Geologia, sismica e suoli

Il rilievo LIDAR

Che cos'è il LIDAR, cosa si ottiene attraverso il rilievo LIDAR, descrizione della tecnologia, pianificazione e procedure dei rilievi

Introduzione 

Nell’ambito del progetto il “Sistema Informativo della Costa” si è ritenuto opportuno dedicare particolare attenzione all’acquisizione e all’analisi dei dati altimetrici della fascia costiera, caratterizzata da vaste aree depresse e subsidenti, anche al fine di affrontare studi adeguati sui rischi costieri; ciò ha spinto il SGSS ad effettuare un rilievo altimetrico con tecnologia laser-scanning (LiDAR) da piattaforma aerea che permette di determinare la distanza di un oggetto o di una superficie utilizzando un impulso laser e quindi ricostruire la morfologia e ricavare le quote dei territori sorvolati. Attualmente sono disponibili presso il SGSS diversi rilievi altimetrici effettuati nelle campagne di rilievo LIDAR dal 2004 al 2010. Gli strati informativi sono consultabile nella cartografia del Mare e della Costa.

Che cos'è il LIDAR

Il LIDAR (Light Detection and Ranging) è una tecnica di telerilevamento "attivo" per l’esecuzione di rilievi topografici ad alta risoluzione. Il rilievo viene effettuato tramite mezzo aereo sul quale è installato un laser scanner composto da un trasmettitore (essenzialmente un laser), da un ricevitore (costituito da un telescopio) e da un sistema di acquisizione dati. La peculiarità del sistema è l’altissima velocità di acquisizione dei dati abbinata ad un’elevata risoluzione.

Cosa si ottiene attraverso il rilievo LIDAR

Ciò che si ottiene con un rilievo Lidar è un insieme di punti ad ognuno dei quali è associato un dato relativo alle coordinate geografiche (sistema WGS 84), alla quota (Z) calcolata sulla base della differenza di tempo intercorsa tra il segnale emesso e quello riflesso ed il valore dell’intensità di segnale riflessa (I).  Analizzando i punti riflessi si osserva un ritorno multiplo del segnale, ed in presenza di vegetazione (non eccessivamente densa) il Lidar penetra riflettendo punti a vari livelli della fronda e al suolo.

La nuvola dei punti laser contiene al suo interno informazioni geografiche su tutti gli elementi riflettenti presenti. Poiché il laser acquisisce la posizione di molteplici impulsi, si procede ad una classificazione del volume di dati al fine di attribuire ad ogni singolo punto un significato fisico specifico, discriminando gli impulsi che risultano appartenenti al suolo dagli impulsi classificabili come superfici arboree ed arbustive, elementi antropici quali cavi elettrici, ponti, edifici, automobili, etc.


Dalla nuvola di punti totali si ottiene un Modello Digitale di Superficie (in inglese DSM, Digital Surface Model – Figura 3B), mentre per elaborazioni successive, che comprendono sia un filtraggio automatico che manuale, si estraggono i soli punti che appartengono al suolo da cui si ottiene un Modello Digitale del Terreno (DTM, Digital Elevation Model- Figura 3C).

 

Descrizione della tecnologia

Il sistema per l’acquisizione dei dati LIDAR (jpg, 268.2 KB)L’intero sistema per l’acquisizione dei dati Lidar è costituito dalle seguenti componenti:

  • Il distanziometro laser (laser scanner), che emette uno stretto impulso laser ad alta frequenza deviato perpendicolarmente alla traiettoria da uno specchio rotante. Un sensore registra l’intensità del segnale riflesso e la quota del terreno (calcolata sulla base della differenza di tempo intercorsa tra il segnale emesso e quello riflesso).
  • Il sistema di posizionamento satellitare (GPS) e il sistema inerziale di navigazione (INS), installati a bordo, per determinare la posizione (x, y) e l’orientamento del mezzo aereo in ogni istante.
  • Stazioni GPS a terra, posizionate sui vertici della rete geodetica (appositamente creata), per correggere la posizione dell’aereo in fase di post processing dei dati.

Elaborazione dati

L’elaborazione dei dati Lidar è complessa, anche se in buona parte automatica e quindi di rapida esecuzione. L’intero processo di calcolo e rettifica dei punti laser è stato preceduto da una fase di calibrazione del sistema (effettuata prima dell’inizio del rilievo). L’intero processo di elaborazione dei dati si svolge in quattro fasi:

  1. Il calcolo della traiettoria e dell’orientazione del sensore mediante DGPS/INS
  2. La generazione di un archivio di punti XYZ
  3. La classificazione dei punti (sulla base dell’altezza, intensità della riflessione, ecc.)
  4. La generazione dei modelli a partire dai punti classificati.

La correzione della quota viene via via effettuata analizzando DTM contigui.

I prodotti disponibili e le applicazioni

Il rilievo Lidar della costa ha fornito uno strato informativo nuovo, unico ed essenziale per il potenziamento delle conoscenze di base finalizzate alla difesa del territorio costiero; che vengono utilizzate ai seguenti scopi:

  1. per completare e migliorare la qualità dei prodotti cartografici quali:
  • la carta morfologica dell’area costiera
  • la classificazione morfodinamica delle spiagge
  • il catalogo delle opere di difesa
  • per effettuare simulazioni sulla propagazione delle onde di tempesta nell’area di spiaggia e retro spiaggia
  • per la cartografia dei rischi costieri
  • come base di confronto per qualsiasi rilievo futuro, anche realizzato con tecniche di acquisizione diverse
  • Di seguito sono riportati i diversi rilievi Lidar condotti per conto della Regione Emilia-Romagna lungo la costa adriatica a partire dal 2004 ad oggi.

    Il primo rilievo LIDAR della Costa e del Fiume Savio (2004)

    Il primo rilievo LIDAR eseguito sulla costa, su commissione della Regione Emilia-Romagna, è stato effettuato nel 2004 avvalendosi della collaborazione dell'Università di Bologna (Distart) che ha preliminarmente condotto una campagna GPS su 5 vertici noti (IGM 95 + RER), al fine di ricostruire le baseline utilizzate per la calibrazione dei dati in fase di post processing. Dal 27/09/2004 al 01/10/2004 l’Istituto Cartografico della Catalunya (ICC) ha eseguito il rilevo LIDAR lungo la fascia costiera fino a Rimini Nord (non è stato possibile rilevare il tratto di costa a sud di Rimini a causa di disturbi del segnale GPS) e del Fiume Savio, dalla foce fino a Cesena. L'ICC ha eseguito la fase di post processing dei dati grezzi (densità dei punti: 0.5 punti/m2 ), fornendo come prodotto finale un Modello Digitale di Superficie (DSM) e di Terreno (DTM) con risoluzione di 1metro X 1metro in coordinate terreno.

    Il rilievo LIDAR della costa è stato effettuato da Goro fino a Rimini, coprendo un corridoio largo circa 800 m (a tratti più esteso) per un totale di 9524 ettari; verso mare il limite è stato posto in modo da comprendere tutte le strutture di difesa marittime, considerate parte integrante del sistema costiero. Lungo il Fiume Savio è stata rilevata una fascia di larghezza variabile dalla foce fino a Cesena, per un'estensione totale di 7666 ettari.

    Il Piano Straordinario di Telerilevamento Ambientale

    Il Piano Straordinario di Telerilevamento Ambientale (PST-A), ai sensi della legge 179 del 31 luglio 2002 art. 27, è un Accordo di Programma tra Ministero dell’Ambiente e della Tutela del Territorio e del Mare (MATTM), Presidenza del Consiglio dei Ministri - Dipartimento della Protezione Civile (DPC) e Ministero della Difesa (MD) d’intesa con le Regioni e le Province Autonome ed ha l’obiettivo di generare e rendere disponibili e condivisibili, all’intero comparto della Pubblica Amministrazione, le informazioni territoriali indispensabili per la creazione di elaborati ad alto valore aggiunto. Il progetto prevede l’acquisizione, da parte del Ministero, di dati prodotti da Telerilevamento con tecnica Laser - scanning LiDAR (da piattaforma aerea) e con tecnica interferometrica (da piattaforma satellitare) e la conseguente catalogazione di tali dati nella Banca Dati del Geoportale Nazionale (GN). Con riferimento all’applicazione del LIDAR si prevede il monitoraggio di tutta la linea di costa italiana con un buffer di 800 m verso l’interno, di tutte le aste fluviali di I, II e III ordine riportate nel catalogo dei fiumi dell’IGM con un buffer di 350 m a destra e 350 m a sinistra e di circa 11 mila kmq di aree critiche individuate in base alle informazioni fornite al MATTM dalle Autorità di Bacino. Le riprese relative alla regione Emilia Romagna sono state eseguite dal 12/02/2008 al 11/06/2008, il rilievo è stato pianificato accuratamente sia per quanto concerne le caratteristiche della costellazione GPS che per i parametri di acquisizione che hanno permesso di ottenere una densità media di punti al suolo di circa 0,8 punti al m2 relativamente alle coste e circa 1,5 punti al m2 per quanto riguarda i bacini, dai quali sono stati ottenuti un Modello Digitale di Superficie (DSM) e di Terreno (DTM) con risoluzione di circa 1,5X1,5 metri. 

    Rilievo Lidar dell’area costiera tra Foce Savio e Foce Bevano (Ravenna)

    Il 10 marzo 2009 è stato effettuato un rilievo topografico ad alta risoluzione, con tecnologia Laser-scanner, ed uno aerofotografico nell’area costiera fra la foce del fiume Savio e quella del fiume Bevano. Il rilievo è stato effettuato dall’Istituto Nazionale di Oceanografia e Geofisica Sperimentale di Trieste per conto della Regione Emilia Romagna, Direzione Generale Ambiente e Difesa del Suolo e della Costa; Servizio Geologico, Sismico e dei Suoli, nell’ambito del progetto europeo MICORE (www.micore.eu). La densità di impulsi al suolo per strisciata è stata impostata a 4 punti/m2 con una quota di volo, relativa al terreno, di 700 m. Le strisciate sono state eseguite in modo da consentire una ottimale illuminazione dell’area di interesse e si è avuto cura di effettuare il volo in corrispondenza del minimo di marea, con un valore intorno ai -40cm, la traiettoria si sviluppa in cinque linee rettilinee, tre parallele alla costa e due trasversali necessarie per la calibrazione; la sovrapposizione laterale risulta del 60%. Il prodotto finale è un Modello Digitale di Superficie (DSM) e di Terreno (DTM) con risoluzione di 1metro x 1metro in coordinate terreno.

    Rilievo LIDAR dell’area Costiera della Regione Emilia-Romagna anno 2010

    L’Agenzia di Protezione Civile della Regione Emilia-Romagna ed il Servizio di Pianificazione e Gestione delle Emergenze della Regione Emilia-Romagna, al fine di dotarsi di strumenti di analisi.

    Per quantificare gli impatti delle mareggiate verificatesi nel periodo invernale 2009-2010, con particolare riferimento all’evento 9-11 marzo, hanno deciso di realizzare un modello digitale del terreno ed un rilievo aereofotografico dell’intero territorio costiero regionale. A tal fine, è stato dato incarico all’Istituto Nazionale di Oceanografia e Geofisica Sperimentale di effettuare un rilievo topografico ad alta risoluzione, con tecnologia Laser-scanner ed uno aereofotografico dell’area costiera.

    Il rilievo lungo la linea di costa, per un “corridoio” di circa 130 km, è stato eseguito il 3 Aprile 2010. Sono state inoltre effettuate 9 tratte trasversali alla traiettoria principale (1,5-2,5 km) per la calibrazione dei dati principalmente su aree urbanizzate per rendere più agevole il controllo. La densità di impulsi al suolo per strisciata è stata impostata a 4 punti/m2 con una quota di volo, relativa al terreno, di 700 m. Il prodotto finale è un Modello Digitale di Superficie (DSM) e di Terreno (DTM) con risoluzione di 1metro x 1metro in coordinate terreno.

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    pubblicato il 2011/12/22 11:45:00 GMT+1 ultima modifica 2017-02-14T13:40:00+01:00
    Hanno contribuito: Perini Luisa, Luciani Paolo, Lorito Samantha, Calabrese Lorenzo

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