Processamento di foto aeree

I materiali utilizzati per la produzione delle coperture del suolo per i vari anni analizzati (1954, 1981, 2007) sono stati i seguenti:

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1. Modello digitale del terreno (DEM), con risoluzione di 5x5 m;

2. Foto Aeree di produzione Istituto Geografico Militare (IGMI) del 1954, 1981 e 2003, a scale variabili tra 1:34.000 e 1:31.000 circa e scansionate in formato TIFF ad una risoluzione di 800 Dpi (1 pixel = 1 metro) (Tabella 3.2-1);

3. Ortofoto digitali in formato ECW a colori della Regione Molise del 2007, con risoluzione del pixel 0,423 m (380162, 380163, 393071, 393072, 393073, 393074, 393083, 393081, 393084, 393031, 393032, 393033, 393041, 393042, 393043, 393044, 393124, 393111, 380152);

4. Carta Tecnica Regionale (CTR) alla scala 1:5000 (n. 39311, 39312, 39308, 39307, 39304, 39303, 38016, 38015).

Tabella 3.2-1 In tabella sono riportate le principali caratteristiche tecniche e l'identificativo (foglio, strisciata e numero) delle foto aeree utilizzate per le analisi a scala di bacino.

Anno Periodo Tipo Scala

Quota volo (m) Focale (cm) Macchina da presa Foglio Numero strisciata (Id fotogrammia) 1954 Settembre 1954 Pancromatico 1:33.000/ 34000 6.000 153,01 Fairchild 154 74 (2913, 2914, 2915, 2916);117 (3928, 3929, 3930, 3931); 118 (4167, 4168, 4169, 4170, 4171, 4172) 1981 Luglio 1981 Pancromatico 1:31000 5.400 152,55 Zeiss 154 11b (212, 213, 214, 215, 216, 217); 12 (93, 94, 95, 96, 97, 98) 2003 Giugno/L uglio 2003 Pancromatico 1:35.000/ 31000 4.700 - 5.300 152,82/1 53,31 Wild 154 5 (6485, 6486, 6487, 6488, 6489); 14 (717, 718, 719, 720, 721); 20 (757, 758, 759, 760, 761)

Come si può notare dall'elenco precedente, per l'anno 2007 sono state usate sia le ortofoto dello stesso anno che le foto aeree 2003; difatti, non essendo possibile utilizzare le ortofoto per un'adeguata mappatura dei fenomeni franosi (non è infatti possibile realizzare un modello stereoscopico da ortofoto già processate) sono state associate alle stesse le stereocoppie di foto aeree del 2003 reperibili sempre presso l'IGMI.

Le ortofoto 2007 sono state inoltre utili per la mappatura della copertura del suolo, essendo a colori e facilitando il riconoscimento delle classi. Inoltre la scelta dell’annata 2007 è legata alla necessità di creare due intervalli temporali (1954-1981 e 1981-2007) di durata circa omogenea.

In dettaglio, per ottenere l'ortorettifica delle foto aeree delle varie annate acquisite è stato utilizzato il software Erdas Imagine, attraverso il quale è necessario effettuare delle operazioni

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metriche, utili per l'orientamento dei vari fotogrammi. Le fasi di orientamento si dividono essenzialmente in due parti:

 Orientamento interno, in cui si stabilisce come è posizionato il fotogramma rispetto alla camera al momento dello scatto, e che tiene conto delle eventuali deformazioni dell'immagine;

 Orientamento esterno, che è il processo per cui si determina la posizione della macchina rispetto all'oggetto fotografato nell'istante dello scatto e dunque in grado di ricostruire l'assetto della camera per ogni posizione di presa.

Per l'anno 1954 risalire ai parametri utili per effettuare le due fasi sopra descritte, risulta essere un processo laborioso e spesso non realizzabile. Difatti, per l'anno in questione, non è disponibile il certificato di calibrazione della macchina da presa dal quale si ricavano alcuni dati significativi come: la costante della camera, le coordinate dei punti fiduciali e del punto principale, e i parametri di distorsione radiale utili per correggere eventuali deformazioni. Le sole informazioni disponibili per questa annata sono in pratica la lunghezza focale nominale della macchina e la quota di volo, valori entrambi riportati sugli stessi fotogrammi.

Per le foto aeree del 1954, quindi, per quanto riguarda l'orientamento interno, le coordinate dei punti fiduciali e del punto principale sono state ottenute semplicemente calcolando le loro distanze attraverso software CAD, mentre non è stato in alcun modo possibile recuperare i parametri di distorsione radiale, e dunque non sono state applicate correzioni in tal senso.

L’operazione di orientamento esterno è stata condotta in tutte le annate di foto aeree a disposizione (1954, 1981, 2003), attraverso il metodo del vertice di piramide, utilizzando dei punti d'appoggio comuni individuati nelle foto aeree del volo 1954, del 1981, del 2003 e nelle ortofoto del 2007. I punti di appoggio (o Ground Control Points, GCP) sono punti del territorio presenti nel nostro caso nel 1954 e ancora riconoscibili sulle ortofoto del 2007, come ad esempio edifici e incroci stradali (Campbell, 1996; Pelorosso, 2008).

Nel nostro caso il reperimento di questi punti omologhi è stato molto laborioso e ha richiesto un notevole dispendio di tempo. Ciò è essenzialmente dovuto alla scarsa qualità delle immagini delle foto aeree che sono sfocate lungo i bordi e al fatto che essendo le immagini del 1954 siamo bianco e nero compromettendo di fatto la facile distinzione degli oggetti. Infine ai punti precedenti va aggiunto che, essendo le zone analizzate tipicamente collinari e di impronta rurale, le stesse sono caratterizzate da scarsa urbanizzazione e quindi la reperibilità di punti attraverso l'utilizzo di soli manufatti risulta difficoltosa, specie dove la vegetazione è abbondante.

Al fine di ottenere una buona risoluzione, per ogni singolo fotogramma di ogni strisciata sono stati individuati in media 12 GCP, 20 punti di connessione (Tie Points) e 3 punti di controllo

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(Check Points); questi ultimi sono stati utilizzati per determinare l’accuratezza di posizionamento dei GCP. La definizione delle coordinate X, Y e Z dei GCP è stata eseguita mediante le ortofoto 2007 e il DEM 5x5 m, riferiti al sistema di proiezioni Gauss Boaga Datum Roma 40, con un errore sistematico non eccedente i 3 m.

Infine, attraverso il processo di triangolazione aerea sono stati calcolati gli altri parametri che erano inizialmente sconosciuti nel modello. La tecnica usata per la triangolazione è quella del “bundle block adjustment”, in grado di elaborare i fotogrammi di ogni strisciata come unico blocco e di stabilire le varie geometrie di presa tra le varie coppie fotogrammetriche, la macchina da presa e il terreno.

Durante il processo di modellazione, inoltre, sono stati compensati gli inevitabili errori di tipo lineare e non lineare dovuti a cause fisiche sulle lenti, a errori nella scansione del fotogramma, alla rifrazione dell’atmosfera, ecc., attraverso l'utilizzo del modello fisico di D.C. Brown a 14 parametri incognite (Brown, 1976).

Una volta effettuata la calibrazione delle immagini, è stato possibile eseguire l'ortorettifica dei fotogrammi usando come superficie di elevazione di riferimento il DEM 5x5 m derivato e, come algoritmo di ricampionamento, la funzione nearest neighbour e una risoluzione del pixel di 1 m. Tutte le ortofoto ottenute per le singole foto aeree sono state unite in un unico mosaico mediante il mosaic tool di ERDAS Imagine, seguendo linee note presenti nelle foto come strade, fiumi o altri elementi territoriali al fine di sfumare le eventuali zone di unione.

Per le foto aeree riferibili al 1981 e al 2003, avendo a disposizione i certificati di calibrazione, si è proceduto solo con la fase di orientamento esterno con successiva ortorettifica e mosaicatura delle varie foto aeree, rendendo il processo molto più speditivo rispetto a quelle relative al 1954. Le varie fasi di processamento delle foto aeree e il loro utilizzo sono riportate in Figura 3.2-4.

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Figura 3.2-4 Sintesi dei principali passaggi del processamento delle foto aeree. a) Fase di selezione dei punti di appoggio comune per l'orientamento dei fotogrammi; b) Analisi digitale delle stereocoppie per la mappatura dei

fenomeni franosi (vedi par. 3.2.4); c) Creazione delle singole ortofoto; d) Ortomosaico costruito dalle singole ortofoto attraverso il mosaic tool di ERDAS imagine