Algoritmo fuzzy per la mappatura delle aree bruciate

ALGORITMO FUZZY DI MAPPATURA DELLE AREE BRUCIATE

fuochi immagine3IREA-CNR ha sviluppato un algoritmo di mappatura delle aree bruciate basato sulla teoria degli insiemi fuzzy e su indici di vegetazione (Stroppiana et al., 2012). L’algoritmo è stato sviluppato specificatamente per le regioni mediterranee e testato per le immagini satellitari Landsat TM/ETM+ (approccio uni-temporale). I test di accuratezza hanno dimostrato che l’algoritmo propostoè in grado di individuare i perimetri delle aree bruciate con errori di commissione ed omissione inferiori a 21% e 3%, rispettivamente. La figura a lato rappresenta la mappa delle aree bruciate per un’area di studio in Grecia (TM RGB-543, path/row 183/033, 03 luglio 2007) dove i colori rappresentano l’accuratezza (arancione=bruciato corretto, bianco=non bruciato corretto, verde=commissione, blu=omissione).

Sebbene le immagini acquisite dai sensori satellitari ottici forniscano dati per una mappatura affidabile e consistente delle aree percorse dal fuoco, la presenza di nuvole potrebbe limitare la frequenza di osservazione della superficie. In tale contesto, i sensori satellitari radar rappresentano un’importante fonte di dati complementari a quelli acquisiti dai sensori di tipo ottico. In particolare, il Radar ad Apertura Sintetica (SAR) è un sensore attivo dotato di un sistema trasmittente che emette un segnale elettromagnetico alla frequenza delle microonde, e di un sistema ricevente in grado di misurare il segnale retrodiffuso dalla superficie terrestre. La caratteristica rilevante di tali sensori è quella di garantire un’osservazione della Terra in qualunque condizione climatica e sia di giorno che di notte, garantendo in tal modo un monitoraggio in continuo delle aree bruciate e, più in generale, delle risorse naturali.

INTEGRAZIONE DEI DATI SAR NELL’ALGORITMO FUZZY

Per sfruttare i vantaggi offerti dai sensori radar, IREA-CNR, con la collaborazione del Forest Research Centre, Università di Lisbona, sta testando la possibilità di integrare i dati SAR nell’algoritmo fuzzy di mappatura delle aree bruciate (Azar et al., 2013). A questo scopo, sono stati utilizzati dati Landsat TM e dati SAR ENVISAT (progetto cat-1 nr. 11779) acquisiti su due aree di studio in Portogallo interessate, nel 2003, da incendi di elevata intensità.

Fonte Sensore Date Area Frame
Ottico Landsat TM 12/08/2003 Portogallo centrale 204/032 (path/row)
Ottico Landsat TM 24/10/2003 Portogallo meridionale 203/034 (path/row)
Radar ENVISAT ASAR 11/05/2003; 24/08/2003 Portogallo centrale 180-2807 (track-frame)
Radar ENVISAT ASAR 04/05/2003; 26/10/2003 Portogallo meridionale 87-746 (track-frame)

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La figura presenta, per entrambe le aree di studio, le mappe di differenza di σ° (Δσ°post-pre) ottenute elaborando due immagini ENVISAT acquisite prima (maggio) e dopo (ottobre) la stagione degli incendi forestali. Le mappe mostrano una buona corrispondenza tra le aree dove Ds° è positivo (incremento del segnale retrodiffuso dalla scena osservata a seguito del passaggio del fuoco) ed i poligoni di riferimento estratti dal Fire Atlas of Portugal (Pereira, J.M.C. and Santos, M.T.N., 2003, Fire Risk and Burned Area Mapping in Portugal. Direcção-Geral das Florestas, Lisboa) (vettori in rosso).

Tali risultati sono stati successivamente utilizzati per derivare le statistiche dei valori di Δσ° per superfici bruciate e non, in particolare vegetazione, suolo, acqua e aree urbane (pixel campione estratti tramite fotointepretazione), che sono alla base della definizione delle funzioni fuzzy per l’integrazione nell’algoritmo sviluppato da IREA-CNR.

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Il boxplot a lato conferma che per le aree bruciate Δσ° è positivo a causa dell’aumento del backscattering dovuto all’effetto del fuoco sulla vegetazione. Le aree non bruciate, al contrario, mostrano valori mediamente prossimi a zero (valore di σ° stabile nel tempo) sebbene le aree urbane e l’acqua siano caratterizzate da Δσ° con una mediana leggermente al di sopra di zero. Queste analisi statistiche sono preliminari alla definizione delle funzioni fuzzy per Δσ° (on-going).

Questa ricerca è finalizzata a sviluppare un algoritmo robusto ed affidabile per la mappatura delle aree bruciate, basato sulla integrazione di dati satellitari ottici e SAR, che possa contribuire alla valutazione e alla mitigazione del rischio associato agli incendi. La metodologia, testata sulle caratteristiche dei sistemi di telerilevamento attualmente in uso, pone le fondamenta per lo sfruttamento dei dati acquisiti dai satelliti Sentinel 1 e Sentinel 2, che verranno a breve messi a disposizione dall’ESA.