Sistema integrato per il monitoraggio delle

discariche con dati EO

Contesto: Discariche in Italia

Fonte: Corpo Forestale dello Stato

Le aree test verranno scelte con gli enti che hanno manifestato interesse al sistema SIMDEO. Tali enti risiedono prevalentemente in Campania, regione particolarmente sensibile al tema dei rifiuti. Il territorio della Campania è stato storicamente utilizzato come discarica abusiva di rifiuti tossici provenienti anche da fuori regione. Secondo l'Ispra i siti potenzialmente contaminati della regione si estendono su 340.609 ettari di terra e acque, praticamente un quarto della Campania.

Contesto: aree test

Mappa delle discariche abusive. Fonte: Corpo Forestale dello Stato

Contesto: interesse degli Enti

Manifestazioni di interesse utenti potenziali Comune di Napoli ASMEZ (consorzio di 1500 comuni ed enti locali) Lega delle Autonomie (associazione nazionale di 2500 comuni ed enti locali) ASIA, società di gestione NOE, Nucleo Operativo Ecologico dei Carabinieri

Aziende proponenti

Azienda: la Euro.Soft è una PMI del settore ICT

applicato a Spazio ed Ambiente

Principali Attività: sviluppo ed integrazione delle tecnologie ICT

nei seguenti settori:

SW GIS di Earth Observation, TLC e Navigazione satellitare

Sistemi elettronici nel settore aerospaziale

Sistemi di monitoraggio, telecontrollo e telegestione

ambientale (reti idriche, meteorologia, ecc)

Business Intelligence

SW di gestione e supervisione di impianti automatici

industriali e civili.

Programmi spaziali:

ESA: COSMO, GOCE, EUROSKYWAY, EPDS

ASI: MIOSAT, NADIA, TELESAL, SIGRI, CIRANO, IRENE

ALTRI: CC PON EO, CIRA MSS CPA, AVIO EBW

Altri prodotti ed applicazioni:

WTU® – Sistema di telecontrollo web-based (servizio ASP ed

HW di campo)

WebGIS – Marketing Territoriale, GIS Reti Idriche

HRM – SW di gestione delle risorse umane

Screening mammografico (analisi immagini)

Azienda: La Fox Bit S.r.l. è una PMI fondata nel 1985 che opera

principalmente nei settori Aeronautico, Spazio e Difesa.

L’attuale organico è di 60 dipendenti. La struttura

organizzativa consiste di due B.U. dedicate rispettivamente

alle Strutture Aeronautiche (design e produzione) ed

all’Elettronica per i settori Difesa e Spazio.

Principali Attività: Nel settore Aeronautico ha partecipato a

numerosi progetti di livello internazionale per lo sviluppo di

nuovi velivoli (A380, B787, F35). Nel settore Spazio, la Fox Bit

si è specializzata nello sviluppo di SW di EO ed elementi del

segmento Ground (Test Equipment) di apparati satellitari. Nel

settore dell’Elettronica per la Difesa la società ha progettato e

prodotto Unità di signal processing digitale per apparati radar,

elettronica RF, console di comando e controllo e stazioni di

collaudo.

Programmi spaziali:

Cosmo–Sky Med: EGSE di antenna.

Mars Express: EGSE di MARSIS

Altri Programmi: SIGRI, CPD, AGILE,

Aziende proponenti

External Services

Serco è una società di servizi internazionale che combina know-how commerciale con profondo spirito di interesse per il servizio pubblico.

Supporta, con i suoi oltre 70.000 impiegati, i governi, le organizzazioni internazionali, le agenzie e le compagnie di oltre 30 Paesi nel mondo, che ricercano partner qualificati con una solida storia in grado di fornire soluzioni efficaci per assicurare la fornitura di servizi ad elevati standard qualitativi. La Serco fornisce servizi nel settore Remote Sensing all' Agenzia Spaziale Europea da più di 20 anni. La volontà di Serco di sviluppare una nuova linea di servizi di Informazione Geografica sul Territorio, basati sul Telerilevamento satellitare e sui Sistemi Informativi Geografici, nasce da due fattori di fondamentale importanza, quali: Servizi di Informazione sul Territorio; Monitoraggio e Gestione nelle seguenti aree applicative: Aree Agricole, Aree forestali, Parchi e giardini, Prevenzione e rischio incendi, Urbanistica, Rete stradale e ferroviaria, Trasporti Zone costiere, Batimetria, Navigazione, Inquinamento, Pesca, Prevenzione e Rischio idro-geologico, Prevenzione Rischio sismico, Subsidenza Aree protette.

ALI (Aerospace Laboratory for Innovative components) è una Società Consortile senza scopo di lucro tra società che operano nei settori della progettazione, ingegnerizzazione, prototipizzazione e realizzazione di componentistica aerospaziale innovativa, ground segment per il controllo in remoto di piattaforme scientifiche e tecnologiche. Le Aziende consorziate, con un organico di circa 1.500 addetti ed un fatturato complessivo di 200M€, sviluppano praticamente l’intera filiera nei settori di attività considerati. Gli skills delle Aziende aderenti alla Società Consortile sono di elevata professionalità, ad ogni Progetto ciascuna Azienda opererà utilizzando le proprie specifiche competenze. L’assetto societario attuale prevede la partecipazione di 17 aziende del settore aerospaziale e delle ICT, con una quota di partecipazione paritaria. L’azienda consortile e le sue risorse hanno sviluppato negli anni prodotti e tecnologie propedeutiche allo svolgimento di alcuni WP del progetto in questione.

External Services

Idea Progettuale

L’idea progettuale propone applicazioni nei seguenti ambiti: Monitoraggio di parametri ambientali Gestione del rischio e risposta all’emergenza Monitoraggio delle aree urbane e delle infrastrutture Clima (monitoraggio dei gas serra) Il progetto prevede lo sviluppo di un sistema integrato per l’identificazione e il monitoraggio ambientale delle discariche di rifiuti.

Mediante i dati EO è possibile: La Classificazione e stima della quantità dei rifiuti stoccati in discarica; l’Identificazione di siti appropriati (studi di geologia e idrologia, trasporto di rifiuti, planning di dislocamento urbano); Il Management in situ della discarica (supporto alle operazioni); Il Monitoraggio dell’evoluzione nel tempo della discarica (rispetto delle procedure e delle regolamentazioni, prevenzione di rischio di inquinamento); Il Rilevamento di discariche non autorizzate.

Idea Progettuale

Le principali innovazioni del progetto sono rappresentate da: continuità delle osservazioni sulle aree di interesse. Questo punto sarà di maggiore consistenza fra tre anni quando tutti i nuovi satelliti GMES Sentinels, i quali hanno ripetitività a terra dai 8 ai 12 giorni, saranno operativi. stima accurata e ripetuta delle proprietà chimico-fisiche dei suoli da monitorare con particolare attenzione al tipo di copertura (anomalie positive della temperatura, materiali sospetti rilevati, contenuto di umidità, ecc), assicurerà un altrettanto precisa individuazione dei siti illegali di smaltimento ed eventuali contaminazioni in maniera rapida ed efficace. Nella fattispecie l’idea progettuale proposta si articolerà in due fasi distinte: 1.Identificazione delle discariche; 2.Monitoraggio delle discariche.

La valenza innovativa del progetto consiste nell’utilizzazione sinergica di dati EO provenienti sia da sensori ottici che da sensori radar

Prodotti

I prodotti individuati per lo studio e generati durante la prototipazione del progetto possono essere catalogati come segue: Sottosistema “Prodotti intermedi” Mappe trimestrali di NDVI-SAVI ad alta risoluzione ( < 15 m); Mappe termiche mensili di LST (< 100 m); Sottosistema "Mappe Landfill Detection" Mappe semi-statiche delle discariche esistenti ( < 5 m); Mappe mensili di riempimento ed evoluzione delle discariche individuate con dato SAR e ottico (< 5 m); Mappe tematiche di contenuto stimato da dato iperspettrale ( 30 m); Mappe di discariche illegali ( <5 m); Sottosistema "Mappe Emissioni" Mappe di emissioni gassose trimestrali ( 100 m); Mappe di vulnerabilità del suolo per contaminazione (100 m).

Fasi progettuali – Individuazione discariche

1) La prima fase si propone di identificare e mappare in ambiente GIS un numero ragionevole di siti test e di acquisire dati EO per l’individuazione di discariche non autorizzate anche di piccole dimensioni. Tale task sarà condotto con l’ausilio di algoritmi innovativi applicati ad immagini satellitari ad alta risoluzione (VHR). In particolare saranno investigate alcune tecniche morfologiche di riconoscimento automatico e semi-automatico del pattern di potenziali discariche dopo la classificazione e la segmentazione del dato EO. Sebbene l’individuazione precisa da satellite delle discariche abusive non sia ancora consolidata, soprattutto per i siti molto piccoli, l’integrazione sinergica di dati iperspettrali può consentire una maggiore affidabilità dei risultati.

Dati multi-iperspettrali Dati SAR

Data Fusion

Land-Fill Detection

Classificazione Classificazione

Fasi progettuali – Monitoraggio discariche

2) La seconda fase è incentrata sulle tecniche di monitoraggio satellitare dell’impatto ambientale di discariche conosciute, mediante l’utilizzo sinergico di dati ottici e radar. L’utilizzo di dati SAR (interferometria) garantisce l’estrazione di informazioni sul controllo morfologico della discarica quale il progressivo riempimento e l’eventuale assestamento. L’informazione da satellite si propone di fornire elementi oggettivi ancillari di valutazione, soprattutto per i siti illegali, di eventuali contaminazioni del suolo e dell’aria tramite lo studio delle condizioni di salute della vegetazione limitrofa.

E’ dimostrato come la contaminazione da percolato delle falde acquifere possa essere individuata mediante le immagini satellitari, analizzando lo stato di sofferenza della vegetazione (indici SAVI e EVI) che circonda il sito. L’eventuale fuoriuscita di gas è rilevabile analogamente, conoscendo i venti dominanti, dalle condizioni di stress delle specie arboree presenti delle vicinanze .

Discarica

Fasi progettuali – Monitoraggio discariche

Le informazioni dei canali nell’infrarosso termico possono ricondurre alla temperatura superficiale (LST) delle discariche, come indice di attività delle stesse. I siti di stoccaggio che presentano rifiuti organici mostrano temperature superiori a quelle delle aree circostanti a causa delle attività eso-termiche di decomposizione. Ciò è soprattutto evidente nei siti illegali dove non esiste una rete apposita di raccolta del biogas.

In assenza di impianti di convogliamento del biogas, questo ad una temperatura di oltre 40°C, risale attraverso gli strati di sostanza organica e terra (corpo della discarica) fino a raggiungere la superficie. Il biogas cede calore per convezione e conduzione alle zone circostanti; l’effetto è un riscaldamento della superficie terrestre con conseguente irraggiamento di calore, evidenziabile come anomalia positiva nella LST (Land Surface Temperature).

Evoluzione temporale di una discarica (SPOT)

Anomalie termiche su siti illegali (Landsat IR)

Fasi progettuali – Indici ambientali

• Studio degli indici ambientali esistenti (SAVI, NDVI, LST)

• Caratterizzazione parametri per il monitoraggio di discariche (topografia, composizione del suolo, eff. atmosferici).

• Sintesi di nuovi indici. Esempi: Transformed Difference Vegetation Index (TDVI) Topography Adjusted Vegetation Index (TAVI) Modified Soil Adjusted Vegetation Index (MSAVI)

)1( LL

SAVIrnir

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Esempio di immagine tramite SAVI modificato

Dati EO

Dati Ottici multispettrali: •SPOT •IKONOS •ALOS-AVNIR-PRISM •LANDSAT •ASTER •ALI Dati Ottici iperspettrali: •HYPERION •MIVIS •PROBA-CHRIS •PRISMA Dati Radar: •ASAR •PALSAR •Cosmo-Skymed •TERRA-SAR-X

Uso dati EO per l’analisi dei rifiuti. Fonte: Regione Veneto

Architettura

Il sistema sarà basato su piattaforme SW GIS di elevata diffusione e Open Source (Q-GIS), integrati con tutti gli applicativi software necessari alla sua gestione e manutenzione di tipo prevalentemente opensource (si prevede solo l’utilizzo del COTS SW ENVI).

Le procedure di validazione terranno conto delle disposizioni legislative che impongono controlli e verifiche secondo il “piano di sorveglianza e controllo” (decreto legislativo 13 gennaio 2003, n. 36 "Attuazione della Direttiva 1999/31/CE relativa alle discariche di rifiuti"). In tale documento sono definiti i parametri da acquisire, le frequenze di misura ed i valori di soglia compatibili con quanto stabilito nell´autorizzazione. I valori di riferimento ed i valori misurati a terra secondo gli standard di legge, saranno la base per un confronto con i risultati del progetto. A tale scopo il gruppo di progetto si impegna a definire, sulla base dei dati EO e non-EO disponibili, e di concerto con gli enti locali o i gestori degli impianti di smaltimento, una o più aree test su cui effettuare la validazione. Preferenzialmente le aree saranno scelte in Campania, regione di afferenza delle aziende proponenti.

Validazione dei risultati

Fasi progettuali

WP1000

Ricerca Industriale

WP2000

Sviluppo Sperimentale

WP1006

Studio e definizione algoritmi per

Landfill Detection dati Iperspettrali

WP2002

Sviluppo prodotti intermedi (mappa

LST e SAVI)

WP2003

Test prodotti intermedi (mappa LST

e SAVI)

WP2004

Sviluppo Mappe Landfill Detection

WP2005

Test Prototipo Mappe Landfill

Detection

WP1008

Progettazione "Mappe Landfill

Detection"

WP1001

Coordinamento attività di ricerca

WP2001

Coordinamento Attività di sviluppo

WP1009

Progettazione "Mappe Emissioni"

WP1010

Definizione Test & Prove di validazione

WP2007

Test prototipo Mappe Emissioni

WP2008

Integrazione GIS, Verifiche e Test

WP1002

Analisi del contesto applicativo,

requisiti e definizione specifiche del

progetto

WP1005

Studio e definizione algoritmi per

Landfill Detection dati SAR

WP1004

Studio e definizione algoritmi e metodi

per il calcolo degli indici (LST, NDVI,

SAVI)

WP1003

Analisi e procurement dei dati EO e

non EO

WP1007

Studio e definizione algoritmi per il

rilievo delle emissioni

WP2006

Sviluppo Mappe delle Emissioni

WP2008

Validazione

SIMDEO

Fasi progettuali