IL TELERILEVAMENTO MILITARE E CIVILE

TECNOLOGIA
IL TELERILEVAMENTO
MILITARE E CIVILE
TEN. DAVIDE TORTORA
Premessa
L
e Forze Armate hanno da sempre prestato attenzione al tema della fotografia
aerea e la sua conseguente interpretazione. Le origini della fotografia aerea a scopo bellico risalgono alla guerra Italo-Turca (Libia 1912) laddove il Capitano Carlo Piazza, dal
velivolo Bleriot scattò alcune fotografie su un
accampamento situato presso la località di
Suani Beni Aden con macchina fotografica
Bebè Zeiss. Il Capitano Piazza lamentò, come
unico inconveniente, l’impossibilità di scattare
più di una fotografia per ogni singolo volo, in
quanto non era possibile abbandonare i
comandi per cambiare la lastra fotografica.
Da quel momento in poi fu un susseguirsi
di sperimentazioni ed applicazioni della fotografia aerea per fini militari.
Inizialmente, la fotografia aerea ha trovato
una sua giustificazione nella ricognizione tatti-
48
ca ad esempio del campo di battaglia. Con l’acuirsi della guerra fredda comincia a prendere
sempre più risalto la ricognizione strategica,
grazie all’utilizzo dei primi satelliti e dei velivoli U2.
Il mutato quadro geopolitico internazionale
ha portato ad una nuova visione dell’utilizzo
del Telerilevamento; ciò è stato possibile grazie
alla Direttiva Clinton del 1995 che dava inizio
all’era dei satelliti commerciali ad alta risoluzione.
Il telerilevamento, come strumento indispensabile per la conoscenza e l’indagine del
territorio nonché come ausilio ai sistemi di
gestione, è da sempre utilizzato in ambito militare. Nell’evoluzione delle sue forme, che
vanno dalla fotografia aerea su pellicola bagnata ai più recenti satelliti ad alta risoluzione, il
telerilevamento rappresenta anche il source
material per le produzioni e gli aggiornamenti
cartografici, nonché un ausilio indispensabile
TECNOLOGIA
per la realizzazione di scenari virtuali a supporto dei decision makers.
Sulla scia delle conquiste in campo militare,
il telerilevamento ha, poi, conquistato l’interesse ed i favori del mondo civile, divenendo lo
strumento scientifico principale in tutti i processi di risoluzione d’intervento sul territorio.
Come espresso dall’Ing. Cassinis, Presidente
dell’A.I.T. (Associazione Italiana Telerilevamento) al secondo convegno nazionale ASITA
(Associazioni Scientifiche per le Informazioni
Territoriali ed Ambientali) le basi per un processo di ridefinizione del telerilevamento risiedono nella configurazione e nell’applicazione
di metodologie standard riconducibili a comuni intenti di policy, che trovano il loro principio
fondamentale nella formazione.
natura ondulatoria. Gli occhi umani sono
costruiti per registrare la luce, o più precisamente le radiazioni riflesse dai vari corpi che
sono colpiti dalle radiazioni emesse dal sole,
che è l’emettitore principale, che è la sorgente
di radiazioni elettromagnetiche più importante
fra quelle esistenti in natura.
In realtà i nostri occhi sono sensibili solamente a radiazioni con determinate lunghezze
d’onda, da qui la definizione di luce: “parte
dello spettro elettromagnetico che gli occhi
umani riescono a registrare”. Esistono, comunque, anche altri tipi di radiazioni, quali le infrarosse, le radar, i raggi X ed altre ancora.
Il telerilevamento
(Remote sensing)
Per registrare queste radiazioni si sono
costruiti sensori dedicati, che hanno il loro
campo d’indagine in lunghezze d’onda diverse
da quelle della luce.
Dopo aver costruito questi sensori si è pensato di dargli una posizione privilegiata dalla
quale osservare, quindi abbiamo avuto i primi
satelliti da osservazione e conseguentemente
una forma di telerilevamento satellitare.
I primi satelliti ad avere capacità di osservazione furono quelli meteorologici, ad esempio
il NIMBUS (1964) ed il NOAA (1976).
In realtà le limitate capacità di questi primi
sensori li rendevano utilizzabili solo per l’osservazione di elementi molto estesi come ad esempio le grandi formazioni nuvolose.
Successivamente, fu la volta dei satelliti per
l’osservazione della terra, ad esempio il LANDSAT (1973), lo SPOT (1986), l’ERS (1991),
tanto per citare quelli più famosi o di produzione europea.
Per convenzione si divide il sistema satellitare in 2 elementi: la piattaforma ed il carico
pagante, che comprende i sensori.
La piattaforma è dotata di sistemi di telecomunicazione con la/le stazioni a terra per il
controllo e per scaricare i dati delle riprese e di
sistemi stabilizzatori per il corretto puntamento e per la geometria delle immagini, nonché di
riserve di energia che sono in genere pannelli
solari ed accumulatori.
I sensori possono essere attivi o passivi, a
seconda che si misurino radiazioni emesse dal
Oggi è sempre più pressante l’esigenza di un
continuo monitoraggio delle condizioni del
territorio, dell’atmosfera e della spazio. Questa
esigenza è valida non solo per i civili ma anche,
e soprattutto, per i militari
Le tecnologie moderne, che hanno portato
enormi cambiamenti nell’osservazione del territorio, si sono espresse in questo campo con
l’introduzione dei cosiddetti “sensori digitali” e
con il lancio dei primi satelliti da osservazione.
Cosa si intende, quindi, per telerilevamento.
Si definiscono con questa parola tutte quelle attività che sono mirate alla raccolta di informazioni a distanza usando sensori dedicati.
Per fare un esempio pratico anche il guardare potrebbe essere considerata una attività di
telerilevamento, in quanto noi usiamo i nostri
occhi come un sensore per raccogliere dati che
verranno poi elaborati dal nostro cervello, fornendoci così quella visione che permette di
muoverci correttamente nello spazio.
Ecco, usiamo questa analogia per dare la
prima spiegazione su quella che è la teoria del
telerilevamento, parlando delle emissioni elettromagnetiche.
Dalla fisica moderna sappiamo che la luce è
una radiazione elettromagnetica, avente natura
dualistica, corpuscolare ed ondulatoria. Essa è
formata da fotoni, da una lunghezza d’onda ed
una frequenza che sono aspetti relativi alla
Le piattaforme ed i carichi paganti
(Sensori)
49
TECNOLOGIA
sistema (ad esempio i sensori radar), o che
siano emesse dal soggetto (sensori all’infrarosso) e da sorgenti già presenti in natura (sensori
ottici che misurano le radiazioni riflesse dai
corpi illuminati dal sole).
Comunque essi siano, i sensori sono caratterizzati da queste quattro proprietà:
• risoluzione spaziale. È la minima distanza
alla quale due oggetti risultano distinti nell’immagine e, di solito, viene misurata
mediante le dimensioni a terra del pixel;
• risoluzione radiometrica. Rappresenta la
minima differenza di energia raggiante che il
sensore riesce a rilevare;
• risoluzione spettrale. È definita dall’ampiezza, espressa in lunghezza d’onda, delle bande
spettrali risolte. In pratica, migliore è la risoluzione, minore è l’intervallo di lunghezza
d’onda per una particolare banda;
• risoluzione temporale. È il tempo che intercorre tra due riprese successive della stessa
area.
Da non dimenticare la missione dello Shuttle
dove, grazie ad un sensore radar montato a
bordo, si è riusciti ad acquisire le informazioni
necessarie ad elaborare il modello tridimensionale della terra nel volgere di pochi giorni di
osservazione. Per avere una idea dell’importanza di questo nuovo metodo basti pensare che
per ottenere lo stesso risultato con i procedimenti analitici tradizionali sarebbero necessari
decenni di lavoro.
L’importanza del sensore radar viene data
dalla sua caratteristica principale, ovvero dall’utilizzo di onde aventi lunghezza modulabile in
modo da eliminare gli ostacoli alla visione di
determinate dimensioni.
In sostanza, tarando opportunamente le
apparecchiature si possono ottenere immagini
chiare anche in presenza di cielo nuvoloso,
oppure si può riprendere ciò che si trova al di
sotto del primo strato di terreno compatto
(peculiarità utilizzata nelle ricerche archeologiche in particolare nel campo della litologia).
Il sensore agli infrarossi ha la caratteristica di
essere un sensore passivo che non richiede la
luce del sole, in quanto lavora ad onde che vengono emesse dai corpi a prescindere dall’illuminazione esterna e che sono conseguenza
della temperatura radiometrica di ogni corpo,
che a sua volta dipende in gran parte dalla
50
temperatura del corpo stesso.
Questo permette di riprendere di notte, di
fare ricerche sullo stato di salute della vegetazione, di rilevare il livello di attività di una
determinata zona.
Infine, il sensore ottico nel campo del visibile è quello che nel tempo ha ricevuto le maggiori attenzioni, in quanto oltre alla caratteristica basilare di offrire una visione praticamente identica a quella alla quale siamo abituati,
permette una miriade di lavorazioni digitali
specifiche.
Tra queste ultime ricordiamo i metodi per la
realizzazione di cartografia, per ricavare modelli tridimensionali del terreno, per monitorare i
danni di catastrofi naturali, per fare previsioni
sui rischi relativi al territorio, per evidenziare
cambiamenti (ad esempio nell’urbanistica di
un centro abitato).
Il foto interprete
Nel corso degli ultimi anni, grazie agli sviluppi offerti dalla tecnologia, si è assistito ad
una diffusione dell’uso del rilevamento remoto
in ogni campo di applicazione dove si configura la necessità di ricerca informativa. Contestualmente si sta assistendo ad una nuova accezione del termine telerilevamento, nella duplice componente aerea e satellitare, non più specifico del solo significato di interpretazione, ma
quale complessa tipologia applicativa relativa
all’identificazione, acquisizione, elaborazione e
rappresentazione. Inoltre lo sviluppo di nuovi
sensori, le applicazioni correlate e la possibilità
di poter integrare le informazioni acquisite con
database dedicati, hanno portato di fatto a
definire nuove metodologie d’impiego con
risvolti applicativi ormai comuni sia in campo
militare che civile.
Il processo di rinnovamento tecnologico è
stato accelerato anche dalle recenti attività operative fuori area. Tale processo deve, comunque, essere armonizzato con le tecnologie di
telerilevamento tradizionali basate sull’utilizzo
di pellicole bagnate. L’ammodernamento tecnologico dovrebbe tendere ad una politica d’intervento che, nel prevedere l’utilizzo di sistemi
digitali (elettro-ottici, I.R e S.A.R.), sia aerotrasportati che satellitari, garantisca la piena capacità di registrazione e trasmissione dati prossi-
TECNOLOGIA
ma al tempo reale, per le successive elaborazioni e ritrasmissioni delle informazioni collezionate.
Le nuove potenzialità offerte e l’esigenza di
procedere in funzione di un’ottica di proiezione interforze, determinano la necessità di operare una ridefinizione del comparto telerilevamento ponendo particolare attenzione alla formazione del personale fotointerprete.
La stessa definizione di fotointerprete è
oggetto di discussione interna agli operatori del
settore, in quanto sembra riduttiva dell’intero
processo analitico di interpretazione. Infatti, il
fotointerprete attuale non
deve essere in grado solo di
effettuare una interpretazione convenzionale su
negativi e stampa, ma
anche, come è, gestire
immagini digitali di ultima
generazione; ciò sempre
applicando le tecniche
interpretative comuni.
L’esperto nel telerilevamento, disciplinato nell’ambito informativo, va a
definire una professionalità
poliedrica volta a fornire
analisi e valutazioni di tipo
qualitativo e quantitativo
in tutti i campi dove la
necessità di esigenza informativa si configura. Si delinea così, attraverso l’iterazione continua di processi
formativi ed esperienze
acquisite, una professionalità consolidata il cui lineamento d’impiego si va a
costituire anche come
modello applicativo per
processi analoghi.
Per quanto attiene alla
formazione in questo settore operativo comune alle varie Forze Armate, la
Scuola di Aerocooperazione, sita presso l’Aeroporto Militare di Guidonia (Roma), risulta
essere l’Ente preposto a svolgere questa delicata
e complessa mansione didattica.
Infatti, La Scuola di Aerocooperazione è un
istituto interforze con il compito di preparare e
qualificare Ufficiali e Sottufficiali delle Forze
Armate, dei Corpi Armati e ausiliari dello
Stato, nonché funzionari civili nel campo specifico dell’aerocooperazione e del telerilevamento.
Stato dell’arte de telerilevamento nazionale
Per telerilevamento si intende “l’acquisizione di informazioni su un oggetto per mezzo di
uno strumento non in contatto con esso”. L’og-
getto, nell’accezione generale, è l’ambiente terrestre, mentre le informazioni riguardano sia
l’identificazione del tipo di mezzo osservato, sia
alcune sue proprietà fisiche (es. temperatura,
umidità, caratteristiche geometriche, ubicazione geografica). Un sistema di telerilevamento è
51
TECNOLOGIA
relative agli oggetti può essere una macchina
fotografica, un sistema televisivo, uno scanner
multispettrale, un sistema radar e può quindi
essere montato su diversi tipi di piattaforme
(aerei, palloni sonda, navette spaziali, satelliti
artificiali).
Per quanto riguarda le novità tecniche, è
ormai indubbia la direttrice perseguita dalla
ricerca che vede la tecnologia digitale soppiantare drasticamente le metodologie analogiche
ed analitiche. Grazie allo sviluppo delle
nuove tecnologie sono stati prodotti nuovi
sensori in grado di sfruttare tutto lo spettro elettromagnetico attraverso la contemporanea acquisizione di immagini elettroottiche, infrarosse e radar con la possibilità di essere impiegati indipendentemente
dalle condizioni di luminosità senza risentire dei fenomeni meteorologici che ne
riducono la qualità.
Le tecnologie digitali con l’avvento dei
satelliti ad alta risoluzione, il cui utilizzo in
ambito civile è stato reso possibile grazie
anche alla dismissione di tecnologie militari ormai giudicate “superate” dalla direttiva Clinton del 1995, sulla base della
complessità dell’utilizzo dei sistemi ed in
virtù sia delle diverse metodologie d’impiego che della possibilità e necessità di
poter integrare le diverse informazioni
provenienti da sensori diversi, hanno portato di fatto a definire una nuova architettura applicativa volta ad evidenziare elementi informativi, quale sintesi tra le
metodologie tradizionali e le tecnologie
informatiche.
In tale prospettiva il termine telerilevamento comincia ad assumere una connotazione nuova, frutto non solo della tradizionale accezione associata all’interpretazione diretta del dato, propria della fotointerpretazione, ma altresì dell’intera metodologia, (acquisizione, elaborazione, integrazione) legata all’esaltazione dell’informazione cercata.
Nel sottolineare, pertanto, la caratteristica multidisciplinare del telerilevamento, nel
superfici sfruttando l’energia elettromagnetica senso che i tematismi di indagine che ricopre
dei corpi, ampliando le capacità percettive del- sono talmente vasti che non esiste un esperto
che possa comprenderli interamente, la famil’occhio umano.
Il sensore di acquisizione delle informazioni liarità con cui se ne parla non deve essere equiun sistema di misura di tipo indiretto. Lo strumento usato, infatti, misura potenze ricevute
per effetto di interazioni tra campi elettromagnetici e mezzo osservato. L’entità e le caratteristiche di queste interazioni sono legate alle
proprietà fisiche del mezzo stesso.
In altre parole, il telerilevamento è quell’insieme di tecniche di ripresa, elaborazione ed
interpretazione di dati che permettono di
conoscere a distanza il comportamento delle
52
TECNOLOGIA
vocata con l’idea di facilità di utilizzo: le metodologie si studiano e si applicano con pieno
rigore scientifico. I dati devono essere correttamente acquisiti, poi trattati per essere interpretati ed utilizzati nei diversi campi applicativi.
Inoltre, questi dati devono essere stutturati
secondo la scala di utilizzo ed in relazione alle
tematiche affrontate.
Il telerilevamento militare operativo
e geocartografico
Consolidatosi durante la seconda guerra
mondiale quale strumento per acquisire informazioni sui teatri operativi e per produrre carte
topografiche, attraverso la fotointerpretazione
e la fotorestituzione, pur con notevoli connotazioni comuni, emerse come problematiche nel
corso delle operazioni fuori area, si è sviluppata una dicotomia di applicazioni che ha differenziato il telerilevamento in attività di tipo
operativo, nelle componenti tattiche e strategiche e di tipo geocartografico.
Gli assetti dedicati a questa attività, attualmente, sono articolati su velivoli AMX e TORNADO con compiti di ricognizione aerea
provvisti di appositi pod fotografici con sensori
a pellicola bagnata, ottici ed infrarosso, ed
organizzati con un segmento di terra per il trattamento del materiale sensibile impressionato e
per la successiva attività di fotointerpretazione.
Le esigenze della Difesa per quanto riguarda
il telerilevamento satellitare sono assicurate dal
sistema d’osservazione militare satellitare Helios
che rappresenta il primo programma europeo
(1993) per l’osservazione sistematica di tutta la
superficie terrestre con un sensore ad alta risoluzione
L’attività di telerilevamento geocartografico
si esplica sostanzialmente presso i tre Centri
cartografici delle Forze Armate. (Istituto Geografico Militare, Istituto Idrografico Militare e
Centro Informazioni Geotopografiche Aeronautiche). In tale ottica le attività principali
connesse alla produzione di cartografia, in relazione ai compiti specifici d’Istituto, trovano un
comune denominatore nelle metodologie e tecniche di produzione. In pratica, pur con sistemi differenti, la struttura di definizione
dell’acquisizione dell’informazione telerilevata,
che va dall’interpretazione ed acquisizione del
dato grezzo da aerofotogrammetrie o da immagini satellitari, alla produzione di cartografia
analogica o satellitare, segue una metodica
ormai standardizzata sia nelle procedure che
negli ausili tecnologici, seppur in cerca di definizione nella componente della formazione.
In particolare, la strumentazione otticomeccanica, un tempo analogica ed analitica, è
stata in parte sostituita da sistemi informatici
che, oltre a guidare l’operatore nella maggior
parte delle attività di acquisizione del dato,
costituiscono parte attiva del processo, alleggerendo notevolmente i carichi di lavoro individuali. Attualmente, un operatore produce con
maggiore affidabilità e con un incremento di
circa il 20% ciò che dieci anni fa veniva prodotto da tre operatori nello stesso intervallo
temporale.
Agli studi sulla ricerca di standardizzazioni
delle metodiche e delle procedure ad opera del
COMIGEO (Comitato Militare Geografico),
che si concretizzano nella ricerca di coordinamento dei tre Enti Cartografici per la definizione di formati standard Nazionali in linea
con le scelte dei partner NATO, segue la ricerca dell’ottimizzazione delle risorse a supporto
53
TECNOLOGIA
dell’attività. In tale ottica l’Aeronautica Militare assicura la copertura aerofotogrammetrica
sistematica del territorio nazionale, con il velivolo Piaggio DL3 del 71° Gr. del 14° Stormo
di P. di Mare, equipaggiato con camere metri-
ormai ampiamente disponibili sul mercato,
consentono di colmare il gap operativo del
vettore.
A sostegno dell’attività operativa, in
maniera autonoma, ma sempre più in forma
congiunta, gli Enti Cartografici delle F.A., si
stanno operando per la produzione di prodotti sempre più vicini e rispondenti alle necessità operative. Nasce così, durante la guerra del
Golfo, a seguito della necessità di cartografia
a scala 1:50.000, la produzione di cartografia
satellitare dove l’azione di estrazione ed esaltazione di tematismi d’interesse, tipica dell’interpretazione telerilevata, si sposava con le
geometrie delle rappresentazioni cartografiche.
In ultima analisi deve essere considerata la
finalità metodologica d’uso del dato telerilevato: come informazione in se per l’aggiornamento conoscitivo del territorio teatro delle
osservazioni, oppure come sostegno ed integrazione per il supporto decisionale alle attività di comando e controllo. In tale contesto il
telerilevamento appare come disciplina complessa i cui principi, metodologie e risultati,
sono la conseguenza di un processo di continue ricerche e sperimentazioni, dove l’elemento umano assume di conseguenza una
valenza decisamente rilevante.
Il telerilevamento civile
che Wild, attraverso una programmazione
annuale volta a soddisfare le esigenze di tutti e
tre gli Istituti cartografici. Velivolo idoneo a
tale attività trova, purtroppo, decisive penalizzazioni a causa della non pressurizzazione che
ne limita la capacità operativa intorno ai
12.000 piedi. Non sono previsti upgrade
sostanziali al sistema d’acquisizione aerofotografico anche perché i sistemi satellitari commerciali ad alta risoluzione (un metro circa),
54
Lo sviluppo concorrente e la crescita dei
Sistemi Informativi Geografici ha fornito un
significativo aiuto all’integrazione dei dati
telerilevati con altri tipi di dati spaziali.
In Italia, con la necessità politica di sviluppare sistemi di monitoraggio per l’osservazione dei cambiamenti nell’uso del suolo, la
ricerca e la protezione delle risorse naturali, e
di tracciare le interazioni tra biosfera e geosfera, il telerilevamento è diventato, in ambito
civile, uno strumento scientifico e tecnologico
fondamentale per monitorare le superfici del
pianeta.
La tecnologia in questione, utilizzata e
conosciuta prevalentemente dai due Enti cartografici civili dello Stato per le produzioni
cartografiche di competenza (Servizio Geologico dei Servizi Tecnici Nazionali della Presidenza del Consiglio dei Ministri e le Regioni),
TECNOLOGIA
sta assumendo, grazie ai sensori satellitari
commerciali ad alta risoluzione ed ai sensori
iperspettrali (capaci, cioè, di indagare in settori dedicati dello spettro elettromagnetico),
informativo sul terreno. Tale pratica applicazione potrebbe risultare di interesse anche per
futuri sviluppi applicativi anche in campo
militare.
Anche il panorama Universitario Nazionale ha dedicato, nei propri percorsi formativi,
in virtù anche della recente ristrutturazione
didattica, molto spazio al telerilevamento.
Non si tratta però solo di facoltà dove lo
studio del territorio è alla base della formazione dello studente.
Troviamo, infatti, seppur in via sperimentale, la presenza delle scienze telerilevate
anche nella facoltà di statistica.
La facoltà di Geografia dell’Università La
Sapienza di Roma, ad esempio, nel percorso
di avvicinamento alle scienze telerilevate,
attraverso una convenzione stipulata dall’Aeronautica e l’Università “La Sapienza”, frequenta degli stage annuali di 5 giorni presso il
Centro Informazioni Geotopografiche Aeronautiche di Pratica di Mare (Roma) per le
tematiche inerenti l’acquisizione e l’elaborazione dei dati grezzi telerilevati.
Conclusioni
un sviluppo sostanziale in quasi tutti i campi
applicativi scientifici.
In particolare, i segmenti scientifici e produttivi (Agenzia Spaziale Europea, Agenzia
Spaziale Italiana, Consiglio Nazionale delle
Ricerche) si stanno concentrando, attraverso
tecniche d’estrazione automatica delle informazioni, sull’acquisizione, la raccolta, l’integrazione e l’analisi di informazioni che hanno
valore pratico in molti settori di supporto alle
decisioni nella gestione delle risorse e per il
controllo ambientale.
Come pratico esempio si riporta sinteticamente di seguito lo studio condotto dal
C.N.R. con il progetto LARA a mezzo di un
sensore aviotrasportato denominato MIVIS
(multispectral visible and infrared imaging
spectrometer), il cui spettrometro, in grado di
identificare ed esaltare qualsiasi contenuto
Il telerilevamento è, quindi, l’insieme delle
tecniche e degli strumenti, dell’hardware e del
software che consentono l’analisi interpretativa delle immagini telerilevate di oggetti posti
sulla terra da sensori aerei o satellitari.
Cosa ci si può aspettare per il futuro. Il
Remote sensing, ormai alla base di qualsiasi
processo informativo territoriale, ha evidenziato negli ultimi anni nuove possibilità di
tecniche di indagine e nuovi orizzonti applicativi; ciò grazie alle nuove innovazioni e possibilità tecnologiche. L’esperto di telerilevamento assume, quindi, una dimensione
nuova, frutto di processi metodologici e di
una forte e consolidata competenza informatica.
Tale figura necessita di una specifica policy
nella standardizzazione tanto di procedure
quanto di metodologie e format didattici ad
esso dedicati.
Nell’illustrare questo breve scritto sul telerilevamento, infine, mi piace sottolineare
come gli sviluppi futuri prevedano un solo
limite: “… la voglia di conoscere”.
55