Il rapporto Assoarpa su Earth Observation e Droni: opportunità e criticità di utilizzazione dei SAPR nelle agenzie ambientali - I droni per il ...
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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
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
Introduzione
• Il Gruppo di Lavoro era costituito da 7 Agenzie:
ARPA/APPA Nome
Emilia Romagna Vittorio Marletto
Andrea Spisni
Friuli Venezia Giulia Pietro Rossin
Lazio Valerio Briotti
Lombardia Dario Bellingeri
Alessandro Menin
Enrico Zini
Toscana Cinzia Licciardello
Stefano Pelleriti
Trento Maurizio Francescon
Valle d'Aosta Umberto Morra di Cella
• Responsabile del Gruppo di Lavoro: Enrico Zini
• Termine dei lavori: Maggio 2016
organizzato da 3
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
Introduzione all'Earth Observation
Nozioni essenziali sui sensori attivi e passivi
Riprese SAR notturne Riprese SAR con Immagine ottica Immagine SAR
copertura nuvolosa
Nozioni essenziali sull'interferometria SAR
organizzato da 5
Introduzione all'Earth Observation
Nozioni essenziali sulla interazione della radiazione elettromagnetica con la materia
Visibile (VIS),
Infrarosso Vicino (NIR)
Infrarosso Medio (SWIR) Satellite
Sensore
Sole circa 6000 °C
Flusso di energia
Sole
Infrarosso
Termico
(TIR)
Lunghezza d'onda
Firma spettrale
circa 20 °C
Foto_ Struttura foglia e Contenuto di acqua
sintesi chioma
VIS NIR SWIR Vegetazione
Vegetazione
Suolo
Suolo
Suolo
Riflettanza (%)
Acqua Acqua
Riflettanza (%)
Lunghezza d'onda
Lunghezza d'onda
Nozioni essenziali sulla firma spettrale della vegetazione e dei principali materiali organizzato da 6
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
Introduzione all'Earth Observation
Iper_ TIR Meteo e Clima
Radiazioni
spettrale
ionizzanti
Multi_ SWIR
Radiazioni Aria
spettrale
non
NIR ionizzanti
Pancro Acqua
VIS Qualità aria
Suolo
Regione
N° Bande Spettrale Meteo
Calibrazione
Agricoltura e Validazione
Foreste
Mappa concettuale Ottico Altro
Attività
dell'Earth Observation LIDAR
Produttive Modelli
Passivo
SAR Territorio
Aereo
Attivo
Ala fissa Agenti Fisici
Elicottero
Campionatore
Ala mobile
Rifiuti
Drone
Immagini /
MTOM ≥ 25 Kg Piattaforma Sensore Applicazione
Dati
Satellite
Orbita
MTOM < 25 Kg Geostazionaria Dati Ausiliari
Programma
Spaziale
Orbita Polare
Regolamento Agenzia Risoluzione Ampiezza
Ripetitività
ENAC Spaziale Geometrica Scena
organizzato da 8
Introduzione all'Earth Observation
Comparazione tra SAPR e le altre piattaforme di Earth Observation
Satellite SAPR
Satellite con
con sensore Aereo Elicottero (MTOW
Parametro sensori ottici
SAR < 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
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 10Contributi 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 N° applicazioni attuali/potenziali dei SAPR
1. Qualità delle acque 2
2. Idrologia, clima, agrometeorologia 11
3. Invasi e dighe 4
4. Conservazione della natura, foreste 4
5. Grandi cantieri 2
6. Qualità dell'aria 2
7. Agenti fisici 2
8. Difesa del suolo, idrologia 4 41 applicazioni
9. Valanghe 2
10. Cave 2
11. Discariche 3
12. Siti contaminati 2
13. Energia e sviluppo sostenibile 1
organizzato da 11Contributi 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 12Contributi 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 radio-
base.
• Monitoraggio della radioattività sopra discariche, siti potenzialmente
contaminati, siti di stoccaggio di rottami.
organizzato da 13Contributi 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 • Mappatura aree 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 14Contenuti 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 15Conclusioni
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 16Conclusioni
• 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 17Prime esperienze di ARPA Lombardia con i SAPR
• ARPA Lombardia, dopo aver espletato una gara pubblica (importo a base
d'asta: € 164.000 + 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 Km2).
organizzato da 18Prime esperienze di ARPA Lombardia con i SAPR
Frana del Ruinon,
ortoimmagine 27/07/16, pixel 6 cm.
organizzato da 19Prime esperienze di ARPA Lombardia con i SAPR
Frana del Ruinon,
ortoimmagine 27/07/16, pixel 6 cm.
organizzato da 20Prime esperienze di ARPA Lombardia con i SAPR
Frana del Ruinon, dettaglio ortoimmagine e curve di livello con equidistanza 1 m.
organizzato da 21Prime esperienze di ARPA Lombardia con i SAPR
Frana del Ruinon, rendering 3D.
organizzato da 22Grazie per l'attenzione
Enrico Zini
ARPA Lombardia
e.zini@arpalombardia.it
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