20080204 avvio dottorato p3

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Dottorato di Ricerca NT&ITA“Nuove Tecnologie & Informazione Territorio & Ambiente”

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DTM “Digitalia” e DTM “Laser-Scanner”:ANALISI COMPARATA PER LA RAPPRESENTAZIONE DEL TERRITORIO CON ELEMENTI PER LA COSTRUZIONE DI UNA BASE CONOSCITIVA CONDIVISA

Obiettivi:•realizzazione di un Modello Digitale del Terreno del territorio mediante tecnologia laser-scanning, ampiamente applicata per il rilevamento e la modellazione tridimensionale nelle discipline del rischio idrogeologico, con le basi dati tridimensionali disponibili, in particolare il TIN del Progetto Digitalia

•progettazione di una quadro conoscitivo a supporto delle politiche di governo del territorio del Delta del Po, nel quale il DTM Laser è inserito ed integrato con le basi informative esistenti, in funzione della domanda informativa espressa dai numerosi portatori d’interesse e delle tematiche che maggiormente caratterizzano il territorio: sicurezza/difesa del suolo e rischio idraulico, salvaguardia e valorizzazione dell’Ambiente, trend evolutivi dell’uso del suolo

PROGETTO PER LA COSTRUZIONE DI UNA BASE CONOSCITIVA

SUL DELTA DEL PO

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•Realizzazione dei Modelli Digitali del Terreno con tecnologia Laser-Scanner (Digital Terrain Model-DTM, Digital Surface Model-DSM) di un’area studio sul Delta del Po

•Collaudo dei Modelli 3D con rilievo topografico GPS

•Confronto tra il modello DTM Laser ed il modello DTM “Digitalia”, realizzato dal CNR di Pisa e disponibile per l’intero territorio nazionale

•Valutazione delle caratteristiche e potenzialità dei modelli da Laser-Scanner nell’analisi e rappresentazione del territorio e nella gestione del rischio idraulico

•Progetto per la realizzazione di una base di conoscenza condivisa del Delta del Po, in grado di connettere i problemi, i dati, gli attori e la relativa domanda di conoscenza, in un sistema integrato di ascolto con caratteristiche geografiche.

Progetto per la costruzione di una base conoscitiva sul delta del Po: fasi

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La realizzazione dei Modelli Digitali del Terreno con tecnologia Laser-scanner

DSM

DTM

Postprocessing

RILIEVO LIDAR

da piattaforma aerea

Elaborazione

DATI DI NAVIGAZIONE

FILTRAGGIO

SEGMENTAZIONE E MODELLAZIONE 3D

DTM (Digital Terrain Model)

DSM (Digital Surface Model)

•Emissione di impulsi laser da piattaforma aerea

•Acquisizione di più di 7000 punti/secondo, con densità media dei punti a terra di circa 1 per mq

•Registrazione di più risposte (multi-echo) appartenenti ad un singolo impulso

Progetto per la costruzione di una base conoscitiva sul delta del Po:

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Progetto per la costruzione di una base conoscitiva sul delta del Po

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Post-processing, editing e collaudo dei dati Laser

I dati LIDAR sono stati oggetto di ulteriore elaborazione, finalizzata alla

•importazione, mosaicatura e riclassificazione dei dati grid in ambiente GIS, per consentire una efficace utilizzazione dei prodotti finali con i software più comuni in commercio (ArcGis-3DAnalyst, MapInfo-Vertical Mapper)

•elaborazione DTM (CGR-Blom) Laser finalizzata al confronto con il DTM derivato dal Progetto Digitalia

E’ stata inoltre verificata l’accuratezza altimetrica e planimetrica dei dati LIDAR e del DTM “Digitalia” mediante esecuzione del rilievo con tecnologia satellitare di una serie di punti di controllo a terra (GCP), in varie tipologie di aree di controllo, ed analisi delle differenze altimetriche e planimetriche tra GCP e modelli tridimensionali


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Il collaudo

AREA 1

•Aree di controllo: 2 aree pianeggianti, un edificio, area ad elevata pendenza (argine fluviale)

•Rilievo GPS di alta precisione

•Calcolo degli scarti tra GCP e DTM/DSM

Il rilievo laser-scanning effettuato dalla CGR Parma presenta una accuratezza altimetrica inferiore a 15 cm per le aree pianeggianti mentre l’accuratezza planimetrica è coerente con le specifiche.

Il DSM è stato inoltre in grado di descrivere adeguatamente gli edifici esistenti, dal punto di vista altimetrico e planimetrico.

Il test di collaudo su aree ad elevata pendenza, ha invece evidenziato un errore maggiore nelle misure, pari ad un massimo di 58 cm per pendenze pari a 15%.

Scarto tra DTM1x1 e punti GPS

-15

-10

-5

0

5

10

15

D5

D2

04

D2

62

D3

20

D3

78

D4

36

D4

94

D5

52

D6

10

D6

68

D7

26

D7

84

D8

42

D9

00

D9

58

D1

01

6

D1

07

4

D1

13

2

D1

19

0

D1

24

8

D1

30

6

D1

36

4

D1

42

3

D1

48

1

D1

53

9

D1

70

0

D1

76

9

D1

83

9

Codice punti

Dif

fere

nza

in q

uo

ta (

cm

)


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Caratteristiche DTM Digitalia

Il DTM Digitalia:

•Deriva da rilievo aerofotogrammetrico 1983/84 ed una successiva stereorestituzione per l’implementazione della CTRN (livelli 10 e 11, altimetria e punti quota)

•Precisione in altezza su terreno scoperto superiore a 1 metro, spaziatura della griglia consigliata è pari a 10 m,

•Non riporta alcune delle linee di discontinuità o break lines (ad esempio gli argini)


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Confronto DTM Laser e DTM Digitalia

Premessa:

• differente metodologia con cui i DTM sono ottenuti. Da un lato, infatti, le nuove tecnologie, caratterizzate da una sovrabbondanza di dati e da una restituzione finale fortemente automatizzata. Dall’altra il processo di fotointerpretazione e restituzione che caratterizza l’elaborazione del DTM da cartografia

• differente periodo di realizzazione e di aggiornamento: il TIN Digitalia deriva principalmente da punti quotati della CTR aggiornata al 1984

• differente precisione e costi di realizzazione, molto più elevati per un DTM da rilievo LIDAR

• evoluzione del territorio, soggetto al fenomeno della subsidenza

DTM DIGITALIA

DTM LASER

DTM LASER – DTM DIGITALIA = DIFFERENZA TRA DTM

Min (m) Max (m) STDV (m) Media (m)

Variazioni altimetriche dell’intera area di studio

-9.215 13.888 0.903 -0.495

La differenza media di quota tra DTM Laser e DTM Digitalia è circa 49 cm

La differenza media di quota tra DTM Laser e DTM Digitalia è circa 49 cm


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Le maggiori differenze sono rilevate lungo gli argini, nelle aree industriali ed urbaneLe maggiori differenze sono rilevate lungo gli argini, nelle aree industriali ed urbane


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Le potenzialità dei dati Laser

• Migliore interpretazione della reale morfologia

• Elevata accuratezza nella rappresentazione di opere e manufatti di particolare interesse (argini, zone industriali)

• Integrazione con ortofoto a grande scala, per una più efficace rappresentazione del territorio


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• Migliore capacità di lettura delle trasformazioni del tessuto urbano

• Contabilizzazione delle volumetrie dell’edificato e delle biomasse

AREA (m2) VOLUME (m3)

140512 660247

AREA (m2) VOLUME (m3)

22618 75541


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•Gestione del rischio idraulico

Stato delle arginatureStato delle arginature

Simulazione di esondazioneSimulazione di esondazione


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TIPOLOGIA EDIFICATO

GRADO DI RISCHIO

Edifici civili Elevato

Ospedali Elevato

Scuole Alto

Edifici industriali Alto

Chiese Alto

Stalle e allevamenti Medio

Tettoie e baracche Medio

Ruderi e manufatti vari

Basso

Campi coltivati Basso

Mappatura del rischio idraulicoMappatura del rischio idraulico


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Un quadro conoscitivo a supporto delle politiche di governo

Progettazione di un quadro conoscitivo a supporto delle politiche di governo del territorio del Delta del Po, basato sulla interconnessione tra mappatura dei problemi, identificazione degli attori e dei dati disponibili, e alla costruzione di un sistema integrato di ascolto con caratteristiche geografiche

Progettazione di un quadro conoscitivo a supporto delle politiche di governo del territorio del Delta del Po, basato sulla interconnessione tra mappatura dei problemi, identificazione degli attori e dei dati disponibili, e alla costruzione di un sistema integrato di ascolto con caratteristiche geografiche


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OBIETTIVI DEL PROGETTO

La domanda di conoscenza dettagliata e sistematica del territorio e delle problematiche ambientali espressa dalla platea degli Attori che operano sul territorio, sia pubblici che privati, è in continua crescita, sia per la spinta che in tal senso produce il nuovo quadro normativo a livello regionale e non solo, (cfr. la Legge Regionale urbanistica 11/2004 che impone la realizzazione di quadri conoscitivi complessi per i 581 Comuni), sia per la domanda diffusa di conoscenza dei problemi territoriali e ambientali espressa dalla società civile, anche nella prospettiva dei modelli di Governance del territorio.

L’idea che si intende verificare è quella della possibile attivazione partenariata di un “Servizio di monitoraggio del territorio e dell’ambiente a bassa quota”.

• Enti Locali• Consorzi di Comuni• Province, Regioni, Comunità montane• Aato• Studi professionali• ecc.

• Enti Locali• Consorzi di Comuni• Province, Regioni, Comunità montane• Aato• Studi professionali• ecc.

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Ministero delle Infrastrutture - Magistrato alle Acque di VeneziaRegione del Veneto – Segreteria Regionale Lavori PubbliciUniversità IUAV di Venezia - Dipartimento e Facoltà di Pianificazione del TerritorioCNR IbimetCNR - ISMARE.I.L. Systems-Avioportolano ItaliaPlanetek Italia srlTe.Ma. SncTerrasystem

e con la collaborazione di ARI Associazione Radioamatori Italianie di I.I.I. Iniziative Industriali Italiane

IL PROGETTO E I SOGGETTI COINVOLTI

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IL SISTEMA RAWAS

Il sistema RAWAS (settore A) è composto da una piattaforma aerea che consente:

-l'acquisizione di immagini video nel campo del visibile e dell'infrarosso mediante sensori elettro-ottici montati su una piattaforma giro-stabilizzata; -l'acquisizione dei dati GPS relativi sia alla posizione che agli assetti del velivolo (coordinate geografiche, quota, velocità, rotta data ed ora); -la trasmissione a terra in tempo reale delle immagini video e dei dati di posizione del velivolo;

- collegamento voce con le stazioni remote del sistema per espletare alla interattività della missione di volo con le azioni coordinate di terra sull’evento monitorato.

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Campi di applicazione:

• osservazione diurna di eventi d’interesse generale, sicurezza, giornalismo;• rilevamento per valutazioni su eventi calamitosi naturali o incidentali;• ricerca per soccorso e interventi di salvataggio;• controllo della viabilità sulle maggiori arterie di traffico;• controllo frontiere e coste.

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Schematizzando al massimo, il servizio puo’ consistere nell’utilizzo di un velivolo leggero a basso costo e di facile impiego specificamente concepito per tale tipologia di attività, in grado di sorvolare a bassa e bassissima quota aree critiche e sensibili, con un set opportuno di sensori in grado di leggere e restituire caratteristiche significative degli oggetti (edifici, infrastrutture di viabilità, vegetazione, rete idrografica, agglomerati produttivi,…) e dei fenomeni osservati.

I tematismi da monitorare con missioni di volo a cicli frequenti e sistematici sono diversi e numerosi: ricognizione di discariche, localizzazione di siti inquinati, rilevamento di situazioni edilizie residenziali e produttive, aggiornamento speditivo di cartografia tecnica numerica, osservazione di aree a forte valenza ambientale, monitoraggio di aree a rischio idrogeologico, di frane, di viabilità, ecc. e l’elenco potrebbe essere ancora molto lungo.

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LE CARATTERISTICHE DEL SISTEMA:

• velivolo a basso costo

• grande facilità di impiego

• pensato e realizzato per il monitoraggio del territorio e dell’ambiente

• grande flessibilità nell’utilizzo di un’ampia gamma di sensori (telecamera, camera nel visibile, multispettrale, termico, ecc…) con ampia possibilità di integrazione e di sviluppo degli stessi.

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I FILMATI

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PROGETTO MONITOR SKY ARROW

Thermal Camera

Multi-spectral Camera

Data collection system

Laser Altimeter

GPS receiver

SENSORISTICA MONTATA A BORDO

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Pianificazione dei voliPianificazione dei voli

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NIKON – true color

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FLIR - termico

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1. CARTA DELL’USO DEL SUOLO

2. ANALISI DELL’URBANIZZATO IN CLASSI

3. ANALISI DEL NON URBANIZZATO IN CLASSI

4. INDICE DI IMPERMEABILIZZAZIONE

5. STRESS VEGETAZIONE

6. ANALISI MULTI-TEMPORALE

7. AGGIORNAMENTO DELLA CTRN

8. ANALISI TERMICHE E MAPPATURA DEL TERRITORIO INCROCIATA CON IL MULTISPETTRALE

I PRODOTTI OTTENIBILI:

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NDVIQUANTITA’ BIOMASSA

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ANALISI MULTI-TEMPORALE

Ortofoto 2000 Ortofoto 2003

Immagine Sky Arrow 2006

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AGGIORNAMENTO DELLA CTRN

Nuovi edifici e infrastruttureNuovi edifici e infrastrutture

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ANALISI TERMICHE E MAPPATURA DEL TERRITORIO INCROCIATA CON IL MULTISPETTRALE

L’andamento delle temperature all’interno della classe “Edifici Industriali”

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STRATI DI BASE

OrtofotoEdificato

Rete viariaCivici

Rete idrografica

TEMI PRODOTTIDALLO

SKY ARROW

Estrazione classi urbano

Classificazione land cover

Immagini infrarosso

Immagini nel visibile

Mappatura del termico

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Sky Arrow ERA(Environmental Research Aircraft)

Antenne per Attitude GPS

Surface T

Dew Point T

Telecamera

Pressure Sphere

Temperatura Fast Response

Temperatura Low Response

Antenna Novatel GPS

Analizzatore IRGA

PC

Unità GPS

ElettronicaSwitch BOX

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0

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370 372 374 376 378 380 382 384 386

CO2 concentrations (ppm)

Height in

meters

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CO2 concentrations (ppm)

Height in

meters

Determinazione quantitative di un ampio spettro di composti organici (VOC), in particolare composti ‘nocivi’ quali benzene, benzopirene, formaldeide, butadiene

Composti organici sono prodotti da:• Traffico veicolare• Impianti petroliferi• Stoccaggio/movimentazione materie con solventi

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