Post on 15-Feb-2019
organizzato da
Il rapporto Assoarpa su Earth Observation e Droni: opportunità e criticità
di utilizzazione dei SAPR nelle agenzie ambientali
I droni per il monitoraggio dell'ambiente
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 3
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 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 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 6
Introduzione all'Earth Observation
Sole
Flusso di energia
Lunghezza d
'ond
a
Firma spettrale
Sensore
Nozioni essenziali sulla interazione della radiazione elettromagnetica con la materia
Rif
lett
anza
(%
)
Lunghezza d'onda
Vegetazione
Suolo
Acqua
Suolo
Foto_ sintesi
Struttura foglia e chioma
Contenuto di acqua
VIS NIR SWIR
Rif
lett
anza
(%
)
Lunghezza d'onda
Vegetazione Suolo
Acqua
Suolo
Nozioni essenziali sulla firma spettrale della vegetazione e dei principali materiali
Sole
Satellite
circa 6000 °C
circa 20 °C
Visibile (VIS), Infrarosso Vicino (NIR) Infrarosso Medio (SWIR)
Infrarosso Termico (TIR)
organizzato da 7
Introduzione all'Earth Observation
Matrice ambientale
Informazione ottenuta Regione spettrale
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 √ √ √
Matrice ambientale
Informazione ottenuta Regione spettrale
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 √ √ √
Matrice ambientale
Informazione ottenuta Regione spettrale
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 √
Matrice ambientale
Informazione ottenuta Regione spettrale
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 √
Matrice ambientale
Informazione ottenuta Regione spettrale
VIS NIR SWIR TIR
Contenuto informativo delle immagini ottiche
organizzato da
Mappa concettuale dell'Earth Observation
8
Drone
Piattaforma Sensore
Satellite
Immagini / Dati
Applicazione
Introduzione all'Earth Observation
Aereo
Elicottero
Drone
Piattaforma Sensore
Satellite
Campionatore
Orbita Geostazionaria
Immagini / Dati
Programma Spaziale
Agenzia Spaziale
Ala fissa
Ala mobile
Applicazione MTOM ≥ 25 Kg
MTOM < 25 Kg
Regolamento ENAC
Orbita Polare
Aereo
Elicottero
Drone
Piattaforma Sensore
Attivo
Satellite
SAR
LIDAR
Campionatore
N° Bande
Passivo
Regione Spettrale
VIS
NIR
SWIR
TIR
Pancro
Multi_ spettrale
Iper_ spettrale
Ottico Altro
Radiazioni non
ionizzanti
Qualità aria
Radiazioni ionizzanti
Meteo
Orbita Geostazionaria
Immagini / Dati
Programma Spaziale
Agenzia Spaziale
Ala fissa
Ala mobile
Applicazione
Risoluzione Geometrica
Ampiezza Scena
MTOM ≥ 25 Kg
MTOM < 25 Kg
Regolamento ENAC
Orbita Polare
Ripetitività
Meteo e Clima
Aereo
Elicottero
Drone
Piattaforma Sensore
Attivo
Satellite
SAR
LIDAR
Campionatore
N° Bande
Passivo
Regione Spettrale
VIS
NIR
SWIR
TIR
Pancro
Multi_ spettrale
Iper_ spettrale
Ottico Altro
Radiazioni non
ionizzanti
Qualità aria
Radiazioni ionizzanti
Meteo
Orbita Geostazionaria
Immagini / Dati
Programma Spaziale
Agenzia Spaziale
Ala fissa
Ala mobile
Applicazione
Aria
Acqua
Suolo
Rifiuti
Attività Produttive
Agricoltura e Foreste
Agenti Fisici
Risoluzione Geometrica
Ampiezza Scena
Territorio
MTOM ≥ 25 Kg
MTOM < 25 Kg
Regolamento ENAC
Orbita Polare
Dati Ausiliari
Modelli
Calibrazione Validazione
Ripetitività
organizzato da
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
Sostituibilità dei sensori
Campionamenti
Programmazione riprese
Gratuità delle immagini
Storicità delle immagini
Vincoli norm., privacy,...
9
Introduzione all'Earth Observation
na
Comparazione tra SAPR e le altre piattaforme di Earth Observation
organizzato da 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 11
Contributi dell’EO da SAPR alle attività delle Agenzie
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
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.
N° applicazioni attuali/potenziali dei SAPR 2
11
4 4
2 2 2
4 41 applicazioni 2 2
3 2
1
organizzato da 12
Contributi dell’EO da SAPR alle attività delle Agenzie
Tema Applicazioni SAPR
Qualità delle acque
• Monitoraggio dei fenomeni eutrofici (es. mucillaggini, fioriture algali,…) nei piccoli laghi.
• Identificazione di scarichi abusivi in corpi idrici.
Tema Applicazioni SAPR
Qualità delle acque
• Monitoraggio dei fenomeni eutrofici (es. mucillaggini, fioriture algali,…) nei piccoli laghi.
• Identificazione di scarichi abusivi in corpi idrici. Idrologia, clima, agrometeorologia
• Stima delle variazioni volumetriche dei ghiacciai, monitoraggio delle variazioni 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,…).
Tema Applicazioni SAPR
Qualità delle acque
• Monitoraggio dei fenomeni eutrofici (es. mucillaggini, fioriture algali,…) nei piccoli laghi.
• Identificazione di scarichi abusivi in corpi idrici. Idrologia, clima, agrometeorologia
• Stima delle variazioni volumetriche dei ghiacciai, monitoraggio delle variazioni 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 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.
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.
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.
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 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.
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.
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.
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.
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.
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 sostenibile
• Mappatura delle emissioni termiche degli edifici.
organizzato da 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 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 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 18
Prime 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 19
Prime esperienze di ARPA Lombardia con i SAPR
Frana del Ruinon, ortoimmagine 27/07/16, pixel 6 cm.
organizzato da 20
Prime esperienze di ARPA Lombardia con i SAPR
Frana del Ruinon, ortoimmagine 27/07/16, pixel 6 cm.
organizzato da 21
Prime esperienze di ARPA Lombardia con i SAPR
Frana del Ruinon, dettaglio ortoimmagine e curve di livello con equidistanza 1 m.
organizzato da 22
Prime esperienze di ARPA Lombardia con i SAPR
Frana del Ruinon, rendering 3D.
organizzato da 23
Grazie per l'attenzione
Enrico Zini
ARPA Lombardia
e.zini@arpalombardia.it