Geomatica per l'analisi, la verifica e il monitoraggio del territorio e dei manufatti

La geomatica operativa è legata a filo doppio con l’area delle Osservazioni della Terra (EO), che negli ultimi 30 anni ha assunto un ruolo primario per molte attività di indagini e mappature del suolo terrestre.

I dati e le tecniche di analisi sono anch'essi andati avanti in maniera sorprendente, almeno per gli utenti finali, e da diversi anni è ormai possibile mantenere sotto controllo e monitorare interi territori, manufatti e perfino fenomeni di subsidenza su larga scala, grazie alle tecnologie di tipo SAR.

Sempre basandosi su dati di EO (Earth Observation), avanzano poi applicazioni cartografiche standard e 3D, con cui realizzare i Digital Twin delle grandi e moderne Smart City.

A completare il giro di orizzonte di questo terzo Dossier Geomatica Operativa del 2023, ci sono poi il mondo del catasto, con una breve intervista al decano del catasto Claudio Fabrizi, che ci racconta lo stato dell’arte e l’evoluzione del Catasto Italiano verso un futuro sempre più fatto di condivisione dei dati e di 3D.

Infine, il mondo del Digital Twin sotto diversi domini operativi e tecnologici, che comprendono ovviamente i domini applicativi in ambito GIS e BIM.

In aggiunta ai temi tecnologici di attualità, vi proponiamo poi una lettura storica legata al mondo dell'acqua, portandovi un po' indietro nel tempo alla nascita delle scienze geomatiche per il pianeta acqua, proponendovi la lettura dell'articolo dal titolo "Geomatica per i sette decimi del globo".

Le Osservazioni della Terra

Osservazione della terra è un termine ampio, che spazia dal mondo delle riprese ottiche a quello delle riprese con sensori di ogni tipo, impiegando un po' tutte le tecniche, spaziando dalla interferometria al mondo della gravimetria e molti altri approcci legati al tipo di contesto e analisi possibili relativi all’atmosfera e alla superficie terrestre.

Il totale delle operazioni effettuate con sensori posizionati nello spazio vicino, vanno sotto la classe scientifica-investigativa chiamata Telerilevamento. Un segmento operativo che interessa tutte le attività umane e del pianeta terra, di immensa importanza, visto il periodo storico in cui siamo approdati, ovvero nel bel mezzo di un Climate Change che non lascia scampo all’evoluzione climatica verso scenari raccapriccianti, al limite della possibilità che l’uomo possa continuare ad abitare il pianeta terra nel modo a noi conosciuto.

Ma il Telerilevamento è una scienza ampia e inimmaginabile, che spazia su diversi fronti applicativi, e ci viene in aiuto non solo per l’ambiente e le risorse naturali, ma anche per le opere d’arte di cui l’ambiente urbano è la massima espressione, cosi come per le infrastrutture come ponti, viadotti e ferrovie, etc., che nel tempo hanno necessità di essere monitorate.

L’ampio spettro delle applicazioni del telerilevamento, anche se focalizzato nell’ambito dello spazio urbano, sono così ben spiegate in un articolo a firma di uno dei massimi esperti del settore come il Presidente di AIT, Associazione Italiana di Telerilevamento, prof. Enrico C. Borgogno Mondino, che ci introduce appunto ad un approfondimento di livello divulgativo su come le diverse tecniche sono impiegate per le numerosissime applicazioni in ambito urbano, ambientale e non solo.

L’interferometria per il monitoraggio

Su un aspetto rilevante delle applicazioni InSAR e DinSAR, derivate dal più generale settore applicativo dell’Interferometria satellitare, basata per lo più sulle tecniche SAR, o Synthetic Aperture Radar, abbiamo deciso di riferirci ad articoli già pubblicati su InGENIO, tra cui un’ottima introduzione alle tecniche di monitoraggio come L’interferometria radar satellitare per il monitoraggio di strutture e infrastrutture civili, a firma di Pier Francesco Giordano, Othmane Lasri e Maria Pina Limongelli del Politecnico di Milano, e un excursus sul tema in lingua inglese dal titolo The InSAR Feasibility Tool, a firma del team dello Spin-off NHAZCA della Sapienza di Roma.

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Le linee guida sono state pubblicate sul sito di ReLUIS e fino al 15 novembre 2023 saranno sottoposte ad inchiesta pubblica, con possibilità fino a tale data di inviare commenti. Un ulteriore passaggio con carattere previsionale e di prevenzione nei confronti della pubblica incolumità. A questo proposito ne abbiamo parlato con il professore Mauro Dolce, presidente di ReLUIS.

Ma diversi altri sono gli articoli e le esperienze sul tema che potete trovare sul portale di InGENIO, e basta inserire le parole chiave SAR, InSAR e DinSAR o anche genericamente Interferometria Satellitare nella funzione di ricerca estesa del portale, e troverete cosi numerose relazioni, esperienze e applicazioni relative a queste tecniche di monitoraggio. Il lettore può considerare le tecniche SAR, inoltre, come le antesignane della mappatura 3D del pianeta Terra, visto che, già nel lontano anno 2000, con la missione Shuttle della NASA, nota anche come SRTM, si impiegò la tecnica SAR proprio per realizzare il primo DTM della terra direttamente dallo spazio.

Nel tempo sono state poi realizzate diverse costellazioni di satelliti, mentre gli algoritmi si sono evoluti, affinché si potesse analizzare in modalità differenziale, punti diversi della stessa scena, ripetendoli nel tempo. Con questa tecnica più o meno è stato poi possibile sviluppare applicazioni vere e proprio per il monitoraggio a scala centimetrica, di qualsiasi manufatto che abbia una consistenza e una durezza dei materiali di natura tradizionali. Tale tecnica permette inoltre di effettuare analisi di stabilità, anche di grandi porzioni di territorio, disegnando le mappe di subsidenza ad intervalli regolari (vedi Fig.2 articolo a firma di E. Borgogno-Mondino e D. Santarsiero).

Aggiornamento cartografico e dati satellitari

I dati satellitari del territorio, ovvero le immagini ed altri formati digitali, sono ormai impiegati per realizzare anche aggiornamenti cartografici, e addirittura modelli 3D anche spinti a precisioni che si aggirano tra i 30 e i 50 cm.

In effetti la precisione delle scene satellitari è ormai giunta ad un tale livello, che in numerosissime situazioni è conveniente ed efficiente impiegare le scene satellitari, piuttosto che i voli fotogrammetrici tradizionali

Il grande vantaggio dei satelliti deriva dal fatto che sono in orbita 24 ore al giorno, e che in alcune situazioni la stessa porzione di territorio è mappata ripetutamente a distanza di pochi giorni.

Al contrario, con le riprese aeree tradizionali, anche se effettuate con gli attuali sistemi di volo come gli UAV (droni), diventa quasi impossibile avere riprese aggiornate con regolarità. In ogni caso, anche per le scene satellitari abbiamo un livello di pro e contro la loro funzionalità, ma le loro potenzialità sono sicuramente di grande aiuto in numerosissime applicazioni. Il vero problema spesso sono i costi, ma ciò dipende sempre dai canali di acquisizione, e ovviamente dalla disponibilità o meno di budget adeguati.

Su questo tema, e allargando il nostro interesse alla storia recente della fotogrammetria, presentiamo nel nostro nel dossier nr. 37 del 2003, un importante e significativo contributo, ottenuto attraverso una lunga intervista ad un operatore esperto, decano del settore applicativo come Luigi Proietti. Un'intervista, il cui titolo “Dati satellitari e aggiornamento cartografico”, già chiarisce di per se l'obiettivo della proposta editoriale.

Il Catasto tra innovazione e il 3D che avanza

La storia del catasto italiano è lunga e molto articolata, ma dagli anni ’90 in poi la digitalizzazione prima, e la normalizzazione dei dati poi attraverso protocolli diversi, ha fatto sì che l’infrastruttura dei dati territoriali più significativi della nazione sia approdato ad un livello abbastanza invidiabile per contenuto, modello di riferimento e forse anche sviluppo e diffusione.

Dall’introduzione del sistema WEGIS ad oggi, il catasto ha proseguito nel lungo percorso di pubblicazione dei dati, e oggi è possibile accedere ai suoi servizi via WMS, la migliore tecnologia di condivisione dei dati cartografici che sia mai stata messa a punto. Un vantaggio immediato per la società digitale tutta e per i professionisti tecnici che con il catasto hanno a che fare in numerose loro quotidiane attività. Nella nota editoriale che segue, InGENIO intervista l’ing. Claudio Fabrizi, Responsabile della Direzione centrale Servizi Catastali, Cartografici e di Pubblicità Immobiliare, un testimone sul campo dei processi innovativi del catasto italiano degli ultimi 30 anni, con un accenno al futuro che verrà.

Digital Twin, GIS & BIM

Il mondo del GIS e del BIM sono in forte relazione almeno da una 30 di anni, e di fatto il BIM non è altro che un sistema GIS specializzato per il comparto dell’AEC. Ciò è vero però se si guarda all’aspetto grafico e geospaziale delle entità che rappresentano il manufatto. Agli albori del BIM la sua vera natura era legata al mondo dell’IFC, e la grafica e topologia tipica del GIS era per lo più tangente al problema della rappresentazione.

Il processo di convergenza reciproca tra BIM e GIS, è pertanto un processo naturale, così come la gestione di asset immobiliari è realizzata attraverso sistemi di gestione detti di Facility Management, pur se di fatto anche in questo caso il cuore del sistema è l’insieme di entità grafiche e DB alfanumerici di tipo specializzati; quindi anche in questo caso siamo nel dominio applicativo dei sistemi GIS. Nelle note editoriali che seguono firmate HARPACEAS e ACCA, si parlerà invece tanto di BIM, quanto di GIS, nel contesto dei Digital Twin.

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