Il rapporto AssoArpa su Earth Observation e droni: opportunità e criticità

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Enrico Zini, Arpa Lombardia, illustra il Rapporto Earth Observation: analisi delle attività osservabili da satelliti, predisposto da un gruppo di lavoro AssoArpa, con il quale si forniscono gli elementi essenziali per comprendere quali contributi informativi l’Earth Observation da satellite e da drone può fornire a supporto delle attività istituzionali delle Agenzie ambientali.

AssoArpa ha istituito nell’ottobre 2015 il gruppo di lavoro “Earth Observation: analisi delle attività osservabili da satelliti e a mezzo di APR”.  Il gruppo di lavoro (GdL) era costituito da tecnici delle Agenzie ambientali dell’Emilia-Romagna, Friuli Venezia Giulia, Lazio, Lombardia, Toscana, Valle d’Aosta e della Provincia autonoma di Trento.

L’obiettivo del GdL era di fornire alla dirigenza delle Arpa/Appa gli elementi essenziali per comprendere quali contributi informativi l’Earth Observation da satellite e da drone può fornire a supporto delle attività istituzionali delle Agenzie. Il risultato del lavoro è stato riportato nel Rapporto Earth Observation: Analisi delle attività osservabili da satelliti.

Il documento si rivolge a dirigenti tecnici che non necessariamente posseggono un background di Earth Observation, pertanto il primo capitolo introduce gli elementi conoscitivi essenziali. Viene fornita una mappa concettuale che rappresenta le principali entità dell’Earth Observation e come esse si relazionano tra loro.  Lo scopo della mappa è di contestualizzare il telerilevamento da satellite e da drone nel contesto delle molteplici opzioni disponibili nell’Earth Observation per quanto riguarda la scelta delle piattaforme, dei sensori e delle applicazioni. Un’attenzione particolare è data alla differenziazione tra sensori attivi e passivi, descrivendo per la prima categoria i sensori SAR (Synthetic Aperture Radar) e LIDAR (LIght Detection And Ranging), e per la seconda i sensori ottici.

Descrivendo le principali utilizzazioni delle immagini SAR, si pone l’attenzione sulla metodologia di interferometria differenziale SAR, sviluppata in Italia negli anni ’90, che consente di misurare con un’accuratezza millimetrica gli spostamenti verticali del terreno che possono essere indicatori di diversi fenomeni in atto come i movimenti franosi, la subsidenza causata dall’emungimento di acqua dalla falda, oppure dall’estrazione/immissione di gas naturale nei serbatoi sotterranei di gas, da fenomeni tettonici o di compattazione del suolo ecc..

Vengono poi fornite alcune nozioni basilari sulla interazione tra la radiazione elettromagnetica proveniente dal Sole e la superficie terrestre. Viene successivamente introdotto il concetto di firma spettrale, in quanto ogni oggetto della superficie terrestre riflette la radiazione elettromagnetica secondo un pattern che è determinato dalle caratteristiche dei materiali di cui è costituito. L’analisi della firma spettrale permette quindi di discriminare con facilità le principali tipologie di coperture del suolo come ad esempio conifere, latifoglie, praterie, terreni agricoli, corpi idrici, neve, ghiacciai, rocce ecc., ma consente anche di acquisire informazioni più dettagliate riguardanti le tipologie vegetazionali e colturali (es. colture autunno-vernine, colture primaverili-estive), lo sviluppo della biomassa, lo stadio fenologico, la concentrazione di clorofilla, la presenza di patologie e stress idrici nella vegetazione, la discriminazione tra le principali categorie di suoli e la valutazione del contenuto di umidità e di materia organica, la qualità delle acque superficiali (torbidità, concentrazione di clorofilla…) ecc.

Il documento passa quindi a descrivere in due elenchi distinti le principali applicazioni ambientali dell’Earth Observation da satellite e da drone. Mentre per le applicazioni da satellite è disponibile una letteratura vastissima alla quale attingere ed esistono anche diverse esperienze importanti tra le agenzie ambientali italiane, per le applicazioni da drone, trattandosi di una tecnologia molto recente, la letteratura è più ristretta e le esperienze realizzate dalle agenzie ambientali italiane al momento sono ancora poche. Si è deciso quindi di proporre anche alcune applicazioni dei droni che non sono ancora state realizzate ma che sono mutuate da analoghe applicazioni satellitari ormai consolidate.

Un capitolo del documento è dedicato alla descrizione delle informazioni satellitari attualmente disponibili e alle modalità di accesso. Il focus principale è su Copernicus, il programma promosso dalla Commissione europea costituito da un insieme di sistemi che raccolgono informazioni da molteplici fonti, sia satelliti che sensori a terra, in mare e aviotrasportati. Queste informazioni vengono integrate ed elaborate per produrre servizi rivolti sia al settore pubblico che a quello privato in sei aree tematiche: il suolo, il mare, l’atmosfera, i cambiamenti climatici, la gestione delle emergenze e la sicurezza. Nell’ambito di Copernicus, l’Esa (Agenzia spaziale europea) sta sviluppando una serie di costellazioni di satelliti, denominati Sentinels. Ciascuna costellazione ha una finalità specifica di osservazione della Terra ed è composta da almeno due satelliti.  La messa in orbita dei satelliti Sentinel è iniziata nel 2014 con il lancio del satellite Sentinel-1A e proseguirà almeno fino al 2020.

Copernicus prevede non solo la fornitura di immagini, ma anche di servizi differenziati in due livelli: i servizi core (o upstream) e servizi downstream.
I primi sono servizi di base e saranno messi a disposizione gratuitamente da istituzioni della Commissione europea. I secondi sono servizi ad alto valore aggiunto e saranno sviluppati sulla base di programmi attuati dai singoli Stati membri. Le esigenze degli utenti dei servizi di Copernicus sono rappresentate dagli User Forum nazionali.

Un altro capitolo fornisce una sintesi della normativa Enac (Ente nazionale aviazione civile) che regolamenta l’uso dei droni appartenenti alla categoria con peso al decollo inferiore a 25 kg. Il documento evidenzia le possibilità operative consentite dalla normativa e gli adempimenti ai quali sottostare. La normativa Enacè particolarmente articolata ed in continua evoluzione.

Il capitolo conclusivo del documento elenca una serie di proposte di sviluppo emerse dal gruppo di lavoro: innanzitutto l’esigenza di aggiornare periodicamente il documento, considerata l’evoluzione molto rapida delle tecnologie e dei programmi di Earth Observation, inoltre:

  • l’auspicio di organizzare tra le Agenzie ambientali delle sperimentazioni congiunte dei droni
  • lo sviluppo di protocolli operativi sull’uso dei droni nelle applicazioni ambientali
  • l’avvio di una collaborazione tra il Sistema agenziale ed Enac
  • il censimento di capitolati di riferimento per l’acquisto di strumenti e servizi riguardanti i droni
  • la valutazione dei costi di gestione dei droni, dei vantaggi/svantaggi della gestione interna/esterna dei droni, il valore aggiunto rispetto alle metodiche di monitoraggio tradizionali
  • infine, la promozione della partecipazione congiunta a progetti di ricerca e sviluppo.

Gli argomenti citati sono stati oggetto di un intervento (v. presentazione) durante la manifestazione Dronitaly 2016 (Modena, 30/9-01/10) insieme ad altre esperienze relative all’uso di droni aerei in aree soggette a dissesti.

Scarica il rapporto AssoArpa “Rapporto Earth Observation: Analisi delle attività osservabili da satelliti” (pdf)

Testo a cura di Enrico Zini, Arpa Lombardia

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