LiDAR PCN

Prodotti LiDAR del Ministero dell’Ambiente

Nell’ambito del PST (Piano Straordinario di Telerilevamento) il Ministero dell’Ambiente e della Tutela del Territorio e del Mare, nel periodo 2008 – 2009 ha effettuato una campagna di ricognizioni aeree con sensori LiDAR su determinate zone del territorio nazionale (aste fluviali, fascia costiera, zone con particolari criticità o esplicitamente richieste da Regioni o Province); quindi diciamo subito che non esiste una copertura completa di tutto il territorio.

Per chi non lo sapesse, il LiDAR (Light Detection And Ranging) è una tecnologia basata sul Laser, che rileva la distanza relativa tra il target ed il sensore, in abbinamento con una piattaforma IMU (GPS+INS) che permette la georeferenzazione 3D dei suddetti punti.  Scansionando la superficie, viene creata una nuvola di punti, riuscendo a distinguere i punti relativi al terreno (DTM=Digital Terrain Model) e quelli relativi agli “oggetti” presenti sul terreno (DSM=Digital Surface Model). Misurando la coltre vegetativa, penetrando fino al suolo, si ottengono informazioni sul terreno e sulle quote, con un’accuratezza centimetrica.

I prodotti LiDAR del Ministero dell’Ambiente sono resi disponibili nel sistema di coordinate geografico WGS 84 (EPSG 4326) ed in due diverse risoluzioni:

  • risoluzione a terra 2×2 metri – solo per le fasce costiere;
  • risoluzione a terra 1×1 metri – per la aste fluviali e zone di particolare interesse.

Precisamente i tipi di prodotti a disposizione sono:

  • DTM : modello digitale del terreno;
  • DSM First : modello digitale della superficie – primo impulso;
  • DSM Last : modello digitale della superficie – ultimo impulso;
  • LiDAR intensity
  • Punti XYZ : nuvola di punti 3D

Il DTM rappresenta l’andamento della superficie del suolo senza elementi antropici e vegetazionali e presenta un’accuratezza altimetrica di 15 cm ed un’accuratezza planimetrica è di 30 cm.

I DSM sono detti “first” o “last” a secondo di quale ritorno (riflessione) del segnale laser  è stato adoperato per generarli; infatti i LiDAR più sofisticati riescono a rilevare diversi livelli di riflessione del segnale laser, in base alla natura degli oggetti incontrati sul terreno.

Un impulso laser che incontra più superfici di riflessione  viene suddiviso in tanti ritorni quante sono le superfici riflettenti. LiDAR returnIl primo impulso laser restituito è il ritorno più significativo e viene associato alle parti più alte di un territorio, come le cime degli alberi e i tetti degli edifici.

I ritorni intermedi in generale, sono utilizzati per la struttura della vegetazione e l’ultimo ritorno per i modelli di terreno nudo, quindi in genere da origine ad un DTM.

Ma non è sempre così, infatti se per esempio l’impulso colpisce un grosso ramo e viene riflesso senza proseguire oltre, in tal caso l’ultimo ritorno non è da terra ma dal ramo che riflette l’intero impulso laser.

L’ intensità LiDAR è un’altra informazione che, punto per punto restituisce  il valore dell’intensità con cui il segnale laser è stato riflesso. Ogni oggetto infatti ha una sua caratteristica intrinseca di riflessione che dipende dal materiale di cui è composto; per esempio gli elementi acquosi nella lunghezza d’onda dell’infrarosso assorbono completamente il segnale e non hanno riflessione, risultano pertanto neri.

Il risultato dell’intensità LiDAR è una immagine in scala di grigio che visualizza gli elementi che compongono un territorio in base al loro potere riflettente.

prodotti LiDAR

Quadro d’unione dei prodotti LiDAR

Per individuare le aree del territorio nazionale  per le quali sono disponibili i prodotti LiDAR, è stata effettuata una suddivisione in tavole, costituendo:

  • un grigliato (o quadro d’unione) per i prodotti LiDAR con risoluz. 2×2 metri;
  • un grigliato per i prodotti LiDAR con risoluz. 1×1 metri.

Questi grigliati sono disponibili sul visualizzatore online del PCN (Portale Cartografico Nazionale); se cercate “LiDAR” nell’elenco dei servizi, trovate le icone dei due grigliati (2×2 e 1×1) e cliccandoci li attivate in visione sopra la mappa dell’Italia.

grigliati LiDAR

Purtroppo abbiamo potuto costatare che la visualizzazione del grigliato 2×2 ha qualche problema e molte volte non funziona; ma vedremo tra un poco che c’è una soluzione alternativa.

Una volta che il grigliato appare sulla mappa, utilizzando lo strumento “identifica punto” (lo trovate nel quadro strumenti nella parte Sx del visualizzatore) e cliccando su un settore, compaiono tutte le informazioni che lo identificano ed in particolare: il codice della tavola, il numero di contratto e la Regione.

tavola LiDAR

C’è un altro modo, forse più comodo, per visualizzare i grigliati ed individuare le tavole di interesse,  realizzato con un servizio WFS  che trovate sul PCN nella pagina Servizio di scaricamento WFS.

WFS tavole LIDAR

Il suo URL è questo: http://wms.pcn.minambiente.it/ogc?map=/ms_ogc/wfs/QU_Lidar.map e pubblica due layer distinti: uno è il grigliato della copertura LiDAR 2×2  e l’altro del LiDAR 1×1. Usando un qualunque client WFS, per esempio QGIS, si scarica un vettoriale di rettangoli che compone i rispettivi quadri d’unione.

Per ogni rettangolo che rappresenta una tavoletta, nella tabella delle proprietà troveremo in corrispondenza le stesse informazioni (coord spigoli, codice tavola, numero contratto, … etc) che potevamo visualizzare nel visualizzatore del PCN. Ma sicuramente, adesso sia la visualizzazione dei grigliati che il reperimento dei dati è molto più comodo!

grigliati LIDAR

Come richiedere i prodotti LiDAR

Sul PCN (Portale Cartografico Nazionale) non è possibile effettuare direttamente il download dei prodotti LiDAR che interessano, perchè la procedura prevede che il richiedente debba identificarsi e specificare gli scopi per i quali verranno adoperati i prodotti, più il pagamento di una piccola tassa di 2€ per diritti di ricerca e di ufficio.

In questa pagina del PCN: Procedura per la richiesta dei dati LiDAR e/o PS interferometrici , trovate spiegato nel dettaglio come va fatta la richiesta; qui vi riassumiano sintenticamente i passi da seguire:

  1. individuare nei quadri d’unione LiDAR quali sono le tavole che comprendono l’area geografica di vostro interesse, oppure preparare uno shapefile con la perimetrazione;
  2. preparare una richiesta formale, intestata al Ministero dell’ Ambiente, che contenga: i vostri riferimenti, l’oggetto della richiesta (dati LiDAR), una breve spiegazione del perchè richiedete i dati e come verranno usati, l’indicazione del tipo di prodotti richiesti (DTM, DSM first o last, Intensity, punti XYZ), uno shapefile con la perimetrazione dell’area interessata o l’elenco delle tavole individuate sul quadro d’unione;
  3.  inviare all’indirizzo e-mail: datipst@minambiente.it la precedente richiesta, firmata e salvata in PDF;
  4. aspettare la risposta del Ministero che verrà inviata all’indirizzo e-mail che avete specificato nella vostra richiesta (attualmente il Ministero risponde in una settimana circa);
  5. compilare e firmare i moduli che vi invierà il Ministero, allegando la ricevuta del bollettino di pagamento dei costi di Amministrazione;
  6. aspettare la risposta conclusiva del Ministero che, sempre via e-mail, vi invierà le credenziali per accedere allo spazio FTP, al fine di procedere al download dei dati che avete richiesto (entro 10gg dalla data di invio dell’e-mail)

Onestamente, senza alcuna intenzione di fare polemica, ci pare che sia una procedura abbastanza complicata e sicuramente, con le tecnologie web a disposizione oggi, si potrebbe fare di meglio per renderla più semplice e rapida. Ci auguriamo quindi che in un futuro prossimo venga migliorata. Per il momento, vista la grande utilità che hanno i prodotti LiDAR in molte applicazioni, meglio di niente e ci accontentiamo così!

I prodotti LiDAR tramite WMS

Esiste la possibilità di visionare i prodotti LiDAR  tramite servizio WMS; sulla pagina Servizi WMS del PCN trovate gli URL distinti per Regione, con cui è possibile visualizzare  i DTM e i DSM derivati dai rilievi LIDAR 2×2 mt e 1×1 mt. Naturalmente trattandosi di layer WMS, non forniscono dati scaricabili in locale.

WMS LiDAR Regioni

Per ogni Regione abbiamo quindi disponibili i seguenti layer così raggruppati (l’esempio è per la Sicilia):

layer_WMS_LIDAR

Poichè, come abbiamo già detto, il LiDAR 2×2 è disponibile solo per le fasce costiere, ovviamente non sarà presente per quelle regioni (come la Lombardia) che non si affacciano al mare.

Purtroppo, facendo diverse prove, abbiamo potuto costatare che l’indicazione del nome di questi layer WMS è errata, nel senso che quasi sempre non coincide con la mappa che viene effettivamente restituita. Guardando per diverse Regioni, se ne dedurrebbe che questi nomi vanno interpretati così:

  • il layer chiamato DTM corrisponde in realtà ad un DSM_LAST;
  • il layer chiamato DSM_FIRST non viene scaricato (non si vede);
  • il layer chiamato DSM_LAST corrisponde in realtà ad un DSM_FIRST;
  • il layer chiamato INTENSITY corrisponde in realtà ad un DTM;

quindi di fatto mancherebbe la rappresentazione del vero layer INTENSITY che dovrebbe corrispondere al layer chiamato DSM_FIRST. Si tratta sicuramente di un’anomalia un pò fastidiosa che potrebbe indurre in inganno molti utilizzatori e ci faremo promotori verso il Ministero dell’Ambiente per sollecitare una risoluzione del problema.

Come già detto, trattandosi di layer WMS e quindi non scaricabili, a parte la loro visualizzazione in un client, come per esempio QGIS, ci possiamo fare ben poco; sicuramente non è possibile effettuare tutte quelle analisi per cui appunto sono utili i dati derivati da LiDAR. In questi casi perciò è inevitabile che si richieda al Ministero il download dei prodotti che ci servono, come abbiamo già spiegato.

QGIS layer DSM

Volendo, se adoperate QGIS, c’è una soluzione di compromesso che vi permette di salvare in locale (come geoTIFF) la porzione del layer WMS che state visualizzando nel canvas. Questo metodo utilizza la funzione Salva con nome … ed è ben spiegata in questo articolo: Convertire servizi WMS in file raster. Naturalmente, poichè in questo modo state acquisendo dei dati che sono di competenza del Ministero, fate sempre attenzione all’utilizzo che ne fate.

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