Il contributo dell`Earth Observation da satellite, da aereo

DRONITALY
I droni come strumento operativo per le Agenzie per la Protezione dell'Ambiente
Venerdì 25 Settembre 2015, Milano
Il contributo dell'Earth Observation da satellite,
aereo/elicottero e da SAPR alle attività istituzionali di
monitoraggio ambientale delle Agenzie
Enrico Zini
ARPA Lombardia
Contenuti
• Introduzione al Sistema Nazionale delle Agenzie per l'Ambiente
• Introduzione all'Earth Observation
• I droni nel contesto dell'Earth Observation
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Introduzione al Sistema delle Agenzie Ambientali
Istituzione e finalità
• La Legge N°61 del 21/01/1994 istituisce il Sistema nazionale
delle Agenzie Ambientali:
• ARPA (19 Regioni)
• APPA (2 Province Autonome)
• ANPA (Nazione) (successivamente APAT e poi ISPRA)
• Competenze generali:
• Monitoraggi e ispezioni ambientali
• Supporto alla gestione delle emergenze ambientali
• Espressione pareri ambientali
• Supporto alle politiche ambientali
• Informazione ambientale e promozione dello sviluppo
sostenibile
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Introduzione al Sistema delle Agenzie Ambientali
Relazioni con altre istituzioni e stakeholders
EEA
Livello Europeo
European Commission
DG Environment
(European
Environmental Agency)
Governo Italiano
Ministero dell'Ambiente
Livello Nazionale
Livello Regionale
/ Provinciale
Cittadini
Associazioni
Ambientaliste
Regione /
Provincia Autonoma
ARPA / APPA
Enti di Ricerca
Università
Comuni
Autorità di Bacino
Enti Locali
Imprese
Magistratura
Forze dell'Ordine
Vigili del Fuoco
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Introduzione al Sistema delle Agenzie Ambientali
I numeri del Sistema Nazionale delle Agenzie
Sedi sul territorio nazionale:
oltre 200
Unità di personale effettivo:
9 570
Dipendenti per 10 000 abitanti:
1.6
Km2 per operatore dedicato ai monitoraggi ambientali:
188
N° aziende manifatturiere per operatore dedicato ai controlli:
157
N° campioni ambientali analizzati/anno:
630 000
N° parametri misurati/anno:
oltre 10.4 milioni
N° ispezioni eseguite/anno:
99 600
N° istruttorie e pareri espressi/anno:
73 600
Costo annuo (da finanziamenti pubblici):
€ 563 milioni
Costo annuo per cittadino:
€ 9.30
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Introduzione al Sistema delle Agenzie Ambientali
Le attività delle Agenzie nello schema DPSIR
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Introduzione al Sistema delle Agenzie Ambientali
Le attività delle Agenzie nello schema DPSIR
DETERMINANTI
Popolazione
Attività
Produttive
Cambiamenti
Climatici
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Introduzione al Sistema delle Agenzie Ambientali
Le attività delle Agenzie nello schema DPSIR
DETERMINANTI
PRESSIONI
Popolazione
Emissioni
Attività
Produttive
Produzione di
Rifiuti
Cambiamenti
Climatici
Consumo di
Risorse
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Introduzione al Sistema delle Agenzie Ambientali
Le attività delle Agenzie nello schema DPSIR
DETERMINANTI
PRESSIONI
Popolazione
Emissioni
Attività
Produttive
Produzione di
Rifiuti
Cambiamenti
Climatici
Consumo di
Risorse
STATO
Stato
dell’Ambiente
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Introduzione al Sistema delle Agenzie Ambientali
Le attività delle Agenzie nello schema DPSIR
DETERMINANTI
PRESSIONI
Popolazione
Emissioni
Attività
Produttive
Produzione di
Rifiuti
Cambiamenti
Climatici
Consumo di
Risorse
STATO
IMPATTI
Impatti sulla
Popolazione
Stato
dell’Ambiente
Impatti
sull’Ambiente
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Introduzione al Sistema delle Agenzie Ambientali
Le attività delle Agenzie nello schema DPSIR
RISPOSTE (Regione / Provincia Autonoma)
•
•
•
Norme, regolamenti
Piani, programmi
Interventi strutturali
DETERMINANTI
PRESSIONI
Popolazione
Emissioni
Attività
Produttive
Produzione di
Rifiuti
Cambiamenti
Climatici
Consumo di
Risorse
•
•
•
Strumenti economici
Autorizzazioni, concessioni
Promozione, formazione,....
STATO
IMPATTI
Impatti sulla
Popolazione
Stato
dell’Ambiente
Impatti
sull’Ambiente
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Introduzione al Sistema delle Agenzie Ambientali
Le attività delle Agenzie nello schema DPSIR
RISPOSTE (Regione / Provincia Autonoma)
Norme, regolamenti
Piani, programmi
Interventi strutturali
DETERMINANTI
PRESSIONI
Popolazione
Emissioni
Attività
Produttive
Produzione di
Rifiuti
Cambiamenti
Climatici
Consumo di
Risorse
•
•
•
Strumenti economici
Autorizzazioni, concessioni
Promozione, formazione,....
STATO
IMPATTI
Impatti sulla
Popolazione
Stato
dell’Ambiente
Impatti
sull’Ambiente
Supporto alle Decisioni
•
•
•
ARPA / APPA
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Introduzione all'Earth Observation
Definizioni
Earth Observation is an ensemble of tools that can provide an efficient support
to environmental surveillance:
Remote
Sensing
Monitoring
Newtorks
Models
Earth
Observation
Decision
Support
Systems
Geomatics
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Introduzione all'Earth Observation
Le piattaforme di Earth Observation
Satellite geostazionario
35,000,000 m
Satellite in orbita polare
400,000 - 700,000 m
Aereo
1,000 - 10,000 m
Elicottero
100 - 4,000 m
Drone 10 - 100 m
Rete di monitoraggio
automatica o manuale
Om
Sensore terrestre
100 - 1,000 m
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Introduzione all'Earth Observation
Rassegna dei principali satelliti e sensori
•
•
•
•
•
•
•
•
•
Piattaforma
Orbita
Sensore/i
Ampiezza scena
Risoluzione spaziale
Risoluzione temporale
Risoluzione spettrale
Storicità
Costo e disponibilità dei dati
https://directory.eoportal.org/web/eoportal/satellite-missions
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Introduzione all'Earth Observation
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Introduzione all'Earth Observation
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Introduzione all'Earth Observation
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Introduzione all'Earth Observation
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Introduzione all'Earth Observation
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Introduzione all'Earth Observation
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Introduzione all'Earth Observation
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Introduzione all'Earth Observation
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Introduzione all'Earth Observation
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Introduzione all'Earth Observation
Satellite Landsat 8: caratteristiche
Agenzia:
NASA
Missione:
Landsat 8
Lancio:
11 Febbraio 2013
Storicità:
dal 1972 (Landsat 1, 2, 3, ....)
Orbita:
Sub-polare, eliosincrona (710 Km)
Peso:
2782 Kg
Scena:
185 Km x 180 Km
Sensori:
OLI: 9 bande nel VIS, NIR, SWIR
TIRS: 2 bande nel TIR
Risoluzione spaziale:
15m, 30m, 100m
Risoluzione temporale
(tempo di rivisitazione):
16 giorni
Costo e disponibilità dei
dati:
Dati gratuiti, scaricabili liberamente
da web (NASA o USGS)
http://earthexplorer.usgs.gov/
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Introduzione all'Earth Observation
Satellite Landsat 8: esempio applicativo
Monitoraggio del consumo di suolo agricolo
Ortoimmagine 2012
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Introduzione all'Earth Observation
Satellite Landsat 8: esempio applicativo
Monitoraggio del consumo di suolo agricolo (2012-2014)
Landsat 8 2014
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Introduzione all'Earth Observation
Satellite Landsat 8: esempio applicativo
Monitoraggio del consumo di suolo agricolo (2012-2014)
In rosso le aree agricole che sono state consumate nel periodo 2012-2014
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Introduzione all'Earth Observation
Satellite Landsat 8: esempi applicativo
Monitoraggio del consumo di suolo agricolo (2012-2014)
Sintesi a scala regionale del consumo di suolo agricolo nel periodo 2012-2014
In rosso le aree agricole che sono state consumate nel periodo 2012-2014
Superfice agricola totale consumata in Lombardia in 2 anni: circa 20 Km2
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Introduzione all'Earth Observation
Il programma COPERNICUS della Commissione Europea ed ESA
Sentinel-1: SAR imaging
All weather, day & night, interferometry,...
Launch Sentinel-1A: 3 April 2014
Launch Sentinel-1B: 2016
Sentinel-2: Land multi-spectral imaging
Applications: urban, forest, agriculture,...
Launch Sentinel-2A: 23 June 2015
Launch Sentinel-2B: 2016
Sentinel-3: Ocean and Land global monitoring
Wide-swath ocean colour, vegetation, sea/land
surface temperature, altimetry
Launch Sentinel-3A: 2015 ?
Launch Sentinel-3B: ?
Sentinel 4: Geostationary atmosferic
Atmospheric composition monitoring, transboundary pollution
Launch Sentinel-4A: 2020 ?
Launch Sentinel-4B: ?
Sentinel 5: Low-orbit atmospheric
Atmospheric composition monitoring
Launch Sentinel-5A: 2020 ?
Launch Sentinel-5B: ?
Sentinel 6: Altimetry
Oceanography and climate studies
Launch Sentinel-6A: 2020 ?
Launch Sentinel-6B: ?
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Introduzione all'Earth Observation
Satellite Sentinel-1A: caratteristiche
Agenzia:
ESA
Missione:
Sentinel-1A
Lancio:
3 aprile 2014
Storicità:
E' il primo di due satelliti. Il lancio di
Sentinel-1B è previsto nel 2016
Orbita:
Sub-polare, eliosincrona (693 Km)
Peso:
2300 Kg
Scena:
Ampiezza 250 Km
Sensori:
C-band SAR
Risoluzione spaziale:
5-20 m
Risoluzione temporale
(tempo di rivisitazione):
12 giorni (con due satelliti 6 giorni)
Costo e disponibilità dei
dati:
Dati gratuiti, scaricabili liberamente
da ESA Scientific Data Hub
https://scihub.esa.int
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Introduzione all'Earth Observation
Satellite Sentinel-1A: caratteristiche
All weather, day & night:
Immagine ottica
Immagine SAR
SAR interferometry:
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Introduzione all'Earth Observation
Satellite Sentinel-1: esempio applicativo
Monitoraggio delle deformazioni del terreno indotte dal prelievo di acqua dalla falda
Città del Messico. Subsidenza max: 2.5 cm/mese
Fonte: ESA/DLR, Sentinel-1 INSARAP Workshop 10-11 December
2014, ESA-ESRIN, Frascati
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Introduzione all'Earth Observation
Satellite Sentinel-2A: caratteristiche
Agenzia:
ESA
Missione:
Sentinel-2A
Lancio:
23 giugno 2015
Storicità:
E' il primo di due satelliti. Il lancio di
Sentinel-2B è previsto nel 2016
Orbita:
Sub-polare, eliosincrona (786 Km)
Peso:
1200 Kg
Scena:
Ampiezza 290 Km
Sensori:
MSI: 13 bande nel VIS, NIR, SWIR
Risoluzione spaziale:
10m, 20m, 60m
Risoluzione temporale
(tempo di rivisitazione):
10 giorni (con due satelliti 5 giorni)
Costo e disponibilità dei
dati:
Dati gratuiti, scaricabili liberamente
da ESA Scientific Data Hub
https://scihub.esa.int
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Introduzione all'Earth Observation
Satellite Sentinel-2A: prime immagini
Landsat8 7 Agosto 2015
Sentinel-2 6 Agosto 2015
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Introduzione all'Earth Observation
Satellite Sentinel-2A: prime immagini
Landsat8 7 Agosto 2015
Sentinel-2 6 Agosto 2015
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Introduzione all'Earth Observation
Satellite Sentinel-2A: prime immagini
Landsat8 7 Agosto 2015
EXPO 2015
Sentinel-2 6 Agosto 2015
EXPO 2015
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Introduzione all'Earth Observation
Tecnologie emergenti: Nanosatelliti e CubeSat
Nanosatelliti:
• Payload ridotto (alcuni Kg)
quindi costi di lancio limitati.
• Elettronica commerciale.
• Costi di sviluppo contenuti.
CubeSat:
• Dimensioni standardizzate
multiple di 10x10x10cm.
• Logica dei "containers".
• Flessibilità nei lanci.
Immagini per gentile concessione di TYVAK Srl, Torino
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Introduzione all'Earth Observation
Tecnologie emergenti: Nanosatelliti e CubeSat
Immagine per gentile concessione di TYVAK Srl, Torino
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L'Earth Observation nelle applicazioni ambientali
Servizi Earth Observation operativi di ARPA Lombardia
Servizio EO
Piattaforme/ Sensori
Stima Equivalente Idrico Neve (SWE)
Terra/MODIS
Monitoraggio dei ghiacciai
IKONOS, drone
Stima Evapotraspirazione Potenziale delle colture
Terra/MODIS
Monitoraggio consumo di suolo
Landsat 8, Sentinel-2
Monitoraggio dei grandi cantieri
Aereo/Elicottero
VIS+NIR Camera, LIDAR
Monitoraggio delle deformazioni del suolo
ERS1/2, ASAR, Radarsat, Sentinel-1
Mappatura delle coperture in cemento-amianto
Aereo/MIVIS
Mappatura delle aree esondate
ASAR, Radarsat, Sentinel-1
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I droni nelle Agenzie Ambientali
Il progetto DRONI di ARPA Lombardia
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I droni nelle Agenzie Ambientali
Il progetto DRONI di ARPA Lombardia
Obiettivo del progetto:
Sviluppare in ARPA Lombardia piena capacità di utilizzo dei
droni nelle attività istituzionali.
Oggetto gara:
Acquisto di due droni (ala fissa e multirotore), servizi di
formazione/assistenza, affiancamento nella sperimentazione.
Scadenza richiesta
chiarimenti:
15 Ottobre 2015
Chiusura gara:
30 Ottobre 2015
Importo a base d'asta:
€ 164.000 (IVA esclusa)
Durata del progetto:
26 mesi (+12 mesi manutenzione)
Riferimento:
www.arpalombardia.it
Approccio:
• Condivisione delle esperienze con il Sistema delle Agenzie
Ambientali.
• Trasparenza nella diffusione dei risultati (metodiche) verso
il mondo esterno.
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I droni nelle Agenzie Ambientali
Applicazioni dei droni previste in ARPA Lombardia
Tema
Attività
Frane
Rilievo morfologia, monitoraggio presenza di acqua.
Dighe
Misura volumetria sedimenti (prima e dopo svaso), monitoraggio operazioni
di svaso e impatto a valle sul corso d'acqua (deposizione sedimenti, torbidità).
Cave
Stima volumi scavati e verifica ripristino dell'area.
Discariche
Misura profondità scavi e volumetria, individuazione percolamenti e emissioni
biogas.
Siti
contaminati
Misura profondità scavi e volumetria dei terreni movimentati, identificazione
di rifiuti sepolti.
Fiumi
Rilievo morfologia, vegetazione riparia, individuazione scarichi abusivi.
Cantieri
Misura volumetrie terre e rocce movimentate, impatti sulla vegetazione
naturale e verifica ripristino dell'area.
Ghiacciai
Monitoraggio variazioni volumetriche.
Valanghe
Valutazione danni.
Aziende
Supporto alle verifiche ispettive nelle aziende.
Emergenze
Supporto agli interventi nelle emergenze naturali e negli incidenti industriali.
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Approccio integrato all'Earth Observation
Esempio di sinergia Satelliti + Droni
Valutazione dei danni alle infrastrutture agricole provocate dalla tromba
d'aria abbattutasi l'8 Luglio 2015 su Mira e Dolo (VE)
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Approccio integrato all'Earth Observation
Esempio di sinergia Satelliti + Droni
Valutazione dei danni alle infrastrutture agricole provocate dalla tromba
d'aria abbattutasi l'8 Luglio 2015 su Mira e Dolo (VE)
Rilievo VIS e IRFC da drone ad ala fissa su Mira-Dolo, area rilevata: circa 800m x 700 m. Pixel originale: 5 cm.
Per gentile concessione di AVEPA (Agenzia Veneta per i Pagamenti in Agricoltura)
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Approccio integrato all'Earth Observation
Esempio di sinergia Satelliti + Droni
Valutazione dei danni alle infrastrutture agricole provocate dalla tromba
d'aria abbattutasi l'8 Luglio 2015 su Mira e Dolo (VE)
Rilievo da drone ad ala fissa su Mira-Dolo, area rilevata: circa 800m x 700 m. Pixel originale: 5 cm.
Per gentile concessione di AVEPA (Agenzia Veneta per i Pagamenti in Agricoltura)
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Approccio integrato all'Earth Observation
Esempio di sinergia Satelliti + Droni
Valutazione dei danni alle infrastrutture agricole provocate dalla tromba
d'aria abbattutasi l'8 Luglio 2015 su Mira e Dolo (VE)
Dolo
Mira
Immagine Landsat8 del 24 Luglio 2015 (sintesi IRFC)
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Approccio integrato all'Earth Observation
Esempio di sinergia Satelliti + Droni
Valutazione dei danni alle infrastrutture agricole provocate dalla tromba
d'aria abbattutasi l'8 Luglio 2015 su Mira e Dolo (VE)
Dolo
Mira
Immagine Landsat8 del 24 Luglio 2015 (sintesi IRFC).
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Approccio integrato all'Earth Observation
Esempio di sinergia Satelliti + Droni
Valutazione dei danni alle infrastrutture agricole provocate dalla tromba
d'aria abbattutasi l'8 Luglio 2015 su Mira e Dolo (VE)
Dolo
Mira
Rilievo drone AVEPA
Immagine Landsat8 del 24 Luglio 2015 (sintesi IRFC).
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Approccio integrato all'Earth Observation
Esempio di sinergia Satelliti + Droni
Controlli AVEPA su misure agroambientali
Caorle
Venezia
Immagine acquisita il 23/07/2015 in Località Vallevecchia,
Caorle, da drone ad ala fissa in IRFC, Pixel 5 cm.
Per gentile concessione di AVEPA (Agenzia Veneta per i
Pagamenti in Agricoltura)
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Approccio integrato all'Earth Observation
Esempio di sinergia Satelliti + Droni
Controlli AVEPA su misure agroambientali
Immagine Sentinel-2 del 13/08/2015 (sintesi IRFC, pixel 10 m)
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Approccio integrato all'Earth Observation
Esempio di sinergia Satelliti + Droni
Controlli AVEPA su misure agroambientali
Immagine Sentinel-2 del 13/08/2015 (sintesi IRFC, pixel 10 m) e rilievo da drone.
Per gentile concessione di AVEPA (Agenzia Veneta per i Pagamenti in Agricoltura)
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Approccio integrato all'Earth Observation
Alcune possibili sinergie Satellite + Drone
SATELLITE
DRONE
1
Rilievo speditivo su
area vasta in breve
tempo ma a scadenza
fissa
Rilievo su area limitata
nel momento dovuto
2
Sorveglianza:
Individuare su area
vasta i siti
potenzialmente critici
Ispezione:
Verificare i siti
potenzialmente critici
3
Classificare su area
vasta sulla base della
verità a terra
Acquisire su alcuni siti
la verità a terra
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I droni e l'Earth Observation
Piattaforme di Earth Observation a confronto
Satellite
con sensore
SAR
Parametro
Satellite con
sensori ottici
Aereo
Elicottero
Drone
(peso< 25Kg)
Ampiezza scena
Risoluzione geometrica
Dipendenza dalle condizioni
atmosferiche
Dipendenza
dall'illuminazione
Sostituibilità dei sensori
Possibilità di eseguire
campionamenti
Possibilità di
programmazione riprese
Gratuità delle immagini
Storicità delle immagini
Vincoli normativi/
autorizzazioni/privacy
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Workshop della rete NEREUS
Milano, 20 Ottobre 2015
http://www.nereus-regions.eu/
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Grazie per l'attenzione !
Enrico Zini
[email protected]
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L'Earth Observation nelle applicazioni ambientali
La mappatura delle coperture in cemento-amianto
Il metodo
MIVIS: Multispectral Infrared and Visible Imaging Spectrometer
MIVIS
Aeromobile CASA C212
Firme spettrali
Spettrometro
Bande
Spettrali
Lunghezza
d'onda (m)
1
1 - 20
0.43 - 0.83
2
21 - 28
1.15 - 1.55
3
29 - 92
1.98 - 2.48
4
93 - 102
8.18 - 12.70
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57
L'Earth Observation nelle applicazioni ambientali
La mappatura delle coperture in cemento-amianto
Le aree rilevate nel 2007
Km2
Area
Bacino settentrionale
dell'Olona
653
Corridoio autostradale
Milano-Brescia
1202
Valcamonica
144
Valtrompia
63
Totale
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2062
58
L'Earth Observation nelle applicazioni ambientali
La mappatura delle coperture in cemento-amianto
Risultati: la mappatura
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La mappatura delle coperture in cemento-amianto
Risultati: la mappatura
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La mappatura delle coperture in cemento-amianto
Risultati: statistiche sull'area rilevata
N° comuni mappati: 321
Superficie
Km2
Area
Bacino settentrionale dell'Olona
Corridoio autostradale MilanoBrescia
Valcamonica
Valtrompia
Totale
Coperture in cemento-amianto
N° coperture
Superficie (Km2)
Volume (m3)
653
10 445
8.19
273 986
1 202
13 258
13.87
462 273
144
733
0.56
18 821
63
525
0.42
14 122
2 062
24 961
23.05
768 202
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Risultati: estrapolazione delle stime all'intera regione Lombardia
Province
Stima Volume 2007 (m3)
BG
BS
CO
CR
LC
LO
MI+MB
MN
PV
SO
VA
320 010
446 473
160 964
174 014
97 909
90 765
784 808
226 980
205 664
46 112
278 774
Regione
2 832 473
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La mappatura delle coperture in cemento-amianto
Aggiornamento al 2012 mediante ortoimmagini: variazioni 2007-2012
Variazioni 2007-2012
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Aggiornamento al 2012 mediante ortoimmagini: variazioni 2007-2012
Superfici (%)
Volumi (m3)
Codice
1 – Non variato
2 – Variato
3 – Variato con
installazione di pannelli
fotovoltaici
4 – Variato a seguito di
demolizione dell’edificio
Totale
Volume
(m3)
559 488
127 803
65 286
15 626
768 203
Totale superfici variate dal 2007 al 2012: 27%
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