Academic literature on the topic 'Modellazione della Superficie Terrestre'

Numerosi studi hanno dimostrato il possibile ruolo della temperatura ambientale e del clima nella patogenesi della calcolosi urinaria. Il rischio di calcolosi è fortemente aumentato dalla disidratazione cronica associata al clima molto caldo, al lavoro all'aperto in aree tropicali o al servizio militare in aree desertiche. La variazione stagionale dell'incidenza delle coliche renali è stata descritta frequentemente, anche se non in modo unanime, ed è stata più volte dimostrata un'associazione positiva delle manifestazioni acute della calcolosi con la temperatura media ambientale e le ore di irraggiamento solare, anche se non con il tasso di umidità. La diuresi, il pH delle urine e l'escrezione urinaria di sodio sono significativamente più bassi nei mesi estivi, con il conseguente aumento dei valori di saturazione urinaria per l'acido urico e l'ossalato di calcio (soprattutto nel sesso maschile). Oltre alle variazioni climatiche stagionali, sono riscontrabili variazioni storiche delle temperature sulla superficie terrestre. Esistono stime abbastanza affidabili delle temperature della superficie terrestre per gli ultimi 12.000 anni, che hanno fatto seguito all'ultima glaciazione. Sono stati osservati periodi più caldi o più freddi, tuttavia le temperature medie della superficie terrestre negli ultimi 25 anni sono state superiori a quelle rilevate nell'ultimo millennio. Questa tendenza climatica, chiamata “riscaldamento globale” sembra essere correlabile alle emissioni dell'attività umana, che creano il cosiddetto “effetto serra”. Si ritiene che, nel 21° secolo, assisteremo a un ulteriore incremento della temperatura media di 2°C o più. Uno dei possibili effetti secondari del “global warming” potrebbe essere un incremento della prevalenza della nefrolitiasi, che si stima, con modelli di calcolo matematico computerizzato, che potrebbe arrivare sino al 10% in più.

(italijanski) Quest?articolo tratta l?analisi del progetto della chiesa monastica dedicata a S. Giorgio (1170/71), situata nei pressi di Novi Pazar, fondazione del gran giuppano Stefan Nemanja. Il metodo dell? autore richiedeva un cambio dei canoni di lettura di quelli applicati a S. Nicola a Toplica, la fondazione precedente della stessa committenza, per poter comprendere l?organizzazione della pianta di S. Giorgio, progettazione del suo spazio interno, modellazione del suo volume e realizzazione da parte dallo stesso costruttore. Secondo l?autore l?interno della chiesa sia stato congeniato attraverso le due assialit? - longitudinale e trasversale configurando una nuova concezione dello spazio, cui contribuisce, anche notevole altezza. La pianta della chiesa presenta una superficie quadrata in cui centro ? posizionata l?aula centrale, coperta da cupola. L?aula centrale ? il luogo che ammetteva due diverse assialit? (per questo volutamente rettangolare in pianta), e aveva perseguito senso della verticalit? che ha dato movimento all?intera volumetria centrale offrendo luogo alla terza asse, quella verticale. Le simili misure di queste tre assi (13.8 m, 14.24 m, 14.3 m) hanno fatto pensare all?autore che la genesi progettuale sottostante sia una forma cubica, la cui base sono tre assi avvalorati dalle prospettive conseguenti: una parte dall?ingresso ad ovest toccando il culmine dell?abside centrale; questo asse ? tagliato ortogonalmente dal secondo che unisce i due portali laterali; il terzo asse parte dal centro geometrico d?incontro delle prospettive a terra salendo al sommo della cupola. L?analisi ha mostrato anche l?ingresso principale era il luogo delle generatrici visive: una ortogonale (l?ase longitudinale) e due oblique (che si creano lungo i fuochi dell?elisse centrale che immettevano nelle abside laterali).

El reg és el principal consum antropogènic d'aigua dolça. Es preveu que l'explotació dels recursos hídrics per a millorar la producció d'aliments mitjançant pràctiques de reg seguirà augmentant en els propers decennis. De fet, es preveu que el creixement demogràfic i els canvis climàtics exerceixin una pressió encara més gran sobre els recursos hídrics disponibles. Tot i que el reg té conseqüències directes en la gestió racional dels recursos hídrics, així com en la producció d'aliments, cal un coneixement detallat dels llocs en què realment es rega a tot el món i de quanta aigua s'utilitza realment per les pràctiques de reg. En aquesta investigació s'han elaborat mètodes per detectar i cartografiar les zones on realment es rega, així com mètodes per estimar les quantitats d'aigua que s'apliquen per al reg; les metodologies proposades utilitzen dades d'humitat del sòl provinents de la teledetecció espacial. En aquesta investigació s'han adoptat dos casos d'estudi: el primer es troba a la conca de l'Ebre, al nord-est d'Espanya, mentre que l'altre és la conca de l'Alt Tíber, a Itàlia central. S'han assajat diversos productes d'humitat del sòl obtinguts per teledetecció amb diferents resolucions espacials per avaluar els que millor funcionen en la detecció de reg i, per tant, en la cartografia de les zones de regadiu. A més, s'han realitzat estimacions quantitatives de les quantitats d'aigua aplicades per al reg. L'activitat de detecció i cartografia del reg s'ha dut a terme en els dos casos d'estudi. En l'espanyol s'ha avaluat inicialment la capacitat de detecció de reg de diversos productes de teledetecció. S'han avaluat els següents jocs de dades d'humitat del sòl: SMAP (Soil Moisture Active Passive) a 1 km i 9 km, SMOS (Soil Moisture and Ocean Salinity) a 1 km, Sentinel-1 a 1 km, i ASCAT (Advanced SCATterometer) a 12,5 km. Les versions d'1 km de SMAP i SMOS s'obtenen mitjançant la desagregació amb el mètode DISPATCH (DISaggregation based on Physical And Theoretical scale CHange). La detectabilitat del reg pels productes considerats s'ha avaluat mitjançant índexs derivats de la teoria d’estabilitat temporal aquí utilitzada sota aquesta nova perspectiva. A més, s'han elaborat mapes de les zones irrigades produïts a través de l'algoritme d'agrupament K-mitjanes. A les zones agrícoles de la conca de l'Alt Tíber, a Itàlia, s'ha realitzat una anàlisi a doble escala. En l'anàlisi a 1 km de resolució espacial s'ha aplicat el mateix procediment adoptat en el cas d'estudi de la conca de l'Ebre per avaluar la detectabilitat del regadiu mitjançant la humitat del sòl provinent de la teledetecció. S'han utilitzat els següents productes: SMAP a 1 km, la versió Sentinel-1 a 1 km publicada pel Copernicus Global Land Service, i una versió Sentinel-1 a escala de la parcel·la (produïda per THEIA) agregada a 1 km. Cal observar que els dos primers productes són els mateixos que també s’han utilitzat en el cas d'estudi espanyol. En aquesta anàlisi, així com en la realitzada sobre l'àrea d'estudi a la conca de l'Ebre, s'ha utilitzat com a suport el model de superfície continental SURFEX-ISBA (Surface EXternalisée - Interaction Sol Biosphère Atmosphère). En l'anàlisi a escala de parcel·la, les dades de THEIA Sentinel-1 agregades a 100 m s'han utilitzat per produir mapes d'alta resolució de les zones de regadiu mitjançant l'algoritme d'agrupament K-mitjanes. L'activitat de quantificació del reg s'ha dut a terme a la zona d'estudi a la conca de l'Ebre únicament; s'han realitzat dos experiments: un utilitzant SMAP amb dades a 1 km de resolució i un altre utilitzant SMOS amb dades a 1 km. Tots dos conjunts de dades s'han utilitzat per forçar l'algoritme SM2RAIN adaptat a l'estimació del reg. En l'algoritme s'ha aplicat una modelització més realista del terme d’evapotranspiració per reproduir adequadament l'evapotranspiració dels cultius segons el model de la FAO (Organització de les Nacions Unides per a l'Agricultura i l'Alimentació). Les anàlisis realitzades tenen per objecte satisfer les llacunes existents en el camp de la recerca relacionada amb el reg; els resultats obtinguts són útils per avaluar l'impacte de les pràctiques de reg en el cicle hidrològic.
El riego es el principal consumo antropogénico de agua dulce. Se prevé que la explotación de los recursos hídricos para mejorar la producción de alimentos mediante prácticas de riego seguirá aumentando en los próximos decenios. De hecho, se prevé que el crecimiento demográfico y los cambios climáticos ejerzan una presión aún mayor sobre los recursos hídricos disponibles. A pesar de que el riego tiene consecuencias directas en la gestión racional de los recursos hídricos, así como en la producción de alimentos, falta un conocimiento detallado de los lugares en los que realmente se riega en todo el mundo y de cuánta agua se utiliza realmente para las prácticas de riego. En esta investigación se han elaborado métodos para detectar y cartografiar las zonas donde realmente se riega, así como métodos para estimar las cantidades de agua que se aplican para el riego; las metodologías propuestas utilizan datos de humedad del suelo provenientes de la teledetección espacial. En esta investigación se han adoptado dos casos de estudio: el primero se sitúa en la cuenca del Ebro, en el noreste de España, mientras que el otro es la cuenca del Alto Tíber, en Italia central. Se han ensayado varios productos de humedad del suelo obtenidos por teledetección con diferentes resoluciones espaciales para evaluar los que mejor funcionan en la detección del riego y, por lo tanto, en la cartografía de las zonas de regadío. Además, se han realizado estimaciones cuantitativas de las cantidades de agua aplicadas para el riego. La actividad de detección y cartografía del riego se ha llevado a cabo en ambos casos de estudio. En el español se ha evaluado inicialmente la capacidad de detección de riego de varios productos de teledetección. Se han evaluado los siguientes conjuntos de datos de humedad del suelo: SMAP (Soil Moisture Active Passive) a 1 km y 9 km, SMOS (Soil Moisture and Ocean Salinity) a 1 km, Sentinel-1 a 1 km, y ASCAT (Advanced SCATterometer) a 12,5 km. Las versiones de 1 km de SMAP y SMOS se obtienen mediante la desagregación con el método DISPATCH (DISaggregation based on Physical And Theoretical scale Change). La detectabilidad del riego por los productos considerados se ha evaluado mediante índices derivados de la teoría de la estabilidad temporal aquí utilizada bajo esta nueva perspectiva. Además, se han elaborado mapas de las zonas irrigadas producidos a través del algoritmo de agrupamiento K-medias. En las zonas agrícolas de la cuenca del Alto Tíber, en Italia, se ha realizado un análisis a doble escala. En el análisis a 1 km de resolución espacial, se ha aplicado el mismo procedimiento adoptado en el caso de estudio de la cuenca del Ebro para evaluar la detectabilidad de la irrigación mediante la humedad del suelo por teledetección. Se han utilizado los siguientes productos: SMAP a 1 km, la versión Sentinel-1 a 1 km entregada por el Copernicus Global Land Service, y una versión Sentinel-1 a escala de parcela (producida por THEIA) agregada a 1 km. Obsérvese que los dos primeros productos son los mismos que también se utilizaron en el caso de estudio español. En este análisis, así como en el realizado sobre el área de estudio en la cuenca del Ebro, se ha utilizado como soporte el modelo de superficie terrestre SURFEX-ISBA (SURface EXternalisée - Interaction Sol Biosphère Atmosphère). En el análisis a escala de parcela, los datos del THEIA Sentinel-1 agregados a 100 m se han utilizado para producir mapas de alta resolución de las zonas de regadío mediante el algoritmo de agrupamiento K-medias. La actividad de cuantificación del riego se ha llevado a cabo en la zona de estudio de la cuenca del Ebro únicamente; se han realizado dos experimentos: uno explotando SMAP con datos a 1 km de resolución y otro explotando SMOS con datos a 1 km. Ambos conjuntos de datos se han utilizado para forzar el algoritmo SM2RAIN adaptado a la estimación del riego. En el algoritmo se ha aplicado una modelización más realista del término de evapotranspiración para reproducir adecuadamente la evapotranspiración de los cultivos según el modelo de la FAO (Organización de las Naciones Unidas para la Agricultura y la Alimentación). Los análisis realizados tienen por objeto colmar las lagunas existentes en el campo de la investigación relacionada con el riego; los resultados obtenidos son útiles para evaluar el impacto de las prácticas de riego en el ciclo hidrológico.
Irrigation is the primary source of anthropogenic freshwater consumptions. The exploitation of water resources to improve the food production through irrigation practices is expected to further increase in the upcoming decades. In fact, the population growth and climate changes are expected to put even more pressure on the available water resources. Despite irrigation having direct implications on the rational management of water resources, as well as on food production, a detailed knowledge of where irrigation actually occurs worldwide and of how much water is actually used for irrigation practices is missing. In this research, approaches to detect and map areas where irrigation actually occurs, as well as methods to estimate the amounts of water applied for irrigation, have been developed; the proposed methodologies exploit remote sensing soil moisture. Two case studies have been considered in this research: the first one is located within the Ebro basin, in North-eastern Spain, while the other one is the Upper Tiber basin, in central Italy. Several remotely sensed soil moisture products at different spatial resolutions have been tested to evaluate the best performing ones in detecting irrigation signals and thus mapping irrigated areas. In addition, quantitative estimates of the water amounts applied for irrigation have been performed. The irrigation detection and mapping activity has been carried out over both case studies. In the Spanish one, the capability to detect irrigation of several remote sensing products has been initially assessed. The following soil moisture data sets have been evaluated: SMAP (Soil Moisture Active Passive) at 1 km and 9 km, SMOS (Soil Moisture and Ocean Salinity) at 1 km, Sentinel-1 at 1 km, and ASCAT (Advanced SCATterometer) at 12.5 km. The 1 km versions of SMAP and SMOS are obtained through downscaling with the DISPATCH (DISaggregation based on Physical And Theoretical scale CHange) method. The detectability of irrigation by the considered products has been assessed through indices derived from the temporal stability theory here used under this new perspective. Furthermore, maps of irrigated areas have been produced through the K-means clustering algorithm. Over the agricultural areas in the Upper Tiber basin, in Italy, a double-scale analysis has been carried out. In the analysis at 1 km spatial resolution, the same procedure adopted over the case study in the Ebro basin to evaluate the detectability of irrigation through remotely sensed soil moisture has been applied. The following products have been used: SMAP at 1 km, the Sentinel-1 at 1 km version delivered by the Copernicus Global Land Service, and a plot-scale-born Sentinel-1 version (produced by THEIA) aggregated at 1 km. Note that the first two products are the same used over the Spanish case study also. In this analysis, as well as in the one carried out over the study area in the Ebro basin, surface soil moisture simulated by the SURFEX-ISBA (SURface EXternalisée - Interaction Sol Biosphère Atmosphère) land surface model has been used as support. In the plot-scale analysis, THEIA Sentinel-1 data aggregated at 100 m have been used to produce high-resolution maps of irrigated areas through the K-means clustering algorithm. The irrigation quantification activity has been carried out over the study area in the Ebro basin only; two experiments have been performed: one exploiting SMAP at 1 km data and another one exploiting SMOS at 1 km data. Both data sets have been used to force the SM2RAIN algorithm adapted to estimate irrigation. A more realistic modeling of the evapotranspiration term has been implemented into the algorithm to properly reproduce the crop evapotranspiration according to the FAO (Food and Agriculture Organization) model. The analyses carried out are aimed at filling the existing gaps in the irrigation-related research field; the obtained results are useful to assess the impact of irrigation practices on the hydrological cycle.
L’irrigazione è la principale fonte di consumo di acqua dolce. Nei prossimi decenni è atteso un ulteriore sfruttamento della risorsa idrica per incrementare la produzione di cibo attraverso le pratiche irrigue. Si stima infatti che la crescita della popolazione e i cambiamenti climatici possano esercitare una pressione ancora maggiore sulle risorse idriche disponibili. Nonostante le importanti implicazioni che ha l’irrigazione sulla gestione razionale dell’acqua e sulla produzione di cibo, non si ha una conoscenza dettagliata di dove l’irrigazione effettivamente avvenga nel mondo e di quanta acqua venga effettivamente utilizzata per le pratiche irrigue. In questa ricerca sono stati sviluppati approcci per rilevare e mappare le aree dove effettivamente si verifica l’irrigazione e per stimare i volumi irrigui; le metodologie proposte sfruttano l’umidità del suolo rilevata da satellite. In questa ricerca sono stati considerati due casi di studio: il primo si trova nel bacino del fiume Ebro, nel Nord-Est della Spagna, mentre l’altro è il bacino superiore del Tevere, nell’Italia centrale. Diversi prodotti di umidità del suolo da satellite, caratterizzati da diverse risoluzioni spaziali, sono stati valutati al fine di determinare i più performanti nel rilevare segnali di irrigazione e quindi mappare le aree irrigate. Inoltre, sono state eseguite stime quantitative dei volumi di acqua utilizzati per pratiche irrigue. L’attività di rilievo e mappatura dell’irrigazione è stata condotta su entrambe le aree pilota. In quella spagnola, è stata valutata la capacità di rilevare l’irrigazione di diversi prodotti di umidità del suolo. Sono stati considerati i seguenti set di dati: SMAP (Soil Moisture Active Passive) a 1 km e 9 km, SMOS (Soil Moisture and Ocean Salinity) a 1 km, Sentinel-1 a 1 km e ASCAT (Advanced SCATterometer) a 12.5 km. Le versioni a 1 km di SMAP e SMOS sono ottenute tramite disaggregazione eseguita con il metodo DISPATCH (DISaggregation based on Physical And Theoretical scale CHange). La capacità di rilevare l’irrigazione da parte dei prodotti considerati è stata valutata tramite indici derivanti dalla teoria della stabilità temporale e usati in questo studio sotto una nuova prospettiva. Inoltre, sono state prodotte delle mappe delle aree irrigate attraverso l’algoritmo di classificazione K-means. Un’analisi a doppia scala spaziale è stata condotta sulle aree agricole all’interno del bacino superiore del Tevere, in Italia. Nell’ambito dell’analisi alla risoluzione spaziale di 1 km, è stata applicata la stessa procedura già adottata per il caso di studio nel bacino dell’Ebro per valutare la possibilità di rilevare l’irrigazione tramite umidità del suolo da satellite. Sono stati utilizzati i seguenti prodotti: SMAP a 1 km, la versione a 1 km di Sentinel-1 fornita da Copernicus Global Land Service e una versione di Sentinel-1 originariamente prodotta de THEIA alla scala di parcella e aggregata a 1 km. Va sottolineato che i primi due prodotti menzionati sono stati utilizzati anche sull’area pilota in Spagna. Sia in questa analisi che in quella condotta nel bacino dell’Ebro, dati di umidità del suolo superficiale modellati tramite il modello di superficie terrestre SURFEX-ISBA (SURface EXternalisée - Interaction Sol Biosphère Atmosphère) sono stati utilizzati come supporto. Nell’analisi alla scala di parcella, sono stati impiegati i dati di Sentinel-1 prodotti da THEIA e aggregati a 100 m al fine di produrre mappe di aree irrigate ad alta risoluzione tramite l’algoritmo di classificazione K-means. L’attività di quantificazione dell’irrigazione è stata finalizzata solamente per l’area pilota nel bacino dell’Ebro; sono stati condotti due esperimenti: uno utilizzando i dati da SMAP a 1 km e un altro sfruttando i dati da SMOS a 1 km. Entrambi i set di dati sono stati utilizzati per forzare la versione dell’algoritmo SM2RAIN adattata per la stima dell’irrigazione. Una modellazione più realistica dell’evapotraspirazione è stata implementata nell’algoritmo al fine di riprodurre adeguatamente l’evapotraspirazione delle colture secondo il modello FAO (Food and Agriculture Organization). Le analisi condotte sono finalizzate a colmare le lacune esistenti nel campo di ricerca relativo all’irrigazione; i risultati ottenuti sono utili per valutare l’impatto delle pratiche irrigue sul ciclo idrologico.

Il presente lavoro ha lo scopo di investigare le potenzialità di differenti approcci innovativi al monitoraggio di diversi fenomeni ambientali, sulla base dell’utilizzo di tecniche di telerilevamento e di intelligenza artificiale per l’analisi dei dati. La ricerca mirava a dare una risposta alla necessità di strumenti pratici e funzionali per il monitoraggio ambientale, testando, per ciascuna delle aree di ricerca, le potenzialità del monitoraggio basato sulle tecnologie geomatiche e delineando futuri possibili sviluppo. Considerando in particolare gli effetti della pressione antropica sugli ecosistemi naturali e gli effetti dei cambiamenti climatici, le tecniche di monitoraggio ambientale basate sul telerilevamento e sull’intelligenza artificiale possono svolgere un ruolo cruciale verso una gestione sostenibile delle risorse naturali e per il monitoraggio degli impatti ambientali. L’attività di ricerca si è sviluppata su cinque temi principali, che hanno incluso la classificazione di nuvole di punti non strutturate, lo studio della batimetria da satellite, la classificazione delle unità morfologiche sul fiume Isonzo, l'individuazione della presenza di alghe lungo l’intera costa Ovest dell’Irlanda e l’analisi della correlazione tra i dati Sentinel-5 su NOx e le misure dalle stazioni fisse. Per tutti i temi menzionati è stata sviluppata un’applicazione con l’utilizzo di tecniche di intelligenza artificiale, con risultati estremamente positivi. La ricerca ha condotto ad acquisire esperienza sull’importanza della conoscenza approfondita del fenomeno oggetto di studio, al fine di ottimizzare le fasi di analisi preliminari, la fase di creazione del dataset e la fase di calibrazione dei modelli. Comunque, le elevate accuratezze ottenute hanno confermato l’affidabilità delle tecniche di intelligenza artificiale, applicate al telerilevamento per il monitoraggio ambientale. Futuri sviluppi possono essere connessi allo sviluppo di sistemi completamente automatizzati per il monitoraggio di fenomeni ambientali o all’applicazione delle tecniche di analisi dei dati più avanzate, per esempio le Graph Convolution Networks.
The present work aims to investigate the potentiality of different innovative approaches to the monitoring of different environmental phenomena, based on the combination of Remote Sensing (RS) data and Artificial Intelligence (AI) techniques for data analysis. The research aimed to give an answer to the need of smart and precise instruments for environmental monitoring, testing, for each area of research, the potentiality of a monitoring based on geomatic technologies and outlining future improvements. Considering in particular the effects of hantropic pressure over natural ecosystems and the effects of climate changes, environmental monitoring techniques based on RS data and AI data analysis can play a crucial role, toward a sustainable management of natural resources and to measure the magnitude of environmental impacts. The research activity was developed through five main topics, that included the classification of laser scanner points cloud, the study of satellite derived bathymetry, the classification of geomorphic units on the river Isonzo, the detection of seaweeds presence along the entire West coast of Ireland and the analysis of correlation between Sentinel-5 NOx data and ground station measurement. For all the mentioned topics an AI based approach was successfully designed and applied, with extremely positive results. The research led to experience the importance of acquiring an in-depth knowledge of the phenomena of interest, in order to optimize the pre-processing, the feature engineering and the model calibration phases. However, the high precisions obtained confirmed the reliability of Artificial Intelligence as a data analysis technique for Remote Sensing based environmental monitoring. Future improvements can be connected to the building of fully automated tools for environmental phenomena monitoring and to the application of the most advanced techniques for data analysis, for example Graph Convolutional Networks.

Il presente lavoro ha lo scopo di investigare le potenzialità di differenti approcci innovativi al monitoraggio di diversi fenomeni ambientali, sulla base dell’utilizzo di tecniche di telerilevamento e di intelligenza artificiale per l’analisi dei dati. La ricerca mirava a dare una risposta alla necessità di strumenti pratici e funzionali per il monitoraggio ambientale, testando, per ciascuna delle aree di ricerca, le potenzialità del monitoraggio basato sulle tecnologie geomatiche e delineando futuri possibili sviluppo. Considerando in particolare gli effetti della pressione antropica sugli ecosistemi naturali e gli effetti dei cambiamenti climatici, le tecniche di monitoraggio ambientale basate sul telerilevamento e sull’intelligenza artificiale possono svolgere un ruolo cruciale verso una gestione sostenibile delle risorse naturali e per il monitoraggio degli impatti ambientali. L’attività di ricerca si è sviluppata su cinque temi principali, che hanno incluso la classificazione di nuvole di punti non strutturate, lo studio della batimetria da satellite, la classificazione delle unità morfologiche sul fiume Isonzo, l'individuazione della presenza di alghe lungo l’intera costa Ovest dell’Irlanda e l’analisi della correlazione tra i dati Sentinel-5 su NOx e le misure dalle stazioni fisse. Per tutti i temi menzionati è stata sviluppata un’applicazione con l’utilizzo di tecniche di intelligenza artificiale, con risultati estremamente positivi. La ricerca ha condotto ad acquisire esperienza sull’importanza della conoscenza approfondita del fenomeno oggetto di studio, al fine di ottimizzare le fasi di analisi preliminari, la fase di creazione del dataset e la fase di calibrazione dei modelli. Comunque, le elevate accuratezze ottenute hanno confermato l’affidabilità delle tecniche di intelligenza artificiale, applicate al telerilevamento per il monitoraggio ambientale. Futuri sviluppi possono essere connessi allo sviluppo di sistemi completamente automatizzati per il monitoraggio di fenomeni ambientali o all’applicazione delle tecniche di analisi dei dati più avanzate, per esempio le Graph Convolution Networks.
The present work aims to investigate the potentiality of different innovative approaches to the monitoring of different environmental phenomena, based on the combination of Remote Sensing (RS) data and Artificial Intelligence (AI) techniques for data analysis. The research aimed to give an answer to the need of smart and precise instruments for environmental monitoring, testing, for each area of research, the potentiality of a monitoring based on geomatic technologies and outlining future improvements. Considering in particular the effects of hantropic pressure over natural ecosystems and the effects of climate changes, environmental monitoring techniques based on RS data and AI data analysis can play a crucial role, toward a sustainable management of natural resources and to measure the magnitude of environmental impacts. The research activity was developed through five main topics, that included the classification of laser scanner points cloud, the study of satellite derived bathymetry, the classification of geomorphic units on the river Isonzo, the detection of seaweeds presence along the entire West coast of Ireland and the analysis of correlation between Sentinel-5 NOx data and ground station measurement. For all the mentioned topics an AI based approach was successfully designed and applied, with extremely positive results. The research led to experience the importance of acquiring an in-depth knowledge of the phenomena of interest, in order to optimize the pre-processing, the feature engineering and the model calibration phases. However, the high precisions obtained confirmed the reliability of Artificial Intelligence as a data analysis technique for Remote Sensing based environmental monitoring. Future improvements can be connected to the building of fully automated tools for environmental phenomena monitoring and to the application of the most advanced techniques for data analysis, for example Graph Convolutional Networks.

This research project is aimed to study the mechanisms of motion resistance in mountain streams and slopes to better understand the explanation dynamics of some natural processes. In particular, the role-played by the local topography and the effects of the presence of vegetation. Scientific objectives are to analyse in detail the interactions between processes, sliding surface, and vegetation. The investigation was carry out through field observations and surveys of two real events of debris flows and rockfall event, and small-scale experiment of debris flow and full-scale experiment of rockfall. The project objectives have been structured on three main points: 1. providing a critical review of the literature procedures for estimating motion resistance for each investigated process; 2. exploring the possible relationship between process and roughness elements, in particular morphology, topography, and vegetation; 3. defining a new methodology for surface roughness quantification spatially distributed and implement it within a numerical model. The final goal of this study is to deepen knowledge about the kinematics of natural processes and to improve guidelines management for protection forest. Consequently, at first the issues are dealt with a scientific way and later providing practical guidance. The following study areas are chosen for the investigation: a) a portion of the slopes of Mount Antelao (Vodo di Cadore, Belluno Province) recently affected by a massive rockfall and the forest stand downstream; b) an avalanche channel in the Belledonne Massif (municipal forest of Vaujany, France) where full-scale tests of rockfalls were carried out; c) two debris-flow deposits and the flood-involved trees along the Somprade (Auronzo di Cadore, Belluno Province) and Senago (Bolzano, Bolzano) creeks; d) two reaches of a fish ladder built on the river bank of Vanoi torrent (Canal San Bovo, Trento Province) with a step-pool morphology, offering an equivalent to a full-scale physical model. In addition, to support the field work, the study of the relations between debris flows and forest stand was deepened by executing small-scale laboratory tests on a tilting plane rheometer of the faculty of agricultural and food sciences of Milan. The study of the mutual interactions between rockfall and debris flows and forest stand was carried out at different scales of analysis: through field post-event investigations, small-scale laboratory tests (for debris-flow process) and finally performing some numerical modelling. The field surveys have allowed to increase the knowledges of the damage produced by the boulders and by debris-flows impacts on trees, and how they can provide an effective mobility suppression. Laboratory tests have allowed to examine the effect of the forest management (high forest and coppice forest) on the final deposits. The numerical modelling have allowed to explore in more detail the way and the limitations of the implementation of trees and how the protection offered by an even-aged forest changes in the medium to long term. Field evidences and laboratory simulations confirm that shrubs and trees influence the deposition processes of rockfall and debris flows. In particular, the importance of coupling forest population growth model and process numerical model for the study of rockfall and comparing the scenario without forest with forested scenarios. The different debris-flow regimes affect the contribution of trees in the sediment deposition and mobility suppression. When, the collisional regime dominates, large trees with low-density produce higher deposit thicknesses, directly proportional to the diameter. Whereas, when frictional regime dominates, debris-flow suppression depends mainly on the surface resistance, so a dense forest of small trees, or shrubs, provides better retention capacity. In addition, coppice forest seems able to contribute to debris-flows deposition on shorter distances, which decrease with increasing of the solid concentration. The study of the hydraulic kinematic in step-pool morphology confirms previous researches: the standard deviation of the bed profile provides a more reliable measure of roughness over different channel morphologies, as opposed to grain size. Moreover, in these morphologies, the relative submergence decreasing and the slope increasing seem to collaborate in the dissipation of energy and the most of the energy loss, especially for low discharge, is due to the 'spill resistance’. A general overestimation of the variables analysed was produced by the implementation in RockyFOR-3D of the new automated method for defining the roughness parameter proposed in this work. Nevertheless, the good approximation of the maximum values indicates a potential for development of the proposed method.
Questa ricerca è finalizzata allo studio dei meccanismi di resistenza al moto nei corsi d’acqua montani e sui versanti per comprendere meglio le dinamiche di esplicazione dei diversi processi naturali. In particolare il ruolo svolto dalla topografia locale e gli effetti della presenza della vegetazione arborea. Gli intenti scientifici sono quindi quelli di analizzare in modo approfondito le interazioni tra i singoli processi naturali, la superficie di scorrimento e il soprassuolo arboreo nella definizione delle resistenza al moto. L’indagine è stata condotta attraverso osservazioni e rilievi di campo relativi a due eventi reali di debris flow ed un evento di rockfall; inoltre, sono stati condotti test in scala ridotta di debris flow e in scala reale di caduta massi e correnti idrauliche. Gli obiettivi del progetto sono stati strutturati su tre tematiche principali: 1.fornire una revisione critica delle procedure utilizzate in letteratura per la stima della resistenza al moto nei confronti dei singoli processi consideranti; 2. esaminare le possibili interrelazioni tra il processo e gli elementi di scabrezza, in particolare la morfologia e la topografia del terreno e la vegetazione arborea ed arbustiva; 3. definire una nuova metodologia per la quantificazione della scabrezza superficiale spazialmente distribuita, in grado di rappresentare gli effetti dell’irregolarità del terreno e implementarla all'interno di un programma di modellazione numerica. Scopo finale della ricerca è quello di approfondire le conoscenze riguardanti la cinematica dei processi naturali analizzati e giungere alla definizione di indicazioni per la gestione dei boschi di protezione. Le aree di studio scelte sono state le seguenti: a) una porzione di versante del Monte Antelao (Vodo di Cadore, Belluno) recentemente oggetto di un crollo di roccia che ha interessato il popolamento forestale posto a valle; b) un canale da valanga presente nel massiccio di Belledonne, nella foresta comunale di Vaujany (Francia) in cui sono state condotte prove a scala reale di caduta massi; c) il deposito detritico di due eventi di debris flow e la componente forestale coinvolta lungo i rii Somprade (Auronzo di Cadore, Belluno) ed Senago (Val di Vizze, Bolzano); d) due tratti di una scala di rimonta per pesci collocata a lato del Torrente Vanoi (Canal San Bovo, Trento), costruite con una morfologia a step-pool, assimilabili ad un modello fisico a scala reale. Inoltre, a supporto del lavoro di campo, lo studio dei debris flow e le relazioni con la componente forestale sono state approfondite conducendo test di laboratorio in scala ridotta su reometro a piano inclinato presso la Facoltà di Agraria dell’Università di Milano. Lo studio delle mutue relazioni del crollo di roccia e delle colate detritiche con la foresta è stato condotto a diversa scala: attraverso indagini di campo post-evento, prove di laboratorio a scala ridotta (limitatamente per il processo di colata detritica) ed infine eseguendo alcune modellazioni numeriche. La campagna di rilievi ha permesso di approfondire le conoscenze sui danni prodotti dall’impatto dei massi e dei flussi detritici sugli alberi e come questi reagiscono, nonché il modo in cui possono fornire, con la loro presenza, un’effettiva azione di contenimento delle runout. I test di laboratorio hanno consentito di esaminare l’effetto complessivo del popolamento forestale in conoide sui depositi dei debris flow e come questo cambia in funzione del tipo di governo (a fustaia o a ceduo). Le modellazioni numeriche hanno invece permesso di esplorare più in dettaglio le modalità e le limitazioni dell’implementazione della componente arborea ed arbustiva all'interno del modelli stessi e come cambia il potere di protezione offerto da un soprassuolo forestale nei confronti del crollo di roccia durante il suo ciclo di sviluppo, cioè nel medio/lungo periodo. I software impiegati sono stati RockyFOR-3D per la caduta massi e il crollo di roccia e FLO-2D per le colate detritiche. Le evidenze di campo e le simulazioni in laboratorio hanno messo in luce come l’effetto della vegetazione arborea ed arbustiva influenzi i processi deposizionali del crollo di roccia e dei debris flow. In particolare, l’importanza di accoppiare modelli di crescita del popolamento forestale a modelli di simulazione numerica del processo del crollo di roccia e della caduta massi e il confronto tra lo scenario non boscato con gli scenari boscati. Per le colate detritiche è emerso che il diverso regime di deflusso influenza il modo in cui gli alberi concorrono alla soppressione del movimento, ovvero quando domina il regime collisionale, alberi di grandi dimensioni e bassa densità producono spessori di deposito più elevati, direttamente proporzionali al diametro stesso, mentre, quando domina il regime frizionale, il deposito del materiale è favorito dall'aumento della superficie di scorrimento, perciò una foresta densa composta da alberi di piccole dimensioni o arbusti forniscono una migliore capacità di ritenzione. Inoltre, una gestione a ceduo sembra capace di contribuire sempre alla deposizione delle colate detritiche su distanze che diminuiscono all’aumentare della concentrazione solida. Per quanto riguarda lo studio cinematico delle correnti idrauliche condotto eseguendo prove di diversa portata sui tratti a step-pool hanno confermato precedenti studi che affermano che la deviazione standard fornisce una misura più affidabile di scabrezza nelle diverse morfologie di canale, al contrario della granulometria; che la maggior parte della perdita di energia, soprattutto per le portate basse, è dovuta alla "spill resistance"; e che, in queste morfologie, la sommergenza relativa diminuendo e la pendenza aumentando cooperano nel favorire la dissipazione di energia. Il tentativo di proporre un nuovo metodo automatizzato per la definizione del parametro di scabrezza da impiegare nel modello numerico di simulazione tridimensionale della caduta massi ha prodotto una generale sovrastima delle variabili analizzate. Ciononostante, la buona approssimazione dei valori massimi ne indicano un potenziale di sviluppo.

Questo lavoro di tesi propone lo studio, tramite i metodi della modellazione digitale e del rilievo, della Rocca medievale di Reggiolo, in provincia di Reggio Emilia. Dopo un’analisi dettagliata dello stato dell’arte, con lo studio dei testi di riferimento per le discipline coinvolte nel lavoro (rilievo fotogrammetrico e mediante laser scanning terrestre, modellazione parametrica BIM e rappresentazione digitale di beni artistici e monumentali), si è svolto il rilievo digitale ad alta risoluzione. L’acquisizione informativa geometrica dello stato attuale del monumento è stata realizzata tramite strumenti attivi e passivi, oltre che mediante consultazione di elaborati grafici tradizionali. La parte più corposa riguarda l’elaborazione successiva delle informazioni, raccolte in modelli progettati per ospitare contenuti, non sola geometrici ma anche materici. Le nuvole di punti raccolte e registrate con il rilievo sono state rielaborate parametricamente per giungere alla produzione di astrazioni architettoniche digitali dalle proprietà semantiche (BIM-fitting), aggregate secondo regole specifiche per valutare come proporzione e grammatica siano state interpretate nella realizzazione dell’opera. Anche le difformità con i disegni originali sono state considerate nel raggiungimento dell’obiettivo finale: la costruzione di un modello conoscitivo regolato da parametri e integrato da informazioni pertinenti lo stato di conservazione del monumento. Il modello finale, ma prima ancora il processo metodologico seguito per generarlo, possono garantire una documentazione completa e analitica delle condizioni nelle quali si trova l’edificio storico, anche in funzione di future operazioni di restauro, recupero, manutenzione o salvaguardia. Il lavoro di tesi, si inserisce nell’ambito della ricerca applicativa che riguarda l’adozione di criteri di Building Information Modeling e restituzione digitale degli edifici, storico-monumentali, indagandone potenzialità e limiti attuali.

Irrigation is the primary source of anthropogenic freshwater consumptions. The exploitation of water resources to improve the food production through irrigation practices is expected to further increase in the upcoming decades. In fact, the population growth and climate changes are expected to put even more pressure on the available water resources. Despite irrigation having direct implications on the rational management of water resources, as well as on food production, a detailed knowledge of where irrigation actually occurs worldwide and of how much water is actually used for irrigation practices is missing. In this research, approaches to detect and map areas where irrigation actually occurs, as well as methods to estimate the amounts of water applied for irrigation, have been developed; the proposed methodologies exploit remote sensing soil moisture. Two case studies have been considered in this research: the first one is located within the Ebro basin, in North-eastern Spain, while the other one is the Upper Tiber basin, in central Italy. Several remotely sensed soil moisture products at different spatial resolutions have been tested to evaluate the best performing ones in detecting irrigation signals and thus mapping irrigated areas. In addition, quantitative estimates of the water amounts applied for irrigation have been performed. The irrigation detection and mapping activity has been carried out over both case studies. In the Spanish one, the capability to detect irrigation of several remote sensing products has been initially assessed. The following soil moisture data sets have been evaluated: SMAP (Soil Moisture Active Passive) at 1 km and 9 km, SMOS (Soil Moisture and Ocean Salinity) at 1 km, Sentinel-1 at 1 km, and ASCAT (Advanced SCATterometer) at 12.5 km. The 1 km versions of SMAP and SMOS are obtained through downscaling with the DISPATCH (DISaggregation based on Physical And Theoretical scale CHange) method. The detectability of irrigation by the considered products has been assessed through indices derived from the temporal stability theory here used under this new perspective. Furthermore, maps of irrigated areas have been produced through the K-means clustering algorithm. Over the agricultural areas in the Upper Tiber basin, in Italy, a double-scale analysis has been carried out. In the analysis at 1 km spatial resolution, the same procedure adopted over the case study in the Ebro basin to evaluate the detectability of irrigation through remotely sensed soil moisture has been applied. The following products have been used: SMAP at 1 km, the Sentinel-1 at 1 km version delivered by the Copernicus Global Land Service, and a plot-scale-born Sentinel-1 version (produced by THEIA) aggregated at 1 km. Note that the first two products are the same used over the Spanish case study also. In this analysis, as well as in the one carried out over the study area in the Ebro basin, surface soil moisture simulated by the SURFEX-ISBA (SURface EXternalisée - Interaction Sol Biosphère Atmosphère) land surface model has been used as support. In the plot-scale analysis, THEIA Sentinel-1 data aggregated at 100 m have been used to produce high-resolution maps of irrigated areas through the K-means clustering algorithm. The irrigation quantification activity has been carried out over the study area in the Ebro basin only; two experiments have been performed: one exploiting SMAP at 1 km data and another one exploiting SMOS at 1 km data. Both data sets have been used to force the SM2RAIN algorithm adapted to estimate irrigation. A more realistic modeling of the evapotranspiration term has been implemented into the algorithm to properly reproduce the crop evapotranspiration according to the FAO (Food and Agriculture Organization) model. The analyses carried out are aimed at filling the existing gaps in the irrigation-related research field; the obtained results are useful to assess the impact of irrigation practices on the hydrological cycle. L’irrigazione è la principale fonte di consumo di acqua dolce. Nei prossimi decenni è atteso un ulteriore sfruttamento della risorsa idrica per incrementare la produzione di cibo attraverso le pratiche irrigue. Si stima infatti che la crescita della popolazione e i cambiamenti climatici possano esercitare una pressione ancora maggiore sulle risorse idriche disponibili. Nonostante le importanti implicazioni che ha l’irrigazione sulla gestione razionale dell’acqua e sulla produzione di cibo, non si ha una conoscenza dettagliata di dove l’irrigazione effettivamente avvenga nel mondo e di quanta acqua venga effettivamente utilizzata per le pratiche irrigue. In questa ricerca sono stati sviluppati approcci per rilevare e mappare le aree dove effettivamente si verifica l’irrigazione e per stimare i volumi irrigui; le metodologie proposte sfruttano l’umidità del suolo rilevata da satellite. In questa ricerca sono stati considerati due casi di studio: il primo si trova nel bacino del fiume Ebro, nel Nord-Est della Spagna, mentre l’altro è il bacino superiore del Tevere, nell’Italia centrale. Diversi prodotti di umidità del suolo da satellite, caratterizzati da diverse risoluzioni spaziali, sono stati valutati al fine di determinare i più performanti nel rilevare segnali di irrigazione e quindi mappare le aree irrigate. Inoltre, sono state eseguite stime quantitative dei volumi di acqua utilizzati per pratiche irrigue. L’attività di rilievo e mappatura dell’irrigazione è stata condotta su entrambe le aree pilota. In quella spagnola, è stata valutata la capacità di rilevare l’irrigazione di diversi prodotti di umidità del suolo. Sono stati considerati i seguenti set di dati: SMAP (Soil Moisture Active Passive) a 1 km e 9 km, SMOS (Soil Moisture and Ocean Salinity) a 1 km, Sentinel-1 a 1 km e ASCAT (Advanced SCATterometer) a 12.5 km. Le versioni a 1 km di SMAP e SMOS sono ottenute tramite disaggregazione eseguita con il metodo DISPATCH (DISaggregation based on Physical And Theoretical scale CHange). La capacità di rilevare l’irrigazione da parte dei prodotti considerati è stata valutata tramite indici derivanti dalla teoria della stabilità temporale e usati in questo studio sotto una nuova prospettiva. Inoltre, sono state prodotte delle mappe delle aree irrigate attraverso l’algoritmo di classificazione K-means. Un’analisi a doppia scala spaziale è stata condotta sulle aree agricole all’interno del bacino superiore del Tevere, in Italia. Nell’ambito dell’analisi alla risoluzione spaziale di 1 km, è stata applicata la stessa procedura già adottata per il caso di studio nel bacino dell’Ebro per valutare la possibilità di rilevare l’irrigazione tramite umidità del suolo da satellite. Sono stati utilizzati i seguenti prodotti: SMAP a 1 km, la versione a 1 km di Sentinel-1 fornita da Copernicus Global Land Service e una versione di Sentinel-1 originariamente prodotta de THEIA alla scala di parcella e aggregata a 1 km. Va sottolineato che i primi due prodotti menzionati sono stati utilizzati anche sull’area pilota in Spagna. Sia in questa analisi che in quella condotta nel bacino dell’Ebro, dati di umidità del suolo superficiale modellati tramite il modello di superficie terrestre SURFEX-ISBA (SURface EXternalisée - Interaction Sol Biosphère Atmosphère) sono stati utilizzati come supporto. Nell’analisi alla scala di parcella, sono stati impiegati i dati di Sentinel-1 prodotti da THEIA e aggregati a 100 m al fine di produrre mappe di aree irrigate ad alta risoluzione tramite l’algoritmo di classificazione K-means. L’attività di quantificazione dell’irrigazione è stata finalizzata solamente per l’area pilota nel bacino dell’Ebro; sono stati condotti due esperimenti: uno utilizzando i dati da SMAP a 1 km e un altro sfruttando i dati da SMOS a 1 km. Entrambi i set di dati sono stati utilizzati per forzare la versione dell’algoritmo SM2RAIN adattata per la stima dell’irrigazione. Una modellazione più realistica dell’evapotraspirazione è stata implementata nell’algoritmo al fine di riprodurre adeguatamente l’evapotraspirazione delle colture secondo il modello FAO (Food and Agriculture Organization). Le analisi condotte sono finalizzate a colmare le lacune esistenti nel campo di ricerca relativo all’irrigazione; i risultati ottenuti sono utili per valutare l’impatto delle pratiche irrigue sul ciclo idrologico.