AEROFOTOGRAMMETRIA DA DRONE LUNGO LA COSTA LIGURE

Fotografia area da APR di litorale sabbioso alla foce del fiume Magra

In questo articolo ti parlo di un’applicazione dell’aerofotogrammetria da drone per l’analisi delle dinamiche di un litorale sabbioso: la stima del volume di detriti trasportati da una piena fluviale e l’evoluzione temporale della linea di riva.

L’ALLERTA METEOROLOGICA DI DICEMBRE 2017

Tra il 10 ed il 12 Dicembre 2017 l’Alta Toscana e la Liguria di levante hanno subito un’allerto idro-meteorologica rossa/arancione piuttosto intensa.
Nella provincia di La Spezia sono piovuti circa 150 mm di pioggia in 24 ore.
Se ti interessa approfondirla, trovi il rapporto ARPAL sull’evento a questo link.

Non è stato un evento eccezionale e l’emergenza è rientrata senza troppi danni o disagi.
Tuttavia tutti i corsi d’acqua si sono “gonfiati” e la piena del Magra, il fiume più grande di questo territorio (ha un bacino di 1.700 kmq ed è lungo 70 km), che nasce nell’Alta Lunigiana e termina al confine tra Liguria e Toscana, ha portato alla foce un bel po’ di materiale e di detriti, presi dalle golene e dalle fasce perifluviali, normalmente asciutte.

Tutto questo materiale è finito in mare e poi, trasportato da onde e correnti, sul litorale compreso tra la foce del fiume ed il porto di Carrara.
Gli accumuli maggiori erano vicino all’estuario e diminiuivano verso Sud.
Il 99% di materiale accumulato in spiaggia era legno, con una minima percentuale di altro materiale misto (plastiche, boe, bombole del gas e qualche barca di piccola taglia che ha rotto gli ormeggi nella piena).

Fotografia area da APR di litorale sabbioso alla foce del fiume Magra ed al confine tra Liguria e Toscana

L’AEROFOTOGRAMMETRIA DA DRONE

Poco prima di Natale, una decina di giorni dopo l’allerta, ho fatto un test sul campo per vedere se l’aerofotogrammetria da drone potesse essere utile nella stima dei volumi di sedimenti accumulati in spiaggia.
È stato solo un test!
L’ho fatto in totale autonomia, di mia iniziativa e senza alcun incarico da parte di terzi.
Riconosco che ho fatto alcune cose in modo poco rigoroso, ma ero interessato a capire le potenzialità dell’uso di un drone sugli scenari di litorale.
E, in effetti, ne ho trovate!

Condivido quindi qui con te “a cuore aperto” il metodo, i risultati e le mie considerazioni finali.
Mi farebbe davvero piacere avere un feedback, un parere, suggerimenti, consigli e perplessità.

L’AREA DI INDAGINE

Immagine satellitare con l'area oggetto di indagine con aerofotogrammetria da droneHo scelto di rilevare solo il litorale ligure, lasciando fuori il tratto toscano fino al porto di Carrara.
Non è stato per campanilismo regionale ma per tenere superfici e sviluppo lineare contenuti e limitare l’attività operativa di campo ad una sola mattina.

Immagine satellitare con l'indicazione del litorale oggetto di indagine con aerofotogrammetria da droneIl tratto di costa su cui ho volato va dalla foce del fiume Magra, località Fiumaretta, a quella del torrente Parmignola, località Marinella, che segna il confine tra Liguria e Toscana.

Amministrativamente questa zona compete ai Comuni spezzini di Ameglia e Sarzana e la zona fociva è sovraordinata dall’Ente Parco di Montemarcello-Magra e dall’Autorità di Bacino Distrettuale dell’Appennino Settentrionale (ex Autorità di Bacino del fiume Magra).

Il litorale sorvolato è lungo 2,5 km con sviluppo Ovest-Est.

IL VOLO

Immagine di Agisfot Photoscan con la posizione delle immagini nadirali scattate durante il rilievo aerofotogrammatrico da droneHo volato con il mio drone DJI Phantom 4 (pro) ad una quota di 80 m AGL (Above Ground Level – sul livello del suolo) su sette missioni di volo che hanno coperto circa 400 metri di spiaggia ciascuna.
Ho scattato 217 foto nadirali con una sovrapposizione di circa l’80% tra foto consecutive.
Il GSD (Ground Sampling Distance) era di 2 cm/pixel.

Le operazioni di volo sono durate 3 ore (inclusi gli spostamenti nei vari punti di decollo).
Ho lavorato da solo.

Coppia di immagini riprese da APR di litorale sabbioso coperto da detriti legnosi

IL MODELLO TRIDIMENSIONALE E L’ORTOFOTO

Per la restituzione del modello tridimensionale non ho rilevato punti di aggancio a terra.
Lo so, avrei dovuto farlo, ma avrebbe implicato tempi più lunghi di campo e di elaborazione dati.

Ho orientano grossolanamente il modello con punti riconoscibili dalla CTR Regionale (in scala 1:5.000) e dalla restituzione aerofotogrammetrica del territorio del Comune di Sarzana (in scala 1:2.000).

La stima dell’errore globale è risultata essere di 1 m.
L’ho ritenuta sufficiente, per i miei scopi.

Il modello tridimensionale è formato da circa 31.000.000 di punti.

L’output principale che ho usato per stime, analisi e valutazioni è stata l’ortofoto.

Immagine di ortofoto realizzata con APR e aerofotogrammetria lungo litorale sabbioso alla foce del fiume Magra

CAMPIONAMENTI LOCALIZZATI SULLO SPESSORE DELLO STRATO DI DETRITI

Tra un volo e l’altro ho campionato con un’asta graduata lo spessore dello strato di detriti in punti significativi, per ricavarne un valore medio da usare nel calcolo del volume.
Considerando le aree a minore e maggiore accumulo i detriti avevano uno spessore medio di circa 70 cm.

Anche per la misura dello spessore, un metodo più rigoroso avrebbe richiesto una suddivisione delle aree in settori omogenei, per quantità e tipologia di materiale accumulato, e valutazioni localizzate e specifiche per ciascuno di essi.

IL VOLUME DEI DETRITI SULLA SPIAGGIA

Le caratteristiche di un’ortofoto (ne avevo scritto un articolo che trovi a questo link) la rendono misurabile.
La misura di una distanza sull’ortofoto corrisponde alla misura reale tra i punti, a meno degli errori nella ricostruzione del modello e quindi della stessa ortofoto.

Stimare i volumi di materiale accumulato in spiaggia diventa quindi un problema geometrico piuttosto semplice.
Si delimitano le superifici occupate dai detriti e si moltiplicano per lo spessore medio dalle misure di campo.

Ho diviso l’area indagata per la competenza dei due Comuni e una stima grossolana dei volumi depositati in spiaggia dice che:

  • nel tratto di litorale del Comune di Ameglia (lungo poco meno di 1 km) si sono accumulati circa 4.000 mc di materiale;
  • lungo la costa di Sarzana (1,6 km) ce n’erano circa 24.000 mc.

Immagine che mostra i risultati di analisi aerofotogrammetriche mediante APR per la stima dei sedimenti lungo litorale sabbioso - Comune di Ameglia (SP)

Immagine che mostra i risultati di analisi aerofotogrammetriche mediante APR per la stima dei sedimenti lungo litorale sabbioso - Comune di Sarzana (SP)

Puoi scaricare i pdf delle tavole che vedi qui sopra a questi link:
Litorale Comune di Ameglia
Litorale Comune di Sarzana

A CHI SERVE SAPERE IL VOLUME DI DETRITO SULLA SPIAGGIA?

Conoscere il volume di materiale che si è accumulato sul litorale dopo una piena è un dato che potrebbe essere utile alle Amministrazioni Locali, che si occupano della gestione della spiaggia, per stimare costi di movimentazione, trasporto e smaltimento.

Questo rilievo si riferisce al mese di Dicembre (2017).
È inverno e ci sono ancora un po’ di mesi prima dell’inizio della stagione balneare.
Se oggi (ho scritto questo articolo il 3 Marzo 2018) fai una passeggiata sulla spiaggia troverai molto meno materiale di quello che vedi nelle foto e nei disegni qui sopra.
I gestori degli stabilimenti si sono attrezzati per toglierli in autonomia e poco alla volta.

Ma che cosa sarebbe successo se una piena del genere fosse avvenuta a fine della Primavera, a poche settimane dall’apertura della stagione balneare?
Se Maggio è un mese caldo ti assicuro che qui da noi al mare si sta bene e si fanno i primi bagni in mare.
Migliaia di metri cubi di detrito in spiaggia in questo periodo sarebbe un colpo durissimo per gli stabilimenti e le Amministrazioni dovrebbero provvedere con le loro risorse (economiche) per pulire il litorale e permettere l’apertura delle spiagge.
Con questa tecnica di rilievo saprebbero i costi ed avrebbero una stima dei tempi di intervento.

A questo proposito si potrebbe aprire una parentesi spinosa sul fatto che il materiale che finisce in spiaggia dopo una piena deve essere gestito da pochi comuni (qui Sarzana ed Ameglia) anche se (il legname) proviene da altri territori, altri Comuni, distanti chilometri dalla foce del fiume.
Ne avevo parlato con il mio amico Geologo Paolo Petri nell’ambito della gestione dei boschi, delle fasce perifluviali e delle aree incolte (della Lunigiana e della Val di Vara) ma non voglio scriverne oltre perchè non aggiungerebbe molta utilità ai contenuti di questo articolo.

L’EVOLUZIONE DELLA LINEA DI RIVA

Un aspetto interessante emerso dall’analisi dei dati riguarda l’evoluzione della linea di riva.

Sovrapponendo l’ortofoto del rilievo con la CTR regionale del 2000 sono davvero evidenti i movimenti della posizione della battigia dopo gli interventi strutturali lungo la costa (principalmente pennelli trasversali in scogli e massi) per evitare la tendenza erosiva della spiaggia e dopo una politica conservativa sulle escavazioni in alveo lungo il corso del fiume Magra.

Nell’immagini qui sotto puoi vedere le aree in accumulo (vicino alla foce del Magra), in equilibrio (nella parte centrale) ed in erosione (vicino al confine Liguria-Toscana).
La linea verde è la riva nel 2017 e quella rossa è del 2000.

Immagine che mostra i risultati dell'analisi dell'evoluzione della linea di riva mediante aerofotogrammetria da drone lungo litorale sabbioso

Puoi scaricare anche il pdf di questo file qui: Evoluzione della linea di riva

Credo che lo studio dell’evoluzione della linea di riva mediante aerofotogrammetria da drone possa essere davvero interessante per la programmazione dei ripascimenti stagionali sulla spiaggia, per la gestione del territorio lungo il corso di un fiume (il principale agente di trasporto sedimenti), e nello stesso alveo (dragaggi) e per la progettazione di inerventi strutturali nella costa (ripascimenti strutturali, opere trasversali e longitudinali).

QUALCHE CONSIDERAZIONE FINALE

Ti elenco, in ordine sparso, alcune considerazioni che ho fatto dopo questo lavoro:

  • La posizione della linea di riva la puoi misurare anche usando un’antenna GNSS e camminando lungo la battigia, ma con un drone ottieni anche l’informazione dell’ortofoto georeferenziata da usare all’interno di un GIS, o di un webGIS (portale cartografico territoriale);
  • Per avere maggiore confidenza del dato rilevato, la missione di volo del drone non dovrebbe essere condotta su un’unica strisciata che segue la costa ma lungo percorsi inclinati che permettono di fotografare più volte lo stesso punto;
  • Usare missioni di volo programmate rendono l’acquisizione delle foto ripetibile nel tempo in condizioni simili tra un rilievo e l’altro;
  • Le riprese nadirali sono sufficienti per la caratterizzazione di un litorale sabbioso come quello che ho indagato, per spiagge ai piedi di falesie penso che sia necessario acquisire anche un dataset di foto inclinate, per un modello più robusto;
  • Una restituzione più accurata si ottiene tramite il rilievo preciso dei punti di appoggio del rilievo aerofotogrammatrico (rilievo satellitare o celerimetrico);
  • Il campionamento localizzato dello spessore degli accumuli di detrito è migliore se fatto con un antenna GNSS (si battono punto a terra e parte sommitale dell’accumulo e per differenza si calcola lo spessore), ma penso che un’asta graduata faccia comunque bene il suo lavoro: per la scala generale dell’analisi (migliari di metri cubi) errori dell’ordine della decina di centimetri sono tollerabili;
  • Un rilievo finalizzato all’analisi specifica della linea di riva va fatto in condizioni di mare calmo per essere in grado di determinare precisamente la battigia sull’ortofoto (qui c’era un po’ di mare mosso);
  • Un’analisi precisa e veloce del volume di detriti si potrebbe fare avendo a disposizione un rilievo aerofotogrammetrico (preciso e georefenziato) della spiaggia libera da materiale, effettuando il rilievo (preciso e georefenziato) della spiaggia dopo una piena importante e confrontando i modelli tridimensionali nei tempi diversi per vederne le differenze (con Cloud Compare si fa davvero presto e facilmente);
  • Gli accumuli maggiori dopo la piena non li ho rilevati nella parte prossima alla foce (come invece ti ho scritto prima) ma nella porzione centrale del transetto che ho studiato. Questo è dovuto alla morfologia della costa rispetto alla foce del fiume, al moto ondoso incidente (mareggiate di Libeccio o di Scirocco) ed alle correnti litoranee;
  • Riducendo la quota di volo del drone (abbassando il GSD) le foto sarebbero ancora più dettagliate e l’ortofoto permetterebbe di fare analisi di altra natura più specifica come la discretizzazione di plastiche da legno sulla spiaggia, la stima della granulometria dei sedimenti o l’analisi speditiva delle scogliere in massi per un’eventuale manutenzioni di parti danneggiate dalle mareggiate più forti;
  • L’aerofotogrammetria da drone permette di rilevare un litorale davvero velocemente e con una densità di informazioni sensibilmente maggiori rispetto ad un rilievo tradizionale terrestre (GNSS e celerimetrico). Mi sento piuttosto confidente nel sostenere che una squadra di due persone potrebbe coprire l’intero litorale dalla foce del fiume Magra al porto di Carrara (4.5 km) in una giornata di campo (includendo i campionamenti localizzati sullo spessore dello strato di sedimenti ed il rilievo dei punti di appoggio per l’orientamento del modello restituito).

Fotografia area da APR di litorale sabbioso al confine tra Liguria e Toscana

Spero che questo articolo possa esserti utile o possa essere semplicemente anche solo uno spunto di riflessione ed approfondimento.
Mi farebbe davvero piacere avere un tuo parere e un tuo punto di vista: aspetti da approfondire, obiezioni, pregi e difetti…
Puoi scriverlo nei commenti qui sotto oppure puoi mandarmi un messaggio (testo o voce) su Telegram @paolocorradeghini.

A presto!

Paolo Corradeghini

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2 Comments
  • laura
    Mar 6,2018 at 10:41

    BUONGIORNO PAOLO,
    COMPLIMENTI PER L’ARTICOLO OTTIMO LAVORO, COME SEMPRE.
    lAURA

    • Paolo Corradeghini
      Mar 6,2018 at 15:58

      Ciao Laura,
      grazie mille per il tuo commento!
      A presto!
      Paolo

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