Acea Ato2 monitora le infrastrutture idriche con il satellite

Nell’espletamento di tali attività di vigilanza nascono le necessità di istruire e gestire pratiche autorizzative, accertamenti e contatti con enti locali.
A causa dell’estensione dei territori gestiti, la sorveglianza effettuata mediante il personale preposto può comportare tempi di rilevamento di eventuali criticità non compatibili con la necessità di efficaci e tempestivi interventi di salvaguardia. Inoltre la sorveglianza “a terra” costituisce una voce di costo significativa per il gestore.
Al fine di rendere più rapida l’individuazione di criticità che potrebbero compromettere il servizio del gestore e la sicurezza della risorsa idrica fornita all’utenza, il Laboratorio di Ingegneria delle Acque (LIA) dell’Università degli Studi di Cassino e del Lazio Meridionale, in collaborazione con il Laboratorio di Informatica e Telecomunicazioni (LIT), ha messo a punto un Servizio di Monitoraggio Satellitare. Il Sistema è stato implementato sulle aree di salvaguardia e sugli impianti idrici gestiti da ACEA ATO2 spa, il gestore del servizio idrico integrato per la città e la provincia di Roma.
Il Servizio si basa sull’acquisizione di immagini da satellite in tempi successivi e sulla loro elaborazione a mezzo di un “occhio elettronico”, un sistema basato su algoritmi appositamente sviluppati che permettono l’individuazione automatica di differenze fra le immagini.

L’occhio elettronico
La soluzione proposta per la sorveglianza delle aree di salvaguardia e delle fasce di rispetto di adduttori e collettori fognari consiste nel confronto di immagini satellitari della stessa area rilevate in momenti temporali differenti (change detection). A causa della notevolissima estensione delle aree interessate, tale confronto non può essere affidato integralmente a operatori umani, in quanto ciò comporterebbe costi insostenibili oltre che un’elevata probabilità di omissioni nell’individuazione dei cambiamenti critici.
Nasce pertanto la necessità di disporre di idonei algoritmi di change detection automatica, che permettano di effettuare una prima individuazione dei cambiamenti riscontrati in un’area in momenti temporali successivi, per poi sottoporre solo questi alla validazione dell’operatore, che provvederà a discernere le vere criticità da eventi irrilevanti per la sicurezza della risorsa e delle infrastrutture. Il Workflow dell’intero servizio è riportato in figura 1.
L’occhio elettronico, a partire da coppie di immagini telerilevate, e utilizzando algoritmi appositamente sviluppati e dettagliatamente descritti in D’Elia et Al. (2012), riconosce i cambiamenti e li classifica per tipologia:

  • riduzione della copertura vegetale
  • incremento della copertura vegetale
  • variazione non connessa alla vegetazione.

Nella figura 2 è presentata, a titolo di esempio, una coppia di immagini telerilevate. Al fine di mostrare un gran numero di cambiamenti, le immagini sono scelte con un intervallo temporale notevole, ma, ai fini dell’erogazione del servizio, è possibile fissare un qualunque intervallo temporale.
Il sistema consente inoltre di ricercare la firma spettrale di materiali particolari (calcestruzzo, acciaio, amianto, etc.) e presenta all’operatore del LIA i cambiamenti nella forma di mappe a falsi colori, che permettono di individuarne anche la tipologia (fig.3).
Nella figura 3, relativa alla coppia di immagini presentate in figura 2, le colorazioni tendenti al rosso rappresentano la perdita di vegetazione, e pertanto i cambiamenti che l’operatore deve esaminare con maggiore attenzione.
In tal modo l’operatore può effettuare una selezione dei cambiamenti stessi, considerando solo quelli di effettivo interesse per il gestore cliente del servizio.

L’interfaccia software
L’operatore del gestore può visualizzare, sia mediante un apposito software installato su PC o tablet, sia mediante accesso ad un portale web, l’elenco delle criticità riscontrate e la loro classificazione, nonché accedere alle immagini rappresentative della criticità per un primo controllo. Il software di gestione consente poi la stampa di un report, da fornire agli operatori di campo preposti al controllo “a terra” nonché l’archiviazione delle criticità già controllate, al fine di implementare un archivio.
Il sistema è pensato per lavorare con immagini provenienti da differenti satelliti, consentendo economie e non legando il servizio ad uno specifico fornitore di immagini.
L’intero sistema, denominato SatGuardian, è oggi in fase di utilizzo da parte di uno dei più importanti gestori italiani, ACEA ATO2 spa, che gestisce il sistema idrico integrato (SII) a Roma e Provincia.

Un caso studio
Con 112 Comuni serviti, e 3,7 milioni di abitanti, quello della città e provincia di Roma costituisce il bacino di utenza più grande d’Italia. La superficie complessiva interessata è di circa 3000 km2, sui quali insistono 11000 km di rete idrica e 6000 km di collettori fognari.
La sorveglianza delle aree di salvaguardia delle captazioni a scopo idropotabile, così come delle fasce di rispetto di acquedotti e collettori fognari principali, era effettuata dal gestore a mezzo di “personale a terra”, che, percorrendo le zone da sorvegliare, provvedeva alla segnalazione delle criticità riscontrate. In un’area complessa e in parte con una densità abitativa assai elevata, come quella in oggetto, tali criticità sono tra le più varie. Ad esempio: realizzazione di pozzi, abusi edilizi, installazione di campi nomadi, sversamento incontrollato di rifiuti, installazione di allevamenti.
Ovviamente il sistema di sorveglianza “a terra” presenta alti costi, dovuti al personale e ai mezzi utilizzati per gli spostamenti, e tempi di rilevamento spesso non compatibili con la necessità di un pronto intervento, al fine di salvaguardare la risorsa idrica sia dal punto di vista qualitativo sia quantitativo. Si è pertanto implementato il Sistema di Monitoraggio Satellitare, permettendo così il monitoraggio dell’area presentata nella figura 5, che copre una parte significativa dell’intero territorio dell’ATO2 Lazio.
Nella figura 5, appare evidente come il Sistema di Monitoraggio Satellitare venga maggiormente utilizzato per le aree meno urbanizzate e più distanti dalla città di Roma, per le quali la sorveglianza a terra presenta costi proibitivi sia dal punto di vista dei tempi di impegno del personale sia per quanto concerne l’utilizzo dei mezzi atti a raggiungere le suddette aree.
In tal modo il SatGuardian si affianca al monitoraggio tradizionale, rendendolo maggiormente economico ed efficiente.

di Giovanni de Marinis, Ciro D’Elia, Angelo Leopardi, Simona Ruscino, Giorgio Martino e Antonio Nardecchia

Giovanni de Marinis
demarinis@unicas.it
Professore Ordinario di Costruzioni Idrauliche da 2001 e PhD dal 1986.
Attualmente riveste l’incarico di Responsabile del Laboratorio di Ingegneria delle Acque dell’Università di Cassino e del Lazio Meridionale, nonché di Consigliere di Amministrazione con Delega all’Edilizia dell’Ateneo.
Autore di oltre 150 pubblicazioni su riviste nazionali e internazionali e in atti di convegni del settore.
È Componente Effettivo del Consiglio Superiore dei LL.PP. e Componente di Comitati Tecnici di alcuni Provveditorati alle OO.PP.

Ciro D’Elia
delia@unicas.it
Ricercatore presso l’Università di Cassino e del Lazio Meridionale, docente di elaborazione e trasmissione delle immagini, reti di telecomunicazioni, telematica presso la stessa università, vanta una esperienza pluriennale nel campo del telerilevamento e nell’elaborazione di immagini satellitari, acquisita nell’ambito di una formazione nazionale e internazionale. È responsabile tecnico-scientifico del laboratorio di Informatica e Telecomunicazioni presso l’università di Cassino e del Lazio Meridionale.

 Angelo Leopardi
a.leopardi@unicas.it
Ha conseguito il PhD in Ingegneria Idraulica presso l’Università “Federico II” di Napoli nel 2002. Ricercatore di Idraulica (dal 2004) e Docente di Complementi di Idraulica e Idraulica Ambientale presso l’Università di Cassino e del Lazio Meridionale. Lavora da anni sulla tematica della sicurezza dei sistemi idrici, anche nell’ambito di progetti finanziati dalla Comunità Europea.
È autore di oltre 70 pubblicazioni scientifiche edite su riviste nazionali e internazionali e in atti di convegni del settore.

Simona Ruscino
ruscino@unicas.it
Ha conseguito con lode la laurea magistrale in Ingegneria delle Telecomunicazioni presso l’Università di Cassino e del Lazio Meridionale, specializzandosi nel campo dell’elaborazione di immagini satellitari. Ha collaborato in tale ambito con il Laboratorio di Informatica e Telecomunicazioni della stessa università, Dipartimento di Ingegneria Elettrica e dell’Informazione, presso il quale sta attualmente conseguendo un dottorato di ricerca in elaborazione, analisi ed estrazione di contenuti da immagini telerilevate.

Giorgio Martino
giorgio.martino@aceaspa.it
Dirigente Acea Ato2 S.p.A. – Gruppo Acea S.p.A., responsabile della Direzione Servizi, coordina numerose attività tra cui quelle inerenti le progettazione per l’ampliamento e la bonifica delle reti e degli impianti per il Servizio Idrico Integrato sul territorio di competenza, nonché la gestione e la manutenzione degli impianti primari (acquedotti, centri idrici, impianti di sollevamento, ecc.).

Antonio Nardecchia
antonio.nardecchia@aceaspa.it
Dirigente Acea Ato2 S.p.A. – Gruppo Acea S.p.A., responsabile dell’Unità Servizi Generali, coordina numerose attività tra cui quelle inerenti il Patrimonio aziendale, la tutela delle Aree di Salvaguardia e la gestione e lo sviluppo del Sistema Informativo Territoriale.

Riferimenti
D’Elia C., Ruscino S., de Marinis G., Leopardi A. (2012) A water supply infrastructures application of change detection by measuring spectral change features. Proc. of the International Conference “Advances in Radar and Remote Sensing (TyWRRS), doi: 10.1109/TyWRRS.2012.6381144.


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