|
Il tematismo dell'uso del suolo può ormai essere considerato uno strato di base di un SIT insieme al DB topografico, al modello digitale di elevazione e all'ortofoto. Da questo tematismo si derivano per selezione, accorpamento e riclassificazione, strati utili a molti campi applicativi. Come è già successo per i dati topografici, anche per l'uso del suolo l'indirizzo attuale impone la costituzione di un DB tematico che garantisca ampia flessibilità di elaborazione ai fini modellistici e applicativi. Il presente approfondimento è un esempio di come si sta evolvendo la tecnologia software verso la generazione intelligente di un DB di uso del suolo con tecniche raffinate di elaborazione dei dati. (N.d.R.).
Particolare interesse ha suscitato nell'ambito della 13° conferenza ASITA tenutasi a Bari i primi di dicembre del 2009, la presentazione del prodotto T-MAP, un software per l'estrazione di informazioni da immagini telerilevate e/o aeree mediante procedure automatiche per la creazione, in tempi brevi e costi contenuti, di cartografie tematiche (ad esempio, Land Cover/Land Use - LCLU) e il change detection, in un ambiente GIS-ready .
Il prodotto è stato realizzato dallo spin-off dell'Università Politecnica delle Marche denominato SI2G - Sistemi Informativi Intelligenti per la Geografia s.r.l.
Le nuove esigenze per la gestione del territorio
Quantificare gli aspetti e le relazioni delle trasformazioni del territorio mediante un supporto cartografico diventa oggigiorno una questione principe per le pubbliche amministrazioni. Ridurre i tempi di acquisizione delle informazioni cartografiche, dare una descrizione non solo qualitativa ma anche quantitativa di certi fenomeni e strutturare questi dati in un sistema informativo che non rimanga chiuso al suo interno ma diventi uno strumento partecipativo, il GIS 2.0, deve essere l'obiettivo di chi si occupa di cartografia per il territorio.
Politiche territoriali, ambientali, energetiche e paesaggistiche, che si legano con gli impegni mondiali in materia di cambiamenti climatici, tutte sono strettamente connesse con la conoscenza dell'uso del territorio. La ormai non sottovalutabile percezione generale del consumo di paesaggio coinvolge inevitabilmente le discipline della geomatica che devono investire in una ricerca di soluzioni atte a creare quegli strumenti che diano una maggiore consapevolezza dei cambiamenti del territorio, sottolineandone l'occupazione, il consumo, la trasformazione dei suoli non urbani e l'espansione di quelli urbani. La documentazione di tali fenomeni in atto richiede sempre un'attenzione che solo le nuove tecnologie di acquisizione ed elaborazione del dato cartografico riescono a soddisfare. Le moderne cartografie gestite in ambiente GIS consentono di applicare metriche di paesaggio e indicatori ambientali per predisporre piani di sostenibilità e valutare le dinamiche di paesaggio, ma ancora si ricorre a mezzi tradizionali di interpretazione che se pur molto precisi non fanno che rallentare la macchina che deve mettere in atto poi i processi decisionali.
Oggi una gran quantità di informazioni messe a disposizione dai nuovi sensori (GeoEye, World-View1, World-View2. etc) consente in tempi brevissimi e con maggiore facilità di documentare, verificare, quantificare le trasformazioni in atto. Soprattutto questo diventa uno strumento indispensabile in casi di emergenza come anche recentemente hanno dimostrato il terremoto dell'Aquila prima e la catastrofe di Haiti poi. Questi casi sono stati anche un banco di prova per localizzare le aree disastrate, gli interventi necessari direttamente su una base geografica on-line come Google Earth, cioè una mappa aggiornata in continuo con immagini ad altissima risoluzione su cui apportare tematismi adatti per cartografie del rischio o piani di emergenza.
I tempi sempre più ravvicinati con cui i dati geografici vengono resi disponibili ci danno ormai la possibilità di effettuare le analisi del territorio in maniera sistematica e continuativa. Le rilevazione delle dinamiche del territorio e del conseguente consumo di suolo si possono quindi valutare proprio tenendo conto di versioni aggiornate della Carta Uso del Suolo applicando quegli indicatori e quei modelli utili per chi si occupa di sviluppo sostenibile del territorio e valorizzazione del paesaggio.
Le informazioni presenti in una base dati informativa relativa a mappe LCLU sono oggi considerate di primaria importanza per il funzionamento di un'infrastruttura spaziale per il monitoraggio dell'ambiente. Questo comporta necessariamente la costruzione di una informazione che sia completa, accurata e veloce da ottenere, eviti ridondanze e duplicazioni, e, anche tramite l'integrazione con altre basi cartografiche, possa produrre risultati in grado di aiutare chi deve compiere azioni sul territorio o monitorare le situazioni esistenti.
Secondo la direttiva INSPIRE del 2007 Land Cover e Land Use attengono a due differenti concetti. Land Use caratterizza il territorio secondo i suoi processi funzionali e/o socio economici. Land Cover attiene maggiormente invece alle caratteristiche fisiche e biologiche della superficie. Come si legano effettivamente questi due concetti? La Land Cover indubbiamente fornisce una caratterizzazione non ambigua della superficie terrestre, consente di individuare gli interventi umani, di indicare la produttività del sistema terrestre e nel contempo di vincolare l'uso del suolo. Nel contempo diventa un parametro importante perché i suoi cambiamenti governano la politica ambientale ed è la base di riferimento per altre applicazioni.
Ispirandosi quindi ai principi di base di INSPIRE, volti alla costruzione di una infrastruttura di dati spaziali sempre più completa, sarebbe necessario collezionare, condividere e mantenere anche il sistema informativo LCLU all'interno della stessa infrastruttura, permettendone anche lo scambio a livello internazionale. Questo porta a pensare come l'informazione LCLU debba necessariamente essere archiviata in un database con diversi livelli di dettaglio a seconda della scala territoriale interessata e quindi della minima unità cartografabile selezionata.
La classificazione gerarchica usata nel sistema Corine, nel Murbandy/Moland e in altri sistemi definiscono rigidamente le strutture sul territorio, considerandole in modo esaustivo omogenee, uniformi, e assegnandovi una e una sola classe tematica in modo "hard", senza considerare le "sfumature" (fuzzy) presenti sul territorio stesso, o riducendole, utilizzando delle soglie via via differenti, a delle categorie gerarchiche. Ma alla fine quello che vince è l'attributo dominante, quello che occupa la percentuale maggiore. Questo è sicuramente necessario quando si vuole produrre della cartografia tematica, in questo caso relativo all'uso del suolo, che deve essere accompagnata in modo statico da una legenda che ne descriva il contenuto. Ma oggi si lavora con banche dati e come tale l'informazione cartografica è un dato utile per ricavare altre informazioni. Sarebbe allora utile adottare un modello di classificazione che tenga conto delle differenti sfumature presenti in un poligono, che ne fanno la sua forza e la sua distinzione e che nel tempo consentono anche di valutare i cambiamenti avvenuti al suo interno, spesso nascosti definendo poligoni dominanti. Questo aggirerebbe tutta quella inevitabile proliferazione di sottoclassi che vogliono spiegare le eccezioni alla regola e che a volte possono indurre in confusione. Le classi miste infatti possono facilmente indurre in errore e contenere a loro volta altre classi dello stesso livello (nella legenda Corine, la classe vite 221 può essere a sua volta contenuta nella classe sistemi particellari complessi 242, o mista ad altre colture permanenti come l'olivo). Se può essere difficoltoso per un fotointerprete assegnare alcune classi pur tenendo presente le definizioni date dalla nomenclatura Corine, diventa ancora più difficoltoso ed insidioso per un sistema automatico di classificazione. Il problema sarebbe risolvibile adottando un sistema rule-based. Ma nel contempo di fronte a sistemi particellari complessi archiviare l'informazione della loro composizione dando le percentuali degli attributi presenti in un poligono permetterebbe di definire al meglio la loro descrizione.
T-MAP: un software per l'analisi del territorio, dalla classificazione alla cartografia tematica, agli indicatori ambientali in un ambiente GIS-ready
Nel contesto sopra descritto si inserisce la metodologia proposta con il software T-MAP; una metodologia per la descrizione del territorio basata sul paradigma di un modello dati orientato agli oggetti.
Nel processo di produzione di cartografia tematica, rispetto alla tradizionale fotointerpretazione T-MAP si presenta come una alternativa molto più efficiente, ma anche più efficace: infatti, poiché T-MAP riduce (e di molto) sia i costi sia i tempi di produzione delle carte tematiche, è possibile aumentare la frequenza temporale della realizzazione di queste carte, al fine di una effettiva rilevazione delle dinamiche del territorio e del conseguente consumo di suolo.
Dal punto di vista tecnico, T-MAP combina i tradizionali approcci pixel-based and object-based in una metodologia di classificazione "ibrida" che si avvale di strumenti di segmentazione e assegnazione rule-based del tematismo alle regioni estratte. Il risultato è una carta tematica LCLU con alte prestazioni e legende personalizzabili.
T-MAP permette un'analisi multi-scala e l'estrazione di classi tematiche aggiuntive anche spettralmente eterogenee. L'approccio orientato agli oggetti fa si che, oltre alle proprietà spettrali utilizzate, siano discriminanti anche le componenti spaziali che influenzano l'estrazione delle regioni significative e il successivo sistema di regole di assegnazione.
All'interno dello stesso strumento viene realizzata un'accurata segmentazione che è il prerequisito per estrarre oggetti significativi e topologicamente corretti e idonei alla descrizione cartografica. Lo strumento di estrazione automatica offerto da T-MAP consiste in un approccio piramidale che combina insieme tecniche di edge-detection e region-growing. La selezione di opportuni parametri di segmentazione (area minima cartografabile, differenza spettrale, livelli di piramide, fattore di scala, ecc) rende possibile la personalizzazione dell'analisi e l'estrazione di feature specifiche (edifici, strade, regioni, ecc), con tempi di calcolo relativamente ridotti e alta affidabilità.
Per poter meglio interpretare le caratteristiche degli oggetti del territorio, il software T-MAP non fornisce la loro semplice classificazione in un ambiente GIS, ma anche un'informazione LCLU archiviata con tutte le sue sfumature. Ciò significa descrivere (e non solo classificare) il territorio, associando differenti percentuali di copertura ai poligoni risultanti dalla segmentazione. In questo modo, sfruttando la conoscenza dell'uso del suolo ottenuta con una classificazione ad oggetti e coinvolgendo le informazioni spaziali, di forma e contesto delle entità cartografiche estratte con procedure automatiche è possibile impiegare quelle metriche di paesaggio che sono utili indicatori ambientali per descrivere le trasformazioni del territorio. Questo consente di condurre un'analisi spaziale in ambiente GIS non solo in termini quantitativi, basandosi su statistiche di occupazione del suolo ma anche in termini descrittivi fornendo informazioni sull'organizzazione spaziale del territorio stesso.
In confronto agli approcci tradizionali, le prove sperimentali su immagini a differente risoluzione (Landsat, Spot, Ikonos, ADS40, Ultracam, etc) mostrano come la metodologia ibrida automatizzata di T-MAP fornisca risultati di classificazione ragionevoli in termini di accuratezza, correttezza topologica e numero di classi estratte (un overall accuracy dell'89% al terzo livello di dettaglio della legenda Corine).
Ulteriore punto di forza di T-MAP è un'analisi dettagliata dei risultati mediante mappe di stabilità e indici di accuratezza. Infatti, per produrre tramite algoritmi di classificazione automatica delle carte tematiche che possano veramente essere sfruttate, non è sufficiente conoscere che la procedura, testata su un campione di controllo, fornisce dei risultati di classificazione statisticamente corretti, ad esempio, al 90%, ma bisogna sapere quali effettivamente siano le regioni classificate correttamente e quali quelle classificate erroneamente. Anche se il risultato statistico può essere comunque sfruttato per calcolare indici globali, esso non può essere usato per realizzare carte tematiche complete. Così, per guidare l'utente nell'analisi e il successivo uso dei risultati ottenuti, T-MAP affianca alla mappa uso del suolo una mappa di stabilità, cioè un'immagine binaria che separa regioni classificate con alta accuratezza da quelle (nelle nostre prove circa il 10%) il cui risultato di classificazione dovrebbe essere verificato (ad esempio, da un fotointerprete) prima di essere usato.
Si deve aggiungere inoltre che il processo di costruzione della mappa di stabilità, basato sull'analisi dell'accuratezza globale in termini di "Indici di Confusione" locali, ci ha permesso di identificare le principali cause degli errori di classificazione e ci ha indicato e ci sta indicando i corrispondenti approcci (fuzzy, neurale, rule based, etc.) per evitarli.
L'interoperabilità con l'ambiente GIS è assolta all'interno del software stesso che gestisce dati raster, shape e tabellari, il confronto fra banche dati temporali per valutare i cambiamenti in atto sul territorio all'interno dello stesso ambiente di lavoro.
Conclusioni
Il cambiamento operato dalle nuove tecnologie informatiche, telematiche e spaziali sta proponendo l'immissione sul mercato di prodotti che cambiano il modo di affrontare le attuali dinamiche di studio del territorio; l'obiettivo sono prodotti caratterizzati da rapidità, costi contenuti e semplicità d'uso e con il fine di conseguire una migliore conoscenza del territorio e dell'ambiente, finalizzata alla sua salvaguardia e valorizzazione.
Seguendo questa filosofia, l'iniziativa imprenditoriale della SI2G si riassume nella volontà di fornire ai propri clienti il know-how avanzato e multi specialistico basato sui risultati di attività di ricerca e innovazione nell'ambito della geomatica.
In particolare, il software T-MAP della SI2G si presenta come un prodotto innovativo che rivoluziona il processo di creazione di carte tematiche, in particolare mappe LCLU, predisponendole come un sistema informativo con il valore aggiunto di una descrizione sfumata degli oggetti del territorio. La soluzione proposta dà inoltre la possibilità di creare rapidi aggiornamenti delle carte tematiche con un costo quasi nullo in rapporto al costo dell'acquisizione delle immagini aeree o satellitari.
AUTORI
Primo Zingaretti ed Eva Savina Malinverni
SI2G "Sistemi Informativi Intelligenti per la Geografia"
spin-off dell'Università Politecnica delle Marche
Questo indirizzo e-mail è protetto dallo spam bot. Abilita Javascript per vederlo.
www.si2g.it
PUBBLICAZIONI
A. Arozarena, G. Villa, N. Valcarcel, J. J. Peces, E. Domenech, A. Porcuna, "New Concept on Land Cover/Land Use Information System in Spain. Design and Production", 2° Workshop of the EARSeL SIG on Remote Sensing of Land Use & Land Cover "Application on development", Ed. Matthias Braun, Bonn, Germany, pp. 215-225, 2006.
Bernardini A., Malinverni E.S., Tassetti A.N., "Land Use assessment in terms of Minimum Mapping Units and Classification Rule System", 3rd Workshop of the EARSeL Special Interest Group "Remote Sensing of Land Use and Land Cover", 25-27 novembre 2009, Bonn, Germany.
EEA. European Environment Agency (EEA), CLC2006 Technical guidelines. Technical report n° 17/2007
Frontoni E., Bernardini A., Malinverni E.S., Mancini A., Zingaretti P., "Stability maps for really exploitable automatic classification results", 17th International Conference on Geoinformatics, Aug. 12-19, 2009, Fairfax, USA.
García-Consuegra, J., Cisneros, G., 1998. "Using Textural and Statistical Data for Almond and Olive Fields Classification", Proceedings of IEEE International Geoscience and Remote Sensing Symposium, Seattle, Jul. 1998
INSPIRE "Directive (No. 2007/2/EC), Official Journal of the European Union", 25.04.2007, L. 108/50 online (url: http://eur-lex.europa.eu/JOHtml.do?uri=OJ:L:2007:108:SOM:EN:HTML)
Malinverni E.S., Tassetti A.N., Mancini A., "Integration of Texture Analysis into an Hybrid Classification Approach to Improve Land Cover Mapping", 3rd Workshop of the EARSeL Special Interest Group "Remote Sensing of Land Use and Land Cover", 25-27 novembre 2009, Bonn, Germany.
Tassetti A.N., Malinverni E.S., Mancini A., "T-MAP: an automatic approach for a GIS-ready landscape monitoring", Symposium GIS Ostrava 2010, Repubblica Ceca.
Zingaretti P., Frontoni E., Malinverni E.S., Mancini A., "A hybrid approach to land cover classification from multi spectral images", in Image Analysis and Processing- ICIAP 2009, P. Foggia, C. Sansone, M. Vento Eds., Lecture Notes in Computer Science Series - LNCS 5716, Springer, 500-508, 2009.
Zingaretti P., Malinverni E.S., Frontoni E., Bernardini A., Tassetti A.N., Mancini A., "T-MAP: classificazione automatica per un'analisi GIS ready del territorio", Atti della 13° Conferenza ASITA, Bari 1-4 dicembre 2009, pagg. 1919-1924. (ISBN 978-88-903132-2-6)
Woodcock C. E., Gopal S., "Fuzzy set theory and thematic maps: accuracy assessment and area estimation", International Journal of Geographical Information Systems, 14(2), pp. 153-172, 2000.
SI2G - SISTEMI INFORMATIVI INTELLIGENTI PER LA GEOGRAFIA S.R.L.
Seguendo il modello anglosassone negli ultimi anni i risultati di innovazione tecnologica in ambito accademico hanno trovato una loro collocazione nella nascita di nuove imprese denominate spin-off universitari. Queste sono società a tutti gli effetti che entrano in una logica di mercato assai competitiva sviluppando nuovi prodotti e servizi ad alto valore scientifico e tecnologico.
Nel 2008 prende vita lo spin-off dell'Università Politecnica delle Marche denominato SI2G - Sistemi Informativi Intelligenti per la Geografia s.r.l. con competenze diversificate e complementari nel campo dell'informatica applicata al territorio, la ormai ben nota geomatica. Il suo team è composto da un gruppo di ricercatori della Facoltà di Ingegneria che appartengono a settori scientifici disciplinari differenti ma nel contempo complementari: le esperienze di taluni ricercatori nell'ambito cartografico e fotogrammetrico si sono ben integrate con le competenze di ricercatori esperti di ICT per tradurre in codice e creare nuove metodologie per l'elaborazione dei dati rilevati. Questa sinergia tra i suoi ricercatori è senz'altro il punto di forza della SI2G, e in qualche modo è stata trasferita anche nel nome della società: l'attributo "Intelligenti" associato ai sistemi informativi per la geografia non vuole essere in alcun modo offensivo nei confronti delle altre società che operano nel settore dei GIS, ma sta a significare semplicemente che i sistemi informativi sviluppati dalla SI2G sono fortemente caratterizzati dall'impiego di tecniche proprie dell'Intelligenza Artificiale, quali avanzati algoritmi di classificazione, sofisticate tecniche di segmentazione ed elaborazione di immagini, sistemi di supporto alle decisioni geografiche (G-DSS), ecc. Altro punto di forza, condiviso, in virtù della loro stessa origine, con molti altri spin off, è che, pur tenendo conto delle continue esigenze dei clienti, la SI2G non smette di promuovere la ricerca.
SI2G si inserisce nel mercato come fornitore di servizi e soluzioni sia nel segmento dell'osservazione della terra basata su dati satellitari o da aereo per la produzione cartografica, sia nella progettazione, sviluppo, gestione e pubblicazione di sistemi informativi territoriali. L'offerta è rivolta prevalentemente ad enti istituzionali che gestiscono il territorio, enti di ricerca e PMI, con una gamma di prodotti, anche su base Open Source, che sono rivolti alla produzione ed aggiornamento di banche dati cartografiche, allo sviluppo di G-DSS per il monitoraggio e la tutela dell'ambiente, integrati con modelli di simulazione degli eventi di rischio, nonché a soluzioni software per un GIS partecipativo (GIS 2.0).
Per ulteriori informazioni sugli altri pacchetti software sviluppati dalla SI2G (in particolare, I-MAP, un software per applicazioni GIS 2.0, che trasporta la filosofia partecipativa del Web 2.0 ai GIS, e un Customer Relationship Management - CRM fortemente orientato al Geomarketing) si rimanda al sito della società: www.si2g.it
Copyright 2008. All Rights Reserved.
 |
Tags
Mostra/Nascondi form commento