Il Programma e la strategia nazionale ed

europea sui droni Bernardo De Bernardinis

Copernicus

Una breve introduzione al Programma europeo Copernicus ….

REGOLAMENTO (UE) N. 377/2014 DEL PARLAMENTO EUROPEO E DEL

CONSIGLIO

del 3 aprile 2014

che istituisce il programma Copernicus e che abroga il regolamento (UE) n. 911/2010

“L’obiettivo di Copernicus dovrebbe essere quello di fornire informazioni precise ed attendibili relative all’ambiente e alla sicurezza, adeguate alle esigenze degli utenti e a sostegno di altre politiche dell’Unione, riguardanti in particolare il mercato interno, i trasporti, l’ambiente, l’energia, la protezione civile e la sicurezza civile, la cooperazione con i paesi terzi e gli aiuti umanitari.

(REGOLAMENTO (UE) N.377/2014)

“Per realizzare i suoi obiettivi, Copernicus dovrebbe assicurare la capacità dell’Unione di eseguire osservazioni spaziali e di fornire servizi operativi … Dovrebbe inoltre utilizzare le missioni partecipanti disponibili e i dati in situ forniti, principalmente dagli stati membri … Copernicus dovrebbe altresì utilizzare le capacità delle iniziative commerciali in Europa, contribuendo in tal modo anche allo sviluppo del settore commerciale spaziale praticabile in Europa”.

(REGOLAMENTO (UE) N.377/2014)

• I Servizi elaborano i dati satellitari, combinandoli con le informazioni in situ, e ove necessario con altre ancora, e trasformandoli in molteplici e diversi strati nformativi:

• nell’ambito dei Core Services a livello europeo

• nell’ambito dei Downstream Services a livello di Stato membro.

• La definizione e la realizzazione dei Servizi da erogare e delle infrastrutture di osservazione, sono guidati da esigenze degli utenti.

• Ciascun Servizio fa riferimento ad architetture e regole di governo e gestione proprie, anche diverse da servizio a servizio.

• I dati elaborati sono messi a disposizioni degli Utenti finali, istituzionali e commerciali, organizzati in Comunità secondo diverse Data Policy, legate alla natura, alle finalità ed ai compiti delle Comunità stesse.

• Le Comunità degli Utenti prioritari sono:

• “gli utenti Copernicus di base: le istituzioni e gli organi dell’Unione e le autorità europee, nazionali, regionali o locali competenti ai fini della definizione, dell’attuazione, dell’esecuzione o del monitoraggio del servizio pubblico o della politica” nei diversi settori

• “gli utenti del settore della ricerca: università o ogni altra istituzione dedita alla ricerca e all’istruzione”

• “gli utenti “commerciali e privati”

• … “le organizzazioni non governative”

(REGOLAMENTO (UE) N.377/2014).

I Servizi e gli Utenti

… … Art.2

Ambito di applicazione 1. Copernicus è un programma civile, orientato agli utenti e sotto controllo civile che si basa sulle capacità nazionali ed europee esistenti e assicura la continuità delle attività svolte nell'ambito del monitoraggio globale per l'ambiente e la sicurezza (GMES).

2. Copernicus è costituito dalle seguenti componenti:

a) una componente di servizi destinata a fornire informazioni nei seguenti settori: monitoraggio atmosferico, monitoraggio dell'ambiente marino, monitoraggio del territorio, cambiamenti climatici, gestione delle emergenze e sicurezza;

b)una componente spaziale destinata a garantire osservazioni spaziali sostenibili per i tipi di servizi di cui alla lettera a);

c)una componente in situ destinata a garantire le osservazioni mediante installazioni a bordo di aerei, di navi e a terra per i tipi di servizi di cui alla lettera a).

(REGOLAMENTO (UE) N.377/2014).

La natura e le componenti di Copernicus

Commercial contracts

Grants

*Implementation mode still to be defin

e

d: Mode of Implementation (direct/indirect): Coordination by EEA

Indirect Management

Direct ManagementService Providers

Copernicus component DA - Delegation agreement

CSD - Cross Sub-delegation

ESA - European Space Agency

EUMETSAT - European Organisation f or the Exploitation of

Meteorological Satellites

EEA - European Environment Agency

FRONTEX - The European Agency f or the Managment of Operational

Cooperation at the External Borders of the Member States of the European

Union

ECMWF - The European Centre f or Medium-Range Weather ForecastsEUSC - European Union Satellite Center

Programme

Programme Manager Committee

User Forum

Space ComponentIn-situ Component*

Land

Monitoring

Emergency

Management

Atmosphere

Monitoring

Maritime

Environment

Monitoring

Climate

ChangeSecurity

Pan European &

Local

Components

Global Systematic

and hotspot

component

MappingEarly Warning

SystemBorder

Surveillance

Maritime

Surveillance

External

Actions

DA

with

EEA

CSD

with Joint

Research

Centre

CSD

with Joint

Research

Centre

DA

with

DA

withDA

with

DA

with

DA

with

(tbd)

Member State

institutions

Service

Providers

Service

Providers

Service

Providers

Service

Providers

Service

Providers

Service

Providers

Service

Providers

Service

ProvidersService

Providers

Legend:

Services

DA with DA with Requirements

for space

component

System architecture

of the Copernicus

Space Component

Copernicus

Board Procurement

Board

Launch ServicesSentinel 1,2,3,5P

Space Segment

Development &

Construction

Launch ServicesSentinel 4,5

Launch ServicesSentinel 6 provided

by the USA

Copernicus

Board

Next generation of user

requirements for the services

and the space component

Services

applications

Data

Dissemination

Infrastructure

Sentinel 1 Sentinel 2 Sentinel 3

LAND MARINE

Sentinel 4

Sentinel 5

Precursor (5P)

Sentinel 5

Sentinel 6 Data

Dissemination

Infrastructure

(EUMETCast)

Ground Segment Development and Operations

--

Ground Segment Development and OperationsHigh level

technical

requirements

Service data

requirements

Il programma Copernicus è coordinato e gestito dalla Commissione Europea. Lo sviluppo delle infrastrutture di osservazione viene effettuata sotto l'egida dell'Agenzia spaziale Europea (ESA) per la componente spaziale e dell'Agenzia Europea dell’Ambiente (EEA) e gli Stati membri per la componente in situ.

National User Forum

La Struttura

“Copernicus dovrebbe fornire informazioni sullo stato dell’atmosfera, anche a livello locale, nazionale, europeo e mondiale; informazioni sullo stato degli oceani, anche mediante l’istituzione di un raggruppamento europeo specifico per il monitoraggio marino; informazioni per il monitoraggio del territorio a sostegno dell’attuazione di politiche locali, nazionali ed europee; informazioni a sostegno delle politiche di adattamento e mitigazione dei cambiamenti climatici; informazioni geospaziali a sostegno della gestione delle emergenze, anche attraverso attività di prevenzione, e della sicurezza civile compreso il sostegno all’azione esterna dell’Unione.”

(REGOLAMENTO (UE) N.377/2014).

… i” Core Services” di Copernicus ….

emergency management

land monitoring marine env. monitoring

atmosphere monitoring security climate change

I Servizi di Copernicus

La domanda a cui dobbiamo rispondere è a che servono tali Servizi e quelli a valle , cioè i “Downstreams”, sviluppati soprattutto da Soggetti pubblici e privati presenti nello Stato Membro, in questo caso l’Italia, per le necessità, il sostegno, la promozione delle diverse Comunità di utenti.

… alla fine del 2017 il Committee di Copernicus diede gli indirizzi di sviluppo e le priorità futuri in cui tra le

nuove piattaforme osservative da sviluppare tra quelle satellitari e quelle più strettamente

interpretabili come sistemi e reti di monitoraggio a terra, pone in evidenza, tra le altre, … i DRONI ... e tra

gli ambiti osservativi e per lo sviluppo e/o potenziamento dei Core Services, quelli delle

emissioni clima alteranti ed inquinanti, dell’agricoltura, in particolare di precisione e dei suoli,

della biodiversità …

Space Hugo ZUNKER, EC DG-GROW,

I2 11th Copernicus Committee, 7/10/2016

Copernicus will continue to be a public service, driven by the needs of policy and public administrations

Key Users at European, national, and sub-national level

Help Europe to maintain a prominent role in the international context

Contribute to economic growth as enabler of innovations, business opportunities

New and complemantary platforms High Elliptical Orbits, GEO, High Altitude Platforms, Unmanned

Aerial Vehicles, drones

To deliver continuous observations, ad-hoc observation needs, extreme resolutions…

Considerable increase in operational complexity, data fusion

Future Policy Assumptions &… …Priorities !

Space Hugo ZUNKER, EC DG-GROW,

I2 11th Copernicus Committee, 7/10/2016

• In situ data for Copernicus Marine Environment Monitoring Service (CMEMS)

– L1: Overview of marine in situ infrastructure landscape

• Drones and planes in support of of Copernicus Emergency Management Service (CEMS) and Marine Environment Monitoring Service

– L2: Drones and aerial imagery uptake in CEMS activations

– L3 Drones and aerial imagery uptake in CMEMS

Future Policy Assumptions &… …Priorities !

Space Hugo ZUNKER, EC DG-GROW,

I2 11th Copernicus Committee, 7/10/2016

11

The following observation needs will be further investigated for environmental observations:

Priority 1:

Greenhouse gas monitoring, specifically on anthropogenic CO2 emissions, for which currently no satellite observations are available

Priority 2:

Monitoring the Polar regions, specifically the arctic for sea ice and weather

Monitoring Agriculture, specifically on parameters, which potentially could be addressed through thermal infrared observations

Priority 3:

Mining, biodiversity, soil moisture and other parameters, requiring observations in additional bands, currently not available

Future Policy Assumptions &… …Priorities !

Space Hugo ZUNKER, EC DG-GROW,

I2 11th Copernicus Committee, 7/10/2016

There will be task forces with external domain experts to explore further the identified areas of interest like integration of Galileo oncoming services, along with drone born ones, into Copernicus Emergency Management Service (CEMS)...

12

Future Policy Assumptions &… …Priorities !

… il mondo dell’agricoltura di precisione e dei controlli in agricoltura è un ottimo terreno per cercare

di perseguire tale integrazione …

… Altresì troviamo subito la forte connessione e relazione anche operativa e funzionale, tra tale mondo e quello dei controlli e della protezione ambientale, dove il ruolo dell’integrazione tra le informazioni ottenibili da satellite, da droni e dai

sistemi di monitoraggio a terra e la geolocalizzazione giocano un ruolo fondamentale per l’efficienza,

l’efficacia e l’economicità delle attività da porre in essere …

Drones: sensors capabilities

14

Thermal for stables’

illegal discharge

Pro-rata pastures

3D classification Red.edge

higher contribution

in forestry

Solar radiation calculation

X day, season, year

40cm

illegal

illegal Pro-rata pastures 2D

classification

Morphometric measuring

and landslide/erosion alert

60cm

40cm

FIELD SCALE - Progetto pilota Mipaaf Rete Rurale Nazionale RRN

Droni in agricoltura: potenzialità, costi e benefici

Team’s car

“inhabited” roof

Verifica di smaltimenti legali/illegali dei reflui da stalla

FIELD SCALE - Progetto pilota Mipaaf Rete Rurale Nazionale RRN

Droni in agricoltura: potenzialità, costi e benefici

Esempio di integrazione drone – satellite nell’ambito dei controlli ambientali

L’integrazione potenziale del dato satellitare delle missioni Europee (Sentinel 1&2) e nazionali (CSK e Prisma) con il dato in-situ: esempio di integrazione del dato rilevato dal drone per monitoraggi di

dettaglio

immagine al termico (sx )e termico falsocolore (dx) per l’enfatizzazione

del fenomeno (Discarica di Cava Riconta Villaricca (NA)

Utliizzo della banda termica (e.g. Landsat 7-8; MIVIS/CNR) e del sensore CosmoSky-Med (SAR) per il miglioramento geometrico ed analisi del microrilievo

Utilizzo della banda termica per l’identificazione dell’interramento dei rifiuti

Mappatura di amianto Identificazione smaltimento

abusivo dell’amianto Settore di intervento: inquinamento del suolo Macchia Soprana (Salerno)

Esempio di integrazione drone – satellite nell’ambito dei controlli ambientali

… approfondiamo quindi un poco il mondo dell’agricoltura di precisione e dei controlli in

agricoltura per capire meglio ciò che il Programma Copernicus si propone approfittando della

competenza dei colleghi dell’Università della Tuscia nell’applicazione dell’agricoltura di precisione per il

miglioramento della gestione delle produzioni vegetali …

Cos’è l’agricoltura di precisione

Utilizzare quanto di più recente messo a disposizione dalla tecnologia informatica, elettronica e delle telecomunicazioni, per guidare e gestire le macchine agricole (trattrici e macchine operatrici):

• GNSS (GPS) • Tecnologie di guida assistita o auto-guida del

trattore • Satelliti, aerei, droni (SAPR), sensori sul

trattore, sensori su macchine raccolta, sensori a terra

• Tecnologie elettroniche per gestire le macchine operatrici (spandiconcime, irroratrice)

Adattare la gestione agronomica alla variabilità del suolo e della coltura nel tempo e nello spazio cambiamento di paradigma gestione agronomica sito-specifica

Me

cc

an

izz

az

ion

e

Ag

ra

ria

A

gr

on

om

ia

Dal monitoraggio all’azione

Satelliti

SAPR (droni)

Conoscenza agronomica

Sensori prossimali

Mappe di prescrizione

Informazione Interpretazione Applicazione

Applicazione a rateo variabile (VRA)

Piattaforma Risoluzione spaziale

Frequenza e tempestività

Risoluzione spettrale

Necessità elaborazione dati

10-20 m

5 m

2 m

1 – 30 gg (dipende

da nuvole) consegna: ~1-10 gg

4-10 bande

ampiezza 15-70 nm

+/- corr. atmosf. indici vegetaz…. ….prod.biofisici

0.05 – 0.15 m

a richiesta

consegna ~2 -7 gg

2-4 bande

ampiezza 50- 200 nm

+mosaicatura +ortorettifica + corr.radiometrica +corr.atmosferica +indici vegetaz

0.5 – 5 m

a richiesta

consegna immediata

2-4 bande

ampiezza 3- 20 nm

nessuna se sistema on-the-go

+filtraggio se mappa

Informazione

Requisiti tipologia di dati per l’agricoltura di

precisione a seconda dell’operazione agronomica

Informazione

Tecnica agronomica

Frequenza temporale richiesta, tempestività

Risoluzione spaziale richiesta

Risoluzione spettrale richiesta

Fertilizzazione Elevata, soprattutto per conc. azotata

Media (10-20 m in funzione dello spandiconcime)

Media-elevata

Trattamenti fitosanitari

Elevata Elevata (cm) Elevata

Diserbo Elevata Elevata (cm) Elevata

Irrigazione Elevata Media (in funzione del metodo irriguo)

Media (IR termico)

Semina Bassa Media (in funzione della seminatrice)

Media-elevata

Lavorazioni Bassa Media (in funzione dell’attrezzatura)

Media-elevata

Progetto APREINF: Agricoltura di precisione per la

gestione sostenibile delle infestanti

CNR IMAA

Informazione Interpretazione Applicazione

Diserbo di precisione e servizi geospaziali

1) UAV acquisition

2) Weeds map (Classification SVM)

Soil Weeds

3) Map treatment

Untreated areas Treated areas

4) Experimental design

5) Prescription map

6) Sampling 180 points

Prove in pieno campo di confronto tra diserbo uniforme

e patch-spraying

Control Patch spraying

Uniform

Exclusion area

11/11/2014

22/12/2014

22-23/06/2015

Size test area 120 x 288 m Plot 24x48 m

Ambito AGEA IACS e Monitoraggio PAC (futuro)

… Tali approccio e metodologie può significativamente contribuire alla risoluzione della problematica che la nuova PAC impone ai controlli nazionali in agricoltura, cioè passare dalla scala locale alla scala globale: dal controllo a campione del 5% dei contributi erogati, al monitoraggio nazionale per l’intera annata agraria degli impegni/dichiarazioni, dell’attuazione delle politiche agro-ambientali e indirizzi gestionali per mitigare impatto cambiamenti climatici convenuti con la singola impresa agricola.

Ciò potrà avvenire solo attraverso il completamento delle aree non risolte dai layer satellitari attraverso altri sistemi “field-based” (foto di campo, droni, …) ed il supporto per indirizzare/gestire localmente le aree complesse attraverso rilievi da App Geotagged su cellulare ….

… ma c’è anche il mare !!! …

navigazioneautonomaremota

propulsioneadelicheaeree

scavigonfiabili

inneoprene

assettoregolabile

inbasea5modalità

dicarico

struttura

inacciaio inox

strumentazionescientifica

intercambiale(OrangeKit)

palopertestasensore

estraibileeribaltabile

DEVSSÈun veicolo di superficie anavigazione autonomae

propulsione elettrica, sviluppato in collaborazionecon l’IstitutoSuperiore per la Protezione e la

Ricerca Ambientale (ISPRA).

Puòessere telecontrollato oimpostatopereseguiremissioniautonome.

Puòoperarein un raggio di azione

di circa500 m ed è composto daun’anima tubolare in acciaio inox304,montata su due gonfiabili in

neoprene, chene assicurano il galleggiamento.

Lastruttura è predisposta perl’alloggiamento di una valigetta

ermetica (OrangeKit) chepuòospitare dispositivi aggiuntivi,quali multi-beam, fotocamera,scanner,

sonar,dvl,etc.

… Droni e fascia costiera …

Marine Protected Area of Capo Rizzuto: 3D modeling of the Posidonia oceanica (L.) Delile meadows

F.S. Rende; A.D. Irving*; F. Bruno † ; F. De Filippo †; Scalise ; P.F. Cappa ; T. Bacci; M.Penna; B. Trabucco; R. Di Mento, A.M. Cicero

Ispra, Italian National Institute for Environmental Protection and Research, Department of Marine Environmental Quality Assessment, Via Brancati, 60 ‐ 00144 ROMA.•School of Medical and Applied Sciences, Central Queensland University, Bruce Highway, Rockhampton, Queensland 4702, Australia"

•DIMEG ‐ Dipartimento di Ingegneria Meccanica, Energetica e Gestionale, Università della Calabria, Arcavata di Rende, Italy Marine Protected Area of C apo Rizzuto, Via C ristoforo Colo mbo s.n.c . – 88900, Crotone, Italy

francesco.rende@isprambiente.it

2D Georeferenced

The Marine Protected Area Capo Rizzuto has invested significantly in research and innovation inorder to improve the process of monitoring, control and protection of Posidonia oceanicameadows. In fact, within the Svi.Stri.In project "Development of Innovative Instruments", fundedby the Italian Ministry for the Environment Land and Sea, a prototype of a towing vehicle wasdeveloped, that can accommodate 3D cameras for filming the seabed in vertical prospecting (face

down) (Fig.1). The vehicle can shoot continuously for long distances and, by using special software,Photo Mosaic

Wireframe model

1

it is possible to create geo‐referenced photo mosaics and 2D /3D modeling (Fig.2 and Fig.3). Figure 1 ‐ Prototype of a towing vehicle equippedwith GoPro Hero 3+ cameras, Seaviewer camera

and GPS data logger

2

Photo framegeoreferenced

Figure 2 ‐ 2D / 3D Modeling Seagrass MappingPoint Cloud model

Dense Cloud model

Classify Dense Cloud

Solid model

Shaded model

3

Applications• Seagrass and Sea Bed 2D/3D mapping;• NIS Monitorig;• Geology Survey;• Emergency Survey;• Pipeline monitoring;• Artificial reef monitoring;• Hydrological Survey;• Oceanographic Survey

4

Measurements• Area, perimeter and volume;• Fragmentations;• Continuity;• Percentage Cover;• Spatial analysis;• Seascape analysis;

5

6

Figure 3 ‐ Georeferenced 3D Photo Mosaic

7

ISPRA “Svi.Str.In project "Development of Innovative Instruments“

… Capo Rizzuto case study: comparison of Sentinel 2 and LANDSAT 8 OLI satellite image vs. Drone high spatial resolution images for mapping Posidonia oceanica meadows …

… Capo Rizzuto case study: comparison of Sentinel 2 and LANDSAT 8 OLI satellite image vs. Drone high spatial resolution images for mapping Posidonia oceanica meadows …

… Capo Rizzuto case study: comparison of Sentinel 2 and LANDSAT 8 OLI satellite image vs. Drone high spatial resolution images for mapping Posidonia oceanica meadows …

… e tutto ciò ci consente di realizzare nell’ambito di un Accordo Quadro tra ASI ed ISPRA il progetto per la mappatura degli habitat e della biodiversità … per una nuova Carta della Natura !!!...

La realizzazione di Carta della Natura è un compito istituzionale di ISPRA ai sensi della L. 394/1991 Legge quadro sulle aree protette: “La Carta della Natura è predisposta dai servizi tecnici nazionali* (…) individua lo stato dell'ambiente naturale in Italia, evidenziando i valori naturali ed i profili di vulnerabilità territoriale” Art. 3 comma3

CONOSCENZA DELLO STATO DELL’AMBIENTE

VALUTAZIONE DELLO STATO DELL’AMBIENTE

Unità Fisiografiche d’Italia

Habitat

•Valore Ecologico

•Sensibilità Ecologica

•Pressione antropica

•Fragilità ambientale

prodotti

Mappe di

Mappe di

La Carta della Natura in ottica Downstream Nazionale

22

Hab

itat

Map

pin

g at

Re

gio

nal

leve

l La Carta della Natura in ottica Downstream

Nazionale

… grazie per l’attenzione ! … Bernardo De Bernardinis