Esperienze di ARPA Valle d'Aosta - I droni per il monitoraggio dell'ambiente (in collaborazione con ASSOARPA) - SNPA Ambiente
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I droni per il monitoraggio dell‘ambiente
(in collaborazione con ASSOARPA)
Esperienze di ARPA Valle d‘Aosta
U. Morra di Cella
Agenzia Regionale per la Protezione dell’Ambiente della Valle d’Aosta
Rif. ENAC 3725
1/29
Premessa -1/2
• L’Agenzia Regionale per la Protezione dell’Ambiente della Valle d’Aosta si occupa (L.R.
41/95) (…anche…) del monitoraggio dell’effetto del cambiamento climatico
sull’ambiente alpino
• Il climate change determina sui territori di alta quota rilevanti modificazioni che ne
alterano l’assetto e la fruibilità da parte dell’uomo
• Si rende pertanto necessario un presidio adeguato per comprendere i fenomeni e le
dinamiche in atto e fornire elementi per la gestione e la pianificazione del territorio
• Strumenti di misura, tecniche di osservazione e metodi di indagine e analisi devono,
ovviamente, essere adatti ai fenomeni e agli oggetti da osservare e….
adeguati alle condizioni di accessibilità e sicurezza
sostenibili (risorse umane e finanziarie disponibili)
garantire il long-term monitoring
2/29
Premessa – 2/2
La complessità dell'ambiente e la varietà dei processi a carico del Sistema Agenziale
richiede un approccio integrato in termini di componenti/matrici ambientali indagate,
tipologie di sensori, metodi e tecniche di indagine
Fenomeni da osservare Multi (t)
Ambiente fisico (territorio)
3/29
Motivazione 1/5
La complessità dell'ambiente e la varietà dei processi a carico del Sistema Agenziale
richiede un approccio integrato in termini di componenti/matrici ambientali indagate,
tipologie di sensori, metodi e tecniche di indagine
ECOSISTEMI
VEGETALI PARETI ROCCIOSE
GHIACCIAI
e VERSANTI
PROCESSI NEVE
FISIOLOGICI
PERMAFROST
4/29
Motivazione – 2/5
La complessità dell'ambiente e la varietà dei processi a carico del Sistema Agenziale
richiede un approccio integrato in termini di componenti/matrici ambientali indagate,
tipologie di sensori, metodi e tecniche di indagine
MISURE INDIRETTE
(es. geofisica)
MISURE INDIRETTE
(es. remote & proximal sensing)
MISURE DIRETTE
(es. metro + dinamometro
analizzatore IR per CO2)
5/29
Motivazione 3/5
La complessità dell'ambiente e la varietà dei processi a carico del Sistema Agenziale
richiede un approccio integrato in termini di componenti/matrici ambientali indagate,
tipologie di sensori, metodi e tecniche di indagine
6/29
Motivazione 4/5
Perché un APR per il monitoraggio di ARPA?
- vantaggi tipici del remote sensing (elevata copertura spaziale, ripetibilità, ...)
- vantaggi tipici del proximal sensing (elevata risoluzione geometrica)
- possibilità e versatilità nella integrazione delle informazioni rilevate con le osservazioni a
terra (es. NDVI Skye vs. NDVI APR);
- versatilità del sistema: impiego per diverse finalità e al momento idoneo
(personalizzazione dei sensori!)
- indipendenza nella produzione degli output e stabilità/robustezza del sistema (no
intermediari – es. Ground Station!!):
- costo di esercizio estremamente contenuto
7/29
Motivazione 5/5
E. Zini: I droni nel contesto dell’Earth Observation
ECOSCIENZA, 2015
8/29
SAPR in ARPA VdA: hardware – 1/3
Requisiti richiesti al SAPR (definiti nel 2012!):
ALA FISSA MULTIROTORE
riprese aeree nadirali + +
applicazioni fotogrammetriche + +
riprese su ampie superfici (> 1 kmq) ++ +
volo ad alta quota (> 3.600 m asl) +++ -
sicurezza nelle operazioni in condizioni non +++ -
critiche
9/29
SAPR in ARPA VdA: hardware – 2/3
Requisiti richiesti al SAPR (definiti nel 2012!):
ALA FISSA MULTIROTORE
riprese aeree nadirali + +
applicazioni fotogrammetriche + +
riprese su ampie superfici (> 1 kmq) ++ +
volo ad alta quota (> 3.600 m asl) +++ -
sicurezza nelle operazioni in condizioni non +++ -
critiche10/29
SAPR in ARPA VdA: hardware – 3/3
(2013)
(2016)11/29
SAPR in ARPA VdA: software – 1/1
Dotazione standard:
- planning missione
- gestione volo
- data quality check (quality check + quick report)
- pre-processing (geotagging)
Per applicazioni fotogrammetriche:
MICMAC /IGN France PHOTOSCAN /Agisoft
Elevato controllo di tutte le fasi di Velocità nel processamento di grandi
orientamento interno, esterno e di dense quantità di immagini
matching Produzione di ortofoto di alta qualità
Produzione di DSM di elevata accuratezza (geometrica e radiometrica) e DSM
e precisione Black-box
Difficoltà di utilizzo Facilità di utilizzo12/29
1. DINAMICHE DI VERSANTE
- monitoraggio di spostamenti superficiali -
Realizzazione di ortoimmagini RGB alta definizione (3-5 cm/px)
Caratterizzazione della dinamica di versante (dati areali accoppiati a GNSS puntuale)
Confronto multitemporale (1 orto/mese) di punti notevoli e calcolo di spostamenti e
relative velocità: tracking manuale e automatico (SGM – semi global matching algorithm)
Ghiaccaio roccioso Gran Sometta
(Cervinia, Valtournenche, AO)13/29
1. DINAMICHE DI VERSANTE
- monitoraggio di spostamenti superficiali -
Realizzazione di ortoimmagini RGB alta definizione (3-5 cm/px)
Caratterizzazione della dinamica di versante (dati areali accoppiati a GNSS puntuale)
Confronto multitemporale (1 orto/mese) di punti notevoli e calcolo di spostamenti e
relative velocità: tracking manuale e automatico (SGM)
Ghiaccaio roccioso Gran Sometta
(Cervinia, Valtournenche, AO)14/29
1. DINAMICHE DI VERSANTE
- monitoraggio di spostamenti superficiali -
Realizzazione di ortoimmagini RGB alta definizione (3-5 cm/px)
Caratterizzazione della dinamica di versante (dati areali accoppiati a GNSS puntuale)
Confronto multitemporale (1 orto/mese) di punti notevoli e calcolo di spostamenti e
relative velocità: tracking manuale e automatico (SGM)
0.57
3.80 m
m
0.05
m
4.30
m
1.62
m15/29
1. DINAMICHE DI VERSANTE
- monitoraggio di spostamenti superficiali -16/29
1. DINAMICHE DI VERSANTE
- monitoraggio di spostamenti superficiali -17/29
1. DINAMICHE DI VERSANTE
- monitoraggio di spostamenti superficiali -18/29
1. DINAMICHE DI VERSANTE
- monitoraggio di spostamenti superficiali -19/29
2. DINAMICHE DI VERSANTE
- monitoraggio variazioni volumetriche -
Realizzazione DTM alta definizione (20 cm/px)
Confronto multitemporale di DTM e calcolo di variazioni di volumi (volumi mobilizzati)
Ghiaccaio roccioso Gran Sometta
(Cervinia, Valtournenche, AO)
20 m20/29
3. GHIACCIAI
- monitoraggio delle variazioni frontali -
Realizzazione ortomosaico alta definizione (5-7 cm/px)
Confronto annuale di ortoimmagini per calcolo arretramento/avanzamento
Ghiaccaio del Timorion (Gran Paradiso, Valsavarenche, AO)21/29
3. GHIACCIAI
- monitoraggio delle variazioni frontali -
Realizzazione ortomosaico alta definizione (5-7 cm/px)
Confronto multitemporale di ortoimmagini e calcolo arretramento/avanzamento
Ghiaccaio del Rutor
Settembre 2013 (La Thuile, AO)
Settembre 2014
Settembre 2015
Sentinel 2 A
29 agosto 201522/29
3. GHIACCIAI
- monitoraggio delle variazioni frontali -
Realizzazione ortomosaico alta definizione (5-7 cm/px)
Confronto multitemporale di ortoimmagini e calcolo arretramento/avanzamento
In aree remote, di accesso difficoltoso o pericoloso e di rilevante estensione
Ghiacciaio Rutor
(La Thuile, AO)
Piani di volo per
monitoraggio variazioni
frontali
19 settembre 2016
Sentinel 2 A
29 agosto 201523/29
3. GHIACCIAI
- monitoraggio delle variazioni frontali -
Realizzazione ortomosaico alta definizione (5-7 cm/px)
Confronto multitemporale di ortoimmagini e calcolo arretramento/avanzamento
Unica tecnica di monitoraggio adottabile (es. no GNSS per ombre morfologiche)
Ghiacciaio d’Agola
(Dolomiti di Brenta - TN)
Traccia del volo realizzato per
monitoraggio glaciale (neve
residua e variazioni frontali)
26 settembre 2014
coll. Meteotrentino
Sentinel 2 A
29 agosto 201524/29
4. VALANGHE
- perimetrazione aree percorse catasto e valutazione danni -
Realizzazione ortomosaico alta definizione NIR (5-7 cm/px)
Perimetrazione aree percorse (aggiornamento catasto) + stima costi intervento forestale
Valanga Saint-Rhémy-en-Bosses (AO)
10-056 CRV
14 febbraio 201425/29
5. ECOSISTEMI FORESTALI
- monitoraggio fitopatologie + perimetrazioni aree percorse incendio -
Realizzazione ortomosaico alta definizione RGB (6 cm/px)
Analisi dello stato fitosanitario del popolamento di Pinus sylvestris (danni processionaria)
Individuazione settori con
differente livello di
defogliazione
Verifica del grado di ripresa
del popolamento forestale e
possibili instabilità del
soprassuolo
Loc. Piolet (Sarre, AO)
11 giugno 2014
Quota relativa di volo 190 m
Camera 12 Mpx26/29
6. AMBIENTI PERIGLACIALI
- analisi dinamica e situazioni potenziale pericolo -
Realizzazione ortomosaico alta definizione RGB (6 cm/px)
Analisi dell’evoluzione di zone NON direttamente accessibili per monitoraggio dissesti
Lago glaciale del Miage
(Courmayeur, AO)
14 settembre 201427/29
7. SUPPORTO ALLE ATTIVITA‘ DI PC e PG
Realizzazione ortomosaico alta definizione RGB (4 cm/px)
[Mappatura con termocamera, sensore multispettrali, …]
Fiume Polcevera (GE)
22 aprile 2016
Valutazione efficacia interventi di
contenimento
ARPA Liguria + Fondazione CIMA28/29
7. SUPPORTO ALLE ATTIVITA‘ DI PC e PG
Realizzazione ortomosaico alta definizione RGB (4 cm/px)
[Mappatura con termocamera, sensore multispettrali, …]
Limite greggio nel torrente
Polcevera ed efficacia delle dighe
AREE CONGESTIONATE
(gestione volo !!)
LIMITAZIONI METEO!!!
DIFFERIBILITA VOLO (?)29/29
Considerazioni conclusive
• Diffusione esponenziale dell’uso (a volte abuso!) e sviluppo
rapidissimo (mezzi obsoleti dopo 2 anni?)
• Necessità di consolidare conoscenze attorno alle applicazioni
SNPA
• Necessità di condivisione di esperienze, mezzi e personale
• Sviluppo di applicazioni specifiche (campionamenti)
• Definire modalità operative «meno onerose» per SNPA (da
ENAC)Grazie per l‘attenzione http://www.arpa.vda.it/climate-change-impacts
Campagne UAV: accuratezza dei dataset (z)
L’accuratezza dei DTM è stata valutata confrontando le quote dei 48
punti di monitoraggio GNSS (puntuale) e il valore di quota estratto dal
DTM corrispondente
2012 Flight 2014 Flight 2015 Flight
Mean [m] 0.103 0.025 0.022
Dev. Std [m] 0.110 0.156 0.140
N° GNSS points 48 46 44*Metodo AUTOMATICO
Confronto tra metodo manuale e automatico
Scatterplot degli spostamenti ottenuti dal confronto automatico di DTM e gli
spostamenti determinati con il metodo manuale di 785 punti.Campagne UAV: accuratezza dei dataset (xy) L’accuratezza planimetrica è stata valutata osservando le differenze di posizione di punti fissi riconoscibili sulle ortoimmagini (zone esterne al rock glacier)
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