COPERNICUS ILPROGRAMMA ELASTRATEGIANAZIONALEED EUROPEA SUI DRONI - BERNARDO DE BERNARDINIS - REGIONE LOMBARDIA
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Il Programma Copernicus e la strategia nazionale ed
europea sui droni
Bernardo De Bernardinis
Una breve introduzione al Programma europeo
Copernicus ….
REGOLAMENTO (UE) N. 377/2014 DEL PARLAMENTO EUROPEO E DEL
CONSIGLIO
del 3 aprile 2014
che istituisce il programma Copernicus e che abroga il regolamento (UE) n. 911/2010
“L’obiettivo di Copernicus dovrebbe essere quello di fornire informazioni precise ed attendibili
relative all’ambiente e alla sicurezza, adeguate alle esigenze degli utenti e a sostegno di altre
politiche dell’Unione, riguardanti in particolare il mercato interno, i trasporti, l’ambiente,
l’energia, la protezione civile e la sicurezza civile, la cooperazione con i paesi terzi e gli aiuti
umanitari.
(REGOLAMENTO (UE) N.377/2014)
“Per realizzare i suoi obiettivi, Copernicus dovrebbe assicurare la capacità dell’Unione di
eseguire osservazioni spaziali e di fornire servizi operativi … Dovrebbe inoltre utilizzare le
missioni partecipanti disponibili e i dati in situ forniti, principalmente dagli stati membri …
Copernicus dovrebbe altresì utilizzare le capacità delle iniziative commerciali in Europa,
contribuendo in tal modo anche allo sviluppo del settore commerciale spaziale praticabile in
Europa”.
(REGOLAMENTO (UE) N.377/2014)
I Servizi e gli Utenti
• I Servizi elaborano i dati satellitari, combinandoli con le informazioni in situ, e ove necessario
con altre ancora, e trasformandoli in molteplici e diversi strati nformativi:
• nell’ambito dei Core Services a livello europeo
• nell’ambito dei Downstream Services a livello di Stato membro.
• La definizione e la realizzazione dei Servizi da erogare e delle infrastrutture di osservazione,
sono guidati da esigenze degli utenti.
• Ciascun Servizio fa riferimento ad architetture e regole di governo e gestione proprie, anche
diverse da servizio a servizio.
• I dati elaborati sono messi a disposizioni degli Utenti finali, istituzionali e commerciali,
organizzati in Comunità secondo diverse Data Policy, legate alla natura, alle finalità ed ai
compiti delle Comunità stesse.
• Le Comunità degli Utenti prioritari sono:
• “gli utenti Copernicus di base: le istituzioni e gli organi dell’Unione e le autorità europee,
nazionali, regionali o locali competenti ai fini della definizione, dell’attuazione,
dell’esecuzione o del monitoraggio del servizio pubblico o della politica” nei diversi
settori
• “gli utenti del settore della ricerca: università o ogni altra istituzione dedita alla ricerca e
all’istruzione”
• “gli utenti “commerciali e privati”
• … “le organizzazioni non governative”
(REGOLAMENTO (UE) N.377/2014).
La natura e le componenti di Copernicus
……
Art.2
Ambito di applicazione
1. Copernicus è un programma civile, orientato agli utenti e sotto controllo civile che si basa sulle
capacità nazionali ed europee esistenti e assicura la continuità delle attività svolte nell'ambito del
monitoraggio globale per l'ambiente e la sicurezza (GMES).
2. Copernicus è costituito dalle seguenti componenti:
a) una componente di servizi destinata a fornire informazioni nei seguenti settori: monitoraggio
atmosferico, monitoraggio dell'ambiente marino, monitoraggio del territorio, cambiamenti climatici,
gestione delle emergenze e sicurezza;
b)una componente spaziale destinata a garantire osservazioni spaziali sostenibili per i tipi di servizi di
cui alla lettera a);
c)una componente in situ destinata a garantire le osservazioni mediante installazioni a bordo di
aerei, di navi e a terra per i tipi di servizi di cui alla lettera a).
(REGOLAMENTO (UE) N.377/2014).
La Struttura
Il programma Copernicus è coordinato
e gestito dalla Commissione Europea.
Lo sviluppo delle infrastrutture di Programme
osservazione viene effettuata sotto
l'egida dell'Agenzia spaziale Europea
(ESA) per la componente spaziale e
dell'Agenzia Europea dell’Ambiente Committee
(EEA) e gli Stati membri per la Programme Manager
componente in situ. User Forum
National User Forum
In-situ Component*
Services Space Component
Maritime DA with System architecture DA with Requirements
Land Emergency Atmosphere Climate
Environment Security of the Copernicus for space
Monitoring Management Monitoring Change Space Component
Monitoring component
- -
Copernicus Copernicus
Board Procurement Board
Pan European & Global Systematic
Mapping
Early Warning Border Maritime External Board
Local and hotspot Actions
System Surveillance Surveillance
Components component
Launch Services
Space Segment Launch Services Launch Services Next generation of user
Development & Sentinel 6 provided requirements for the services
Sentinel 1,2,3,5P Sentinel 4,5 and the space component
Construction by the USA
CSD CSD
DA DA DA DA DA DA
with Joint with Joint
with with with with with with
Research Research Sentinel 5
EEA Sentinel 6 Data
Centre Centre (tbd) Data Sentinel 1 Sentinel 2 Sentinel 3 Sentinel 4 Precursor (5P)
Dissemination
Dissemination
Infrastructure
Infrastructure Sentinel 5
LAND MARINE (EUMETCast)
Member State Service Service Service Service Service Service Service Service Service
institutions Providers Providers Providers Providers Providers Providers Providers Providers Providers Services Service data High level
Ground Segment Development and Operations Ground Segment Development and Operations applications requirements technical
requirements
Legend:
Implementation mode still to be defind: Mode of Implementation (direct/indirect):
* Coordination by EEA EUMETSAT - European Organisation f or the Exploitation of
Meteorological Satellites
FRONTEX - The European Agency f or the Managment of Operational
Cooperation at the External Borders of the Member States of the European
Commercial contracts Copernicus component Indirect Management DA - Delegation agreement Union
CSD - Cross Sub-delegation EEA - European Environment Agency
Grants Service Providers Direct Management ECMWF - The European Centre f or Medium-Range Weather Forecasts
ESA - European Space Agency EUSC - European Union Satellite Center
I Servizi di Copernicus
“Copernicus dovrebbe fornire informazioni sullo stato dell’atmosfera, anche a livello locale, nazionale,
europeo e mondiale; informazioni sullo stato degli oceani, anche mediante l’istituzione di un
raggruppamento europeo specifico per il monitoraggio marino; informazioni per il monitoraggio del
territorio a sostegno dell’attuazione di politiche locali, nazionali ed europee; informazioni a sostegno
delle politiche di adattamento e mitigazione dei cambiamenti climatici; informazioni geospaziali a
sostegno della gestione delle emergenze, anche attraverso attività di prevenzione, e della sicurezza
civile compreso il sostegno all’azione esterna dell’Unione.”
(REGOLAMENTO (UE) N.377/2014).
… i” Core Services” di Copernicus ….
emergency marine env. atmosphere
land monitoring monitoring security climate change
management monitoring
La domanda a cui dobbiamo rispondere è a che servono tali Servizi e quelli a valle , cioè i “Downstreams”,
sviluppati soprattutto da Soggetti pubblici e privati presenti nello Stato Membro, in questo caso l’Italia, per le
necessità, il sostegno, la promozione delle diverse Comunità di utenti.
… alla fine del 2017 il Committee di Copernicus diede
gli indirizzi di sviluppo e le priorità futuri in cui tra le
nuove piattaforme osservative da sviluppare tra
quelle satellitari e quelle più strettamente
interpretabili come sistemi e reti di monitoraggio a
terra, pone in evidenza, tra le altre, … i DRONI ... e tra
gli ambiti osservativi e per lo sviluppo e/o
potenziamento dei Core Services, quelli delle
emissioni clima alteranti ed inquinanti,
dell’agricoltura, in particolare di precisione e dei suoli,
della biodiversità …
Future Policy Assumptions &… …Priorities !
Copernicus will continue to be a public service, driven by
the needs of policy and public administrations
Key Users at European, national, and sub-national level
Help Europe to maintain a prominent role in the international
context
Contribute to economic growth as enabler of
innovations, business opportunities
New and complemantary platforms
High Elliptical Orbits, GEO, High Altitude Platforms, Unmanned
Aerial Vehicles, drones
To deliver continuous observations, ad-hoc observation needs,
extreme resolutions…
Considerable increase in operational complexity, data fusion
Hugo ZUNKER, EC DG-GROW,
11th Copernicus Committee, 7/10/2016 Space
I2
Future Policy Assumptions &… …Priorities !
• In situ data for Copernicus Marine Environment
Monitoring Service (CMEMS)
– L1: Overview of marine in situ infrastructure
landscape
• Drones and planes in support of of Copernicus
Emergency Management Service (CEMS) and
Marine Environment Monitoring Service
– L2: Drones and aerial imagery uptake in CEMS
activations
– L3 Drones and aerial imagery uptake in CMEMS
Hugo ZUNKER, EC DG-GROW,
11th Copernicus Committee, 7/10/2016 Space
I2Future Policy Assumptions &… …Priorities !
The following observation needs will be further
investigated for environmental observations:
Priority 1:
Greenhouse gas monitoring, specifically on
anthropogenic CO2 emissions, for which currently no
satellite observations are available
Priority 2:
Monitoring the Polar regions, specifically the arctic for sea
ice and weather
Monitoring Agriculture, specifically on parameters, which
potentially could be addressed through thermal infrared
observations
Priority 3:
Mining, biodiversity, soil moisture and other parameters,
requiring observations in additional bands, currently not
available
Hugo ZUNKER, EC DG-GROW,
11th Copernicus Committee, 7/10/2016 Space 11
I2Future Policy Assumptions &… …Priorities !
There will be task forces with external domain experts to
explore further the identified areas of interest like integration
of Galileo oncoming services, along with drone born ones, into
Copernicus Emergency Management Service (CEMS)...
Hugo ZUNKER, EC DG-GROW,
11th Copernicus Committee, 7/10/2016 Space 12
I2… il mondo dell’agricoltura di precisione e dei
controlli in agricoltura è un ottimo terreno per cercare
di perseguire tale integrazione …
… Altresì troviamo subito la forte connessione e
relazione anche operativa e funzionale, tra tale
mondo e quello dei controlli e della protezione
ambientale, dove il ruolo dell’integrazione tra le
informazioni ottenibili da satellite, da droni e dai
sistemi di monitoraggio a terra e la geolocalizzazione
giocano un ruolo fondamentale per l’efficienza,
l’efficacia e l’economicità delle attività da porre in
essere …FIELD SCALE - Progetto pilota Mipaaf Rete Rurale Nazionale RRN
Droni in agricoltura: potenzialità, costi e benefici
Drones: sensors capabilities
illegal
40cm
illegal Pro-rata pastures 2D
40cm
classification
Thermal for stables’ 60cm
illegal discharge
Morphometric measuring
and landslide/erosion alert
Solar radiation calculation
X day, season, year
Pro-rata pastures
Red.edge
3D classification
higher contribution
in forestry
14FIELD SCALE - Progetto pilota Mipaaf Rete Rurale Nazionale RRN
Droni in agricoltura: potenzialità, costi e benefici
Verifica di smaltimenti “inhabited”
legali/illegali dei reflui roof
da stalla
Team’s carEsempio di integrazione drone – satellite nell’ambito dei controlli ambientali
L’integrazione potenziale del dato satellitare delle missioni Europee (Sentinel 1&2) e nazionali (CSK
e Prisma) con il dato in-situ: esempio di integrazione del dato rilevato dal drone per monitoraggi di
dettaglioEsempio di integrazione drone – satellite nell’ambito dei controlli ambientali
Utliizzo della banda termica (e.g. Landsat 7-8; MIVIS/CNR) e del sensore CosmoSky-Med (SAR) per
il miglioramento geometrico ed analisi del microrilievo
immagine al termico (sx )e termico falsocolore (dx) per l’enfatizzazione Utilizzo della banda termica per l’identificazione dell’interramento dei rifiuti
del fenomeno (Discarica di Cava Riconta Villaricca (NA)
Identificazione smaltimento
Mappatura di amianto abusivo dell’amianto
Settore di intervento: inquinamento del suolo Macchia Soprana (Salerno)… approfondiamo quindi un poco il mondo
dell’agricoltura di precisione e dei controlli in
agricoltura per capire meglio ciò che il Programma
Copernicus si propone approfittando della
competenza dei colleghi dell’Università della Tuscia
nell’applicazione dell’agricoltura di precisione per il
miglioramento della gestione delle produzioni
vegetali …Cos’è l’agricoltura di precisione
Utilizzare quanto di più recente messo a
disposizione dalla tecnologia informatica,
Meccanizzazione Agraria
elettronica e delle telecomunicazioni, per
guidare e gestire le macchine agricole (trattrici e
macchine operatrici):
• GNSS (GPS)
• Tecnologie di guida assistita o auto-guida del
trattore
• Satelliti, aerei, droni (SAPR), sensori sul
trattore, sensori su macchine raccolta,
sensori a terra
• Tecnologie elettroniche per gestire le macchine
operatrici (spandiconcime, irroratrice)
Agronomia
Adattare la gestione agronomica alla variabilità
del suolo e della coltura nel tempo e nello
spazio
cambiamento di paradigma
gestione agronomica sito-specificaDal monitoraggio all’azione
Informazione Interpretazione Applicazione
Mappe di Applicazione a
prescrizione rateo variabile
(VRA)
Satelliti
SAPR (droni)
Conoscenza
agronomica
Sensori prossimaliInformazione
Piattaforma Risoluzione Frequenza e Risoluzione Necessità
spaziale tempestività spettrale elaborazione
dati
10-20 m 1 – 30 gg 4-10 bande +/- corr. atmosf.
(dipende indici vegetaz….
5m da nuvole) ampiezza ….prod.biofisici
consegna: 15-70 nm
2m ~1-10 gg
a richiesta 2-4 bande +mosaicatura
+ortorettifica
0.05 – 0.15 m consegna ampiezza + corr.radiometrica
~2 -7 gg 50- 200 nm +corr.atmosferica
+indici vegetaz
a richiesta 2-4 bande nessuna se sistema
on-the-go
0.5 – 5 m consegna ampiezza
immediat 3- 20 nm +filtraggio se
a mappaInformazione
Requisiti tipologia di dati per l’agricoltura di
precisione a seconda dell’operazione agronomica
Tecnica Frequenza Risoluzione Risoluzione
agronomica temporale spaziale richiesta spettrale
richiesta, richiesta
tempestività
Fertilizzazione Elevata, soprattutto Media (10-20 m in Media-elevata
per conc. azotata funzione dello
spandiconcime)
Trattamenti Elevata Elevata (cm) Elevata
fitosanitari
Diserbo Elevata Elevata (cm) Elevata
Irrigazione Elevata Media (in funzione Media (IR termico)
del metodo irriguo)
Semina Bassa Media (in funzione Media-elevata
della seminatrice)
Lavorazioni Bassa Media (in funzione Media-elevata
dell’attrezzatura)Diserbo di precisione e servizi geospaziali
Informazione Interpretazione Applicazione
Progetto APREINF: Agricoltura di precisione per la
gestione sostenibile delle infestanti
CNR IMAAProve in pieno campo di confronto tra diserbo uniforme
e patch-spraying
1) UAV acquisition 11/11/2014
2) Weeds map (Classification SVM)
Soil Weeds
3) Map treatment
Untreated areas Treated areas
4) Experimental design
Control Patch Uniform
spraying
5) Prescription map
Exclusion area
6) Sampling
180 points 22/12/2014
Size test area 120 x 288 m
Plot 24x48 m 22-23/06/2015Ambito AGEA
IACS e Monitoraggio PAC (futuro)
… Tali approccio e metodologie può significativamente contribuire
alla risoluzione della problematica che la nuova PAC impone ai
controlli nazionali in agricoltura, cioè passare dalla scala locale alla
scala globale: dal controllo a campione del 5% dei contributi
erogati, al monitoraggio nazionale per l’intera annata agraria
degli impegni/dichiarazioni, dell’attuazione delle politiche agro-
ambientali e indirizzi gestionali per mitigare impatto cambiamenti
climatici convenuti con la singola impresa agricola.
Ciò potrà avvenire solo attraverso il completamento delle aree non
risolte dai layer satellitari attraverso altri sistemi “field-based”
(foto di campo, droni, …) ed il supporto per indirizzare/gestire
localmente le aree complesse attraverso rilievi da App Geotagged
su cellulare ….… ma c’è anche il mare !!! …
… Droni e fascia costiera …
navigazioneautonomaremota
propulsioneadelicheaeree
DEVSS
strumentazionescientifica Èun veicolo di superficie a
struttura navigazione autonoma e
intercambiale(OrangeKit) propulsione elettrica, sviluppato in
collaborazione con l’Istituto
inacciaio inox Superiore per la Protezione e la
Ricerca Ambientale (ISPRA).
Può essere telecontrollato o
impostato per eseguiremissioni
autonome.
Può operarein un raggio di azione
di circa 500 m ed è composto da
un’anima tubolare in acciaio inox
assettoregolabile 304, montata su due gonfiabili in
neoprene, che ne assicurano il
inbasea5modalità galleggiamento.
La struttura è predisposta per
dicarico l’alloggiamento di una valigetta
ermetica (OrangeKit) che può
ospitare dispositivi aggiuntivi,quali
multi-beam, f otocamera,scanner,
palopertesta sensore sonar,dvl, etc.
estraibileeribaltabile scavigonfiabili
inneoprene… Capo Rizzuto case study: comparison of Sentinel 2 and LANDSAT 8 OLI satellite image vs.
Drone high spatial resolution images for mapping Posidonia oceanica meadows …
Marine Protected Area of Capo Rizzuto: 3D modeling of the Posidonia oceanica (L.) Delile meadows
F.S. Rende; A.D. Irving*; F. Bruno † ; F. De Filippo † ; Scalise ; P.F. Cappa ; T. Bacci; M.Penna; B. Trabucco; R. Di Mento, A.M. Cicero
Ispra, Italian National Institute for Environmental Protection and Research, Department of Marine Environmental Quality Assessment, Via Brancati, 60 ‐ 00144 ROMA.
•School of Medical and Applied Sciences, Central Queensland University, Bruce Highway, Rockhampton, Queensland 4702, Australia"
•DIMEG ‐ Dipartimento di Ingegneria Meccanica, Energetica e Gestionale, Università della Calabria, Arcavata di Rende, Italy
Marine Protected Area of C apo Rizzuto, Via C ristoforo Colo mbo s.n.c . – 88900, Crotone, Italy
francesco.rende@isprambiente.it
The Marine Protected Area Capo Rizzuto has invested significantly in research and innovation in
order to improve the process of monitoring, control and protection of Posidonia oceanica
meadows. In fact, within the Svi.Stri.In project "Development of Innovative Instruments", funded
by the Italian Ministry for the Environment Land and Sea, a prototype of a towing vehicle was
developed, that can accommodate 3D cameras for filming the seabed in vertical prospecting (face
down) (Fig.1). The vehicle can shoot continuously for long distances and, by using special software, 2D Georeferenced
Photo Mosaic
it is possible to create geo‐referenced photo mosaics and 2D /3D modeling (Fig.2 and Fig.3). Figure 1 ‐ Prototype of a towing vehicle equipped
with GoPro Hero 3+ cameras, Seaviewer camera
and GPS data logger
Wireframe model
1
Solid model
2 Shaded model
Classify Dense Cloud
Photo frame
Figure 2 ‐ 2D / 3D Modeling Seagrass Mapping
3
Dense Cloud model
georeferenced Point Cloud model
4
Applications
• Seagrass and Sea Bed 2D/3D mapping; 5
• NIS Monitorig;
• Geology Survey;
• Emergency Survey;
• Pipeline monitoring;
• Artificial reef monitoring;
Measurements 6
• Area, perimeter and volume;
• Hydrological Survey; • Fragmentations;
• Oceanographic Survey • Continuity;
• Percentage Cover; 7
• Spatial analysis; Figure 3 ‐ Georeferenced 3D Photo Mosaic
• Seascape analysis;
ISPRA “Svi.Str.In project "Development of Innovative Instruments“… Capo Rizzuto case study: comparison of Sentinel 2 and LANDSAT 8 OLI satellite image vs.
Drone high spatial resolution images for mapping Posidonia oceanica meadows …… Capo Rizzuto case study: comparison of Sentinel 2 and LANDSAT 8 OLI satellite image vs.
Drone high spatial resolution images for mapping Posidonia oceanica meadows …… e tutto ciò ci consente di realizzare nell’ambito di un Accordo Quadro tra ASI ed ISPRA il progetto per la mappatura degli habitat e della biodiversità … per una nuova Carta della Natura !!!...
La Carta della Natura in ottica Downstream
Nazionale
La realizzazione di Carta della Natura è un compito istituzionale di ISPRA ai sensi della
L. 394/1991 Legge quadro sulle aree protette: “La Carta della Natura è predisposta dai
servizi tecnici nazionali* (…) individua lo stato dell'ambiente naturale in Italia,
evidenziando i valori naturali ed i profili di vulnerabilità territoriale” Art. 3 comma3
Unità Fisiografiche d’Italia
CONOSCENZA DELLO
STATO DELL’AMBIENTE Mappe di
Habitat
prodotti
•Valore Ecologico
Mappe di
VALUTAZIONE DELLO •Sensibilità Ecologica
STATO
•Pressione antropica
DELL’AMBIENTE
•Fragilità ambientaleLa Carta della Natura in ottica Downstream
Nazionale
Habitat Mapping at Regional level
22… grazie per l’attenzione ! …
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