I satelliti artificiali orbitano intorno alla Terra raccogliendo informazioni di vario tipo e ad oggi sono utilizzati per vari scopi, tra cui quello di rilevare problemi ambientali. I dati raccolti permettono di allargare gli orizzonti di ricerca, prevenendo fenomeni come l’inquinamento atmosferico e la deforestazione.

TAKEAWAY

• Le tecnologie emergenti sono necessarie per ripristinare gli equilibri terrestri e raggiungere gli obiettivi fissati dall’ONU sulla sostenibilità.
• L’osservazione attraverso i satelliti restituisce una mole di informazioni utili che successivamente sono elaborate attraverso sistemi di intelligenza artificiale.
• Un ambito di applicazione innovativo è il monitoraggio della deforestazione, al centro di studi accademici e iniziative statali.

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Le immagini satellitari per monitoraggio ambientale possono essere una soluzione efficace per la salvaguardia dell’ecosistema. Per “satellitari” intendiamo apparecchiature artificiali, create dall’uomo per girare in orbita intorno alla Terra controllandone lo stato di salute.

Uno dei nodi più urgenti da sciogliere resta quello della perdita di biodiversità sul pianeta, ovvero la diminuzione progressiva delle specie viventi. Con il ricorso al digitale si può compiere un enorme passo in avanti, immagazzinando grandi quantità di immagini, attraverso le riprese che arrivano dall’orbita terrestre.

Da un’idea analoga nasce OpenSurface, una piattaforma realizzata a livello internazionale che racchiude una lunga serie di immagini satellitari per monitoraggio ambientale.

Perché oggi è importante trattare questi argomenti? Bisogna tener presente in primo luogo l’Agenda 2030, le linee guida tracciate dall’ONU in termini di sostenibilità. In particolare, va menzionato l’Obiettivo 15 che si prefigge di ripristinare l’ecosistema e le innovazioni tecnologiche possono essere una chiave per salvare la natura. Vediamo a tal proposito cosa rende attuale negli ultimi tempi l’utilizzo dei satelliti e del remote sensing, espressione che in italiano si traduce con “telerilevamento”.

Acquisire dati dallo spazio, lo studio dell’Università della Pennsylvania

Per inquadrare il tema delle immagini satellitari per monitoraggio ambientale la prima cosa da fare è definire il “remote sensing”. Si tratta di una tecnica che permette di ottenere informazioni riguardanti territori in cui non si riescono a predisporre sensori fisici: l’acquisizione avviene solitamente con strumentazioni montate sui droni, di cui abbiamo ricordato le potenzialità relativamente alla supervisione del territorio.

La novità riguarda l’introduzione di immagini satellitari per monitoraggio ambientale con le quali è possibile valutare l’aumento, o la diminuzione di CO2, e determinare le condizioni degli alberi.

A portare l’argomento sulla scena accademica è stato un recente studio della Pennsylvania State University, pubblicato all’inizio del 2021. Il titolo “Emissions, pollution and economy: Satellite data reveal links” introduce subito alla novità, ovvero che i satelliti sono in grado di monitorare le emissioni dei combustibili fossili, l’inquinamento atmosferico e il conseguente impatto sulla vita di tutti i giorni.

Ne è venuto fuori che i fenomeni elencati sono tra loro collegati come spiegato nella pubblicazione su Environmental Reserarch Letters dopo quasi vent’anni di osservazioni. Il passo successivo è stato chiedersi come l’intelligenza umana, e quella artificiale, possono intervenire per migliorare lo scenario disegnato dal Dipartimento di Scienze Atmosferiche della Penn State.

Il team si è servito, durante le sperimentazioni, delle statistiche contenute nell’Open Data Inventory, un immenso archivio accessibile a tutti coloro che ne hanno bisogno per scopi accademici. I satelliti sono stati determinanti nel capire come varia la portata delle emissioni tra un Paese e l’altro, costituendo un importante punto di partenza nella risoluzione di problematiche vitali per il futuro dell’umanità.

A cosa servono le immagini satellitari per monitoraggio ambientale?

Le immagini satellitari per monitoraggio ambientale si inseriscono in un contesto più ampio, con tantissime applicazioni. Si pensi ad esempio che, lo scorso anno, alcuni studiosi dell’Università di Stanford sono riusciti così a quantificare i livelli di povertà in Africa.

Avere un quadro preciso su determinate dinamiche diventa molto utile per istituzioni e organizzazioni che forniscono assistenza alla popolazione. Le misurazioni sono state effettuate sia di giorno che di notte, cogliendo segnali a migliaia di chilometri di distanza.

Ad esempio, sono indice di ricchezza la presenza o meno di strade, corsi d’acqua, strutture abitative. Le ricerche hanno portato ad un cambiamento radicale di prospettiva, possibile con la combinazione di immagini satellitari per monitoraggio ambientale e sistemi di intelligenza artificiale che diano un senso a quanto raccolto.

Le notizie apprese sono spesso completamente nuove agli occhi degli scienziati e “disruptive”, cioè dirompenti rispetto al panorama attuale. Ovviamente spetta ai tecnici immettere nei software le caratteristiche che rendono un posto povero o meno, ma una volta stabilito ciò, la macchina procede in autonomia, analizzando i dati a disposizione.

Soluzioni per limitare gli effetti dell’inquinamento atmosferico

Resta da appurare come le immagini satellitari per monitoraggio ambientale siano state decisive nel limitare i danni all’ecosistema. Prendiamo il caso dei continui incendi nel Sudest Asiatico che, secondo la comunità scientifica, sono dovuti alle eccessive emissioni di anidride carbonica.

Come si è stabilito il nesso tra le due cose? Ancora una volta sono state protagoniste le immagini satellitari per monitoraggio ambientale in un’indagine condotta dal MIT, il Massachusetts Institute of Technology in Singapore e nello stato dell’Oregon. La pubblicazione, apparsa su Nature, si è concentrata sulle torbiere, foreste perennemente allagate che finora erano esaminate con procedimenti lunghi e complessi.

Per constatare cosa succedesse nel suolo sottostante, c’era bisogno, tra le altre cose, di scavare nel terreno e drenare le zone più paludose. L’evoluzione in corso richiede una lunga fase in cui raccogliere le immagini satellitari per monitoraggio ambientale, un passaggio che ha richiesto ben quattro anni. Uno dei responsabili della spedizione, il postdoc Alison Hoyt ha dichiarato:

“Abbiamo ora una prova che i satelliti possono aiutarci a comprendere i cambiamenti in atto, aiutandoci a rispettare le normative locali sull’utilizzo del suolo. Le implicazioni sono sicuramente entusiasmanti”

L’aumento dell’anidride carbonica (CO2) è una delle principali cause del riscaldamento globale e sistemi all’avanguardia rappresentano un consistente aiuto. Gli alberi, per loro natura, assorbono la CO2, rilasciando ossigeno; roghi e devastazioni ci stanno privando del loro prezioso contributo.

Per rimediare a ciò è stato creato il Global Forest Watch, una piattaforma che attinge dalle immagini satellitari per monitoraggio ambientale, incrociandole con le segnalazioni che arrivano dalle persone e dalle istituzioni.

Immagini satellitari per monitoraggio ambientale: uno strumento contro la deforestazione

Come si utilizzano le immagini satellitari per il monitoraggio ambientale volto a combattere la deforestazione? Si passa da semplici fotografie ad un concreto segnale di allarme che mette in evidenza le aree in pericolo, attraverso un algoritmo sviluppato dall’Università di Wageningen, nei Paesi Bassi, in collaborazione con Satelligence, un’azienda del settore.

Una volta calcolate le probabilità del disboscamento, si registrano, in parallelo, gli avvenimenti reali, rappresentati – sull’interfaccia – dal variare dei pixel, ossia gli elementi digitali che formano le immagini.

Una diversa definizione a livello grafico, dunque, diviene immediatamente indice di una situazione di emergenza. L’obiettivo, da più fronti, è quello di evitare la scomparsa della vegetazione, utilizzando immagini satellitari per monitoraggio ambientale e altri sistemi.

In particolare, in Brasile il governo ha pensato ad un registro elettronico per tenerne traccia, ma rimangono molte sfide da affrontare. Proprio nello stato sudamericano si estende il 60% della foresta amazzonica, il cosiddetto polmone verde del pianeta, soggetto a una lunga serie di incendi tra il 2019 e il 2020.

Per non far accadere più episodi del genere, l’Istituto brasiliano per le ricerche spaziali ha mandato in orbita il satellite Amazonia-1 che, attraverso il telerilevamento, vigilerà sullo stato del territorio. Il lancio è avvenuto il 28 febbraio scorso, ora il satellite si trova a più di 700 km di quota e dimostra come il progresso sia sempre più in grado di garantire un futuro migliore.

Esplorare l’evoluzione del disboscamento nel corso del tempo

Siamo nel Parco Nazionale di Leuser, in Indonesia, una regione popolate da molte specie animali, tra cui in particolare gli oranghi. Una ONG locale, grazie ai satelliti, ne protegge l’habitat attraverso foto scattate dallo spazio e trasformate in segnali: abbiamo appena descritto uno dei casi studio presentati da Satelligence, l’azienda che, come si accennava prima, indaga le probabilità di deforestazione in vari luoghi della Terra e corre ai ripari.

Il mezzo scelto è il cloud computing, ovvero un insieme di servizi che permettono di immagazzinare grandi quantità di dati all’interno di spazi virtuali. Uno strumento preso in prestito dall’informatica che è servito a realizzare un sistema che elabora in tempo reale il contenuto di migliaia di computer molto distanti fra loro.

Nel caso qui presentato rientrano tutte le varietà viste finora, dalle grandi foreste alle torbiere, con l’obiettivo comune di creare degli alert, cioè avvisi che permettano di evitare il peggio.

La società si occupa dunque di realizzare accurati modelli di previsione e di mappare i luoghi in cui si trovano le materie prime – in particolar modo per il comparto alimentare – focalizzandosi ad esempio sull’industria del cacao.

Il valore aggiunto è la possibilità di guardare oltre le nuvole e scoprire cosa succede ad esempio in alcune regioni dell’Africa. A tal proposito si è espresso il CEO di Satelligence, Niels Wieelard:

“Secondo alcune statistiche, in aree nuvolose come il Ghana solo il 6% della deforestazione viene rilevato in tempo reale, ma con i nostri radar possiamo migliorare notevolmente la tempestività del rilevamento. Osservare bene ciò che accade in questi frangenti sarà molto importante per la sostenibilità nei prossimi anni“

A seconda delle esigenze riscontrate, si aggiungono nuove aree di monitoraggio. In questo modo, ingegneri e data scientists sono in grado di appurare l’età degli alberi o quanto carbonio è presente nell’aria, nonché l’estensione dei roghi e le zone più produttive in ambito agricolo.

Viene fuori così un ricco archivio che permette di esplorare l’evoluzione del disboscamento nel corso del tempo, escogitando rimedi e soluzioni per il futuro.