L’osservazione della Terra tramite immagini satellitari è un’attività sempre più frequente e necessaria. Garantisce qualità e precisione, una visione di insieme costante e la possibilità di progettare consapevolmente opere e interventi. È impossibile pensare oggi a sistemi di monitoraggio ambientale che non facciano uso di informazioni acquisite dallo spazio. La sfida tecnologica è quella di ridurre la latenza ad elaborare i dati in prossimità a dove sono acquisiti, cioè in orbita. Ne parliamo con Giovanni Sylos Labini 

Per la comprensione dello stato attuale dell’ambiente e del territorio è importante conoscere sia la situazione in un certo istante, che nel passato. Questo consente di identificare le eventuali tendenze evolutive di un determinato evento e di prevedere fenomeni che non si sono ancora manifestati. Inoltre permette di migliorare le attività di gestione, pianificazione e prevenzione. Pensiamo per esempio alle azioni volte a mitigare i rischi che derivano da fenomeni estremi e disastri ambientali come incendi, frane, eruzioni vulcaniche, deforestazione, espansione dell’agricoltura, alluvioni. Il monitoraggio, l’osservazione costante e l’analisi consentono di effettuare scelte per poter prendere decisioni in poco tempo.

Oggi l’osservazione dei cambiamenti della Terra può contare sui satelliti e con l’evolversi della tecnologia, le attività spaziali assumono un ruolo crescente. Il contributo di questi sistemi, che integrano tecnologie innovative, applicazioni e servizi, è indispensabile per una conoscenza il più possibile completa e trasversale.  Ne abbiamo parlato con Giovanni Sylos Labini, Vice Chairman dell’European Association of Remote Sensing Companies (EARSC) e del Distretto Aerospaziale Pugliese, già Presidente dell’Associazione delle Imprese per le attività Spaziali e membro del board dell’Associazione europea PMI spaziali (SME4SPACE). per fare chiarezza e osservare da vicino i possibili  ambiti di applicazione. 

Quali sono i benefici che derivano dall’utilizzare le immagini satellitari piuttosto che altre informazioni? 

Le immagini satellitari sono spesso il modo più semplice per ottenere un’informazione di tipo geografico direttamente utilizzabile per attività su vari settori, su vari ambiti anche molto diversi fra loro ma che insieme forniscono un quadro esatto. Le tecniche si stanno affinando grazie a un’innovazione sempre più al passo con le esigenze. Oggi sono disponibili dati meteorologici molto accurati e con grande densità anche su zone poco popolate e sugli oceani proprio grazie all’utilizzo diretto di dati da satellite, modelli matematici di analisi e di predizione del clima. Le immagini da satellite, oltre a consentire una conoscenza più immediata, sono migliori come qualità ed hanno un costo competitivo rispetto ad altri sistemi. Oggi sono moltissime le fonti informative grazie anche ai diversi sensori montati a bordo di numerosi satelliti che orbitano attorno alla terra.

60 anni fa, era il 9 ottobre del 1963, si verificò il disastro del Vajont, una delle pagine più drammatiche della storia del nostro paese. Oggi un disastro del genere può essere evitato grazie a questi sistemi di monitoraggio?

I lenti e millimetrici spostamenti del suolo possono essere rilevati. Con i satelliti e l’elaborazione dei dati, è possibile creare in tempi brevi mappe di colori diversi a seconda della velocità di avvicinamento o allontanamento del suolo rispetto al satellite. All’epoca le attività spaziali erano agli albori mentre oggi sono numerosi i casi in tutto il mondo in cui le immagini satellitari supportano e coadiuvano la progettazione di opere pubbliche. Questo perché sono in grado di valutare i rischi idrogeologici e oltre a dare l’allerta in caso di potenziale catastrofe, consentono di agevolare le attività di soccorso. Permettono infatti di determinare subito lo stato delle vie di collegamento, lo stato delle infrastrutture principali e i percorsi alternativi. Consentono anche di supportare tutte le attività di inventariazione dei danni e anche di intervenire con più precisione durante la fase delle attività di ricostruzione. Il confronto tra immagini satellitari pre e post evento è una soluzione che combina tempestività e accuratezza, anche per il meccanismo risarcitorio delle assicurazioni. Per il caso del Vajont i monitoraggi da satellite avrebbero contribuito alla valutazione del rischio di frane sin dalla fase di progettazione.

Parliamo quindi di un insieme di tecnologie che consentono anche di garantire una verifica indipendente e autonoma del rispetto di trattati ambientali visto che sono in grado, per esempio, di rilevare le concentrazioni di Gas e aerosol nell’atmosfera ma anche di misurarne le emissioni. Valutano inoltre l’estensione delle aree interessate da certi fenomeni e possono essere utili anche per contenere frodi relative ai rimborsi sui danni riportati come ad esempio i raccolti. 

Su scala locale possono anche rilevare la quantità di verde di una determinata area urbana oppure il consumo di suolo di una zona precisa. Possono quindi fornire una adeguata conoscenza, rilevare eventuali abusi sul territorio urbano o evidenziare le diverse tipologie di occupazione relativamente alle colture agricole. Anche nelle operazioni umanitarie i sistemi satellitari consentono la rapida generazione di mappe di supporto, come quella realizzata dall’agenzia spaziale europea per Médicins Sans Frontières.  

Oggi sappiamo che è anche possibile realizzare una infrastruttura orbitante in grado di integrare diversi sensori, raccogliere dati attraverso sistemi di comunicazione avanzati ed elaborare i dati per realizzare modelli e infine fornire agli utenti finali dati elaborati spesso sotto forma di carte tematiche. 

Esatto, ma la scelta del tipo di immagine satellitare per un determinato fine o progetto di monitoraggio del territorio o per la messa in sicurezza di una zona è un’attività fondamentale che va decisa subito perché ha conseguenze sulle successive fasi del lavoro. 

Qual è l’iniziativa più rilevante per l’Earth Observation?

Si chiama Copernicus ed è un programma promosso e finanziato dalla Commissione Europea. Si tratta di un insieme di sistemi in grado di raccogliere dati e informazioni da molteplici fonti come ad esempio da satelliti e da sensori a terra, in mare e aviotrasportati. Queste informazioni vengono integrate ed elaborate per produrre servizi rivolti sia al settore pubblico che a quello privato in sei aree tematiche: il suolo, il mare, l’atmosfera, i cambiamenti climatici, la gestione delle emergenze e la sicurezza. Tali servizi, forniti da operatori incaricati dalla Commissione, comprendono una vasta gamma di applicazioni a supporto delle aree urbane, della pianificazione regionale e locale, dell’agricoltura, della silvicoltura, della pesca, della salute, dei trasporti, dei cambiamenti climatici, dello sviluppo sostenibile e della protezione civile. L’ESA (Agenzia Spaziale Europea), nell’ambito di Copernicus, sta sviluppando una serie costellazioni di satelliti, denominati Sentinels, per l’Osservazione della Terra. 

Quali sono i limiti di queste tecnologie e come si sta cercando di superarli?

Uno dei limiti degli attuali sistemi di osservazione della terra è la latenza dell’informazione, cioè il tempo necessario perché un dato acquisito da un satellite in orbita tra i 500 e gli 800 KM dalla terra venga trasmesso a terra e elaborato. Ad oggi questo intervallo di tempo va da qualche ora sino a un giorno intero. Intervalli così lunghi limitano l’utilizzo di questi dati in applicazioni di tempo-reale, emergenze, sorveglianza delle infrastrutture che invece richiederebbero pochi minuti di intervallo. Per ridurre la latenza nella generazione di servizi analitici da satellite bisogna riuscire ad elaborare i dati in prossimità a dove sono acquisiti, cioè in orbita. L’elaborazione consente inoltre di ridurre le dimensioni del dato, in alcuni casi da diversi Gbyte a pochi Kilobit, che possono essere facilmente, e quasi immediatamente distribuiti agli utenti finali sui loro dispositivi. Questa tecnologia definita Edge-Computing apre inoltre l’utilizzo di questi sistemi nell’IoT, rendendola disponibile a milioni di nuovi utenti, non più umani ma macchine.

Alcuni ambiti di applicazione

Reti e sistemi idrici 

Il monitoraggio satellitare è in grado di misurare i fenomeni di spostamento del suolo per determinare porzioni di territorio interessate da movimenti anomali con grande precisione. Il monitoraggio può rilevare cedimenti che potrebbero incidere sulla stabilità di infrastrutture, impianti o strutture ingegneristiche, reti. Questo è il motivo per cui i servizi di Osservazione della Terra permettono di valutare lo stato per esempio delle reti idriche o elettriche, delle strutture che le circondano e di pianificarne interventi di manutenzione. 

• Siccità. Il monitoraggio consente di gestire meglio le risorse idriche e individuare le diverse condizioni di carenza idrica.
• Qualità dell’acqua. Questi strumenti possono fornire le adeguate conoscenze anche per progetti di bonifica garantendo il rispetto degli standard ambientali stabiliti. Sono in grado anche di identificare aree in cui la qualità dell’acqua è scarsa e aiutare a trovare velocemente soluzioni e misure adatte a migliorarla. 
• Studiare il cambiamento climatico. I dati satellitari sono utilizzati anche per il monitoraggio marino. Rilevano il livello del mare, l’erosione delle coste e analizzano l’andamento delle precipitazioni. Possono contribuire inoltre alla previsione di inondazioni e alluvioni 
• Combattere gli sprechi. Utilizzare la giusta dose d’acqua per i campi in agricoltura e quindi ridurre lo spreco e ottimizzare le pratiche di irrigazione.

Agricoltura

Il Telerilevamento da Satellite e i Sistemi Informativi Geografici (GIS) da un lato consentono la raccolta dei dati territoriali in maniera logica e strutturata e, dall’altro, permettono di stabilire metodologie di analisi per la pianificazione degli interventi. Attraverso l’analisi di dati telerilevati, è possibile:

• effettuare stime preventive sulle produzioni agricole,
• effettuare stime sul fabbisogno irriguo e l’utilizzo dei fitofarmaci,
• valutare in tempo reale patologie a carico delle colture ed efficacia degli interventi,
• monitorare aree agricole interessate alle diverse forme di finanziamento,
• perimetrare aree percorse da incendio.

Il telerilevamento consente anche di valutare in tempo reale malattie a carico di colture e fornisce anche dati di input necessari per moltissime applicazioni quali analisi di fertilità, analisi di umidità del terreno, analisi finalizzate alle previsioni di crescita del raccolto. GIS e Telerilevamento, inoltre, delineano interessanti prospettive di sviluppo per la pianificazione e la gestione di filiere agro-alimentari, per la tracciabilità delle produzioni e per la riduzione dell’impatto ambientale delle colture .

Rischi e Protezione Civile

Le immagini satellitari costituiscono una fonte informativa importantissima per monitorare le emergenze, quantificare i rischi, individuare dove sono gli incendi e valutare i danni. Queste informazioni rappresentano un dato essenziale sia per le Amministrazioni Pubbliche coinvolte sia per le compagnie di assicurazione che garantiscono questo tipo di rischi. 

La gestione degli asset nelle Public Utilities è una delle aree di utilizzo delle tecnologie satellitari in cui il recupero di efficienza si concretizza in un forte impatto sulla capacità di ridurre tempi e costi connessi alla gestione e manutenzione delle infrastrutture, e si riflette sulla qualità del servizio offerto ai cittadini utenti. I dati satellitari rappresentano una soluzione che consente di rafforzare il quadro conoscitivo, oltre a ridurre tempi e costi in tutte le attività connesse alla realizzazione e gestione delle infrastrutture. Oggi ci sono ottime soluzioni di sistemi informativi modulari ad hoc per la gestione integrata di reti tecnologiche idriche, fognarie e del gas che possono essere  accessibili on-line. Sono soluzioni che oltre a essere vantaggiose per intervenire, possono concretamente migliorare i servizi. 

Transizione energetica

Progettare infrastrutture che riducano i costi di investimento e di manutenzione coniugando il rispetto dell’ambiente, sia in fase di realizzazione dell’intervento che nella operatività dell’opera, oggi è un requisito indispensabile. Tuttavia vi possono essere complicazioni legate per esempio a particolari aree dove la disponibilità di dati accurati ed aggiornati non sempre è garantita e l’utilizzo di tecniche tradizionali di rilievo può risultare complesso. Anche il budget limitato, le tempistiche, i problemi relativi alla sicurezza degli operatori sono aspetti da considerare e che possono propendere per la scelta di utilizzare immagini satellitari. Si tratta di una soluzione efficace perché gli innovativi sensori satellitari offrono la possibilità di ottenere immagini aggiornate con continuità e con caratteristiche, precisioni e costi che possono variare in base alle esigenze del progetto. 

Infrastrutture e opere pubbliche Certe strutture complesse possono subire (come i viadotti o le strade) sollecitazioni continue che nel tempo possono provocare fenomeni di instabilità e quindi determinare situazioni di rischio a cose e persone. È possibile monitorare da remoto lo stato di stabilità delle infrastrutture e rilevare sul nascere situazioni potenzialmente critiche senza l’installazione di sensori a terra. Le tecniche si sono affinate e si possono rilevare spostamenti con precisioni millimetriche. Le misure di spostamento sono stimate sulla base di analisi di serie storiche di immagini, acquisite con una frequenza di 6 giorni, e confrontate con livelli soglia preimpostati per individuare le situazioni anomale. I risultati delle analisi vengono forniti attraverso report di sintesi periodici che forniscono una breve monografia, per la loro identificazione univoca, e i dati di misura riferiti alla infrastruttura e alle aree circostanti, utili alla corretta interpretazione del fenomeno.