TELERILEVAMENTO ED ECOSISTEMI RURALI: ALCUNE … · il telerilevamento per un'agricoltura sostenibile - piacenza 20 aprile 2006 telerilevamento ed ecosistemi rurali: alcune riflessioni
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IL TELERILEVAMENTO PER UN'AGRICOLTURA SOSTENIBILE - Piacenza 20 aprile 2006
TELERILEVAMENTO ED ECOSISTEMI RURALI: ALCUNE RIFLESSIONI METODOLOGICHE
Andrea GALLIAndrea GALLI11, Stefano BOCCHI, Stefano BOCCHI22, Pietro Alessandro BRIVIO, Pietro Alessandro BRIVIO33, Mirco BOSCHETTI, Mirco BOSCHETTI33
1. DiSASC, Università Politecnica delle Marche, Via Brecce Bianche, Ancona, a.galli@univpm.it
2. DI.PRO.VE.,Dipartimento Produzione Vegetale, Università degli Studi di Milano, Facoltà di Agraria
3. CNR-IREA, Istituto per il Rilevamento Elettromagnetico dell’Ambiente, Milano
IL TELERILEVAMENTO PER UN'AGRICOLTURA SOSTENIBILE - Piacenza 20 aprile 2006
Problematiche attuali nei “distretti rurali”
Scala territoriale Scala puntuale
-PAC/PSR-Piani Territorali-Direttive Comunitarie
-Sistemi colturali particellari-Indirizzo produttivo aziendale-Gestione complessiva azienda
parcellaazienda
distretto rurale ambito amm.vobacino
IL TELERILEVAMENTO PER UN'AGRICOLTURA SOSTENIBILE - Piacenza 20 aprile 2006
Come ricorda Altieri (1991) i fattori dell'agroecosistema che determinano il tipo di agricoltura di un’area agricola sono di natura fisica (geologici, morfologici, pedoclimatici), biologica, socio-economica, culturale.
Necessità di una visione:
- SISTEMICA - MULTIDISCIPLINARE- MULTISCALARE- MULTITEMPORALE
degli Ecosistemi Rurali
Le Politiche Agricole Comunitarie (PAC) hanno da tempo sviluppato un meccanismo di incentivi economici alle aziende (misure) che hanno condizionato la diffusione di alcuni specifici modelli di agricoltura e la loro evoluzione (PAC tradizionale, Riforma MacSharry, Riforma Fishler).
IL TELERILEVAMENTO PER UN'AGRICOLTURA SOSTENIBILE - Piacenza 20 aprile 2006
In questi anni sono stati messi a fuoco gli obiettivi da perseguire per la sostenibilità dello sviluppo dei territori rurali, obiettivi che hanno allargato il campo d’azione dell’agricoltura mettendola maggiormente in relazione con il sistema economico e sociale dei propri territori(agricoltura multifunzionale, sostenibilità economica, ecologica, ambientale, culturale, sociale).
agricoltura e sostenibilità
agricoltura e nuove regole
- Lo Stato italiano dovrà indicare (Piano Strategico Nazionale) le priorità tematiche e territoriali (zonizzazione) dello sviluppo rurale (Reg.1698/05 e 1690/05)- dal 1 gennaio 2005 (Reg.CE 1782/03) l’agricoltore deve presentare domanda PAC e sottoscrivere l’impegno al rispetto delle norme di ecocondizionabilità (fascicolo aziendale)- controlli AGEA attraverso TLR e GIS
IL TELERILEVAMENTO PER UN'AGRICOLTURA SOSTENIBILE - Piacenza 20 aprile 2006
superare le “applicazioni tradizionali” di TLR
sviluppare “applicazioni” maggiormente integrate
(tematiche scientifico-applicative, strumenti tecnologici,principi e metodi di elaborazione, scale spazio-temporali)
gestire in modo coordinato alle diverse scale(parcella, azienda, distretto, bacino, ambito amministrativo)
PER AVERE UNA GESTIONE COMPLESSIVA ED INTEGRATA DEL TERRITORIO RURALE
IL TELERILEVAMENTO PER UN'AGRICOLTURA SOSTENIBILE - Piacenza 20 aprile 2006
Stroppiana D., Boschetti M., Confalonieri R. , Bocchi S., Brivio P. A. (2005) “Analysis of hyperspectral field radiometric data for monitoring nitrogen concentration in rice crops” Remote Sensing for Agriculture, Ecosystem and Hydrology VII, edited by Manfred Owe, Guido D’Urso, 2005 Proc. of SPIE Vol. 5976 59760R-1.
% NAnalisi statisticaFielspechRiso
M. Boschetti, R. Colombo, M. Meroni, L. Busetto, C. Panigada, P. A. Brivio, C. M. Marino, J. R. Miller: (2002), “Use of Semi-empirical and Radiative Transfer Models to Estimate Biophysical Parameters in a Sparse Canopy Forest” Proceedings of SPIE 9th International Symposium on Remote Sensing 22-27 September 2002, Capsis SofitelConference Center,Agia Pelagia,Crete, Greece. Pp.133-144
Mappa di LAI
Relazioni empiricheDAISPioppeti
STIMA PARAMETRI BIOFISICI
Boschetti M., Confalonieri R., Stroppiana D., Bocchi S. , Brivio P. A. (2005) “Agro-ecological modelling for monitoring rice productions: contribution of field experiment and multi-temporal EO data” Remote Sensing for Agriculture, Ecosystem and Hydrology VII, edited by Manfred Owe, Guido D’Urso, 2005 Proc. of SPIE Vol. 5976 597601-1
Mappe produzioni risicole
Modello RUEMODISRisaie
M. Boschetti, Bocchi S. and Brivio P.A. (2006) “Assessment of pasture production in the Italian Alps using spectrometric and remote sensing information.”AGEE under revision.
Mappa produzione pascoli
Relazioni empiriche
Field-spec +LandsatETM+
Pascoli
STIMA PRODUZIONE
Bocci M., Colantonio R., Galli A., Marcheggiani E., (2004) “Valorizzazione delle risorse del paesaggio e delleproduzioni tipiche nel terroir del Verdicchio di MatelicaDOC”. In V.G.G. Mennella (a cura di) “Greenway per lo sviluppo sostenibile del terrirorio”, Il Verde Editoriale, 71-135.
Land Cover+ indicatori E.P.
ClassificazioneMultitemporale+analisi GIS
TM+fotoMatelica
Galli A., Bocchi S., Bellingeri D. (2001). “Classification and land use evolution in the South Milan Agricultural Park”, First International Workshop on the “Analysis of Multi-Temporal Remote Sensing Images”, Proceedings, 415-422.
Mappa delle colture
Classificazione MultitemporaleTMParco
SUD
M.Boschetti, Boschetti L., Oliveri S. and Casati L. (2006) “Tree species mapping with Airborne hyper-spectral MIVIS data: the Ticino Park study case”, IJRS under revision.
Mappa distribuzione delle specie forestali
MLHMIVISParco del Ticino
LC-LU
ReferenzeOutputMetodoSensoreES.Aplicazioni
IL TELERILEVAMENTO PER UN'AGRICOLTURA SOSTENIBILE - Piacenza 20 aprile 2006
Dall’estrazione di informazioni monodisciplinari alla ricerca di informazioni multidisciplinari attraverso integrazione fra TLR e GIS. TENDENZE
Tree species mapping with Airborne hyper-spectral MIVIS data: the Ticino Park study case
Land
Use
/ Lan
d C
over
IL TELERILEVAMENTO PER UN'AGRICOLTURA SOSTENIBILE - Piacenza 20 aprile 2006
Tree species mapping with Airborne hyper-spectral MIVIS data: the Ticino Park study case
Land
Use
/ Lan
d C
over
Park bouderForested areaAirborne image runAdministrative bounder
Field surveyPhoto interpreted
••ClassificazioneClassificazione MLH basata su rapporti di bande
nella regione del RED-EDGE
••RilieviRilievi di campo e fotointepretazioneper identificare i training set (e test set) per la classificazione e sua valutazione
Materiali e metodi:
••DatiDati immagini del sensore MIVIS, riprese a 2000 metri (pixel size 4 m)
Overall Accuracy 75% - K=0,66
IL TELERILEVAMENTO PER UN'AGRICOLTURA SOSTENIBILE - Piacenza 20 aprile 2006
Classification and land use evolution in the South Milan Agricultural Park
Land
Use
/ Lan
d C
over
Single images
NDVIcalculation
PCA calculation
Bandssynthesis
Fieldsurveys
Ancillaryknowledge
Selection of training set
Thematicclasses
definition
Multitemporalclassification Classification
resultsoverlay 1991/1999 land
use changeevaluation
Single images
NDVIcalculation
PCA calculation
Bandssynthesis
Fieldsurveys
Ancillaryknowledge
Selection of training set
Thematicclasses
definition
Multitemporalclassification Classification
resultsoverlay 1991/1999 land
use changeevaluation
-0,4-0,2
00,20,40,60,8
1 2 3
ND
VI
Urb. res
Urb.ind
Woodland
Flooded rice
Aut/win crops
2nd harvest
Spr/sum crops 2
Spr/sum crops
Water
Grassland
rice
99gr
ass 9
9au
t/win
99sp
r/sum
99
rice 91
grass 91
aut/win 91
spr/sum 910
200040006000
8000
10000
12000
14000
n° o
f pix
els
Area Loc
ISA (%) Fl. rice Grassl.
Aut/wi
n
Spr/sum
Zibido SW
53,4 -5.5 -2.6 -3.8 +12.1
Gudo SW 57 +1.1 -0.8 -1 +1.5
Melzo NE 47 -1.6 +0.8 -9.8 +11.4
Dresano SE 56 -0.5 -5.4 -8.2 +16.4
Melegnan
o
SE 51,7 -2.2 -4.9 -2.8 +12.3
IL TELERILEVAMENTO PER UN'AGRICOLTURA SOSTENIBILE - Piacenza 20 aprile 2006
Studio fisiografico e analisi diacronica dell’uso del suolo nei fisiotopi
Classi di
quota
(qi)
Intervallo di
quota (m s.l.m.m.)
Classe di
pendenza
(pi))
Intervallo di
pendenza (%)
q1 = 200 p1 = 2
q2 > 200 = 300 p2 >2 = 8
q3 > 300 = 400 p3 > 8 = 15
q4 > 400 = 600 p4 >15 = 30
q5 > 600 = 800 p5 > 30 = 60
q6 > 800 p6 > 60
p1 p2 p3 p4 p5 p6
q1
q2
q3
q4
q5
q6
Fisiotopi
Usi del suolo
Usi x Fisiotopi
1895
1998
Land
Use
/ Lan
d C
over
Matelica Greenway
IL TELERILEVAMENTO PER UN'AGRICOLTURA SOSTENIBILE - Piacenza 20 aprile 2006
Land
Use
/ Lan
d C
over
Matelica Greenway
IL TELERILEVAMENTO PER UN'AGRICOLTURA SOSTENIBILE - Piacenza 20 aprile 2006
Assessment of pasture production in the Italian Alps using spectrometric and remote sensing information
Stim
a Pr
oduz
ione
••Campagne di misuraCampagne di misura negli anni 20022002--20032003--20042004 in due localitdue localitàà Alpe di Trela e Alpe Boron, Parco dello Stelvio (So).
••RilieviRilievi condotti in base a cartografia esistentecartografia esistente (SIALP Regione Lombardia) su diverse tipologie di pascolo
Campionamenti distruttiviCampionamenti distruttivi
Misure Misure radiometricheradiometriche (Spectral Scan PR 650 ® e Fieldspec-FR PRO®),
Materiali e metodi:
Alpe di trela, Estratto del SIALP (Sistema Informativo Alpeggi) Regione Lombardia
••Analisi di regressioneAnalisi di regressione tra diversi indici di vegetazione (VI)indici di vegetazione (VI) e dati di biomassabiomassa per identificare il più idoneo per il monitoraggio dei pascoli
1/2
0%
5%
10%
15%
20%
25%
30%
35%
40%
45%
350 400 450 500 550 600 650 700 750 800
Wavelength (nm)
Ref
lect
ance
(%)
IL TELERILEVAMENTO PER UN'AGRICOLTURA SOSTENIBILE - Piacenza 20 aprile 2006
Immagine dasatellite ETM+ (30 metririsoluzione 7 bande spettrali)
Relazionedi campo calibratasullebandespettralidel satellite
y = 0.12Ln(x) - 0.19R 2 = 0.56
0.20
0.30
0.40
0.50
0.60
0.70
0.80
0 500 1000 1500Fresh biomass (g/m2)
MSA
VI
Mappa biomassa
2/2
Stim
a Pr
oduz
ione
Dalle relazioni empiriche con le misure in campo alle applicazioni in ambito modellistico TENDENZE
IL TELERILEVAMENTO PER UN'AGRICOLTURA SOSTENIBILE - Piacenza 20 aprile 2006
Agro-ecological modelling for monitoring rice productions: contribution of field experiment and multi-temporal EO data
Stim
a Pr
oduz
ione
••Applicazione di un modello diApplicazione di un modello di Radiation Use EfficiencyRadiation Use Efficiency (RUE) (RUE) [Monteith (1977), Kumar &Monteith (1981)] basato su dati MODIS (250 m)
••RilieviRilievi di campo di LAI e fAPAR per identificare una relazione predittiva con EVI
Materiali e metodi:
••DatiDati RS immagini del sensore MODIS, composit 16 giorni TERRAproduct MOD 13Q1, Dati meteo inputspazializzati del modello
∑=
×××××=Maturity
SOSdddd TRadfAPARRUEHIYield lim45.0
Risaie da cartografia Corine Land Cover
TempTempoo
11--15 15 doydoy
334334--349 349 doydoy
350350--365 365 doydoy
IL TELERILEVAMENTO PER UN'AGRICOLTURA SOSTENIBILE - Piacenza 20 aprile 2006
BiomassaGranella Stima produzioni riso per l’anno 2004
Confini comunali
Agro-ecological modelling for monitoring rice productions: contribution of field experiment and multi-temporal EO data
0.00%
5.00%
10.00%
15.00%
20.00%
25.00%
30.00%
-60 -50 -40 -30 -20 -10 0 10 20 30 40 50 60
Error [(estimate-observed)/observde %]
Freq
uenc
y %
MAE 0.68
RMSE 0.88
RRMSE % 14.97
t/ha
IL TELERILEVAMENTO PER UN'AGRICOLTURA SOSTENIBILE - Piacenza 20 aprile 2006
Stim
a Pa
ram
etri
biof
isic
i (PF
) Studio di indici di Vegetazione per la stima della concentrazionStudio di indici di Vegetazione per la stima della concentrazione di azoto nelle e di azoto nelle colturecolture
••RilieviRilievi di campo di LAI, biomassa, N nella pianta
Materiali e metodi:
DatiDati RS Misure spettrali (FieldSpec FR Pro, ASD 350-2500 nm)
“Analysis of hyperspectral field radiometric data for monitoring nitrogen concentration in rice crops”
Gladio cv. (Indica type)Scatter seeded (May 24, 2004), Due trattamenti N (0, 160 kg ha-1)Due date di fertilizzazione (Jun 22, Jul 20) Otto plots 35m2 (7x5m), quattro repliche
e sei campionamenti (Jun-Jul 2004)0.0
0.5
1.0
1.5
2.0
2.5
3.0
3.5
12/6 22/6 2/7 12/7 22/7 1/8 11/8
PNC
[%]
N0N2
Misure di azoto (6 piante per parcella)
0.0
0.1
0.2
0.3
0.4
0.5
350 450 550 650 750 850
λ [nm]
Ref
lect
ance
Jun 16Jun 24Jun 30Jul 07Jul 21Jul 26
Cinque acquisizioni per parcella
IL TELERILEVAMENTO PER UN'AGRICOLTURA SOSTENIBILE - Piacenza 20 aprile 2006
NDI analisi di regressione
R2 = 0.57p < 0.01 (*)n = 32λ1 = 465 nmλ2 = 505 nm
R2 = 0.0 0.6
NDI = -0.0775Ln(N) + 0.1935
0.00
0.05
0.10
0.15
0.20
0.25
0.0 1.0 2.0 3.0 4.0
N [%]
ND
I
⎟⎟⎠
⎞⎜⎜⎝
⎛+−
=12
12
ρρρρNDI
“Analysis of hyperspectral field radiometric data for monitoring nitrogen concentration in rice crops”
Stim
a Pa
ram
etri
biof
isic
i (PF
)
IL TELERILEVAMENTO PER UN'AGRICOLTURA SOSTENIBILE - Piacenza 20 aprile 2006
NDVI ∼ AGB
Esempio di applicazione su dati MIVIS…
NDI ∼ PNC
“Analysis of hyperspectral field radiometric data for monitoring nitrogen concentration in rice crops”
IL TELERILEVAMENTO PER UN'AGRICOLTURA SOSTENIBILE - Piacenza 20 aprile 2006
A livello di area vasta le applicazioni TLR dovrebbero, in particolare:
• generare indicatori strutturali e funzionali del paesaggio (a partire dagli esempi proposti dalla Landscape Ecology)
• contribuire alla spazializzazione di indicatori agro-ecologici (AEI)
• integrarsi mediante GIS con gli indicatori socio-economici prodotti dalle analisi statistiche e con gli indicatori socio-culturali
Riflessioni conclusive
A livello locale le applicazioni TLR dovrebbero, in particolare:
• contribuire a definire e validare indicatori agro-ecologici (AEI), per valutare con precisione lo stato degli agro-ecosistemi
• fornire input per modelli di gestione degli agro-ecosistemi
• fornire input per modelli predittivi dell’evoluzione degli agro-ecosistemi
IL TELERILEVAMENTO PER UN'AGRICOLTURA SOSTENIBILE - Piacenza 20 aprile 2006
Con riferimento al modello DPSIR (EEA)
IL TELERILEVAMENTO PER UN'AGRICOLTURA SOSTENIBILE - Piacenza 20 aprile 2006
Questo consentirebbe, da un lato, di meglio orientare all’interno del territorio agricolo le nuove misure agro-ambientali introdotte dalla nuova Politica Agricola Comunitaria (PAC) e, dall’altro, di inquadrare le sperimentazioni di Agricoltura di Precisione condotte a livello aziendale nel contesto agricolo di riferimento, potenziandone le ricadute ambientali ed il significato gestionale.
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