METODOLOGIA

Il sistema aviotrasportato AA3500, gestito dalla G. di F. è in grado di acquisire immagini digitali della superfice terrestre:
- 2 bande spettrali,
     nell'ultravioletto (U.V.) (~ 0.38 μm) e
     nell'infrarosso termico (I.R.) (~ 11 μm),
- IFOV da 2.5 a 5 mrad.
- dinamica radiometrica di 8 o 12 bit/pixel.e

Progettato per il monitoraggio dell'inquinamento da idrocarburi, può trovare applicazione anche in altri settori per il controllo dell'inquinamento ed il monitoraggio ambiental.

I dati di riflettanza, desunti dalle immagini riprese dagli scanner multispettrali opportunamente corrette, sono analiticamente correlabili ad ognuno dei parametri bio-fisici che contribuiscono differentemente alle proprietà ottiche dell'acqua, quali quelli relativi alla torbidità, al fitoplancton ed la sostanza organica disciolta, sopratutto in situazioni di basse concentrazioni.
Nel caso dello scanner AA3500, questo vale maggiormente per la banda nell'U.V.
La banda nell'U.V. in genere riesce a penetrare al di sotto della superficie, anche di alcuni metri a seconda della torbidità dell'acqua. Il backscattering, a queste corte lunghezze d'onda è abbastanza consistente mentre l'assorbimento è contenuto (il coefficiente di assorbimento, per acqua pura varia da 0.007 a 0.1 m-1), quindi l'energia riflessa verso il sensore può contenere informazioni che ci interessano relative agli inquinanti presenti nello strato di acqua attraversato, spesso disturbate dal rumore introdotto dalla riflessione sul fondo a dallo spessore di atmosfera attraversato.

La banda nell'I.R. è correlata alla temperatura superficiale e all'emissività dell'acqua e non interagisce direttamente con gli strati sottostanti alla superficie (è assorbita quasi al 100% superficialmente). In ogni caso, verosimilmente, qualsiasi apporto di acqua o liquidi in mare avviene a temperatura diversa, per cui è ipotizzabile una correlazione su basi statistiche fra temperatura ed inquinanti immessi, senza contare che, comunque, inquinanti di tipo industriale, più leggeri dell'acqua, possono indurre una variazione di emissività, alla quale sono sensibili le immagini all'I.R.
Spesso, a causa della presenza congiunta di molti componenti inquinanti, di cui alcuni ad alte concentrazioni, le acque costiere sono da considerarsi sistemi dal comportamento ottico complesso, tenendo anche conto degli effetti introdotti dall'atmosfera e dal fondo marino.
Generalmente, quindi, per ottenere mappe tematiche di distribuzione del parametro da immagini multispettrali telerilevate, sono impiegate delle metodologie di calibrazione basati su modelli statistici. Quest'ultimi consistono nel correlare, tramite tecniche regressive, i valori di riflettanza con misure contemporanee a mare dei parametri di riferimento, per arrivare a modelli che hanno validità locale.

Quindi la calibrazione delle immagini multispettrali riprese da scanner ottici è fondamentale per poter derivare delle stime quantitative ed in quest'ottica sono necessarie delle misure a mare "georiferite" su cui calibrare i valori di radianza nelle varie bande dello scanner.
Nella campagna di Bari, i campioni sono stati prelevati lungo un percorso circa perpendicolare alla riva, verso il largo, a distanza di circa 50 m., 400 m., 700m. l'uno dall'altro in modo che potessero poi essere compresi e localizzati con sufficiente precisione nelle strisciate riprese tramite il Daedalus.
Successivamente dalle misure ottenute in laboratorio sui campioni, sono stati derivati i modelli, correlandole con i valori di radianza all U.V. ed all I.R. desunti dalle immagini rilevate dallo scanner (da 400 e 1000 m), preventivamente corrette radiometricamente e geometricamente (effetto panoramico) e corrispondenti ai punti di campionamento.
In Fig. 1 sono riportate, a sinistra, le immagini grezze, a destra, quelle corrette con l'indicazione in overlay dei punti di misura utilizzati per la calibrazione. Si noti l'importanza dell'effetto panoramico in queste riprese aeree.

Fig. 1 - A sinistra immagini grezze, a destra immagini corrette.

In Fig. 2 sono riportati i valori di radianza all'IR, nei punti di campionamento di 5 delle località riprese tramite i voli. Nelle prime tre, a partire da sinistra, sono state eseguite 3 misure (quelle a sinistra si riferiscono a posizioni più verso la costa) mentre a Bari solo una misura ed a Monopoli 2. I dati superiori si riferiscono ai voli a 1000 m. mentre quelli inferiori sono stati ricavati dalle immagini riprese da 400 m.
Nel grafico i dati inferiori sono in numero minore poichè non tutte le misure a mare sono comprese nel volo a 400 m. I dati nell'IR relativi a quest'ultimo risultano generalmente più bassi a causa del contributo introdotto dall'atmosfera.

Fig. 2 - valori di radianza all'IR, nei punti di campionamento di 5 delle località riprese tramite i voli.

Il modello definito ci ha consentito di produrre delle mappe tematiche di concentrazione (Fig. 3 - 4) dei parametri di qualità dell'acqua, in particolare di D.O.M. (Dissolved Organic Matter) ben correlato alla presenza di scarichi abusivi ed ad eventuali alte concentrazioni batteriche.
Poichè l'acquisizione di misure a mare da correlare con i dati di radianza risulta notevolmente imprecisa e dispendiosa, nella campagna di Venezia la calibrazione è stata effettuata tramite un sistema LIDAR, precedentemente tarato in laboratorio sugli inquinanti a cui si era interessati, in particolare gli idrocarburi (OIL-Slick).

Fig. 3 e 4 - Mappe tematiche di concentrazione

Il sistema LIDAR è stato successivamente interfacciato con un ricevitore GPS, in modo da consentire un acquisizione quasi in continua di misure 'georiferite' da un battello opportunamente strumentato.
Questo battello, quasi in contemporanea ai voli in cui sono state acquisite le immagini Daedalus, ha navigato lungo tutta la laguna producendo una notevole quantità di misure a mare degli inquinanti, ognuna con le relative coordinate geografiche. Le misure, dopo adeguata elaborazione hanno consentito d'individuare le aree di alta concentrazione degli inquinanti, e di calibrare opportunamente le immagini di dettaglio relative, con conseguente produzione di mappe tematiche locali (1 m di risoluzione).

Le mappe tematiche locali, ottenute dopo un adeguato processing delle immagini (vedi schema) finalizzato alla correzione geometrica, georiferimento ed alla mascheratura della terra, hanno permesso l'individuazione e la caratterizzazione delle varie sorgenti inquinanti (Fig. 7, 8, 9, 10, 11, 12, 13, 14).

Figure 7, 8, 9, 10, 11, 12, 13 - Mappe tematiche per la individuazione delle varie sorgenti inquinanti

In Fig. 6 su un mosaico georiferito d'immagini all'IR (5 strisciate), riprese da 3000 m. sono state sovrapposte le misure LIDAR di DOM, classificate tramite apposita legenda, in sovrapposizione sono riportate anche le coperture (in viola) delle strisciate di dettaglio, riprese da 400 m. Operazioni analoghe sono state effettuate per le altre tipologie d'inquinanti (CHL e OlL-Slick).