Il rapporto Assoarpa su Earth Observation e Droni: opportunità e criticità di utilizzazione dei SAPR nelle agenzie ambientali

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1 I droni per il monitoraggio dell'ambiente Il rapporto Assoarpa su Earth Observation e Droni: opportunità e criticità di utilizzazione dei SAPR nelle agenzie ambientali Enrico Zini ARPA Lombardia organizzato da

2 Introduzione Assoarpa ha istituito in ottobre 2015 il Gruppo di Lavoro "Earth Observation: analisi delle attività osservabili da satelliti e a mezzo di APR". L'obiettivo del Gruppo di Lavoro è stato quello di fornire alla dirigenza delle ARPA/APPA gli elementi essenziali per comprendere quali contributi informativi l Earth Observation da satellite e da SAPR può fornire a supporto delle attività istituzionali delle Agenzie. Output del Gruppo di Lavoro: "Rapporto Earth Observation: Analisi delle attività osservabili da satelliti". organizzato da 2

3 Introduzione Il Gruppo di Lavoro era costituito da 7 Agenzie: ARPA/APPA Emilia Romagna Friuli Venezia Giulia Vittorio Marletto Andrea Spisni Pietro Rossin Nome Lazio Lombardia Toscana Trento Valle d'aosta Valerio Briotti Dario Bellingeri Alessandro Menin Enrico Zini Cinzia Licciardello Stefano Pelleriti Maurizio Francescon Umberto Morra di Cella Responsabile del Gruppo di Lavoro: Enrico Zini Termine dei lavori: Maggio 2016 organizzato da 3

4 Contenuti del Rapporto 1 Premessa 2 Introduzione all EO 2.1 Inquadramento concettuale dell EO 2.2 Contenuto informativo delle immagini ottiche 2.3 Contenuto informativo delle immagini SAR 3 EO da satellite 3.1 Contributi dell EO da satellite alle attività delle Agenzie 3.2 Informazioni disponibili e condizioni per l accesso 4 EO da SAPR 4.1 Introduzione ai SAPR 4.2 Contributi dell EO da SAPR alle attività delle Agenzie 4.3 Definizione del quadro normativo per l uso dei SAPR 5 Conclusioni 6 Glossario 7 Riferimenti organizzato da 4

5 Introduzione all'earth Observation Nozioni essenziali sui sensori attivi e passivi Riprese SAR notturne Riprese SAR con copertura nuvolosa Immagine ottica Immagine SAR Nozioni essenziali sull'interferometria SAR organizzato da 5

6 Introduzione all'earth Observation Nozioni essenziali sulla interazione della radiazione elettromagnetica con la materia Visibile (VIS), Infrarosso Vicino (NIR) Infrarosso Medio (SWIR) Satellite Sole circa 6000 C Sensore Infrarosso Termico (TIR) Sole Flusso di energia Lunghezza d'onda Firma spettrale circa 20 C Foto_ sintesi Struttura foglia e chioma Contenuto di acqua Vegetazione Suolo VIS NIR SWIR Vegetazione Suolo Riflettanza (%) Acqua Riflettanza (%) Acqua Lunghezza d'onda Lunghezza d'onda Nozioni essenziali sulla firma spettrale della vegetazione e dei principali materiali organizzato da 6

7 Introduzione all'earth Observation Contenuto informativo delle immagini ottiche Matrice Regione spettrale Informazione ottenuta ambientale VIS NIR SWIR TIR Vegetazione Discriminazione tra specie vegetali Stima della biomassa Contenuto di umidità, presenza di stress idrici Stato fitosanitario Temperatura superficiale Evapotraspirazione potenziale Evapotraspirazione reale Suolo Discriminazione tra diverse tipologie di suolo Contenuto di umidità Contenuto di materia organica Acqua Temperatura superficiale Torbidità Concentrazione di clorofilla Antropizzato Discriminazione tra tipologie di coperture Emissione di calore dagli edifici organizzato da 7

8 Introduzione all'earth Observation Iper_ spettrale TIR Radiazioni ionizzanti Meteo e Clima Multi_ spettrale Pancro SWIR NIR Radiazioni non ionizzanti Aria Acqua VIS Qualità aria N Bande Mappa concettuale dell'earth Observation Regione Spettrale LIDAR Ottico Meteo Altro Suolo Agricoltura e Foreste Attività Produttive Calibrazione Validazione Modelli SAR Passivo Territorio Aereo Ala fissa Attivo Agenti Fisici Elicottero Ala mobile Campionatore Rifiuti Drone MTOM 25 Kg Satellite Piattaforma Sensore Immagini / Dati Applicazione MTOM < 25 Kg Programma Spaziale Orbita Geostazionaria Orbita Polare Dati Ausiliari Regolamento ENAC Agenzia Spaziale Risoluzione Geometrica Ampiezza Scena Ripetitività organizzato da 8

9 Introduzione all'earth Observation Comparazione tra SAPR e le altre piattaforme di Earth Observation Parametro Satellite con sensore SAR Satellite con sensori ottici Aereo Elicottero SAPR (MTOW < 25Kg) Ampiezza scena Risoluzione geometrica Indipendenza da meteo Indipendenza da illumin. Sensore TIR na Sostituibilità dei sensori Campionamenti Programmazione riprese Gratuità delle immagini Storicità delle immagini Vincoli norm., privacy,... organizzato da 9

10 Contenuti del Rapporto 1 Premessa 2 Introduzione all EO 2.1 Inquadramento concettuale dell EO 2.2 Contenuto informativo delle immagini ottiche 2.3 Contenuto informativo delle immagini SAR 3 EO da satellite 3.1 Contributi dell EO da satellite alle attività delle Agenzie 3.2 Informazioni disponibili e condizioni per l accesso 4 EO da SAPR 4.1 Introduzione ai SAPR 4.2 Contributi dell EO da SAPR alle attività delle Agenzie 4.3 Definizione del quadro normativo per l uso dei SAPR 5 Conclusioni 6 Glossario 7 Riferimenti organizzato da 10

11 Contributi dell EO da SAPR alle attività delle Agenzie Identificazione delle applicazioni attuali e potenziali dei SAPR. Criteri di individuazione: 1. applicazioni già sperimentate con i SAPR dai partecipanti al GdL o da terze parti; 2. applicazioni già sperimentate con satelliti/aerei dai partecipanti al GdL e che potrebbero essere realizzate con SAPR; 3. applicazioni mai sperimentate che potrebbero essere teoricamente realizzate con i SAPR. Tema ambientale 1. Qualità delle acque 2. Idrologia, clima, agrometeorologia 3. Invasi e dighe 4. Conservazione della natura, foreste 5. Grandi cantieri 6. Qualità dell'aria 7. Agenti fisici 8. Difesa del suolo, idrologia 9. Valanghe 10. Cave 11. Discariche 12. Siti contaminati 13. Energia e sviluppo sostenibile N applicazioni attuali/potenziali dei SAPR applicazioni 11 organizzato da 11

12 Contributi dell EO da SAPR alle attività delle Agenzie Tema Applicazioni SAPR Qualità delle Monitoraggio dei fenomeni eutrofici (es. mucillaggini, fioriture algali, ) nei acque piccoli laghi. Identificazione di scarichi abusivi in corpi idrici. Idrologia, clima, Stima delle variazioni volumetriche dei ghiacciai, monitoraggio delle variazioni agrometeorologia frontali e delle aree periglaciali. Monitoraggio delle velocità superficiali di ghiacciai rocciosi e di versanti ice affected. Mappatura campionaria delle colture in atto. Rilievi di dettaglio geometrico di vigneti e frutteti. Mappatura campionaria dello stato fenologico delle colture. Monitoraggio della fenologia di ecosistemi naturali. Mappatura del fabbisogno di azoto delle colture. Stima campionaria del fabbisogno idrico delle colture. Monitoraggio campionario dello stress idrico delle colture. Monitoraggio campionario dell umidità del suolo. Valutazione campionaria dei danni alle colture provocati da eventi meteorologici estremi (es. grandinate, trombe d aria, ). Invasi e dighe Misura della volumetria dei sedimenti prima e dopo lo svaso. Monitoraggio delle operazioni di svaso. Valutazione degli impatti dello svaso sul corso d'acqua a valle: mappatura della deposizione dei sedimenti, valutazione della torbidità. Monitoraggio dei frangiflutti e barriere artificiali marine. organizzato da 12

13 Contributi dell EO da SAPR alle attività delle Agenzie Tema Applicazioni SAPR Conservazione Monitoraggio della vegetazione riparia. della natura, Mappatura degli ecosistemi naturali e loro monitoraggio temporale foreste Monitoraggio degli incendi di torbiera. Monitoraggio campionario dello stato fitosanitario della vegetazione naturale. Grandi cantieri Stima dei volumi delle terre e delle rocce movimentate. Monitoraggio degli impatti sulla vegetazione naturale e verifica del corretto ripristino dell'area del cantiere al termine dei lavori. Qualità dell aria Prelievi di campioni di aria e/o misurazione di parametri di qualità dell aria in prossimità di impianti industriali, discariche. Misure di flussi di materia (evaporazione e sostanze chimiche) e calore. Agenti fisici Monitoraggio dei campi elettromagnetici ad alta frequenza da stazioni radiobase. Monitoraggio della radioattività sopra discariche, siti potenzialmente contaminati, siti di stoccaggio di rottami. organizzato da 13

14 Contributi dell EO da SAPR alle attività delle Agenzie Tema Applicazioni SAPR Difesa del suolo, Rilievo plano-altimetrico delle frane, anche su pareti verticali. idrogeologia Monitoraggio della circolazione dell acqua nelle frane, identificazione di fessurazioni, faglie. Mappatura aree interessate da eventi specifici (debris flow, frane di crollo,...) Osservazione da remoto di una zona specifica della frana per uno dei seguenti motivi: ispezione di un sensore geotecnico malfunzionante; monitoraggio di un area in fase di rapido movimento. Valanghe Mappaturaaree percorse da valanga (post evento) e stima volumi di accumulo Rilevamento delle aree colpite da valanghe. Cave Stima dei volumi scavati. Verifica del corretto ripristino delle cave dismesse. Discariche Controllo della profondità degli scavi preparatori della discarica. Controllo dei volumi di rifiuti conferiti in discarica. Individuazione di percolazioni e di emissioni di biogas da discariche di rifiuti solidi urbani attraverso l analisi delle anomalie della temperatura superficiale. Siti contaminati Mappatura campionaria delle coperture in cemento-amianto. Acquisizione di indizi sulla potenziale presenza di materiali sepolti attraverso l analisi delle anomalie della temperatura superficiale. Energia e sviluppo Mappatura delle emissioni termiche degli edifici. sostenibile organizzato da 14

15 Contenuti del Rapporto 1 Premessa 2 Introduzione all EO 2.1 Inquadramento concettuale dell EO 2.2 Contenuto informativo delle immagini ottiche 2.3 Contenuto informativo delle immagini SAR 3 EO da satellite 3.1 Contributi dell EO da satellite alle attività delle Agenzie 3.2 Informazioni disponibili e condizioni per l accesso 4 EO da SAPR 4.1 Introduzione ai SAPR 4.2 Contributi dell EO da SAPR alle attività delle Agenzie 4.3 Definizione del quadro normativo per l uso dei SAPR 5 Conclusioni 6 Glossario 7 Riferimenti organizzato da 15

16 Conclusioni Sono emerse dal Gruppo di Lavoro numerose proposte evolutive: Aggiornare periodicamente il documento. Organizzare sperimentazioni congiunte dei SAPR. Sviluppare procolli operativi sull'uso dei SAPR nelle applicazioni ambientali. Sviluppare la collaborazione tra il Sistema Agenziale ed ENAC. Censire capitolati di riferimento per l'acquisto di strumenti e servizi riguardanti i SAPR. Valutare i costi di gestione dei SAPR, i vantaggi/svantaggi della gestione interna/esterna dei SAPR, il valore aggiunto rispetto alle altre metodiche di monitoraggio. Promuovere la partecipazione congiunta a progetti di ricerca e sviluppo. organizzato da 16

17 Conclusioni Con i SAPR è possibile sviluppare molte applicazioni potenzialmente utili per le Agenzie ambientali ma il gap tra applicazione utile e applicazione realmente utilizzata può essere grande perché l'inserimento di qualsiasi nuova tecnologia, come quella dei SAPR, in un'agenzia ambientale richiede: risorse economiche e umane; formazione; modifica dei modelli organizzativi, delle metodiche, delle procedure, dei sistemi informativi ed eventualmente anche di leggi e regolamenti. Quando si sperimenta una nuova applicazione con SAPR è necessario quindi valutare attentamente gli impatti sui punti suddetti, oltre che le ricadute positive sul livello dei servizi. Il Rapporto Assoarpa è un primo passo in questa direzione. organizzato da 17

18 Prime esperienze di ARPA Lombardia con i SAPR ARPA Lombardia, dopo aver espletato una gara pubblica (importo a base d'asta: IVA), ha avviato il 26 Luglio 2016 il progetto DRONI della durata di 26 mesi. Il progetto comprende: l'acquisizione di un drone ad ala fissa ed uno ad ala mobile; la sperimentazione dei droni in 12 rilievi su diverse applicazioni ambientali; la acquisizione del know-how e delle certificazioni necessarie per arrivare a gestire in piena autonomia i SAPR. Il 27 Luglio 2017 è stata effettuata la prima sperimentazione di ripresa con SAPR ad ala fissa sulla frana del Ruinon in Alta Valtellina (Valfurva), la più grande frana in Lombardia (oltre 1 Km 2 ). organizzato da 18

19 Prime esperienze di ARPA Lombardia con i SAPR Frana del Ruinon, ortoimmagine 27/07/16, pixel 6 cm. organizzato da 19

20 Prime esperienze di ARPA Lombardia con i SAPR Frana del Ruinon, ortoimmagine 27/07/16, pixel 6 cm. organizzato da 20

21 Prime esperienze di ARPA Lombardia con i SAPR Frana del Ruinon, dettaglio ortoimmagine e curve di livello con equidistanza 1 m. organizzato da 21

22 Prime esperienze di ARPA Lombardia con i SAPR Frana del Ruinon, rendering 3D. organizzato da 22

23 Grazie per l'attenzione Enrico Zini ARPA Lombardia organizzato da 23