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23/02/2014All rights reserved © 2007, Telespazio il Programma NASA FIRES Forest fIRes imaging Experimental System come nasce una tecnologia Ing. Franco.

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1 23/02/2014All rights reserved © 2007, Telespazio il Programma NASA FIRES Forest fIRes imaging Experimental System come nasce una tecnologia Ing. Franco Di Stadio (Telespazio S.p.A.) Dr. Evaristo Cisbani (Istituto Superiore di Sanità) Convegno associato al Premio Nazionale Meteorite dOro, IV Edizione Secinaro (AQ), Novembre 2008

2 23/02/2014All rights reserved © 2007, Telespazio Telespazio S.p.A. Telespazio, una Joint Venture tra Finmeccanica (67%) e Thales (33%), è tra i principali operatori mondiali nella gestione dei satelliti e nei servizi di osservazione della Terra, di navigazione satellitare, di connettività integrata e a valore aggiunto. Telespazio gioca un ruolo da protagonista nei mercati di riferimento facendo leva sulle competenze tecnologiche acquisite, le proprie infrastrutture, la partecipazione ai grandi programmi europei: Galileo, EGNOS, GMES e COSMO-SkyMed. Satellite operations, Difesa, Network & Connectivity, Osservazione della Terra, Navigation and Infomobility

3 23/02/2014All rights reserved © 2007, Telespazio come nasce una tecnologia… il background tecnico di Telespazio le attività di sviluppo del business negli USA la definizione del team statunitense ed italiano lindicazione innovativa della NASA le attività tecniche e i risultati raggiunti TuttoScienze & lInterrogazione Parlamentare lintervento dellESA per il Programma FUEGOSAT la normativa attuale: Legge 353/2000, O.P.C.M. 3606/2007 e 3624/2007 e Direttiva 2008 Ecosistema Incendi 2008 (Legambiente) il Brevetto Nazionale ed Internazionale di Telespazio SpA

4 23/02/2014All rights reserved © 2007, Telespazio le mappe di rischio (1/2) La Protezione Civile aveva ed ha bisogno di indicazioni affidabili circa le aree a massimo rischio di incendio. Fino alla seconda metà degli anni 90 le sole indicazioni possedute erano fornite da un indice di rischio basato su variabili climatiche misurate solamente in alcune località, ma per calcolare un indice di rischio più preciso erano e sono necessarie informazioni più accurate e con maggiore dettaglio spaziale sullo stato della vegetazione. Solo il telerilevamento satellitare si presenta, allora come ora, come una tecnologia efficace se si vogliono ottenere informazioni frequenti, omogenee ed esatte su vaste aree circa lo stato della vegetazione, cioè uno dei principali fattori che determina gli incendi. Il calcolo, la diffusione e lutilizzazione dell'indice di rischio di incendio boschivo in tempo reale mediante mappe di rischio, è stato ricavato dai dati giornalieri del sensore AVHRR installato sui satelliti NOAA.

5 23/02/2014All rights reserved © 2007, Telespazio le mappe di rischio (2/2) Carta dell'indice di rischio giornaliero di incendio boschivo di un'area dell'Italia meridionale. I colori rosso e viola indicano un rischio più elevato.

6 23/02/2014All rights reserved © 2007, Telespazio sviluppo del business negli USA contratto di consulenza (già attivo) con la Cassidy & Associates indicazione del Congresso USA (Agosto 1999): EARTH SCIENCES - 8. An increase of $ 2,500,000 for a joint U.S./Italian space-based research initiative for the study and detection of forest fires. (pag.80) Il Programma FIRES è stato un programma varato senza scambio di fondi !

7 23/02/2014All rights reserved © 2007, Telespazio Definizione del team USA ed italiano Congresso USA Rochester Institute of Technology (RIT) Rochester, NY - USA Cayuga Community College (CCC) Syracuse, NY - USA Telespazio (TPZ) Roma, I - EU University of Genoa (UG) Genoa, I - EU InterSpace (INS) Rome, I - EU Contraves Spazio* (CSR) Rome, I - EU * ora Rheinmetall Italia S.p.A.

8 23/02/2014All rights reserved © 2007, Telespazio lindicazione innovativa della NASA Il 24 Settembre 1999, prima dellapposizione della firma del Presidente Clinton sul budget della NASA per il 2000 (20 Ottobre 1999), ha avuto luogo la riunione di presentazione del Programma FIRES. La soluzione proposta da Telespazio S.p.A. per il segmento spaziale del sistema era costituita da una costellazione di 12 satelliti su tre diversi piani orbitali a circa 45° di inclinazione, ad una quota di circa 750 km. Questa architettura avrebbe consentito di servire aree geografiche rilevanti tra i 25 ed i 50 gradi di latitudine con un revisit time di circa 20 minuti. In considerazione della scarsità dei fondi a disposizione, la NASA indicò, quale unica via per proseguire gli studi, il riorientamento degli sforzi per trovare una soluzione che consentisse di dimostrare la valenza delle soluzioni di bordo e di terra proposte con lutilizzo di soli sistemi spaziali esistenti !

9 23/02/2014All rights reserved © 2007, Telespazio La problematica Incendi Qualche statistica sugli incendi boschivi ?

10 23/02/2014All rights reserved © 2007, Telespazio catena di strumenti di supporto nella lotta agli incendi boschivi Indice di Rischio Monito- raggio Rivelazione tempestiva Mappa aree bruciate Definisce aree di rischio Identifica Zona di interesse Punto di partenza per la classificazione Fornisce statistica Stato: Consolidato Stato: Prototipo Detezione fumi e nubi tossiche Programma Fires

11 23/02/2014All rights reserved © 2007, Telespazio gli ingredienti del metodo di rivelazione tempestiva Parametri Ancillari Modello Radiativo Dati Satellitari Algoritmo di rivelazione GOES / IMAGER MSG / SEVIRI TERRA, AQUA / MODIS Emissività a terra Temperatura del suolo Incendio: Temperatura, Posizione e dimensione Trasmittanza Atmosferica

12 23/02/2014All rights reserved © 2007, Telespazio I satelliti disponibili

13 23/02/2014All rights reserved © 2007, Telespazio Requisiti e Sensori Satellitari disponibili Prontezza: min Localizzazione: < 1km Efficienza di rivelazione: > 90% Falsi Allarmi: < 10% Sensori Geostazionari Sensori Polari Requisiti Cruciali Ottimale Non esiste il satellite ottimale! Necessarie informazioni da più satelliti Vista importanza del tempo di rivisita, inevitabile luso dei satelliti geostazionari

14 23/02/2014All rights reserved © 2007, Telespazio limportanza del tempo di rivisita TerraAqua Il tempo di rivisita è essenziale per una pronta rivelazione Questo impone luso di satelliti geostazionari GOES per il continente americano MSG (Meteosat 2nd generation) per Europa e Africa. 15 min >= 2 ore Geostazionario In qualche ora, lincendio può raggiungere dimensioni che non lo rendono più controllabile.

15 23/02/2014All rights reserved © 2007, Telespazio le bande disponibili in MSG e GOES SEVIRI Finestre Atmosferiche nello SWIR/TIR ( m): (sat K) SEVIRI: operativo da 29/Jan/04 Tempo di rivisita: 15 minuti (operazione normale) 5 minuti (modo speciale) Dimensione Pixel: 3x3 km (nadir) Approx. 5x(3-4) km (Europa) In blu la trasparenza dellatmosfera

16 23/02/2014All rights reserved © 2007, Telespazio Satelliti GOES The GOES 10 (WEST) and GOES 8 (EAST) fields of view GOES/IMAGER pixel (al Nadir) = 1 km (visibile), 4 km (infrarosso)

17 23/02/2014All rights reserved © 2007, Telespazio MSG IR 4, 0.8 e 0.6 Una delle primi immagini ricevute da Telespazio/Roma 12/06/2003 Red = 3.9 m Green = 0.8 m Blue = 0.6 m 3712 x 3712 pixels

18 23/02/2014All rights reserved © 2007, Telespazio le bande del SEVIRI / MSG HRV

19 MSG/SEVIRI Ground Resolution 23/02/2014All rights reserved © 2007, Telespazio Global Fire Map / Aug km 4 km 3.1 km

20 23/02/2014All rights reserved © 2007, Telespazio Il modello Radiativo

21 23/02/2014All rights reserved © 2007, Telespazio R :radiance at TOA :earth emissivity :atmospheric transmissivity B :Planck emission law T E :earth surface temperature T A :effective atm. temperature E,S :solar irradiance S :solar azimuth angle z ED :earth-detector distance z TOA :atmosphere altitude z SE :sun/TOA-earth distance Il modello radiativo utilizzato

22 23/02/2014All rights reserved © 2007, Telespazio Caratteristiche del metodo Uso delle finestre termiche del Geostazionario MSG 4, 8, 11, 12 (e SWIR a 1.6) micron Equazione sub-pixel (a la Dozier) aumenta sensibilità spaziale Modello Radiativo consistente emissività del terreno, trasmittanza atmosferica termine solare, atmosferico e terrestre Criteri di identificazione basati su quantità fisiche energia sviluppata temperatura incendio-ambiente dimensione potenziale Supporto dei sensori polari (a maggiore risoluzione) MODIS Sistema multi-temporale (o di contrasto) migliora falsi allarmi ed efficienza

23 23/02/2014All rights reserved © 2007, Telespazio Equazione Fondamentale (sub-pixel equation)

24 23/02/2014All rights reserved © 2007, Telespazio Lequazione sub-pixel per lincendio (t+ t) - = Frazione di pixel con variazione Temperatura Incendio Temperatura del fondo Variazioni atmosferiche e del sole (trascurabili, ad eccezione dello SWIR) Una equazione per ciascuna finestra atmosferica (t) IncendioFondo

25 23/02/2014All rights reserved © 2007, Telespazio Il processamento

26 23/02/2014All rights reserved © 2007, Telespazio limplementazione del modello Radianze Geostaz. Maschera terra/mare Stima temperatura di background Stima umidità atmosfera (TPW) Calcola geometria di acquisizione Valuta il termine solare Minimizza sistema di equazioni dellincendio Emissività Terreno Fornisce coordinate incendi rivelati e caratteristiche Seleziona sulla base di: - bontà minimizzazione - temperatura incendio - dimensione incendio - potenza incendio

27 23/02/2014All rights reserved © 2007, Telespazio selezione dellincendio Coregistrazione / Fusione T bck > T 0 Risolve equazione sub-pixel loop sui pixel dellimmagine yes Residue < S R > N yes T fire -T bck > T Post Processamento Possibile Incendio (Allarme) Mappa emissività del suolo Dati del geostazionario 4 m 11 m 12 m Radianze al tempo t + t 6.7 m Trasmittanza 4 m 11 m 12 m Radianze al tempo t Rumore intrinseco del sensore Condizione di incendio Convergenza del minimizzatore del sistema Temperatura del suolo

28 23/02/2014All rights reserved © 2007, Telespazio la catena di processamento Acquisition Wavelet Decompression Gross Segment Selection MSG Level 1.5 Products Region, Bands and Frames Selection Quick-Look MSG Data Acquisition Cloud Masking Transmission over TCP/IP Frames Coregistration Geo/Polar Coregistration Emissivity Images Ingestion and Region Selection Pre-Processing TCP/IP Server Configuration Data Detection Procedure Fire Detection Product Generate data, if fire detected Processing

29 23/02/2014All rights reserved © 2007, Telespazio Risultati

30 23/02/2014All rights reserved © 2007, Telespazio un caso reale: autunno 2001 / West Coast / USA Documented Fire Saturazione e Problemi di calibrazione detail Band 4 m Cloud perturbation High sun irradiance 83k pixel/frame 24 frame GOES consecutivi

31 23/02/2014All rights reserved © 2007, Telespazio filmato GOES / California Filmino GOES/California

32 23/02/2014All rights reserved © 2007, Telespazio Un caso reale: Penisola Iberica, Agosto :0011:15 11:3011:45 12:0012:4512:1512:30 04/Aug/03 12:03 BIRD/MIR Giallo=incendio identificato nei frame precedenti Rosso=nuovo pixel incendiato

33 23/02/2014All rights reserved © 2007, Telespazio immagine BIRD e risultati SEVIRI / MODIS SEVIRI: 01-05/Aug/03 ROSSO: BIRD (Satellite Alta Risoluzione) GIALLO: MODIS (Satellite polare media risoluzione) VERDE: SEVIRI (Satellite Geostazionario, bassa risoluzione, alta frequenza di rivisita) Il numero corrisponde al giorno di Agosto in cui è avvenuta la rivelazione dai dati SEVIRI con il metodo FIRES.

34 23/02/2014All rights reserved © 2007, Telespazio filmato MSG / Penisola Iberica Filmino Penisola Iberica

35 23/02/2014All rights reserved © 2007, Telespazio Final Presentation Il 17 Settembre 2002, presso il R.I.T. ha avuto luogo la riunione finale del progetto con la piena soddisfazione del Cliente. Michael Richardson, il Program Manager del R.I.T., (mi) ha scritto: … We felt your work was very informative and will be an important contribution to the FIRES program. We believe you have completed all elements within the Statement of Work with no open actions. … We would also like to extend a special thanks to your technical team. It was obvious they put considerable effort into this project and did a fine job of presenting their results in the final briefing. We look forward for the opportunity to work together again…. Il team italiano al… Red Lobster

36 23/02/2014All rights reserved © 2007, Telespazio la pubblicazione su TuttoScienze L11 Settembre 2002 veniva pubblicato su TuttoScienze (linserto scientifico del quotidiano La Stampa di Torino) un articolo che presentava il lavoro svolto nellambito del Progetto FIRES dal team italiano. In particolare, si metteva in evidenza che gli sviluppi avevano condotto alla realizzazione di un algoritmo che poteva distinguere, di giorno, un fiammifero acceso in una fotografia scattata da una distanza di diversi chilometri!...

37 23/02/2014All rights reserved © 2007, Telespazio lInterrogazione Parlamentare (1/2) A seguito dellarticolo apparso su TuttoScienze, il 18 Settembre 2002 fu presentata alla Camera dei Deputati unInterrogazione Parlamentare (Atto Camera n.3/01381) dove si riconosceva la tecnologia satellitare messa a punto da Telespazio come una tecnologia efficace alla prevenzione degli incendi boschivi e dove si chiedeva se il Ministero delle Politiche Agricole e Forestali intendeva aver parte, anche con risorse finanziarie proprie, al completamento del Progetto FIRES.

38 23/02/2014All rights reserved © 2007, Telespazio lInterrogazione Parlamentare (2/2) Nella seduta n.238 dell11 Dicembre 2002 il Sottosegretario di Stato competente, pur sollevando delle riserve per la tecnologia proposta dovute, essenzialmente, alla forte antropizzazione del territorio italiano, non escludeva che, con il presupposto di un interesse da parte della Telespazio e di un accertamento della validità delle attività già realizzate, basato su dati certi e provati, si possa finanziare in parte il programma, quale sostegno a una iniziativa tecnico-scientifica nata in Italia e che ha trovato apprezzamento negli Stati Uniti.

39 23/02/2014All rights reserved © 2007, Telespazio interesse / intervento ESA Il programma FIRES/NASA ha avuto un importante proseguimento nellambito delle attività ESA sulla prevenzione degli incendi (programma FUEGO-SAT), contribuendo a definire le scelte in questo ambito. Nelle intenzioni originali infatti il programma FUEOGO-SAT prevedeva luso di una costellazione di satelliti dedicati, con elevato tempo di rivisita –Lottimale sfruttamento dei satelliti geostazionari proposto da FIRES, eventualmente combinato con informazioni di satelliti a lungo periodo di rivista –La disponibilità del nuovo satellite stazionario METEOSAT –Gli costi elevati di una costellazione dedicata hanno indotto ESA a promuovere e finanziare nuove iniziative con le quali sono state sviluppate le potenzialità del metodo ideato in FIRES.

40 Iniziative ESA dopo FIRES FiresMed ( ): Study for monitoring of fires in the mediterranean aera by geostationary and polar satellites dove i processori sviluppati per i satelliti GOES sono stati adattati ed ottimizzati per il nuovo METEOSAT/SEVIRI 23/02/2014All rights reserved © 2007, Telespazio CDMC-Fuegosat ( ): Fire Observability and Demonstration. Progetto che ha coinvolto gruppi Italiani, Spagnoli e Francesi rivolto ad una dimostrazione di funzionalità del sistema di rilevamento degli incendi CDMC2-ETIV ( ): Rivolto, al perfezionamento dellalgoritmo di rivelazione e allo sviluppo del sistema di processamento dei dati ancillari

41 23/02/2014All rights reserved © 2007, Telespazio Brevetto Telespazio SpA In questi ultimi anni Telespazio SpA ha portato avanti i propri sviluppi per il perfezionamento dellalgoritmo di rilevamento di incendi boschivi. Il 28 Luglio 2006 Telespazio ha depositato una domanda di Brevetto Nazionale (n ) / Internazionale (n.PCT/EP2007/057802) dal titolo Automatic detection of fires on earths surface and of atmospheric phenomena such as clouds, veils, fog or the like, by means of a satellite system.

42 23/02/2014All rights reserved © 2007, Telespazio normativa attuale Legge Quadro in materia di Incendi Boschivi (Legge n.353/2000); Gli Incendi Boschivi e il Catasto delle Aree Bruciate (O.P.C.M. 3606/2007 e 3624/2007); Direttiva sugli indirizzi operativi per la campagna estiva 2008: la direttiva è incentrata sullattività di prevenzione. Tale attività era stata avviata fin dal 2000 con la legge quadro del 21 novembre -la n che imponeva lintroduzione del catasto delle aree incendiate, con lobbligo di non modificare la preesistente destinazione duso dei terreni bruciati per almeno 15 anni; lattuazione del catasto era stata poi ribadita lo scorso anno con le ordinanze n del 28 agosto 2007 e n del 22 ottobre Ecosistema Incendi 2008 (Legambiente)

43 23/02/2014All rights reserved © 2007, Telespazio la nostra dedica… da la Repubblica del 23 Luglio 2007: … E in Abruzzo, nella zona di Acciano, in provincia de L'Aquila, è precipitato proprio un Canadair della Protezione Civile, impegnato nelle operazioni di spegnimento di un incendio all'Eremo di Sant'Erasmo: il pilota, Andrea Golfera, è morto; il copilota, Daniele Ret, è stato trasportato in gravi condizioni all'ospedale de L'Aquila. … gli autori della presentazione desiderano dedicare questo loro lavoro alla memoria del pilota Andrea Golfera che ha sacrificato la sua vita nello svolgimento del suo dovere, per il bene di noi tutti e dellambiente nel quale viviamo ogni giorno.

44 23/02/2014All rights reserved © 2007, Telespazio grazie per lattenzione! Ing. Franco Di Stadio Business Development Telespazio S.p.A. 965, Via Tiburtina Rome - Italy tel fax: mob

45 23/02/2014All rights reserved © 2007, Telespazio bozza di sommario Pregresso background tecnico Telespazio; mappe di rischio (vedi anche larticolo Il Rischio Incendi Boschivi e le possibili contromisure) (Evaristo / Franco). Attività di sviluppo del business (contratto con la Cassidy&Associates indicazione del Congresso USA 8. An increase of $2,500,000 for a joint U.S./Italian space-based research initiative for the study and detection of forest fires) (Franco); Definizione del team di sviluppo: N.A.S.A. R.I.T. (Rochester, NY - USA), Cayuga Community College (poi R.A.C.N.E./N.A.S.A., ora I.A.G.T.; Auburn, NY – USA), Telespazio S.p.A. (Roma, Italia – UE) con Oerlikon Contraves (ora Rheinmetall Italia S.p.A.), Università di Genova e InterSpace (spin-off dellUniversità di Roma La Sapienza) (Franco); La riunione di presentazione del Programma del 24 Settembre 1999 (Syracuse, NY – USA); costellazione di 12 satelliti forte indicazione del Program Manager del N.A.S.A. Langley Research Center (utilizzare sistemi spaziali esistenti) (Franco); Lalgoritmo e i risultati (taglio divulgativo): nota tecnica Band Selection Study and Processing Algorithm e relativa presentazione finale (vedi anche gli articoli Il Programma FIRES ed il Satellite FIRESAT e Il Rischio Incendi Boschivi e le possibili contromisure) (Evaristo); Interrogazione parlamentare del e Risposta dell (Franco); Interesse / Intervento ESA: sviluppi successivi al Programma NASA FIRES e abbandono dellarchitettura spaziale del sistema FUEGOSAT [http://esamultimedia.esa.int/docs/GMES/RISK_S10%5B1%5D.2_Ph2_V1.0_11_01_05_SpaceInfrastructureRequirements_Astrium_Validated.pdf] (Evaristo).http://esamultimedia.esa.int/docs/GMES/RISK_S10%5B1%5D.2_Ph2_V1.0_11_01_05_SpaceInfrastructureRequirements_Astrium_Validated.pdf Laudizione, al Senato della Repubblica (13ª Commissione Permanente – Territorio, Ambiente, Beni Ambientali), del Direttore del Dipartimento di Protezione Civile Guido Bertolaso (10 Ottobre 2007); tragedia del canadair del 23 Luglio 2007 (Franco); Gli Incendi Boschivi e il Catasto delle Aree bruciate (O.P.C.M. 3606/2007 e 3624/2007) [http://www.protezionecivile.it/minisite/index.php?dir_pk=795&cms_pk=14021] (Franco)http://www.protezionecivile.it/minisite/index.php?dir_pk=795&cms_pk=14021 Il 28 Luglio 2006 Telespazio ha depositato una domanda di Brevetto Nazionale (n ) / Internazionale (n.PCT/EP2007/057802) dal titolo Automatic detection of fires on earths surface and of atmospheric phenomena such as clouds, veils, fog or the like, by means of a satellite system. (Franco)


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