8. Rilevamento di aree percorse da incendio.
Per valutare la validità di questi metodi vengono presi come riferimento gli incendi dell’isola d’Elba di cui si ha l’esatta ubicazione ed estensione, e si calcola il numero di pixels (o metri di superficie) “bruciati” rilevati da ciascun metodo rispetto al valore di riferimento (misurato dal Corpo della Forestale). In particolare verrà usato come riferimento l’incendio nella costa sud-occidentale, in quanto ben esposto ed illuminato in entrambe le immagini usate. Verrà valutato prima quello della differenza post classification, poi l’altro del rapporto tra indici ed, infine, saranno discusse le differenze fra i due.
8.1. Metodo della differenza post classification.
La prima operazione da fare è quella di prendere l’immagine differenza tra le date pre e post (incendio) create mantenendo attiva solamente la classe vegetazione (figura 8.1).
A questo punto viene sovrapposto sull’immagine differenza (figura 8.1) il poligono (rosso) che delimita l’incendio di riferimento avvenuto nella parte sud ovest dell’isola (figura 8.2). E’ stato quindi calcolato il numero di pixels caratterizzati da una differenza nella copertura (pixels bianchi) che cadono all’interno di tale poligono, in modo da poter valutare la capacità di questo metodo di riconoscere zone potenzialmente bruciate (vegetate prima e non vegetate poi).
metodo differenza post classification
classe zone veri calcolati %
incendio sud ovest 2831 349 12.32 altri incendi 675 97 14.37
incendio totale 3506 446 12.72
Tabella 8.1. Risultati relativi al metodo differenza post classification.
In figura 8.1 si può vedere la collocazione dei pixels ritenuti bruciati all’interno dell’isola, che sono 48807 su 267304, ossia il 18.26%. Riferendosi ai dati della Forestale per l’anno 2001 i pixel bruciati sono l’ 1.31% (3506 su 267304). Inoltre facendo riferimento all’incendio principale nella zona sud occidentale dell’isola (poligono rosso in figura 8.2), il metodo riconosce come percorsi da incendio 349 pixels rispetto agli originali 2831, cioè ne riconosce il 12.32% (vedi tabella 8.1). Relativamente a tutti gli incendi noti (3506 pixels) il metodo ne riconosce il 12.72% (446 pixels).
Figura 8.1. Immagine differenza tra le date pre e post create mantenendo attiva solamente la classe vegetazione.
Figura 8.2. Il poligono rosso rappresenta la superficie percorsa da incendio a sud ovest dell’isola secondo i dati del Corpo della Forestale.
8.2. Metodo del rapporto tra indici.
Alla fine del paragrafo 6.3 è stato messo in evidenza come gli indici SAVI e VI non siano in grado di distinguere bene le zone percorse da incendio dalle altre classi. Per tale ragione non sono stati presi in considerazione nelle elaborazioni successive. Sulla base di dati statistici ottenuti da incendi sicuri il passo successivo nella fase di esplorazione dell’immagine consiste nella visualizzazione dell’immagine stessa mediante la tecnica del “density slicing”. Con questo processo la scala continua dei toni di grigio di un’immagine viene suddivisa in un certo numero di intervalli, e i numeri indice corrispondenti a ogni intervallo vengono raggruppati in un solo livello e ad essi viene assegnato un nuovo numero di riferimento. Se per la visualizzazione dell’immagine si può disporre di un monitor a colori, questo processo si conclude assegnando un particolare colore ad ognuno degli intervalli così definiti. La tecnica del density slicing permette quindi di
associare nella loro disposizione spaziale le informazioni contenute nell’immagine, rendendo visibile, mediante la rappresentazione con un colore, le classi di oggetti presenti nella scena e così definite in una prima approssimazione (Brivio et al., 1995). In questo caso per ogni immagine è stato realizzato solo un intervallo, rappresentante la classe incendio (colore rosso sulle immagini 8.3, 8.4 e 8.5).
I limiti di tale intervallo sono stati scelti prendendo in considerazione i valori di media e di deviation standard (σ) relativi ad ogni rapporto pre/post fatto per ogni indice (riportati in tabella 6.13).
Per l’immagine rapporto con indice 7/4 questo intervallo ha i seguenti limiti : da 0,1272 a 0,3043 con 1 σ e da 0.03864 a 0.3929 con 2 σ. I valori massimi e minimi per l’immagine sono rispettivamente 5,3272 e 0,0972.
I risultati riportati in tabella 8.3 danno una misura della accuratezza del metodo. Con 1 σ (figura 8.3) i pixels ritenuti bruciati all’interno dell’isola sono 1651 su 267304 (1.006 %), mentre con 2 σ sono 5029 (1.88 %). Questi valori sono molto vicini al dato di riferimento (1.31%).
metodo rapporto tra indici 7/4
classe zone veri calcolati %
incendio sud ovest 2831 (1323) 1909 (46,73) 67.43 altri incendi 675 (105) 126 (15,55) 18.66 incendio totale 3506 (1428) 2035 (40,73) 58.04
Tabella 8.3. Risultati relativi al metodo rapporto tra indici 7/4 con 1 σ (tra parentesi)e con 2 σ.
Figura 8.3. Immagine che raffigura gli incendi (pixels rossi) rilevati con il metodo del rapporto tra indici 7/4.
Per l’immagine rapporto con indice NDVI questo intervallo ha i seguenti limiti : da – 7,301534 a – 3,369066 con 1 σ e da -9,26777 a -1,40283 con 2 σ. I valori massimi e minimi per l’immagine sono rispettivamente 49,000 e – 55,3065. I risultati riportati in tabella 8.4 danno una misura della accuratezza del metodo. Con 1 σ (figura 8.4) i pixels ritenuti bruciati all’interno dell’isola sono 3617 (l’ 1.35 %), mentre con 2 σ sono 6468 (il 2,42 %).
metodo rapporto tra indici NDVI
classe zone veri calcolati %
incendio sud ovest 2831 (1408) 1731 (49,735) 61,14 altri incendi 675 (3) 20 (0,296) 2,96 incendio totale 3506 (1411) 1751 (40,216) 49,94
Tabella 8.5. Risultati relativi al metodo rapporto tra indici NDVI con 1 σ (tra parentesi)e con 2 σ.
Figura 8.4. Immagine che raffigura gli incendi (pixels rossi) rilevati con il metodo del rapporto tra indici NDVI.
Per l’immagine rapporto con indice 7/4 normalizzato questo intervallo ha i seguenti limiti : da –1.558 a –0.875 con 1 σ e da -1,89984 a -0,53398 con 2 σ. I valori massimi e minimi per l’immagine sono rispettivamente 69.2750 e – 49.000 . I risultati riportati in tabella 8.5 danno una misura della precisione del metodo. Con 1 σ (figura 8.5) i pixels ritenuti bruciati all’interno dell’isola sono 4445 (l’ 1.68 %), mentre con 2 σ sono 6302 (il 2.35 %).
metodo rapporto tra indici 7/4 normalizzato
classe zone veri calcolati %
incendio sud ovest 2831 (1255) 1807 (44.33) 63.82 altri incendi 675 (194) 212 (28.74) 31.40 incendio totale 3506 (1449) 2019 (41.32) 57.58
Tabella 8.5. Risultati relativi al metodo rapporto tra indici 7/4 normalizzato con 1 σ (tra parentesi)e con 2 σ.
Figura 8.5. Immagine che raffigura gli incendi (pixels rossi) rilevati con il metodo del rapporto tra indici 7/4 normalizzato.
Se si confrontano tra loro i risultati ottenuti si nota come i due indici che lavorano sulle bande TM 7 e 4 abbiano una accuratezza maggiore e commettano un errore inferiore rispetto all’NDVI, che invece lavora con le bande TM 4 e 3. Scegliere fra l’indice 7/4 e l’indice 7/4 normalizzato risulta invece più difficile perché i valori riscontrati sono molto vicini fra di loro. Il primo ha una accuratezza migliore sul totale degli incendi se si lavora con un intervallo di 2 σ (58.04%) ma valori leggermente meno accurati per l’intervallo di 1 σ; il secondo viceversa. Inoltre, con l’indice 7/4 normalizzato commetto un errore maggiore sia con 1 σ che con 2 σ rispetto a quello che commetto con il 7/4 non normalizzato. Quest’ultimo però riesce a rilevare meno i pixels bruciati negli altri cinque incendi (escluso quello a sud ovest), infatti ha una percentuale del 18.66% contro il 31.40% dell’altro indice. Per garantire un rilevamento più omogeneo delle zone percorse da incendio è stato scelto come indice più affidabile il 7/4 normalizzato.
8.3 Confronto tra i due metodi.
Appare evidente, alla luce dei risultati riportati nei paragrafi precedenti, la differenza che c’è tra i due metodi proposti in questa tesi.
Il metodo della differenza post classification sovrastima le aree percorse da incendio (18,26% rispetto al 1.31%) ed, inoltre, nelle aree di riferimento (3506 pixels) ha una accuratezza del 12.72%.
Tra gli indici sperimentati si è scelto, come già detto, il TM 7/4 normalizzato che stima una superficie incendiata variabile tra l’ 1.68% e il 2.35%, molto più vicina al dato reale di riferimento, 1.31%. Inoltre, come si può vedere dalla tabella 8.5, ha una accuratezza nel riconoscere i pixels bruciati variabile tra il 41,32% e il 57.58% (in riferimento sempre agli incendi Elba 2001, Corpo Forestale).
Quindi il metodo del rapporto tra indici (con il TM 7/4 normalizzato) è sicuramente il migliore nel rilevare le aree percorse da incendio e per questo motivo l’intero territorio coperto dal ritaglio 1 dell’immagine originale, che rappresenta circa l’80% dell’intera scena, sarà analizzato con tale metodologia (figura 8.6).
Nell’immagine ogni pixel rosso dovrebbe indicare una porzione di territorio incendiata in quanto i valori assunti dal rapporto dell’immagine pre/post ricadono all’interno del range stabilito. Fra tutti i pixels rossi trovati nella scena ce ne saranno alcuni effettivamente percorsi da incendio e altri che, al contrario, non lo sono ma sono stati rilevati tali dal metodo sperimentato. Il territorio, che rappresenta la zona costiera dalla Versilia fino al confine con la regione Lazio e all’interno fino alle colline fiorentine per una estensione di circa 18880 km2, presenta il 3,03% di territorio interpretato dal metodo adottato come percorso da incendio.
Sostanzialmente sono due gli accorgimenti che possono essere presi per riuscire discriminare le due tipologie di pixels, e sono la verifica diretta sull’immagine post incendio (immagine in RGB con diverse composizioni di bande, principalmente TM 321) e l’acquisizione (sempre nell’immagine post) dello spettro relativo alla zona indagata.
In tal modo è stato possibile riconoscere diversi incendi, come ad esempio quello avvenuto sopra la città di Cecina (figura 8.7) o quello sopra Piombino (figura 8.8).
Figura 8.6. Gli incendi (pixels rossi) rilevati con il metodo del rapporto tra indici 7/4 normalizzato su tutto il ritaglio 1.
incendi (media) 0 50 100 150 200 1 2 3 4 5 6 7 8 bande ETM val ori
Figura 8.7. Confronto tra spettro dell’incendio di riferimento (linea nera) e spettro di una zona presumibilmente percorsa da incendio (linea rossa) rilevata nel ritaglio 1(Cecina).
incendi (media) 0 50 100 150 200 1 2 3 4 5 6 7 8 bande ETM val o ri
Figura 8.8. Confronto tra spettro dell’incendio di riferimento (linea nera) e spettro di una zona presumibilmente percorsa da incendio (linea rossa) rilevata nel ritaglio 1 (Piombino).
Un esempio di una zona rilevata incendiata secondo il metodo, ritenuta tale anche dopo analisi diretta sull’immagine post in RGB (bande 321), ma risultata non percorsa da incendio dopo analisi spettrale è l’area mostrata in figura 8.9.
incendi (m edia) 0 50 100 150 200 1 2 3 4 5 6 7 8 b and e ET M
Figura 8.9. Confronto tra spettro dell’incendio di riferimento (linea nera) e spettro di una zona non percorsa da incendio (linea rossa) rilevata nel ritaglio 2.
Invece, un esempio di zona rilevata come incendiata dal metodo ma valutata non tale sia per riconoscimento visivo che spettrale è data dall’area mostrata in figura 8.10.
incendi (media) 0 20 40 60 80 100 120 140 160 180 200 1 2 3 4 5 6 7 8 bande ETM val o ri
Figura 8.10. Confronto tra spettro dell’incendio di riferimento (linea nera) e spettro di una zona non percorsa da incendio (linea rossa) rilevata nel ritaglio 1.
Come si può notare dagli esempi fatti, questa metodologia presenta alcune limitazioni che vanno accuratamente prese in considerazione in sede di discussione finale. Il limite maggiore di questo tipo di applicazione è rappresentato dalla grande difficoltà nel rilevare zone incendiate in aree con forte pendenza e in condizioni di illuminazione scarsa. Inoltre, risulta difficoltoso riuscire a discriminare tra una zona percorsa da incendio e una zona ad uso agricolo con frequenti variazioni nelle destinazioni d’uso. Infatti, il cambio di tipo di coltura, le variazioni nell’umidità del suolo e le lavorazioni fatte sul terreno (dissodamento, fresatura, ecc.) rendono queste zone spettralmente simili a quelle percorse da incendio nella regione dell’infrarosso a onde corte (bande 7 e 4 del TM).
