Ente o Amministrazione
Consiglio Nazionale delle Ricerche - CNR
Progetto
Osservazioni della Terra
Titolo
Sviluppo ed integrazione di tecnologie attive e passive per il monitoraggio di suolo e sottosuolo
Descrizione e sintesi dei contenuti
Il progetto è finalizzato allo sviluppo ed all’integrazione di tecnologie innovative di Osservazioni della Terra (OT) per lo studio ed il monitoraggio dei fenomeni ambientali che avvengono negli strati superficiali del sottosuolo. Le attività previste riguardano le tecniche di telerilevamento da satellite, a diverse risoluzioni spaziali e temporali, le tecniche di telerilevamento e di misure in situ da aereo ed i metodi elettromagnetici per il remote sensing degli strati superficiali del sottosuolo (sub-surface sensing). Particolare attenzione è rivolta allo sviluppo di nuovi sensori ed alla calibrazione ed alla validazione dei prodotti satellitari, mediante l’utilizzo di sistemi mobili, sia su piattaforme terrestri che aviotrasportati, e di campi sperimentali per misure in condizioni controllate i parametri ambientali. Va sottolineato che lo sviluppo di tecnologie innovative di Osservazioni della Terra per la stima di proprietà della superficie sono di forte rilevanza sia per la comunità scientifica internazionale (es. IGOS Geo-Hazards Theme Report, NASA-Report "Living on a Restless Planet", National Science Foundation Program on subsurface sensing techniques). La notevole complessità, il forte grado di interrelazione e l’estrema variabilità della dinamica spazio-temporale dei processi biologici, idrometeorologici, agrometeorologici, idrogeologici, geochimici e geofisici che avvengono nella parte più “pellicolare” della superficie terrestre richiedono lo sviluppo e l’integrazione di tecnologie osservative (attive e passive; dirette e indirette; dal suolo, aereo e satellite; multisorgente e multirisoluzione; etc.).
Obiettivi / Finalità
Le principali finalità consistono nello sviluppare tecnologie innovative per la stima di proprietà della superficie terreste e degli strati superficiali del sottosuolo (es. temperatura, umidità, tessitura, chimismo e mineralogia del suolo, flussi di materia ed energia alla superficie terrestre, proprietà della vegetazione) integrando dati telerilevati (multispettrali, iperspettrali e multiangolari, da aereo e da satellite, a bassa/moderata risoluzione spaziale) ed informazioni derivanti da misure in situ e tecniche elettromagnetiche di sub-surface sensing per la caratterizzazione fisica, chimico-mineralogica degli strati superficiali del suolo e sottosuolo.
I principali obiettivi della ricerca sono:
- Sviluppo di metodi innovativi per la classificazione e la segmentazione di immagini rilevate dal sensore MIVIS (aerotrasportato) e per l’analisi nel dominio spazio-temporale di dati SEVIRI su MSG
- Sviluppo di tecniche spettroradiometriche per lo studio di superfici nevose, coperture superficiali in ambiente urbano e superfici vulcaniche
- Realizzazione di prodotti da immagini satellitari (es. AVHRR, LANDSAT-TM) ed iperspettrali da aereo (es. Hyperion) per la caratterizzazione delle proprietà di superficie, per il monitoraggio di aree vulcaniche, per lo studio degli incendi boschivi e di fenomeni di land degradation
- Integrazione di tecniche di indagine geochimiche, chimico-fisiche e geofisiche per lo studio di aree ad elevato rischio naturale ed ambientale (siti contaminati, aree in frane, aree sismiche etc..)
- Sviluppo di modelli per la studio della dinamica spazio-temporale della soil-moisture prima, durante e dopo eventi meteorologici estremi
- Sviluppo di tecniche innovative per la calibrazione di camere multispettrali ed algoritmi per l’estrazione della struttura verticale ed orizzontale della copertura vegetale mediante tecniche ottiche
Competenze e tipologia risorse umane impegnate
Per lo sviluppo delle attività della ricerca sono stati impegnati prevalentemente fisici, chimici, ingegneri e matematici con competenze inerenti le seguenti tecnologie di Osservazioni della Terra:
- Tecniche di telerilevamento da aereo e da satellite mediante sensori iperspettrali
- Tecniche per l'analisi di immagini satellitari ad elevata frequenza temporale e media/bassa risoluzione spaziale
- Tecniche per la caratterizzazione chimico-fisica degli strati superficiali del sottosuolo
- Tecniche tomografiche per la diagnostica elettromagnetica non invasiva degli strati superficiali di suolo e sottosuolo
- Calibrazione e validazione dati telerilevati da aereo e da satellite
- Processing di serie storiche di immagini telerilevate nel dominio spazio-temporale e nella segmentazione e classificazione di immagini con metodologie statistiche avanzate
Partners esterni
La ricerca è stata svolta in un quadro di ampia collaborazione con il sistema universitario italiano, con enti di ricerca di rilevanza nazionale (ASI, INGV), con consorzi interuniversitari (RELUIS, CNSIM, CNIT) e prestigiosi enti di ricerca internazionali:
NASA Goddard Space Flight Center, USA
Colorado School of Mines, USA
CNRS - CEREGE, Francia
Centre d’Etudes Spatiales de la Biosphere – Toulouse, Francia
Joint Research Center – Ispra, EU
University of Electrocommunication e Chiba University – Tokyo, Giappone
Technological Education Institute of Crete, Grecia
Saxon Academy of Sciences (Leipzig), Germania
Valencia University (ES), Department of Physics, Spagna
Durham University, Department of Geography Gran Bretagna
NERC, Airborne Remote Sensing Facility, Gran Bretagna
Laboratoire des Sciences de l 'Image, de l 'Informatique et de la Télédétection (LSIIT), Francia
Université Louis Pasteur, Strasbourg, Francia
Risultati ottenuti
I risultati conseguiti sono stati particolarmente significativi e di grande prestigio per l’ente. La qualità dei risultati ottenuti è testimoniata dal numero (>50) di lavori pubblicati su riviste internazionali con sistema di revisione peer-review (es. Geophysical Research Letters, Geophysics, International Journal of Remote Sensing, Remote Sensing of Environment) e dall’inserimento dei gruppi partecipanti a progetti del VI e VII P.Q. dell’Unione Europea e di altri organismi internazionali (es. ESA, CNES).
Va inoltre sottolineato, che le attività svolte hanno favorito:
- la partecipazione dei ricercatori a nuovi progetti di ricerca e/o collaborazioni internazionali
- la realizzazione e/o la pianificazione di nuove campagne di misure (non previste in fase di previsione) sia in aree ad elevato rischio ambientale che presso Campi Sperimentali
- l’avvio di nuovi progetti con PMI e Consorzi di PMI
- il potenziamento delle attività di trasferimento tecnologico
In sintesi le attività sono state finalizzate allo sviluppo ed all'integrazione di tecnologie innovative di Osservazioni della Terra (OT) per lo studio ed il monitoraggio dei fenomeni ambientali che avvengono negli strati superficiali di suolo e sottosuolo. I principali risultati conseguiti sono:
- tecniche innovative per l'analisi di immagini SEVIRI-MSG e MODIS
- tecniche satellitari innovative per la stima del pericolo di incendio e per la rilevazione tempestiva degli incendi
- stima dei flussi di CO2 a partire da misure in-situ e campagne di telerilevamento da aereomessa a punto di una metodologia per l'analisi del comportamento idrologico di un versante e studio dei processi di infiltrazione, evapotraspirazione e deflusso mediante l'utilizzo del modello SVAT
- analisi delle firme spettrali di suoli urbani e rurali, sviluppo di un algoritmo per la correzione atmosferica dei dati multi ed iperspettrali
- esportazione di metodologie satellitari avanzate di change detection su sensori e piattaforme di nuova generazione
- realizzazione di un archivio di firme spettrali finalizzato alla validazione di prodotti satellitari
- sviluppo di tecniche tomografiche 3D e 4D per l'inversione di dati elettromagnetici
- sviluppo ed integrazione di tecniche geochimiche e geofisiche per lo studio di aree ad elevato rischio naturale ed ambientale
- realizzazione di campagne sperimentali finalizzate alla valutazione della accuratezza della calibrazione di camere multispettrali avanzate
- campagne di misure in aree ad elevato rischio naturale ed ambientale ambientali nell'interfaccia aria-suolo-sottosuolo
Principali Infrastrutture di ricerca utilizzate
- Campo sperimentale per la ricezione ed il processamento dati satellitari
- Velivolo Sky Arrow ERA
- Campo sperimentale Hydrogesite
- Campo sperimentale per misure idrometeorologiche nel Bacino dell’Alto Tevere
- Mezzi mobili per misure chimico-fisiche, geochimiche e geofisiche
Risposte a bisogni individuali e collettivi
- Sviluppo di metodi statistici per la classificazione e la segmentazione di immagini telerilevate da aereo e da satellite
- Definizione di criteri per la realizzazione di nuovi sensori ottici dedicati ad osservazioni specifiche in aree a rischio geo-ambientale
- Sviluppo di metodologie per il monitoraggio dei processi di contaminazione di suolo e sottosuolo in aree a forte impatto antropico
- Sviluppo ed integrazione di metodologie per il monitoraggio dei processi di contaminazione di suoli e falde
- Sviluppo di metodologie satellitari e procedure utili per applicazioni ambientali quali il monitoraggio vulcanico e la detection tempestiva di incendi boschivi
- Tecniche per la stima dell'umidità del suolo e valutazione del potenziale impiego nel campo delle attività di protezione civile per la previsione e prevenzione del rischio idrogeologico
- Campagne di misura ed osservazione dello stato dell’ambiente su domanda di enti ed autorità locali e nazionali
