenze tra H geodetica e H ellissoidica sono di ordine inferiore rispetto ai sistemi geodetici globali.

13 Il passaggio da 3D a 2D Sistemi cartografici correlati a Sistemi Geodetici visti TECNICHE SATELLITARI AVANZATE PER IL CONTROLLO DEGLI INCENDI NELLO SPAZIO RURALE

14 Il trasferimento sul piano degli elementi geografici è eseguita mediante la rappresentazione di Gauss (Trasversa di Mercatore) È di tipo cilindrica trasversa e conforme (isogona- conserva angoli, deformazioni limitate) Il passaggio da 3D a 2D

15 UTM è rappresentazione di Gauss modificata eseguita su tutto il globo 60 fusi di 6 compresi tra lat+80 e lat-80 Gauss-Boaga è simile ad UTM ma definita solamente per 2 fusi - Est ed Ovest - leggermente sovrapposti Sistema geodetico WGS84 ED50 ROMA40 Il passaggio da 3D a 2D Rappresentazione cartografica UTM_WGS84 UTM_ED50 GAUSS BOAGA Validità Globale Europa Italia

16 L espressione della posizione: LE COORDINATE TECNICHE SATELLITARI AVANZATE PER IL CONTROLLO DEGLI INCENDI NELLO SPAZIO RURALE

17 Coordinate Geografiche Le coordinate Coppia di coordinate angolari espresse in gradi Origini del Sistema di Coordinate: centro dell ellissoide di riferimento Lat : misurata dal piano equatoriale Long: misurata dal meridiano di Greenwich (talora è il meridiano passante per punto di emanazione del Sist. Cartografico)

18 SessaGESIMALI SessaDECIMALI CENTESIMALI Le coordinate Tipologia di coordinate Geografiche Angolo giro e sua ripartizione 360 gradi 1 = 60 1 = 60 frazioni di secondo in decimali 360 gradi frazioni decimali 400 gradi frazioni decimali esempio , , g,9876

19 Coordinate Cartesiane Le coordinate terna di coordinate spaziali metriche XYZ riferite a tre assi ortogonali origine è posta nel centro dell ellissoide di riferimento (nel Datum WGS84 = centro di massa della Terra) Esempio: X= metri Y= metri Z= metri

20 Coordinate Piane Coppia di coordinate metriche (Nord,Est) Riferite a due assi ortogonali: Asse Nord passante per il meridiano centrale del fuso Asse Est proiezione del parallelo equatoriale false origini Est: UTM_Wgs84 UTM_ED50 GAUSS BOAGA Le coordinate metri per tutti i fusi metri nel Fuso Ovest metri nel Fuso Est

21 Coordinate del medesimo punto espresse in vari sistemi Coordinate geografiche (ssges.) Coordinate geografiche (ssdec.) Coordinate piane WGS84 ED50 WGS84 ED50 S.Geodetico ROMA 40 ROMA 40 S.Cartografico UTM-WGS84 GAUSS BOAGA UTM-ED50 Le coordinate Lat , , , , , ,72247 Nord ,804 m ,034 m ,007 m Long , , , , , ,61341 Est ,025 m ,907 m ,639 m

22 Conversione dei dati Le coordinate La conversione del dato di posizione tra Sistemi geodetici differenti e tra tipologie di coordinate differenti è eseguita da Software specifici (indipendenti o applicativi interni) Valutarne: errori introdotti validità

23 Il SISTEMA E GLI STRUMENTI GPS TECNICHE SATELLITARI AVANZATE PER IL CONTROLLO DEGLI INCENDI NELLO SPAZIO RURALE

24 il sistema GPS GPS: Global Positioning System (USA) Esistono anche: GLONASS (Russo) GALILEO (Europeo in via di creazione) Sono Sistemi di posizionamento basati su differenti costellazioni di satelliti

25 segmento di CONTROLLO il sistema GPS segmento SPAZIALE segmento UTENTE Ca. 30 SATELLITI EMETTONO SEGNALI RADIO continui verso Terra. RETE di STAZIONI periequatoriali STAZIONI PERMANENTI E RICEVITORI MOBILI captano il segnale e CALCOLANO la PROPRIA POSIZIONE in base ai satelliti visibili

26 il sistema GPS il segmento di controllo TECNICHE SATELLITARI AVANZATE PER IL CONTROLLO DEGLI INCENDI NELLO SPAZIO RURALE

27 il sistema GPS I satelliti trasmettono due onde radio (L1, L2) I ricevitori, in base ai dati contenuti in esse, calcolano la propria posizione. L1 è modulata da tre codici (L2 solo da 2, P e D) C/A o S e P: rumori casuali ripetuti a intervalli regolari D: ogni 30 con info sullo stato del sistema funzionamento satellite info orbita satellite info orologio satellite effemeridi modello ionosferico

28 il sistema GPS modalità calcolo della DISTANZA: PSEUDORANGE: D = velocità segnale x (tarrivo-tpartenza) CARRIER PHASE: D = lungh.onda x n cicli compiuti

29 il sistema GPS Il calcolo della POSIZIONE è eseguito sui principi della trilaterazione Il quarto satellite serve per risolvere l incognita temporale dovuta alla non sincronia tra orologio ricevitore e satelliti

30 il sistema GPS Errori sistematici e casuali: Asincronismo orologi Incertezza orbite Effetti atmosfera Perturbazioni casuali del segnale

31 Riduzione o eliminazione errori con il sistema GPS CORREZIONE DIFFERENZIALE del file del ROVER se in raggio < 100 km è presente Modalità: POST PROCESSING REAL TIME STAZIONE FISSA (PERMANENTE O TEMPORANEA) uso satellite WAAS geostazionario

32 il sistema GPS Errori correggibili : In genere hanno carattere regionale Errori non riconoscibili e non correggibili a posteriori: carattere locale (ostacoli al segnale, campi elettromagnetici)

33 il sistema GPS La Rete Regionale di Posizionamento TECNICHE SATELLITARI AVANZATE PER IL CONTROLLO DEGLI INCENDI NELLO SPAZIO RURALE

34 rilievo non corretto e con post-correzione TECNICHE SATELLITARI AVANZATE PER IL CONTROLLO DEGLI INCENDI NELLO SPAZIO RURALE

35 DOP - La geometria satellitare aspetto fondamentale per la precisione del dato satelliti + vicini = posizione + aleatoria HDOP VDOP PDOP: PDOP 2 =HDOP 2 +VDOP 2 il sistema GPS

36 il sistema GPS Il rilievo Gps di un punto non è ripetibile neppure a distanza di breve tempo, seppur con medesimi strumento, modalità, operatore. Perché le condizioni al contorno variano: Geometria del sistema Influenza atmosfera

37 il sistema GPS Le caratteristiche tecniche del RICEVITORE 1. Corpo, batterie, antenna 2. categoria di utilizzo (hobby; Gismapping; alto liv. prof.le) 3. Numero di Canali dedicati ai satelliti 4. Memoria interna 5. Correzione differenziale (PostProcessing o Real Time Kin.) 6. Singola o doppia frequenza 7. Misure in pseudorange o/e carrier phase 8. Possibilità di monitorare parametri di precisone e di impostare filtri di lettura 9. Possibilità di combinare i segnali provenienti da più costellazioni 10.Disponibilità tecnologia Hardware / Software per riconoscere ed eliminare interferenze degradanti non controllabili (multipath, jamming)

38 antenne accessorie TECNICHE SATELLITARI AVANZATE PER IL CONTROLLO DEGLI INCENDI NELLO SPAZIO RURALE

39 I SOFTWARE INTERNI al ricevitore sono importanti, possono o meno consentire: Familiarità utente con Sist.Operativo installato (WindowsCE) il controllo in tempo reale della precisione, la modifica dei parametri sensibili (var.ne del livello di produttività/precisione) impostazione manuale del PostProcesing Apertura contemporanea di features diverse Restituzione di file con estensione Gis o sftw proprietario SALVATAGGIO DATI (avviso di chiusura) Presenza di applicativi di conversione L esecuzione del planning il sistema GPS

40 Le linee guida Le Linee Guida e il rilievo a terra con gps TECNICHE SATELLITARI AVANZATE PER IL CONTROLLO DEGLI INCENDI NELLO SPAZIO RURALE

41 Gruppo di lavoro interistituzionale DG Agricoltura Regione Lombardia Comandi stazione C.F.S. Enti Delegati Gruppi volontari AIB Lombardia Informatica Comando Regionale del C.F.S. Struttura Gestione Forestale e Monitoraggio Ambientale ERSAF

42 I PARAMETRI TECNICI e STRUMENTALI definiti dalle Linee Guida Ricevitori di classe GIS/mapping : 12 canali a singola frequenza misure di pseudorange (uso del codice e non della fase del segnale) antenna esterna disponibilità di tecnologia anti-multipath possibilità di post processing dei dati possibilità di modificare i parametri di rilievo Il Rilievo Rilievo statico con almeno 60 battute per vertice Correzione differenziale tassativa PDOP mask < 6 consigliato Rilievo in 3D tassativo Tecnica Pseudo Range tassativo

43 Il Rilievo Modalità di rilievo Cinematica/Statica: influisce su Tipo di spostamento Natura e Precisione del dato restituito TECNICHE SATELLITARI AVANZATE PER IL CONTROLLO DEGLI INCENDI NELLO SPAZIO RURALE

44 INCENDIO PIANIFICAZIONE del rilievo CREAZIONE GRUPPO DI LAVORO ESECUZIONE DEL RILIEVO TRATTAMENTO DATI TECNICHE SATELLITARI AVANZATE PER IL CONTROLLO DEGLI INCENDI NELLO SPAZIO RURALE

45 La pianificazione del rilievo minori difficoltà operative TEMPESTIVITÀ CERTEZZA nell individuazione del perimetro: MIGLIORE EVIDENZA NON SOVRAPPOSIZIONE DI EVENTI DIVERSI riduzione dei tempi di lavoro e dei costi Maggiore EFFICACIA dell azione

46 VALUTAZIONE CONTESTO OPERATIVO orografia dimensioni evento formazioni boschive viabilità La pianificazione del rilievo influiscono su: LOGISTICA TECNICA DI RILIEVO TEMPI DI ESECUZIONE

47 La pianificazione del rilievo Verifica del SISTEMA Gps Ricevitore mobile efficiente IDENTIFICAZIONE delle Stazioni permanenti prossime e VERIFICA loro attività Esecuzione del Planning

48 Il gruppo di lavoro Composizione Squadra di identificazione del perimetro I RILEVATORI possono essere ridotti ad UNO SOLO SE è buon conoscitore dell evento e della zona - CFS, VolontariAIB, Enti delegati, Amm. Comunali - Operatore Gps un OPERATORE Gps effettua il rilievo strumentale è responsabile della conservazione dei dati

49 L esecuzione del rilievo MODALITÀ OPERATIVE I RILEVATORI precedono: Segnalano il perimetro Predispongono il passaggio dell operatore GPS L OPERATORE Gps: Valuta il perimetro individua i VERTICI della POLIGONALE che meglio descrive la realtà I tempi di attesa strumentali possono limitare fortemente la resa del lavoro Offset Poligonale speditiva

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52 Le superfici individuate sono poligonali GREZZE cautelative poste all interno dell incendio Il risultato intermedio e da cui vengono escluse: 1-superfici interne non bruciate superiori ai 1000 metri quadrati 2-lingue di fuoco non significative Alle operazioni di campagna deve seguire la RAFFINAZIONE SOFTWARE DEI DATI raccolti > 1000 mq < 1000mq

53 Trattamento ed elaborazione dati Definire una nomenclatura dei file chiara ed univoca, possibilmente condivisa TECNICHE SATELLITARI AVANZATE PER IL CONTROLLO DEGLI INCENDI NELLO SPAZIO RURALE

54 Trattamento ed elaborazione dati TRASFERITI su P.C. I dati del rilievo devono essere TRASFERITI TECNICHE SATELLITARI AVANZATE PER IL CONTROLLO DEGLI INCENDI NELLO SPAZIO RURALE

55 I dati del rilievo devono essere TRASFERITI CORRETTI Trattamento ed elaborazione dati CORRETTI in post processing con i files di una base

56 I dati del rilievo devono essere TRASFERITI CORRETTI ESPORTATI Trattamento ed elaborazione dati ESPORTATI In un formato compatibile all ambiente GIS di destino (p.es file.shp)

57 I dati del rilievo devono essere TRASFERITI CORRETTI ESPORTATI CONVERTITI Trattamento ed elaborazione dati CONVERTITI nel sistema di riferimento in uso nel GIS (p.es Gauss Boaga)

58 I dati del rilievo devono essere TRASFERITI CORRETTI ESPORTATI CONVERTITI ELABORATI Trattamento ed elaborazione dati ELABORATI all interno del GIS

59 La procedura operativa proposta A seguito dell attività sperimentale èemerso l elevato livello tecnico e tecnologico a cui ci si deve attenere per la realizzazione della perimetrazione degli incendi da terra con GPS quindi data la presumibile difficoltà per una singola Amministrazione comunale di dotarsi di strumentazione e know how per tale scopo, la Regione Lombardia ha valutato congiuntamente ad ERSAF e C.F.S. la procedura operativa contenuta nelle LG

60 Procedura operativa delle Linee Guida C.F.S. Elabora i dati, derivando la restituzione grafica del perimetro Implementa il SIM COMUNE Riceve il dato a seguito di richiesta ufficiale implementa il CATASTO INCENDI INCENDIO C.F.S. con ENTI TERRITORIALI/ AMM. COMUNALE/ VOLONTARI AIB esegue il rilievo RL - DGPC Riceve il dato, necessario Per le attività di pianificazione e programmazione

61 I risultati della sperimentazione a terra Valutazione approfondita delle modalità operative Valutazione delle condizioni di rilevamento con GPS delle diverse procedure di rilevamento delle diverse tipologie di strumento GPS Identificazione delle principali criticità operative sia nell esecuzione dei rilievi a terra sia nella gestione complessiva dei dati dei rilievi Realizzazione dell area test per la valutazione degli strumenti

62 esperienze di campo TECNICHE SATELLITARI AVANZATE PER IL CONTROLLO DEGLI INCENDI NELLO SPAZIO RURALE

63 esperienze di campo due ricevitori differenti (con post-correzione) TECNICHE SATELLITARI AVANZATE PER IL CONTROLLO DEGLI INCENDI NELLO SPAZIO RURALE

64 Errori grafici esperienze di campo TECNICHE SATELLITARI AVANZATE PER IL CONTROLLO DEGLI INCENDI NELLO SPAZIO RURALE

65 L Area Test di Valvestino Osservando la variabilità dei dati raccolti con più strumenti è emersa, per le finalità della sperimentazione, la necessità di comprendere l accuratezza in campo degli strumenti

66 L Area Test di Valvestino Una prima stima degli errori eseguita partendo dai soli dati rilevati, sottoposti a correzione differenziale. Confronto areale è stato incoraggiante: differenze superficiali mai superiori al 2% ai fini sperimentali però non è l accuratezza della superficie che interessa, ma quella della POSIZIONE.

67 L Area Test di Valvestino con un CONFRONTO tra le sole posizioni rilevate e la posizione media, si giunge ad una stima dell ordine di grandezza dell errore di posizionamento. questo è un dato che non rappresenta ancora l ACCURATEZZA cercata, perché non derivato da un confronto con un riferimento di coordinate certe. da qui la necessità, per la valutazione dell accuratezza degli strumenti GPS, di considerare posizioni di coordinate note.

68 L Area Test di Valvestino È da queste esigenze ed indicazioni che è nata l idea di implementare un percorso ad hoc lungo il quale valutare e testare i ricevitori GPS utilizzabili ai fini della perimetrazione degli incendi boschivi

69 L Area Test di Valvestino Individuazione del sito idoneo Presenza di un caposaldo della rete trigonometrica regionale Rappresentativo di situazioni generalmente riscontrabili in rilievo GPS (esposizione, copertura) Libero da vincoli di proprietà privata, quindi all interno della FDL Gardesana Occ.le Prossimo a sede Ersaf di Gargnano

70 L Area Test di Valvestino I caposaldi della Rete trigonometrica regionale lombarda TECNICHE SATELLITARI AVANZATE PER IL CONTROLLO DEGLI INCENDI NELLO SPAZIO RURALE

71 L Area Test di Valvestino La realizzazione Con successivi sopralluoghi si è identificato un percorso ad anello idoneo che è stato poi materializzato con 20 vertici: lunghezza tot: ca. 470 metri esposizioni: Nord - cresta - Ovest copertura: rada, fitta, assente

72 L Area Test di Valvestino Rilievo dei 20 vertici con teodolite, mediante poligonale ancorata al caposaldo (modalità speditiva) e restituzione delle coordinate.

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74 Uso 3 modelli di ricevitore L Area Test di Valvestino TrimbleGeoXT, Thales Mobile Mapper, Ashtech SCA12 Rilievo dei vertici con GPS in varie modalità: sessioni di rilievo con 60, 120 acquisizioni (battute) e alcune con oltre 150 battute in modalità pseudo range alcune sessioni di rilievo in modalità carrier phase ed appostamento di 10 Correzione differenziale con base locale posizionata sul caposaldo

75 L Area Test di Valvestino TECNICHE SATELLITARI AVANZATE PER IL CONTROLLO DEGLI INCENDI NELLO SPAZIO RURALE

76 L Area Test di Valvestino e visualizzazione degli scostamenti dalla posizione vera TECNICHE SATELLITARI AVANZATE PER IL CONTROLLO DEGLI INCENDI NELLO SPAZIO RURALE

77 L Area Test di Valvestino La valutazione statistica dei dati è stata condotta come puro esercizio in quanto la dimensione del campione è ritenuta statisticamente insufficiente. I risultati indicativi evidenziano come al crescere del numero di acquisizioni per posizione la accuratezza cresca, superando talora i valori ottenuti in modalità carrier phase

78 Conclusioni L Area Test di Valvestino il percorso estremizza le situazioni generalmente riscontrabili (incendi in genere su expo sud quindi in condizioni di rilievo teoriche migliori) questo conforta l estensione dell uso dell accuratezza qui stimata, al rilievo della gran parte degli incendi boschivi.

79 Conclusioni L Area Test di Valvestino Il criterio della stima dell accuratezza degli strumenti potrebbe essere alla base della definizione di buffer cautelativi in grado di ridurre notevolmente gli eventuali contenziosi con le parti coinvolte dai vincoli di legge.

80 fine TECNICHE SATELLITARI AVANZATE PER IL CONTROLLO DEGLI INCENDI NELLO SPAZIO RURALE