CTR (Carte Tecniche Regionali) 1991 1:10.000 Regione Alto
Adige
Lidar 2006 2,5 m Regione Alto
Adige
Curve di Livello 2006 1:10.000 Regione Alto
Adige
CTR (Carte Tecniche Regionali) 2006 1:10.000 Regione Alto
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mediante un file di conversione, fornito dalla Regione, per poterle utilizzare all’interno di un ambiente GIS e confrontarle con le altre produzioni più recenti.
Raccolta dei documenti aerofotografici
Le fotografie aeree, nate per fini militari prima e cartografici poi, rappresentano uno degli strumenti di indagine indiretta maggiormente utilizzati per il monitoraggio ambientale. Esistono molti voli effettuati durante tutto il XX secolo, alcuni dei quali con una copertura nazionale (per quanto riguarda l’Italia), basti pensare al volo GAI del 1954. Prima di questo volo le fotografie aeree venivano scattate quasi esclusivamente per scopi militari, infatti molto spesso venivano commissionate da organi militari per particolari siti di interesse strategico. Esistono numerosi voli regionali eseguiti a scale diverse e a diversa risoluzione, ma è solo a partire dalla fine degli anni ‘80 che sono stati eseguiti con una certa sistematicità voli a scala nazionale.
I documenti aerofotografici utilizzati per la delimitazione dei corpi glaciali interessano un intervallo temporale di circa sessanta che va dal 1954 al 2012 (Tab. 3).
I documenti aerofotografici utilizzati si differenziano oltre che per la scala di rilevamento, anche per la risoluzione a terra. Di seguito vengono indicate le caratteristiche delle immagini utilizzate.
Tabella 3: Elenco del materiale aerofotografico impiegato nella presente tesi. Materiale a
disposizione Anno Tipo Data volo Colore
Fotogrammi aerei 1954 Digitale Primavera – Estate 1954 Bianco e nero
Ortofotogramma 1989 Digitale 03/08/1989 Bianco e nero
Ortofotogramma 1994 Digitale 01/06/1994 Bianco e nero
Ortofotogramma 2006 Digitale 31/08/2006 – 11/09/2006 Colore
Ortofotogramma 2008 Digitale Estate 2008 Colore
Ortofotogramma 2011 Digitale Autunno 2011 Colore
Immagini
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1. Volo GAI 1954 (noto anche come Volo Base) alla scala nominale 1:33.000, strisciata 12E, fotogrammi da 5093 a 5097, ripresa del 14/10/1954 (Fig. 6.13). Rappresenta il documento aerofotografico più antico, Si tratta di un volo pancromatico in bianco e nero eseguito per l’intero territorio nazionale tra il 1954 e il 1955. Nelle migliori condizioni di contrasto, la risoluzione a terra può spingersi fino a circa un metro (Salvatore, 1995).
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2. Ortofotografie del 1989, rese disponibili dal Portale Cartografico Nazionale attraverso servizi WMS (Web Map Service). Queste ortofotografie derivano dalla rettificazione delle fotografie aeree del Volo Italia 1988 – ’89, alla scala nominale 1:70.000, realizzate, per l’area in esame, il 3 e 4 agosto 1989 (Fig. 6.14): si tratta di un volo pancromatico in bianco e nero, realizzato con pellicole fotografiche e camere fotogrammetriche ad alta risoluzione. Infatti nelle migliori condizioni di contrasto tali fotografie presentano una risoluzione a terra di 50 cm, consentendo l’analisi accurata anche dei dettagli del territorio in esse rappresentato (Biasini & Salvatore, 1993, 1995; Salvatore, 1995).
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3. Ortofotografie del 1994, rese disponibili dal Portale Cartografico Nazionale attraverso servizi WMS. Si tratta di ortofotografie derivate dal Volo Italia 1994 in bianco e nero alla scala nominale 1:70.000, realizzate per la zona in esame nel giugno 1994 (Fig. 6.15); anche in questo caso la copertura è stata realizzata con pellicole fotografiche e camere fotogrammetriche ad alta risoluzione.
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4. Ortofotografie del 2006 rese disponibili del Portale Cartografico Nazionale attraverso servizi WMS. Si tratta di ortofotografie del Volo Italia 1994 a colori, alla scala nominale 1:70.000, realizzate per la zona esaminata il 31 agosto, 5 e 11 settembre 2006 (Fig. 6.16); anche in questo caso la copertura è stata realizzata con pellicole fotografiche e camere fotogrammetriche ad alta risoluzione.
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5. Ortofotografie del 2008, rese disponibili dal portale della Regione Alto Adige attraverso servizi WMS. Si tratta di ortofotografie realizzate con pellicole fotografiche e camere fotogrammetriche ad alta risoluzione, che consentono di ottenere nelle migliori condizioni di contrasto una risoluzione a terra di 20 cm. Sono state realizzate per la zona in esame nell’estate 2008 (Fig. 6.17).
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6. Ortofotografie del 2011, rese disponibili dal portale della Regione Alto Adige attraverso servizi WMS. Si tratta di ortofotografie realizzate con pellicole fotografiche e camere fotogrammetriche ad alta risoluzione, che consentono di ottenere nelle migliori condizioni di contrasto una risoluzione a terra di 20 cm. Sono state realizzate per la zona in esame nell’autunno 2011 (Fig. 6.18). A causa dell’abbondanza di neve non sono state utlizzate per tracciare i limiti dei ghiacciai in tale anno.
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7. Immagini satellitari di Bing a colori ad alta risoluzione, realizzate nell’ottobre 2012 (Fig. 6.19); il volo satellitare di Bing del 2012 a scala globale è stato svolto nell’area della Val Martello nel mese di ottobre del 2012. Le immagini sono a colori, ad alta risoluzione con una buona visibilità dei particolari del territorio.
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Acquisizione in ambiente GIS della documentazione cartografica e aerofotografica
Al fine di poter eseguire analisi sia qualitative sia quantitative tutta la documentazione sia cartografica sia aerofotografica è stata trattata in ambiente GIS. Inoltre la gestione dei documenti in ambiente GIS permette, operando con layer georiferiti, di ovviare al problema che si incontra quando si lavora su morfotipi soggetti a trasformazioni repentine: nel caso frequente di ritiro dei ghiacciai, si è riscontrata l’impossibilità di effettuare confronti immagine/carta a causa della non rappresentazione delle superfici non più coperte dal ghiaccio sulle basi cartografiche (Biasini & Salvatore, 1993).
La georeferenziazione dei documenti cartografici è stata eseguita utilizzando il software ArcGis. I punti di controllo (Tie Point) utilizzati per georiferire la cartografia sono stati acquisiti utilizzando le tavolette prodotte dall’IGMI già georiferite fruibili attraverso i servizi WMS (Web Map Service). del Portale
Cartografico Nazionale del Ministero dell’Ambiente
(http://www.pcn.minambiente.it/GN/).
La scelta dei punti di controllo è l’operazione più importante e delicata di tutta la fase di georeferenziazione; è necessario che tali punti coincidano con “oggetti”, naturali o antropici riconoscibili sia sulle carte più recenti, già georiferite, che su quelle più antiche, da georiferire.
La georeferenziazione è stata eseguita imponendo un numero di punti di controllo variabile, da 20 a 30 per ogni carta, a seconda dei casi, con un un errore medio che non superava il 6%.
Tutte le carte utilizzate sono state georeferenziate nel sistema di riferimento UTM WGS84 zona 32.
Per quanto riguarda la documentazione aerofotografica sono stati utilizzati principalmente gli ortofotogrammi provenienti dal Portale Cartografico Nazionale (anni 1989, 1994, 2006) e dalla Regione Alto Adige (2008) fruibili attraverso servizi WMS e utilizzando immagini messe on line da Bing (2012) I servizi WMS sono molto utilizzati da chi opera con i GIS in quanto permettono di utilizzare le immagini direttamente all’interno del software pur non essendone direttamente proprietario. Una delle accortezze per la corretta importazione delle ortoimmagini deriva dall’impostare il corretto sistema di riferimento utilizzato nell’importare il
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servizio WMS: ad esempio, il Portale Cartografico Nazionale lavora utilizzando coordinate sferiche (WGS 84) e la Regione Alto Adige secondo coordinate piane (WGS 84 Zona 32N) o ancora alcune CTR sono in Gauss Boaga. La non corretta applicazione dei parametri di proiezione, ellissoide e datum può comportare errori anche notevoli nella sovrapposizione delle immagini o, più in generale, dei layer.
Costruzione di ortofotografie relative al 1954
Per quanto riguarda l’anno 1954 sono state costruite delle ortofotografie, poiché non erano disponibili sotto forma di servizi WMS.
Fig. 6.20: schermata di avvio di ILWIS.
Per poter estrarre dai fotogrammi aerei dei limiti, confrontabili con quelli ottenibili dalle carte, è stato necessario operare un’ortorettificazione dei fotogrammi, ovvero trasformare le fotografie aeree da rappresentazioni in proiezione centrale a rappresentazioni in proiezione ortogonale (come nelle carte topografiche), compensando lo spostamento del rilievo (relief desplacement). A tale scopo è stato utilizzato il programma GIS open source ILWIS (Fig. 6.20), che consente di
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scegliere tra la costruzione di una vera e propria ortofotografia, quando si dispone del certificato di calibrazione della camera fotogrammetrica, oppure, se questo non è disponibile, la rettificazione delle fotografie attraverso una georeferenziazione diretta lineare.
Non essendo disponibile il certificato di calibrazione delle foto del 1954, si è optato per il secondo metodo, che richiede l’utilizzo di un DTM (Digital Terrain Model), reso disponibile dalla Regione Alto Adige
dell’anno 2006.
Quest’ultimo è una
rappresentazione tridimensionale della superficie topografica in formato raster, in cui a ciascun pixel viene associato l’attributo relativo alla quota riferita al livello del mare.
A questo punto, possedendo un DTM si è proceduto con l’ortorettificazione delle foto aeree vera e propria. Mediante la funzione georeference direct linear (Fig. 6.21) si associa ad ogni tiepoint, per mezzo di una trasformazione, una terna di coordinate planoaltimetriche, che sono note grazie agli ortofotogrammi forniti dalla Regione Alto Adige del 2011, e mette in relazione i pixel che compongono l’immagine da georiferire con quelli del DTM. Dalle ortofoto del 2011 sono state prelevate le coordinate planimetriche, mentre dal DTM derivano i valori di quota, ovvero la “z”.
Il processo di ortorettificazione necessita di almeno sei punti di controllo, tra loro non complanari, possibilmente distribuiti uniformemente sulla superficie del fotogramma. In seguito all’inserimento di un numero cospicuo di punti di controllo, il software ILWIS calcola la quota di volo, le coordinate reali del centro di proiezione della camera (x0, y0, z0) e l’inclinazione dell’asse della camera sempre rispetto agli assi X, Y e Z. L’inserimento di un numero cospicuo di tiepoint garantisce una sempre maggiore attendibilità della georeferenziazione, facendo diminuire l’errore a terra (sigma).
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Per effettuare un lavoro accurato è stato necessario escludere dei punti di appoggio che sono soggetti a rapide trasformazioni anche in tempi brevi, come per esempio elementi visibili sulla superficie dei ghiacciai (ad esempio erratici, crepacci), presenti su versanti acclivi o instabili.
Dopo aver posizionato circa 20-30 tiepoint è possibile procedere con l’ortorettifcazione vera e propria del fotogramma attraverso un ricampionamento (resample) per rettificare l’immagine e renderla in proiezione ortogonale e quindi confrontabile con i dati cartografici. Il ricampionamento è stato eseguito utilizzando la tecnica del nearest neighbour (vicino prossimo) per assegnare ad ogni pixel i dati raccolti ed interpolati sia nelle zone in cui abbiamo un maggior numero di tiepoint, che nelle zone in cui non si hanno molti punti vicini.
L’immagine rettificata è stata successivamente esportata in geotiff per esser utilizzata in ArcGis o QGis.
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Interpretazione delle ortofotografie
Lo studio mediante fotointerpretazione, condotto utilizzando aerofotogrammi, svolti principalmente nel periodo estivo, ha costituito lo strumento principale per individuare la corretta ubicazione dei ghiacciai.
L’analisi fotointerpretativa risulta molto vantaggiosa infatti possono esser studiati i corpi glaciali e altri elementi del territorio per più anni, svolgendo un’analisi multitemporale dei fenomeni in atto (Salvatore, 2005). Svolgendo un’attenta analisi sono distinguibili materiali e oggetti che sono contraddistinti da toni tessiturali diversi, per esempio il detrito e la roccia in posto presentano colori differenti in base alla litologia, alla freschezza del taglio ecc.
Lo studio degli ortofotogrammi risulta difficoltoso in alcuni anni (1954, 1989 e 1994) a causa della saturazione dell’immagine, la quale risulta, soprattutto al di sopra dei corpi glaciali, parzialmente o completamente bianca, non permettendo il riconoscimento di forme e materiali presenti al di sopra della superficie glacializzata.
Fig. 6.22: copertura nuvolosa al di sopra dei ghiacciai Ghiacciaio Inferiore Centrale del Gioveretto, Ghiacciaio Inferiore Occidentale del Gioverett) e Ghiacciaio Orientale delle Monache.
In alcuni casi possono esser presenti alcune nubi, come per esempio nell’anno 1989 (Fig. 6.22) sui ghiacciai 721 (Ghiacciaio Inferiore Centrale del Gioveretto), 722 (Ghiacciaio Inferiore Occidentale del Gioveretto), 723 (Ghiacciaio Orientale delle
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Monache), in questo caso è stato possibile definire i limiti utilizzando le foto terrestri scattate dai operatori del Comitato Glaciologico Italiano ed aiutandosi con gli ortofotogrammi del 1994.
Il Ghiacciaio del Cevedale è l’unico ad aver dato maggior problemi durante l’analisi fotointerpretativa. Per tutto l’arco temporale studiato questo si presenta connesso con i ghiacciai che fluiscono verso la Valfurva, situata a SO della Val Martello, rendendo difficile la determinazione dell’ice divide già di per se difficilmente rintracciabile sugli ortofotogrammi.
L’abbondanza di copertura nevosa presente negli ortofotogrammi del 1999 e del 2011 impedisce la delimitazione dei corpi glaciali presenti in tali anni, pertanto si è scelto di non utilizzarli in quanto avrebbero fornito dati errati o quantomeno poco attendibili.
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Delimitazione dei corpi glaciali dalle ortofotografie e dalla cartografia
La fase successiva alla georeferenziazione è consistita nella delimitazione dei ghiacciai, sulla base di un’attenta analisi del territorio raffigurato in ogni carta, digitalizzando mediante il software GIS l’area corretta in cui risiedeva il ghiacciaio. In questo caso sono stati creati dei files vettoriali georeferenziati, relativi alle diverse annate, successivamente poligonizzati per la determinazione dell’area dei ghiacciai. Oltre a questi files di poligoni sono presenti anche dei files puntuali ai quali è associata una tabella di attributi in cui sono presenti i dati di ogni singolo ghiacciaio provenienti dal Catasto dei Ghiacciai Italiani del 1962.
Fig. 6.23: struttura del geodatabase per l'anno 1850, stralcio della tabella.
Lo studio delle carte storiche ha visto alcuni problemi dal punto di vista rappresentativo, infatti esse non rappresentano correttamente la topografia reale,
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soprattutto quelle del XIX secolo e dei primi anni del XX secolo, per questo alcuni dati raccolti vanno trattati con spirito critico e utilizzati per poter ricostruire un trend generale di avanzata o ritiro dei singoli ghiacciai. Dopo aver tracciato i limiti dei singoli ghiacciai è stata effettuata una revisione di ognuno riadattando e riassestando la topografia, poiché le rappresentazioni, soprattutto quelle derivanti da carte in scala 1:50.000, risultavano shiftate.
Per delimitare i corpi glaciali da delimitare, si procede con la costruzione di un poligono, il quale va a perimetrare l’area del ghiacciaio. Sono escluse da questo perimetro le aree in cui si hanno soltanto piccole plaghe di neve, oppure le isole in roccia all’interno del ghiacciaio stesso. In molti casi può trarre in inganno il detrito sopraglaciale, poiché maschera il ghiaccio sottostante, però questo problema può esser risolto mediante un’attenta analisi dei crepacci presenti sulla superficie, oppure si può osservare negli anni successivi come si è evoluto lo stesso corpo glaciale.
Oltre alla delimitazione dei corpi glaciali è stato costruito un database (Fig. 6.23) con i dati riguardanti tutti i ghiacciai presenti in Val Martello durante tutti gli anni analizzati. In alcuni casi singoli corpi glaciali risultano uniti fin dal 1850, in altri casi i ghiacciai risultano suddivisi in più parti e per essi è stato adottato un sistema di classificazione dove il numero originale dato dal catasto viene attribuito alla porzione del ghiacciaio più grande, successivamente le altre parti vengono classificate, sempre in ordine di grandezza X.1, X.2, X.3 ecc. per quanto riguarda le suddivisioni avvenute dopo la pubblicazione del Catasto dei Ghiacciai Italiani del 1962 (Tab. 4).
Un caso particolare deriva dalle suddivisioni antecedenti la stesura del Catasto dei Ghiacciai Italiani del 1962, infatti non può essere utilizzata la numerazione descritta in precedenza, e per questo sono state introdotte le lettere per differenziare i ghiacciai. L’attribuzione delle lettere segue lo stesso criterio utilizzato con i numeri, ovvero il ghiacciaio di partenza non avrà lettera e i ghiacciai presenti nello stesso bacino avranno lettere che vanno dalla “a” alla “z” in base alle loro dimensioni. Questo tipo di classificazione permette quindi di riconoscere sempre il ghiacciaio di partenza e di capire quali porzioni si sono distaccate e qual è la più grande o la più piccola di esse.
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Tab. 4: organizzazione interna del geodatabase.