Introduzione alla Photogrammetria nella valutazione del rischio di inondazione

L'analisi dei costi urbani è una delle più distruttive in tutto il mondo, causando miliardi di dollari in danni annuali e dislocando milioni di persone. L'accurata valutazione del rischio di inondazione è essenziale per progettare strategie di mitigazione efficaci, pianificare infrastrutture resilienti e proteggere le comunità.

Che cosa è la fotogrammetria?

Il software specializzato analizza queste immagini, identificando punti comuni attraverso le cornici sovrapposte. Triangolando questi punti, il software calcola le coordinate geometriche tridimensionali nello spazio, generando una densa nuvola di punti. Questo punto può essere elaborato in un modello di elevazione digitale (DEM), un modello di struttura tridimensionale completamente in grado di rappresentare una nube di punti densi.

La fotogrammetria aerea impiega solitamente i droni (UAV) o gli aerei maneggiati dotati di telecamere ad alta risoluzione, che coprono decine di chilometri quadrati in un unico volo. La fotogrammetria terrestre utilizza telecamere a terra per catturare modelli dettagliati di aree più piccole, come ponti, culti o fondazioni edili.

Come la fotogrammetria si diffonda da LiDAR

La fotogrammetria è spesso paragonata a LiDAR (Light Detection and Ranging), un'altra tecnologia di rilevamento remoto utilizzata per la mappatura 3D. LiDAR utilizza impulsi laser per misurare le distanze al suolo, generando nuvole di punti attraverso il rilevamento attivo.

Vantaggi dell'utilizzo di fotogrammetria per la valutazione del rischio di inondazione

L'adozione di fotogrammetria nella valutazione del rischio di inondazione continua ad accelerare, guidata dai suoi numerosi vantaggi rispetto alle tecniche di indagine convenzionali.Le seguenti sezioni dettagliano i vantaggi chiave che rendono la fotogrammetria uno strumento indispensabile per i gestori di alluvione, gli ingegneri civili e i team di risposta di emergenza.

Alta precisione e dettaglio

La fotogrammetria offre dati topografici eccezionalmente dettagliati, spesso raggiungendo accurazioni nella gamma di centimetri quando viene applicato il corretto controllo del suolo. Questo livello di precisione è fondamentale per la modellazione del rischio di inondazione, dove piccole variazioni di elevazione possono alterare significativamente le dimensioni prevedibili e le velocità di flusso.

Costo-efficacia

Rispetto al rilevamento tradizionale del suolo, la fotogrammetria può ridurre drasticamente il tempo e i costi necessari per la raccolta dei dati. Un sondaggio fotogrammetrico basato su droni può coprire diversi chilometri quadrati in un unico volo, mentre un equipaggio di terra potrebbe richiedere giorni o settimane per esaminare la stessa area con una stazione totale o un rover GPS.

Velocità di raccolta dati

Durante un evento di inondazione, i dati in tempo reale o in tempo prossimo possono informare la risposta di emergenza e la valutazione dei danni. La fotogrammetria utilizzando i droni consente un rapido implementazione sulle aree colpite, catturando immagini ad alta risoluzione che possono essere elaborate in modelli di terreno aggiornati entro ore. Questa velocità è anche utile durante la fase di pianificazione, dove più potenziali siti di sviluppo o allineamenti di difesa inondazione devono essere valutati rapidamente.

Visualizzazione 3D e comunicazione degli stakeholder

Uno dei vantaggi più interessanti della fotogrammetria è la sua capacità di produrre modelli 3D visivamente intuitivi. A differenza delle mappe tradizionali dei contorno o dei piani 2D, le mesh fotorealiste 3D permettono agli stakeholders – compresi i politici, i membri della comunità e gli investitori – di cogliere facilmente gli scenari di inondazione.

Analisi dei dati storici e Rilevazione dei cambiamenti

Confrontando i modelli fotogrammetrici di diversi anni, gli analisti possono quantificare i cambiamenti topografici a causa di processi naturali (ad esempio, erosione del fiume, deposizione dei sedimenti) o attività antropogene (ad esempio, sviluppo urbano, grading, costruzione del levee).

Applicazioni nella gestione delle inondazioni

La fotogrammetria supporta un ampio spettro di attività di gestione delle inondazioni, dalla progettazione e dal design alla risposta e al recupero di emergenza.

Mapping di inondazioni

Le mappe accurate delle inondazioni sono la base della gestione del rischio di inondazione. I DEM derivati da fotogrammetrie forniscono i dati di elevazione ad alta risoluzione necessari per definire le zone di rischio di inondazione, delineare le vie di inondazione e calcolare le altezze delle inondazioni.

Progettazione di difese inondate

Quando si progettano leve, pareti inondate, bacini di detenzione o sistemi di acqua tempestiva, gli ingegneri richiedono dati topografici precisi per calcolare i volumi di stoccaggio, le capacità di flusso e i carichi strutturali. Photogrammetry fornisce i modelli di superficie completi necessari per il software di modellazione idraulica e idrologica come HEC-RAS, TUFLOW, o InfoWorks ICM.

Valutazione e risposta di emergenza

In seguito a un'alluvione, la rapida valutazione dei danni è fondamentale per l'assegnazione delle risorse di soccorso, la priorità delle riparazioni e l'elaborazione delle richieste di assicurazione. Fotogrammetria aerea condotta immediatamente dopo che le acque di inondazione recede il rinforzo può catturare l'entità dell'inondazione, detriti deposizione, guasti strutturali e erosione.

Controllo urbanistico e sviluppo

L'urbanizzazione rapida aumenta spesso il rischio di inondazione sostituendo superfici permeabili con tetti e pavimentazioni impermeabili, riducendo l'attenuazione naturale del runoff. Photogrammetry consente ai pianificatori di valutare l'impatto degli sviluppi proposti sull'idrologia locale. Integrando modelli fotogrammi derivati con i modelli di gestione delle acque tempestive, i pianificatori possono garantire che nuove suddivisioni dettagliate includono adeguate detenzioni, infiltrazioni o infrastrutture di trasporto.

Case Studies e esempi reali-mondiali

Nei Paesi Bassi, dove la difesa dell'alluvione è una priorità nazionale, i droni dotati di fotogrammi fotogrammi sono stati utilizzati per sondare dighe e leve, rilevando deformazioni su scala centimetrica che potrebbero indicare potenziali guasti. I modelli 3D che ne derivano sono confrontati con dati storici per monitorare la salute strutturale e dare priorità ai rinforzi.

Nel Regno Unito, l'Agenzia per l'Ambiente ha utilizzato la fotogrammetria aerea per produrre set di dati di elevazione su scala nazionale che sostengono la mappatura dei rischi di inondazione per milioni di proprietà. L'integrazione della fotogrammetria con altre fonti di dati, tra cui LiDAR e i registri dei manometro fluviali, consente l'aggiornamento continuo delle mappe di inondazione come cambiamenti paesaggi.

Sfide e considerazioni

Nonostante i suoi numerosi vantaggi, la fotogrammetria non è senza limitazioni. La tecnologia si basa sulla luce visibile, i sondaggi significati non possono essere condotti durante la copertura pesante del cloud, nebbia, o di notte. La vegetazione può anche presentare sfide: fitti canope forestali oscurano la superficie del terreno, portando a lacune o imprecisioni nel modello di elevazione.

Un'altra considerazione è la memorizzazione e la gestione dei dati. La fotogrammetria ad alta risoluzione genera grandi volumi di dati cloud di immagine e punto, che devono essere memorizzati, supportati e trattati in modo efficiente. Le organizzazioni che adottano la fotogrammetria dovrebbero investire in risorse di calcolo adeguate e stabilire flussi di lavoro chiari per la gestione dei dati. Infine, le restrizioni normative sulle operazioni dei droni, come le limitazioni dello spazio aereo, le preoccupazioni sulla privacy e i requisiti per la certificazione pilota - devono essere navigabili per garantire la conformità completa.

Il futuro della fotogrammetria nella valutazione del rischio di inondazione

I progressi nella tecnologia dei sensori, l'intelligenza artificiale e il cloud computing promettono di espandere il ruolo della fotogrammetria nella valutazione dei rischi di inondazione. Le telecamere con risoluzioni più elevate e una sensibilità radiometrica migliorata consentiranno di ottenere dettagli del terreno ancora più sottili, mentre la fotogrammetria multi-spettrale può catturare la salute della vegetazione e l'umidità del suolo, arricchire i modelli di inondazione con ulteriori variabili ambientali.

Conclusioni

Photogrammetry si è affermata come uno strumento prezioso e versatile per la valutazione del rischio di inondazione, offrendo alta precisione, risparmio di costi, raccolta rapida dei dati e la visualizzazione 3D convincente.Dallumplain mappatura e progettazione di difesa per la valutazione dei danni e la pianificazione urbana, le sue applicazioni sono diverse e impattanti. Mentre le sfide relative a tempo, vegetazione e controllo del terreno esistono, possono essere affrontate attraverso una pianificazione accurata delle indagini e tecniche complementari.

Per ulteriori informazioni, consultare le ]USGS Photogrammetry Resources[, []Environmental Management Agency’s Flood Mapping Guidelines, e International Society for Photogrammetry and Remote Sensing pubblicazioni.