Valutazione del consumo di suolo in Piemonte

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1 Valutazione del consumo di suolo in Piemonte Bonansea E., Arpa Piemonte, Nicolò G., Arpa Piemonte, Parole chiave: suolo; consumo; Piemonte ABSTRACT ll progetto nazionale di Monitoraggio del Consumo di Suolo, realizzato dal Sistema Nazionale per la Protezione Ambientale (SNPA), si pone l obiettivo di monitorare le trasformazioni del territorio dovute a espansioni urbane, infrastrutturali, commerciali, etc. e la conseguente perdita di suolo naturale, agricolo e semi naturale. Il progetto prevede un ampio utilizzo di tecniche di telerilevamento satellitare e GIS per l analisi e classificazione semi-automatica delle aree interessate dal consumo di suolo attraverso immagini Sentinel-2. II workflow seguito da Arpa Piemonte per l'analisi delle trasformazioni si è articolato in 3 fasi: 1 - Trattamento e processamento delle ortofoto e dei dati topografici e tematici in possesso di Regione Piemonte e Arpa finalizzati alla valutazione del consumo di suolo Trattamento e mosaicatura di immagini Sentinel-2 relative al 2016; creazione di mosaici multitemporali e derivazione indici sintetici stagionali NDVI per una rapida identificazione delle aree vegetate, in trasformazione o consumate. 3 - Perimetrazione delle trasformazioni 2016 mediante raffronto tra il consumo 2015 e Tutte le attività della prima fase sono state svolte utilizzando gli strumenti di modellazione GIS e trattamento di immagini offerti dalla piattaforma desktop ArcGIS Pro. Per quanto riguarda la fase di editing delle trasformazioni è stata adottata una soluzione su piattaforma web basata sul motore WebApp Builder for ArcGIS. L avanzamento delle diverse fasi è stato monitorato mediante l utilizzo dell Operations Dashboard for ArcGIS. 1. Introduzione Il progetto nazionale di Monitoraggio del Consumo di Suolo, realizzato dal Sistema Nazionale per la Protezione Ambientale (SNPA), si pone l obiettivo di monitorare le trasformazioni del territorio dovute a espansioni urbane, infrastrutturali, commerciali, etc. e la conseguente perdita di suolo naturale, agricolo e semi naturale, inteso come risorsa ambientale essenziale e fondamentalmente non rinnovabile. Gli obiettivi del progetto sono alla base del disegno di legge in materia di contenimento del consumo del suolo e riuso del suolo edificato (Atto Camera n. 2039, Atto Senato n. 2383), approvato dalla Camera il 12 maggio 2016, che riconosce l importanza del suolo come bene comune e risorsa non rinnovabile, fondamentale per i servizi ecosistemici che produce, anche in funzione della prevenzione e della mitigazione degli eventi di dissesto idrogeologico e delle strategie di adattamento ai cambiamenti climatici. Il testo impone l adeguamento della pianificazione territoriale, urbanistica e paesaggistica vigente alla regolamentazione proposta. In particolare consente il consumo di suolo esclusivamente nei casi in cui non esistano alternative consistenti nel riuso delle aree già urbanizzate e nella rigenerazione delle stesse, riconoscendo gli obiettivi stabiliti dall Unione europea circa il traguardo del consumo netto di suolo pari a zero da raggiungere entro il Un aspetto importante all interno della legge è la gestione della componente di monitoraggio del consumo di suolo, al fine della realizzazione di un quadro conoscitivo affidabile e facilmente aggiornabile. Il testo conferma il ruolo di ISPRA per la diffusione e la pubblicazione di tutti i dati sul consumo di suolo e, insieme al Consiglio per la ricerca in agricoltura e per l analisi dell economia agraria, per le attività di monitoraggio.

2 2. L esigenza Il monitoraggio sul consumo di suolo per l anno 2016 vede coinvolte sul progetto oltre ad ISPRA molte Agenzie per la Protezione Ambientale Regionali e Provinciali (ARPA/APPA) attraverso la costituzione di una rete nazionale di Referenti per il Monitoraggio del territorio e del consumo di suolo. Il progetto richiede un ampio utilizzo di tecniche di telerilevamento satellitare e di sistemi informativi geografici (GIS) per l analisi e classificazione semi-automatica delle aree interessate dal consumo di suolo a partire da immagini satellitari e per il processamento di informazioni tematiche desunte da altre fonti (basi dati topografiche e territoriali). Per il territorio piemontese si è optato in prima battuta per generare un nuovo livello di consumo per il 2015 con dettaglio cartografico utile sia per ìl progetto di monitoraggio nazionale sia per l analisi del fenomeno a scala locale. Ciò si è reso possibile in quanto questa annualità è caratterizzata dalla fortunata compresenza di dati topografici e di immagini di estremo dettaglio, ed in particolare: del Database GeoTopografico in scala 1: e scala 1: della Banca Dati Territoriale di Riferimento (BDTRE) della Regione Piemonte; delle ortofoto ad alta risoluzione prodotte dal volo AGEA 2015; del dato vettoriale di uso del suolo derivato da queste ultime mediante fotointerpretazione (Refresh AGEA 2015). A partire dalla maschera di consumo suolo del 2015 il progetto ha prodotto la valutazione delle variazioni di consumo di suolo per il 2016 per mezzo sia della classificazione dei dati satellitari Sentinel- 2, sia degli aggiornamenti annuali di alcuni livelli della cartografia tecnica (edificato, viabilità etc.). II workflow seguito da Arpa Piemonte per l'analisi delle trasformazioni si è quindi articolato nelle seguenti fasi: I. Trattamento e processamento delle ortofoto e dei dati topografici e tematici in possesso di Arpa e Regione Piemonte finalizzati alla valutazione del consumo di suolo 2015 (ortofoto AGEA, Refresh AGEA, BDTRE); II. Trattamento e mosaicatura di immagini Sentinel-2 relative all anno 2016: creazione di mosaici multitemporali e derivazione indici sintetici stagionali NDVI per una rapida identificazione delle aree vegetate, in trasformazione o interessate da fenomeni di consumo di suolo (espansione insediamenti urbani, nuova viabilità, cantieristica per nuove opere, etc.). III. Perimetrazione delle trasformazioni 2016 mediante raffronto tra il consumo 2015 e La soluzione L implementazione del workflow citato nel paragrafo precedente ha richiesto l adozione di un insieme di soluzioni tecnologiche che tenessero conto di diversi fattori: la necessità di ingegnerizzare il più possibile il flusso di lavoro (considerate la notevole estensione territoriale del Piemonte ed i tempi ristretti del progetto), e allo stesso tempo di condurre in parallelo task differenti, come ad es. le fasi di classificazione della copertura del suolo a partire dalle ortoimmagini e quelle di validazione e controllo mediante fotointerpretazione da parte di un team di operatori. 3.1 Fase I La componente di trattamento dei dati vettoriali è stata affrontata utilizzando le potenzialità del Desktop GIS ArcGIS Pro e del suo ambiente di modellazione (Model Builder) che ha consentito di implementare le complesse operazioni di estrazione selettiva delle aree antropizzate a partire dai livelli della BDTRE e del Refresh AGEA ed a produrre una maschera di consumo di suolo preliminare. Il trattamento delle ortofoto è invece stato automatizzato attraverso le librerie di ArcPy, sia per quanto riguarda le operazioni preliminari (ricampionamento, riproiezione, operazioni di composizione di bande, compressione, generazione di un mosaic dataset a partire dalle immagini originali, etc.), sia per quanto concerne la fase di segmentazione propedeutica alla successiva classificazione delle immagini. Quest ultima attività, finalizzata ad estrarre la copertura vegetazionale da integrare nella maschera preliminare, è stata svolta in modalità supervised attraverso lo strumento di creazione e gestione dei training samples di ArcGIS Pro. Il livello della copertura di vegetazione estratto è quindi stato utilizzato per aggiornare la maschera di consumo preliminare.

3 Figura 1 Il Training samples Manager di ArcGIS Pro e un esempio di immagine segmentata. 3.2 Fase II In questa fase si è proceduto al trattamento delle immagini Sentinel finalizzato alla creazione di tre mosaici approssimativamente corrispondenti alle stagioni di primavera, estate ed autunno. Dagli stessi mosaici è stata infine estratta una sintesi annuale in falsi colori come composizione RGB dei tre singoli indici NDVI stagionali: ciò ha consentito una rapida individuazione delle aree su cui, nel corso del periodo primaverile-autunnale, sono presenti uno o più cicli fenologici (aree variamente colorate dal rosso al verde al blu) e di quelle in cui il suolo è completamente privo di vegetazione come le aree urbanizzate, i corpi idrici etc. (aree grigio scuro-nere). Questa fase ha prodotto quattro distinti mosaic dataset ed un map service. L intero ciclo del dato è stato governato negli ambienti desktop ArcGIS Pro (mosaici) e ArcMap 10.4 (allestimento e pubblicazione del map service su ArcGIS Server). 3.3 Fase III In questa fase, attraverso il framework Web AppBuilder for ArcGIS, è stato allestito un ambiente di editing via web per consentire al team di fotointerpeti sia la revisione e correzione del livello di consumo di suolo 2015, sia la perimetrazione di nuove aree di consumo di suolo (e ove presenti di recupero) relative all anno 2016 (Figure 2, 3, 4). L applicazione si è appoggiata su mappe di ArcGIS Online e map service ospitati sul server ArcGIS dell Agenzia. Questa soluzione ha consentito di ospitare tutti i livelli utili a valutare il consumo di suolo 2016 (maschera del consumo 2015, Ortofoto AGEA 2015, le immagini stagionali Sentinel-2 e la sintesi NDVI), e di effettuare anche il mash-up di servizi di mappa alternativi (Google Maps e Bing) attraverso funzionalità dedicate. Accanto al livello di editing ed agli strati informativi sopra citati sono stati inseriti

4 anche i punti di monitoraggio della rete nazionale del consumo di suolo al fine di effettuare un collaudo speditivo dei risultati. L avanzamento delle fasi di correzione, editing e collaudo delle maschere di consumo suolo del 2015 e del 2016 è stato monitorato costantemente mediante l utilizzo dell Operations Dashboard for ArcGIS. Questo è stato opportunamente configurato per ottenere informazioni sullo stato d avanzamento del progetto, sia complessivo che per settore di competenza di ciascun fotointerprete. Figura 2 Lapplicazione web per l editing del consumo di suolo. Nella vista il livello del NDVI stagionale generato da immagini Sentinel-2 (This image contains modified Copernicus Sentinel data ). Sulla destra il pannello contenente gli strumenti di editing, le basemap disponibili e la TOC. Figura 3 L applicazione web per l editing del consumo di suolo. Nella vista il livello della maschera del consumo 2015 (rosa) e in arancione alcune aree di consumo individuate relative all anno 2016, presso Orbassano (TO).

5 Figura 4 - Stessa località della figura precedente ma con visibile il livello NDVI: la zona con tonalità di colore nero al centro dell immagine individua l area di consumo 2016 perimetrata dai poligoni arancioni dell immagine precedente. 4. Il cambiamento Il progetto di valutazione del consumo di suolo in Piemonte si è rivelato un processo di grande complessità sotto diversi punti di vista: di disegno del workflow complessivo; di implementazione degli strumenti di geoprocessing per il trattamento e l elaborazione della notevole mole dei dataset geografici utilizzati; di coordinamento delle attività di fotointerpretazione finalizzate alla verifica e al collaudo del prodotto finale. Tale complessità richiedeva come requisito fondamentale che le diverse fasi del progetto fossero il più possibili integrate all interno dell architettura del Sistema Informativo Geografico dell Agenzia. Sotto questa prospettiva si è rivelata vincente la triplice scelta di: 1. optare per l'ambiente di modellazione di ArcGIS Pro per le componenti di geoprocessing; 2. gestire le fasi di editing e collaudo dei prodotti intermedi e finali in un ambiente orientato al Web implementato con il Web AppBuilder for ArcGIS; 3. monitorare lo stato di avanzamento lavori attraverso l Operations Dashboard for ArcGIS. Nel primo caso le caratteristiche del software hanno permesso di gestire la consistente mole di dati in maniera relativamente agevole ed efficiente, sfruttando le capacità elaborative multiprocessore a 64 bit e riducendo in maniera consistente i tempi di processamento; nel secondo caso l allestimento di un ambiente di editing via web ha permesso ad un gruppo di ben 7 operatori GIS di lavorare in maniera collaborativa attraverso un interfaccia di semplice utilizzo ma ricca di funzionalità; nel terzo caso la scelta tecnologica ha reso facile ed intuitivo l allestimento di un ambiente di monitoraggio dell avanzamento, peraltro totalmente integrato nell architettura del Sistema Informativo Geografico dell Agenzia. A completezza di informazione occorre aggiungere che mentre nel secondo caso si è trattato di consolidamento di una pratica già ampiamente utilizzata nei processi dell Agenzia, nel primo e terzo si è trattato di scelte che hanno permesso di introdurre e sperimentare nuove tecnologie mature per confluire nei processi aziendali quotidiani. È attualmente in corso assieme ad ISPRA l attività di collaudo dei dataset prodotti finalizzata al calcolo degli indicatori sintetici sul consumo di suolo e alla loro pubblicazione all interno del rapporto 2017.

6 Ringraziamenti Si ringraziano Michele Munafò ed i colleghi del gruppo di lavoro sul Consumo di Suolo di ISPRA per il costante supporto. Si ringraziano i colleghi del Nucleo Operativo Sistema Informativo Geografico di Arpa Piemonte che hanno lavorato al progetto: L.Forestello, T. Ferrero, M. Livorno, T. Niccoli, C. Prola, I. Tinetti. Riferimenti AA.VV. (2016). Consumo di suolo, dinamiche territoriali e servizi ecosistemici - Rapporto ISPRA, Rapporti 248/2016. ISPRA (2016). Consumo di suolo, dinamiche territoriali e servizi ecosistemici - Edizione 2016