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NO PLASTIC AT SEA

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Petizione OCEAN4FUTURE

Titolo : Impariamo a ridurre le plastiche in mare

Salve a tutti- Noi crediamo che l'educazione ambientale in tutte le scuole di ogni ordine e grado sia un processo irrinunciabile. Crediamo che l'esempio valga più di mille parole. Siamo arrivati a oltre 4000 firme ma continuiamo con la speranza che la classe politica comprenda l'emergenza in cui siamo, speriamo con maggiore coscienza
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Mappare le spiagge a colpi di laser

livello medio
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ARGOMENTO: EMERGENZE AMBIENTALI
PERIODO: XXI SECOLO
AREA: OCEANO PACIFICO
parole chiave: lidar, detriti, monitoraggio

Una quantità crescente di detriti marini generati dall’Uomo sta pervadendo i sistemi ambientali del pianeta provocando una crescente minaccia per gli organismi viventi. La quantificazione dell’impatto viene svolta manualmente, con lunghi monitoraggi sulle spiagge e gli ambienti costieri. Considerando la magnitudine delle aree interessate ed i costi relativi in uno studio recente è stato proposto l’utilizzo di una nuova tecnica basata su tecnica LIDAR per il riconoscimento semi-automatico dei detriti marini.

Purtroppo i detriti antropogenici pervadono in maniera globale gli ecosistemi marini e sono aumentati esponenzialmente negli ultimi decenni. Sebbene la maggior parte dei detriti marini provenga da attività umane, come turismo, agricoltura, pesca e industria, l’impatto legato alla maleducazione umana non è purtroppo trascurabile. Non si tratta solo di cattivo riciclaggio dei rifiuti ma di criminale abbandono degli stessi, da molti vissuto come azione trascurabile a fronte dell’insieme. Questi detriti trovano una via verso il mare attraverso i fiumi ed i torrenti e si depositano sulle rive o vengono trasportati dalle correnti entrando a far parte della circolazione degli oceani e creando in determinate zone vortici enormi di materiali inquinanti soprattutto plastici. Questi detriti marini causano gravi danni all’ambiente globale minacciando gli organismi marini, i processi ecologici e le economie marine. Molti Paesi e organizzazioni internazionali (NOAA, OSPAR, EU) hanno iniziato a monitorare i detriti marini ed hanno sviluppato metodi standardizzati per il loro monitoraggio e valutazione. 

La maggior parte di questi monitoraggi si basa principalmente su azioni sul posto, dispendiose in termini di uomini e mezzi, i cui risultati sono spesso influenzati dalla soggettività degli operatori. Per comprendere meglio le fonti di inquinamento ed operare in maniera più precisa e meno costosa sono quindi urgentemente necessari strumenti di monitoraggio ambientale che siano in grado di ottenere direttamente e in modo appropriato queste informazioni.

sistema LIDAR

Lo studio
I ricercatori hanno sviluppato un metodo di imaging per rilevare detriti e macro-plastici sulle spiagge basato su una webcam per rendere possibile il monitoraggio automatico e continuo delle aree interessate. Tuttavia, a parte i detriti macro-plastici, c’è necessità di acquisire facilmente e rapidamente le informazioni spaziali tridimensionali (3D) e le effettive dimensioni fisiche dei diversi detriti marini depositati sulla riva, utilizzando nuove tecniche di imaging.

Ancora una volta una tecnologia studiata in campo militare è venuta in aiuto degli scienziati. Parliamo del LIDAR (light detection and ranging), una tecnologia basata su un impulso laser attivo i cui dati rielaborati consentono di ottenere funzioni geometriche 3D, dimostrandosi significativamente superiori per l’identificazione di tipi di materiali. In pratica è una tecnologia di rilevamento attiva, che può fornire degli insiemi di dataset point-cloud. Per semplificare con il termine point-cloud si intende un gruppo di punti (dati) raccolti in una nuvola, di fatto dei dati vettoriali diversi da quelli raccolti con immagini raster. Questi dataset riflettono le caratteristiche spaziali 3D degli oggetti reali.

(a) The steps of the whole research. (b) The steps of 3D modeling reconstruction. The figure was created in CorelDRAW Graphics Suite X5. da studio citato

Conosciuta da oltre 40 anni, fino a poco tempo questa tecnologia era stata applicata principalmente in campi come l’analisi topografica, la scienza medica, le scienze forestali, la tecnologia robotica e l’archeologia. Ora si aprono nuove interessanti applicazioni.

I dati sono raccolti dal segnale di backscattering degli echi, originati dall’interazione tra l’impulso laser ed un oggetto. Una volta scomposti i dati della forma d’onda completa, si ottengono ampiezze e sequenze di eco diverse per ciascun oggetto scansionato con le informazioni di posizione spaziali disponibili, che possono essere ulteriormente utilizzate per la loro classificazione.

sistema Laser Riegl impiegato per l’esperimento. Il LIDAR si basa su un impulso laser attivo che è in grado di ottenere funzioni geometriche 3D 

L’esperimento è stato condotto nel gennaio 2015 presso la spiaggia di Nanhui (Shanghai), consistente principalmente di sabbia fine senza detriti. Per l’esperimento detriti composti da plastica, cartone, tessuti e metallo, sono stati posizionati sulla spiaggia a 100 metri di fronte ad uno scanner laser.Uno scanner laser terrestre RIEGL VZ-4000 è stato ruotato di 0,004 gradi in orizzontale e di 0,003 gradi in verticale e posizionato su un treppiede stabile. Dopo 13 minuti di funzionamento il laser scanner ha restituito i dati con una risoluzione spaziale compresa tra 0,2 cm vicino allo scanner e 6,2 cm lungo il mare, automaticamente caricati su un computer. I dati dei detriti e dei punti di terra residui sono stati ulteriormente decomposti e scomposti in ordine delle caratteristiche degli eco. Quindi, è stata utilizzata una correzione radiometrica per la rimozione dell’effetto della distanza sull’ampiezza dell’eco.

Per identificare i diversi tipi di detriti marini sulla spiaggia, è stata impiegato un metodo di classificazione matematico (SVM), ampiamente utilizzato nella geoscienza e nella ricerca ambientale. Dopo il processo SVM, i dati LIDAR dei detriti e dei punti di terra residui sono stati raggruppati in diverse specie, ad esempio le nuvole di punti della superficie del suolo, di plastica, di carta, e via di seguito.

Fig. 4 a) Distribuzione di detriti identificati sulla spiaggia. I riquadri (b-e) rappresentano plastica (b1-b3), carta (c1-c3), tessuto (d1-d3) e metallo (e1-e3). (b-e1), nuvole di punti di detriti individuali; (b-e2), modelli 3D di singoli detriti; S è l’area della superficie dei detriti e la distanza tra due punti è la lunghezza della curva sulla superficie; (b-e3), foto di oggetti reali. La figura è stata creata in Geomagic Studio 2013 e CorelDRAW Graphics Suite X5. da studio citato

Per testare la validità del metodo, i ricercatori hanno ripetuto l’esperimento tre volte sulla spiaggia turistica di Beihai, su un’area di 7500 metri quadri con la presenza di diversi tipi di detriti marini. Lo scanner laser è stato utilizzato per circa 20 minuti per ottenere i dati della forma d’onda completa. Nel frattempo, una valutazione manuale è stata eseguita nella stessa area, registrando la quantità e il tipo di detriti marini per scopi di confronto. 

Fig. 5 (a) foto della spiaggia il 16 marzo 2015. La casella rappresenta l’area di studio in cui sono stati ottenuti manualmente i dati statistici dei detriti. (b) Distribuzione di detriti identificati da LIDAR nell’area di studio. (c-e) Confronto dei tipi e delle quantità di detriti per i metodi manuale e LIDAR. (f) Confronto del tempo impiegato per i metodi manuale e LIDAR. La figura è stata creata in RiSCAN PRO 1.7.8 e CorelDRAW Graphics Suite X5. da studio citato

Considerazioni
Poiché ogni tipo di paesaggio ha le proprie informazioni spettrali, ogni tipo di detriti marini presenta caratteristiche di backscattering diverse in risposta al raggio laser, per cui possiamo trarre vantaggio dall’uso della tecnologia LIDAR per scansionare i detriti marini e classificarli ulteriormente in base alle loro caratteristiche di forma d’onda.

La tecnologia LIDAR può essere quindi proficuamente utilizzata per ottenere informazioni sui rifiuti marini distribuiti sulle spiagge di tutto il mondo per ricostruire la loro configurazione con nuvole di punti. Un modello 3D di detriti marini è simile all’oggetto reale, dando la possibilità di ricostruire lo stato dei detriti sulla spiaggia utilizzando la tecnologia della realtà virtuale. Se questo funziona bene su plastiche, tessuti e metalli, esiste però il problema dei frammenti di vetro che, essendo costituiti da ossidi di silicio come le sabbie, non consentono una corretta discriminazione rispetto alle spiagge. Rispetto ai conteggi manuali, LIDAR ha vantaggi osservabili nel risparmio di tempo e di fatica. Nella figura 5f ci sono volute circa tre ore per completare l’identificazione dei detriti marini mentre con il LIDAR si sono ottenuti eccellenti risultati in soli 20 minuti. Se questo scanner fosse installato su un veicolo mobile, asservito da un sistema di navigazione inerziale o DGPS, la copertura della scansione sarebbe molto più ampia e si potrebbero ottenere enormi quantità di dati corredati da informazioni precise sulla posizione dei detriti. 

In sintesi questi risultati dimostrano che il monitoraggio dei detriti marini con sistemi LIDAR potrebbe ridurre significativamente le operazioni manuali, ottenendo mappe qualitative e quantitative degli stessi in tempi rapidi e su larga scala.

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Informazioni aggiuntive possono essere consultate sul testo originale:
Ge, Z. et al. Semi-automatic recognition of marine debris on beaches. Sci. Rep. 6, 25759; doi: 10.1038/srep25759 (2016).

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1 commento

  1. 01/05/2019    

    Eccellente, quando dico che le alte professionalità ed evolute tecnologie Militari sostengono la sicurezza e la tutela della società civile non è un slogan demagogico, vuole rafforzare esattamente questa evidenza che diviene addirittura strategica nella lotta senza esclusione di colpi alla plastica in mare. Se non ricordo male, ad esempio, le prime importanti aerofotogrammetrie all’infrarosso atte a scannerizzare le coperture edili in materiali di amianto si devono alla nostra Aeronautica Militare.
    Torno alla tecnologia laser proposta. Mi pare che non sia impiegabile ai detriti galleggianti perchè mobili ma anche scannerizzando le sole spiagge si afferma come un enorme salto di qualità nella mappatura degli inquinanti con importantissimo grado di tipizzazione, perfetto.
    Ci vuole un protocollo di intesa con le Regioni ed il MInistero Ambiente per obiettivi programmati e mirati.

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