Claudia Giardino

Claudia Giardino

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Tesista Martina Aiello

Università: Politecnico Di Milano

Scuola di Ingegneria Civile, Ambientale e Territoriale

Corso di Laurea: Ingegneria per l'Ambiente e il Territorio

Anno Accademico 2012-2013

Tipo di tesi: Laurea Magistrale

Relatore Marco Gianinetto M

Correlatori Claudia Giardino, Erica Matta

AttivitàModellistica di estrazione dei parametri bio-geofisici

BLASCOLo scopo principale del progetto BLASCO è sviluppare una tecnica per identificare i cianobatteri potenzialmente tossici che si sviluppano negli ambienti lacustri mediante tecniche di telerilevamento. Per raggiungere quest’obiettivo viene inizialmente condotta un’intensa attività di laboratorio per studiare le proprietà ottiche dei cianobatteri. In base alle osservazioni raccolte saranno quindi sviluppati e calibrati algoritmi per l’elaborazione dei dati satellitari. I risultati di questo progetto potrebbero contribuire a monitorare in modo efficace l'impatto delle fioriture di cianobatteri sulla qualità delle acque lacustri.

brochure del Progetto Blasco

 

Committente: Fondazione Cariplo

Prime contractor: CNR-ISE (Verbania Pallanza)

Periodo di attività: 2015 -2017

Finanziamento IREA:  € 120.000

Responsabili IREA: Mariano Bresciani, Claudia Giardino

Attività: Modellistica di estrazione di parametri bio-geofisici

ice-arc

Il progetto ICE-ARC ha l’obiettivo di comprendere e quantificare i molteplici stress che sono responsabili dei cambiamenti in atto nell’ambiente marino dell’Artico. Particolare attenzione sarà dedicata alla comprensione della rapida diminuzione della copertura di ghiaccio marino ed alla valutazione degli impatti climatici, economici e sociali di tali stress su scala regionale e globale. Poiché non è possibile considerare separatamente i singoli aspetti del sistema senza tenere conto delle reciproche interazioni, è necessario un approccio che includa gli effetti combinati di atmosfera/ criosfera/oceano/ecosistemi. Le osservazioni saranno mirate alla riduzione delle incertezze nella comprensione dei processi fisici che sono attivi in Artico e che, pur avendo un ruolo nei cambiamenti del clima e degli ecosistemi, non sono ancora adeguatamente rappresentati nei modelli disponibili. I risultati del programma osservativo, che include l’utilizzo di sistemi di osservazione remota da piattaforme satellitari, compresi i radar ad apertura sintetica (SAR), saranno utilizzati come input ad un modello ghiaccio-oceano-atmosfera che, opportunamente validato, sarà in grado di fare proiezioni, con incertezze ridotte, circa la natura ed il rate dei futuri cambiamenti della copertura di ghiaccio marino, della struttura dell’oceano e delle temperature e circolazione atmosferica. In parallelo, un modello di ecosistema avrà il medesimo ruolo per le risorse della vita marina. IREA contribuirà ad ICE-ARC con lo sviluppo di una metodologia di inversione di immagini SAR della marginal ice zone per la stima dello spessore di ghiaccio frazil e pancake.

 
Committente: Unione Europea, FP7

Prime contractor: Natural Environment Reserach Council, United Kingdom

Periodo di attività: 2014 - 2017

Finanziamento IREA: € 190.673

Responsabili IREA: Giacomo De Carolis

Attività: Modellistica di estrazione di parametri bio-geofisici

 

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)

fuochi immagine4

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.

fuochi immagine5

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.

fuochi immagine1

In Europa, si verificano circa 65000 incendi ogni anno e risulta incendiato, in media, circa mezzo milione di ettari di aree vegetate; più dell’85% delle aree bruciate si trova nei Paesi dell’Europa mediterranea (Francia meridionale, Grecia, Portogallo, Spagna e Italia) (San-Miguel-Ayanz and Camia, 2010). Se le condizioni meteorologiche sono particolarmente sfavorevoli, gli incendi possono sfuggire al controllo e causare ingenti danni all’ambiente ed alle persone, nonché importanti danni di tipo economico. Le attività umane sono la causa prima degli incendi e l’uomo è responsabile del 97% di tutti gli incendi forestali in Europa (Ganteaume et al., 2013). In Europa meridionale, il 2003 e 2007 sono stati tra gli anni più disastrosi per quanto riguarda gli incendi, come mostrato nella figura che riporta il numero di eventi registrati negli archivi dell’ESA ATSR World Fire Atlas. Anche secondo le statistiche riportate dall’European Forest Fires Information System, JRC (EFFIS), circa 700,117 ha e 862,452 ha di foresta sono bruciati a causa degli incendi avvenuti nel 2007 e nel 2003, rispettivamente.

fuochi atsr atlasLe indagini in situ permettono di raccogliere informazioni molto affidabili sugli effetti degli incendi (e.g. area bruciata) ma a scala regionale diventano troppo costose e poco praticabili; per questo motivo le tecniche di telerilevamento forniscono dati e misure fondamentali in grado di integrare i metodi più tradizionali basati su campagne in situ. Inoltre, negli ultimi anni la diminuzione dei costi dei dati satellitari e l’aumento della risoluzione spaziale delle immagini hanno reso le tecniche di osservazione delle terra competitive per il monitoraggio degli incendi forestali. Sebbene quasi tutti i sensori satellitari, sia di tipo attivo che passivo, siano stati testati per la mappatura delle aree percorse dal fuoco (Corona et al., 2008), i sensori ottici hanno dimostrato di possedere le caratteristiche più idonee per questo tipo di applicazione. In particolare, il sensore Landsat TM/ETM+ (Thematic Mapper / Enhanced Thematic Mapper Plus) è stato ampiamente utilizzato per il monitoraggio degli incendi a scala regionale in Europa, anche grazie alla facilità di accesso agli archivi di dati messi a disposizione in rete da US-USGS (Glovis) ed ESA (e.g. Mitri and Gitas, 2004; Bastarrika et al., 2011). Questa disponibilità gratuita di dati, unitamente al lancio dei sensori Operational Land Imager (OLI) e Thermal Infrared Sensor (TIRS) sulla piattaforma Landsat 8 che garantiranno continuità con gli archivi Landsat TM, rappresentano un forte incentivo allo sviluppo dialgoritmi automatici per la mappatura delle aree percorse dal fuoco e, più in generale, di attività di ricerca finalizzate alla mitigazione del rischio associato agli incendi.

Nell'ambito del monitoraggio degli incendi forestali, IREA-CNR ha sviluppato competenze specifiche nell'utilizzo di dati satellitari a media risoluzione spaziale sia ottici che radar per la mappatura delle aree percorse dal fuoco a scala regionale (algoritmo fuzzy di mappatura delle aree bruciate).


inform

INFORM mira ad esplorare come le capacità dei prossimi sensori (EnMap, PRISMA, S2, S3), in combinazione con analisi innovative e modelli bio-geochimici, possono essere sfruttate per offrire prodotti migliori per la qualità delle acque interne, che affrontino al meglio le esigenze degli utenti finali. L'obiettivo è lo sviluppo di metodologie di remote sensing per identificare i cianobatteri potenzialmente tossici nei laghi ad integrazione delle tecniche di monitoraggio tradizionali. I risultati del progetto rappresentano un valido contributo per l'attuazione di un sistema di preallarme per le fioriture di cianobatteri, fornendo così uno strumento per prevenire i problemi di salute connessi con l'uso delle acque contaminate da una crescita eccessiva di cianobatteri.

 
Committente: Unione Europea, FP7 SPACE

Prime contractor: VITO (Belgium)

Periodo di attività: 2014 - 2017

Finanziamento IREA: € 260.577

Responsabili IREA: Claudia Giardino, Mariano Bresciani

Attività: Modellistica di estrazione di parametri bio-geofisici

"Mappatura e monitoraggio biometrico pre e post intervento dei canneti bresciani e veronesi del lago di Garda"

Il progetto prevede la mappatura dei canneti esistenti sulla costa bresciana del lago di Garda attraverso l'utilizzo d’immagini satellitari e/o aeree al fine di avere un censimento completo dei canneti a cui si associano stime sul loro stato di salute mediante misure radiometriche e biometriche di campo. L'interpretazione delle misure di campo permettono di fornire le linee guida per la gestione di queste aree e valutare la qualità degli interventi gestionali.

Committente: Provincia di Brescia

Prime contractor: IREA

Periodo di attività: 2012 -2014

Finanziamento IREA:  € 6.050

Responsabile IREA: Mariano Bresciani

 AttivitàInterpretazione automatica delle immagini

"Global Lakes Sentinel Services"

glass

Il progetto GLaSS prevede attività di ricerca dedicata allo sviluppo di un sistema in grado di gestire, processare e produrre i dati acquisiti dai sensori Sentinel 2 e Sentinel 3 per lo studio della qualità delle acque dei laghi. All'interno del progetto sono previste attività di campo e di simulazione per la calibrazione e la validazione dei dati satellitari, la generazione di algoritmi, tramite modellistica bio-ottica e l’identificazione e la misura quantitativa dei parametri otticamente attivi, necessari per caratterizzare la qualità degli ecosistemi lascustri. In particolare, per il CNR-IREA, le aree d’interesse sono i laghi Garda e Maggiore.

 
 
Committente: Unione Europea, FP7 SPACE 313256

Prime contractor: Water Insight (NL)

Periodo di attività: 2013 - 2016

Finanziamento IREA: € 224.902

Responsabili IREA: Claudia Giardino, Mariano Bresciani

Attività: Modellistica di estrazione di parametri bio-geofisici

"Environmental quality and pressures assessment across Europe"

ENV Europe

Il Progetto EnvEurope (video YouTubeprende origine dalla rete LTER-Europe, che è rappresentata da più di 400 siti in Europa. Il progetto contribuisce all’integrazione e al coordinamento della ricerca a lungo termine sugli ecosistemi e delle iniziative di monitoraggio in Europa. Il Progetto è focalizzato sulla comprensione dello stato attuale degli ecosistemi e della loro evoluzione, ed è caratterizzato da un approccio trans-ecodomini (ecosistemi terrestri, di acqua dolce e marina) su larga scala: vi partecipano oltre 65 siti LTER distribuiti in 11 paesi. EnvEurope è stato concepito e pianificato per svolgere un ruolo sia concettuale sia operativo nel contesto SEIS, promosso dalla Commissione Europea. Il network permanente di siti a lungo termine sul quale il progetto EnvEurope si basa rappresenterà un sistema prezioso per la validazione in-situ di dati satellitari e anche un supporto per l'attuazione del programma GMES. EnvEurope fornirà dati ecologici e informazioni sullo stato e sulle tendenze a lungo termine degli ecosistemi terrestri, di acqua dolce e marina, a livello europeo, sulla base di dati raccolti in campo su diversa scala. Il Progetto contribuirà così a colmare il divario tra scienza e politica e a migliorare il supporto scientifico alla politica ambientale e ai  piani di conservazione europei. 

 http://www.enveurope.eu/

 
Committente: Unione Europea

Prime contractorCNR-ISMAR

Periodo di attività:  2011 -2014

Finanziamento IREA: € 103.500

Responsabile IREA: Paola Carrara

Tesista: Carmen Esposito

Università: Università degli Studi di Napoli "Parthenope"

Facoltà: Ingegneria

Corso di Laurea: Ingeneria delle Telecomunicazioni

Anno Accademico: 2010-2011

Tipo di tesi: Laurea Specialistica

Relatore: Stefano Perna

Correlatori: Paolo Berardino, Gianfranco Fornaro

AttivitàTecniche di interferometria SAR da aereo
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