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Autore/i: Michael Staub (autore esterno)
Redazione: WSL, Svizzera
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La foresta virtuale

Nella Renania del Nord-Vestfalia si sta sviluppando un sistema di "foresta virtuale". Il patrimonio forestale in forma digitalizzata in futuro permetterà una più precisa raccolta di informazioni quale base per delle simulazioni più accurate. Anche la selvicoltura svizzera potrebbe beneficiare di questo nuovi modelli forestali?

Luftbild
Fig. 1 - Veduta aerea di una porzione di un'area boschiva. Cliccare sull'immagine per ingrandirla.
Foto: Christian Ginzler (WSL)
 
dreidimensionale Laserpunktwolke
Fig. 2 - Quello che sembra un quadro impressionista è in realtà una nuvola tridimensionale di punti laser che rappresentano il comprensorio boschivo dell'immagine precedente. Cliccare sull'immagine per ingrandirla.
Foto: Christian Ginzler (WSL)

Nello stato tedesco della Renania Settentrionale-Vestfalia ogni albero ha due vite. Non solo in natura, nel bosco, ma anche all'interno della gigantesca banca dati del progetto "Foresta virtuale" (clicca per visitare il sito del progetto, in tedesco e inglese) le piante crescono lentamente. L'ambizioso sistema di gestione forestale è utilizzato per gestire le fotografie aeree, le scansioni laser oltre che le informazioni e i dati sui popolamenti forestali e sulle condizioni geografiche e stazionali presenti. Dopo diversi anni di test coronati da successo eseguiti su una regione di circa 1'300 chilometri quadrati, l'introduzione delle prime applicazioni viene ora messa a disposizione dei potenziali clienti. Grazie a una raccolta regolare di dati la foresta digitale è tenuta costantemente aggiornata. Gli inventari dei popolamenti forestali basati su dati acquisiti tramite il telerilevamento sono quindi già oggi disponibili con un semplice click.

La "Foresta virtuale" costituisce un supporto su base digitale per le attività concernenti l'inventario delle risorse forestali, la localizzazione e la pianificazione della produzione. Inoltre essa rende anche possibile ruotare le lancette dell’orologio degli eventi forestali in entrambe le direzioni. "Il nostro sistema non possiede solo tre, ma addirittura quattro dimensioni, perché esso prendere in considerazione anche la dimensione temporale", spiega il Prof. Dr.-Ing. Jürgen Rossmann, presidente dell'Istituto per la ricerca e il Trasferimento Tecnologico RIF di Dortmund, che ha sviluppato la "Foresta virtuale". Uno sguardo ai dati storici, per esempio, aiuta a comprendere i cambiamenti avvenuti nel popolamento forestale o a valutare l'efficacia delle misure di gestione forestale adottate nel passato. Ma è altrettanto affascinante rivolgere lo sguardo verso il futuro. "Siamo già oggigiorno in grado di simulare le modalità secondo le quali le foreste si svilupperanno in futuro in condizioni diversificate", afferma il Prof. Rossman. "In questo modo potremo, con un semplice click, esaminare in che modo i diradamenti previsti influenzeranno i costi e i ricavi degli interventi selvicolturali futuri."

Una sfera di cristallo intelligente

I test pratici hanno dimostrato che le informazioni contenute nella "Foresta virtuale" sono in grado di individuare e rappresentare anche i singoli alberi. "La raccolta del legname può essere fondamentalmente rivoluzionata", sostiene Juliane Saebel, consulente dell'applicazione "Foresta virtuale" presso il RIF. Grazie alla base di dati disponibili ad alta risoluzione è possibile individuare e abbattere legname di valore oppure anche singoli alberi che possiedono determinate caratteristiche - senza dover eseguire una ricognizione preventiva o senza l’obbligo di procedere al taglio di un’intera parcella boschiva.

I test pratici hanno dimostrato che le informazioni contenute nella "Foresta virtuale" sono in grado di individuare e rappresentare anche i singoli alberi. "La raccolta del legname può essere fondamentalmente rivoluzionata", sostiene Juliane Saebel, consulente dell'applicazione "Foresta virtuale" presso il RIF. Grazie alla base di dati disponibili ad alta risoluzione è possibile individuare e abbattere legname di valore oppure anche singoli alberi che possiedono determinate caratteristiche - senza dover eseguire una ricognizione preventiva o senza l’obbligo di procedere al taglio di un’intera parcella boschiva.

Nelle piccole parcelle forestali private tedesche, dove spesso ci sono condizioni di proprietà anche assai complesse, è possibile ottenere un ulteriore vantaggio: "Ogni albero abbattuto può essere accreditato direttamente al rispettivo proprietario." Per svolgere questa funzione è tuttavia necessario un determinato equipaggiamento tecnico. Pertanto, i veicoli abbatti-allestitori (Harwester) devono essere provvisti di scanner a laser e di dispositivi GPS con connessione ai dati permanente e stabile. Per i forestali che convalidano i dati a livello locale è sufficiente disporre di un computer portatile provvisto di un software appropriato. "I dati di verifica e la garanzia della qualità vengono eseguiti grazie a dei processi semi-automatizzati", spiega infine la Saebel.

Grazie al supporto digitale, la produttività degli addetti all'assestamento forestale della Vestfalia - i cui compiti corrispondono in parte a quelli svolti in Svizzera dai forestali di sezione e in parte dai pianificatori forestali indipendenti - è stata notevolmente aumentata. Le rese operative degli addetti alle mansioni assestamentali sono aumentate del 40 per cento laddove esistono almeno i dati di base della "Foresta virtuale". Disponendo di tutti i dati disponibili, le rese operative aumentano addirittura fino al 90 per cento.

   
Datenquellen und Ergebnisse des Virtuellen Waldes Ergebnisse der Laserscannerdaten aus dem Flugzeug
Fig. 3 - Fonti dei dati e risultati della foresta virtuale: classificazione delle specie arboree presenti (in alto a sinistra); modello digitale delle superfici (in alto a destra); modello digitalizzato del terreno (in basso a sinistra); immagine aerea agli infrarossi (in basso a destra). Ciascuna immagine può essere sovrapposta ai rispettivi dati dell’inventario dei popolamenti. Cliccare sull'immagine per ingrandirla. Fig. 4 - Risultati dei dati provenienti dalla scansione laser effettuata dall’aereo. Veduta aerea con un estratto del modello digitale del terreno (in basso a sinistra nel riquadro) e del modello digitale delle superfici (in basso a destra). Cliccare sull'immagine per ingrandirla.
   
Grafik- und Sachdaten in einer Datenbank Ableitung von Geländeinformationen
Abb. 5 - Dati grafici e attributi presenti nel database: rappresentazione di una unità dei popolamenti forestali sulla fotografia aerea (a destra) con i corrispondenti dati degli inventari forestali (a sinistra). Cliccare sull'immagine per ingrandirla. Abb. 6 - Derivazione di informazioni riguardanti il terreno sulla base delle elaborazioni dei dati prodotti dalla scansione laser, utili per esempio per la progettazione ottimale dei sentieroni di esbosco. Cliccare sull'immagine per ingrandirla.
   

Tutte le foto: Istituto RIF Dortmund

 

E in Svizzera?

Flugzeug hebt ab
Fig. 7 - Grazie all‘Airbone Laser Scanning (ALS) le foreste possono essere immediatamente mappate in forma digitale. Qui raffigurato è un velivolo speciale strumentato dalla società Riegl in fase di decollo. L'apparecchiatura di rilevamento è installata nel muso dell’aereo.
Foto: Riegl LMS

Una gran parte dei dati digitali della Renania Settentrionale-Vestfalia è stata acquisita tramite riprese aeree, che rilevano interi comprensori boschivi, tra gli altri metodi ricorrendo all’Airbone Laser Scanning (ALS). Scanner a laser speciali eseguono la scansione del terreno dall'alto. I raggi laser emessi dall'aereo sono riflessi da foglie, rami e perfino da aree abbandonate, fornendo così punti digitali. Grazie alla somma di questi segnali riflessi è possibile produrre delle cosiddette "nuvole di punti" (vedi figura 2). Proprio come la sagoma di un edificio prodotta dal un applicativo CAD esse vengono tradotte in una visualizzazione, visto che il software appropriato riesce a ricostruisce gli alberi partendo dalle nuvole dei rispettivi punti (figura 8). Vista allo schermo la "Foresta virtuale" sembra quasi ricrescere.

Fino ad oggi la Svizzera è stata rilevata per mezzo di un sistema ALS solo una volta con una copertura continua fino a 2'000 metri sopra il livello del mare. Tra il 2000 e il 2008 si è volati sopra all'intero Paese per inventariare i terreni agricoli utilizzati. Da allora non ci sono state ripetizioni. "Per effettuare una ricognizione aerea dell'intero Paese è in ogni caso necessario calcolare un costo di circa 30 milioni di franchi svizzeri", afferma Christian Ginzler, responsabile del gruppo di Telerilevamento presso l'istituto federale di ricerca per la foresta, la neve e il paesaggio (WSL). Senza altri centri federali o di ricerca che partecipano al finanziamento, è difficile che un importo simile possa essere stanziato.

Per l’Inventario Forestale Nazionale (IFN) si utilizzano attualmente soprattutto fotografie aeree. Dalla sovrapposizione di due porzioni di immagini contigue si possono calcolare anche dei dati in 3D. "La qualità di questi dati è molto vicina a quelli prodotti dalle scansioni ALS", afferma Ginzler. Per distinguere le specie latifoglie da quelle conifere si considerano anche i dati spettrali. Le fotografie aeree acquisite dal servizio federale Swisstopo sono liberamente accessibili per l’IFN, fatto questo che alleggerisce i budget stanziati. Purtroppo però con le fotografie è possibile esaminare soltanto lo stato naturale dello strato superiore della copertura vegetale. "Ci piacerebbe poter disporre di altre informazioni sulla stratificazione e sulla composizione dei popolamenti boschivi, ma questo richiederebbe un sensore attivo, che sia in grado di penetrare all'interno delle chiome", avverte Ginzler.

La domanda commerciale per i dati ALS è attualmente ancora piuttosto limitata. Ma questo valeva in passato anche per i dati GPS, che oggi sono invece divenuti degli standard indispensabili non solo per i dispositivi di navigazione montati sulle automobili, ma anche per gli smartphone. Se la domanda dovesse aumentare, istituti di ricerca come il WSL potrebbero presto ottenere dei dati acquisiti con la scansione laser a dei costi molto più convenienti.

Rekonstruktion der Bäume
Fig. 8 - Ricostruzione degli alberi presenti in un popolamento forestale. Cliccare sull'immagine per ingrandirla.
Foto: Christian Ginzler (WSL)

Una buona integrazione

Laserscanner
Fig. 9 - Gli scanner a tecnologia laser sono piuttosto pesanti, fatto che in particolare su terreni ripidi, rende il lavoro delle squadre addette alla misurazione sul terreno particolarmente faticoso.
Foto: Juliane Saebel
 
Fichten als Punktwolke
Fig. 10 - Nuvola di punti che rappresenta un gruppo di abeti rossi, registrata con uno scanner laser posizionato sul terreno (TLS). Cliccare sull'immagine per ingrandirla.
Foto: Christian Ginzler (WSL)

"Fotografie aeree e immagini ALS sono fortemente complementari e possono essere in parte acquisiti anche nel medesimo momento", afferma Stefan Seifert. L’informatico che da diversi anni gestisce lo scanner laser presso il TU di Monaco sta attualmente svolgendo un lavoro di post-dottorando presso l’Università sudafricana Stellenbosch. Seifert vede nella combinazione di dati provenienti da fonti diverse la strada maestra per gli inventari forestali del futuro. Egli è altresì convinto che nei prossimi anni in questo mercato vi sarà del fermento: «Non appena ci saranno offerte allettanti per voli ALS con una risoluzione sufficiente, questa raccolta di dati diventerà presto uno standard anche per il mondo forestale."

Mentre i prezzi per le scansioni laser aeree presto potrebbero effettivamente ridursi, restano ancora dei problemi da risolvere a livello della elaborazione dei dati. La foresta mista europea con la sua struttura variabile su piccola scala crea ancora ai ricercatori diversi grattacapi. In Scandinavia, in Canada e negli Stati Uniti, dove molte foreste sono strutturate in modo più omogeneo e dove anche le monocolture sono assai diffuse, la raccolta dei dati risulta essere molto più agevole. Vi sono già alcuni fornitori che offrono sistemi di ALS come sostituzione ai classici inventari sul terreno. Un inventario delle foreste basato unicamente su sistemi ALS non è tuttavia sufficientemente preciso secondo Seifert: "Sarà sempre necessario disporre di punti di misura rilevati sul terreno per poter calibrare correttamente le analisi ALS." Questa verità del terreno, chiamata appunto dagli esperti "ground truth", rimarrà quindi ancora dominio degli operatori sul terreno.

Scanner da campo ancora assai pesanti

In alcuni siti, queste squadre di rilevamento, assieme ad un calibro forestale, a un nastro misuratore e a un altimetro devono portarsi in bosco anche delle pesanti casse. In Germania anche sul terreno si utilizza la tecnica della scansione laser. Lo Scanner Laser Terrestre (TLS) viene montato su un treppiedi e grazie a una testa con un angolo di rotazione di 360 gradi, cattura una nuvola di punti di tipo panoramico. Anche questi dati possono essere convertiti in una visualizzazione a 3D (v. figura 10).

I principali vantaggi dello TLS, secondo lo specialista scanner Seifert, risiedono nella velocità di misura e nelle informazioni aggiuntive acquisite. "Con ogni scansione viene misurato molto di più rispetto a un solo punto di campionamento dell’inventario. Questo sistema permette infatti ulteriori analisi della struttura del bosco." Gli scanner non sono tuttavia degli apparecchi tuttofare solo perché l'inventario della foresta tedesca va ben oltre la semplice misurazione del singolo albero. Quali svantaggi attuali degli apparecchi TLS Seifert cita la limitata praticità di gestione sul terreno, il peso supplementare degli strumenti di misura e i costi ancora assai elevati, nonostante il calo dei loro prezzi.

Gli addetti degli IFN sono ancora piuttosto scettici circa l'utilità degli scanner terrestri. "I vantaggi devono superare gli investimenti supplementari", afferma Ginzler. Ulteriori informazioni sulle forme dei fusti degli alberi, sugli assortimenti ritraibili e sui volumi dei tronchi sono effettivamente bene accette, ma comunque già oggi i gruppi addetti ai rilevamenti in bosco sono molto carichi di materiale, tanto più che spesso le aree di saggio degli IFN si trovano spesso in territori accidentati e poco accessibili. Il peso supplementare di quasi otto chilogrammi deve trovare una giustificazione anche nell'acquisizione di ulteriori informazioni importanti. Un po' diversa è la valutazione fatta in Francia, dove gli inventari forestali vengono quasi unicamente mirati ad acquisire dati sulle provvigioni di legname. I ricercatori locali argomentano che in tal modo è già ora possibile raccogliere sufficienti dati utilizzando il TLS, in modo da poter rispondere anche alle domande del futuro.

Lo sguardo dei satelliti sulle foreste

Oltre alle fotografie aeree e all’Airbone Laserscanning anche i satelliti forniscono delle nuove immagini riguardanti le foreste. Quando si tratta di accertare cambiamenti su grande scala delle aree forestali, come ad esempio in caso di rimboschimento estesi eseguiti a livello nazionale oppure per rilevare interventi di disboscamento, è possibile utilizzare le immagini e i dati dalle riprese tramite satellite. Utilizzando i dati acquisiti dai satelliti, è stato ad esempio pubblicato il rapporto 2011 sullo stato delle risorse forestali mondiali dell’Organizzazione delle Nazioni Unite per l'alimentazione e l'agricoltura (FAO). Questo rivela, tra l'altro, che tra il 1990 e il 2005, ogni anno sono andati distrutti 14,5 milioni di ettari di foresta.

Con i dati satellitari negli scorsi anni ha lavorato anche Greenpeace, per dimostrare al gruppo Asia Pulp and Paper (APP) che erano stati effettuati delle deforestazioni illegali nelle foreste pluviali dell'Indonesia. I prodotti di carta e cartone di APP, che contengono fibre provenienti da tali deforestazioni, sono stati utilizzati, secondo Greenpeace, tra gli altri anche dal produttore di giocattoli statunitense Mattel, il cui prodotto più famoso è la bambola Barbie. La campagna lanciata nell'estate del 2011, costrinse la Mattel dopo pochi mesi a rinunciare a tali pratiche. La società ha promesso che d'ora innanzi non avrebbe più utilizzato né carta né pasta prodotta da legname proveniente da disboscamenti illegali.

Il "vero volto della Barbie," questa lo slogan utilizzato da Greenpeace, è stato svelato da dati satellitari. L'inventario forestale digitale o almeno il monitoraggio digitale delle foreste è stato pertanto utilizzato anche quale strumento di tipo politico.

  • Traduzione: Fulvio Giudici, S.Antonino

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Informazioni

  • Juliane Saebel
    Institut für Forschung und Transfer RIF
    Joseph-von-Fraunhofer-Str. 20
    44227 Dortmund
    Tel. +49 231 9700-775
    Fax +49 231 9700-771
    Juliane.Saebel (at) rt.rif-ev.de

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