GIS per la Sostenibilità: Change Detection con ArcGIS Pro!

Anni e anni di fantascienza tra libri e film hanno creato in noi un’immagine specifica di viaggio del tempo con delle regole più o meno definite.

Il futuro o il passato possono essere molto diversi dal presente, e può risultare utile avere la possibilità di indagarne le differenze e talvolta vederli contemporaneamente sullo stesso piano, confrontando ciò che è stato con quello che è o che sarà.

Per i dati geospaziali ArcGIS Pro può assumere il ruolo di una moderna DeLorean, fungendo  da “macchina del tempo”. Attraverso le analisi multitemporali il prodotto desktop di Esri ci consente di confrontare epoche diverse e, in alcuni casi, di prevedere i possibili scenari futuri.

Quanto si è ritirato quel ghiacciaio? Negli ultimi cinquant’anni quanti ettari di foresta amazzonica sono stati disboscati? La barriera corallina, ci sarà ancora tra vent’anni? Oppure ancora, negli ultimi anni com’è cambiato l’uso del suolo nelle nostre città?

Queste sono solo alcune delle domande che ci poniamo e a cui possiamo provare a dare una risposta nel nostro nuovo articolo della rubrica dedicata agli strumenti di ArcGIS con un’attenzione particolare alla sostenibilità.

Il Change Detection

Come se avessimo una lente di ingrandimento sul prima e sul dopo, gli strumenti di Change Detection di ArcGIS Pro ci consentono di valutare l’evoluzione di un fenomeno o di un territorio nel tempo, permettendoci di ricavare numerose informazioni interessanti.

Il Change Detection è un’operazione che in ArcGIS Pro possiamo affrontare in diverse modalità, avvalendoci di un tool ready to use, oppure utilizzando dei wizard specifici che ci permettono di effettuare analisi più dettagliate.

Vediamo di seguito un esempio applicato alla foresta amazzonica, un elemento del territorio in evoluzione da milioni di anni, fondamentale per la vita sul pianeta Terra. A partire dal secolo scorso, la foresta ha subito ampi fenomeni di deforestazione e perdita di biodiversità a causa dello sfruttamento delle risorse forestali e minerarie, motivato dalla crescente richiesta di legname e di terreno agricolo.

Utilizzando due differenti dati raster, il primo datato 1992 e il secondo 2020, rappresentativi dell’uso del suolo e ricavati da immagini satellitari dello stato della Rondonia, in Brasile, possiamo individuare e analizzare le differenze tramite il tool Compute Change Raster per vedere come il territorio sia cambiato.

Calcolando inoltre l’area totale per ciascuna categoria di suolo individuata è possibile stimare la perdita di foresta avvenuta nel corso di circa tre decenni: più di 4 milioni di ettari sono stati distrutti. Nella seguente immagine è possibile vedere l’area di foresta amazzonica che è stata convertita in territorio a vegetazione mista/agricola.

Un’alternativa guidata

Un’altra possibilità è offerta dal Change Detection Wizard, un tool che permette una procedura guidata di analisi, riclassificazione, calcolo degli indici e funzioni di Change Detection consentendo di rilevare i cambiamenti di un territorio nel corso del tempo.

Grazie al pannello guidato, si possono analizzare e comparare immagini aeree, raster categorizzati, raster multispettrali, indici, serie temporali e molto altro. Compilando i parametri richiesti dalle varie pagine del pannello si ottiene infine un raster identificativo delle aree del territorio in cui si sono verificati cambiamenti.

Nell’esempio seguente, analizziamo un’area dell’Etiopia per valutare le conseguenze che l’invasione di locuste del 2020 ha avuto sul territorio e in particolare sulla vegetazione (tramite l’ottenimento dell’indice NDVI che mostra lo stato di salute delle piante).

Nell’immagine sottostante, accanto al pannello del wizard, è possibile vedere valorizzate in rosso le aree che indicano la scomparsa della vegetazione (presente nel 2019) dopo il passaggio delle locuste.

Uno sguardo al futuro

Oltre a permetterci di analizzare il passato e il presente ArcGIS Pro offre strumenti per stimare ciò che potrebbe accadere in futuro, tramite ciò che chiamiamo analisi predittiva. Esplorando i trend storici dei dati, possiamo scoprire preziose informazioni sui comportamenti futuri. In questo modo, il passato, con le sue evidenze, può suggerire ciò che il futuro ci riserva, permettendoci di comprendere meglio i possibili scenari futuri.

Consideriamo come esempio un caso studio sull’evoluzione della temperatura del Mar Mediterraneo, un aspetto cruciale per lo studio del clima e dell’ecosistema marino e, di conseguenza, anche quello terrestre. Attraverso l’analisi di un dataset multi-temporale e la valutazione dei trend, possiamo osservare come la temperatura sia variata nel corso degli anni e stimare un possibile scenario evolutivo e predittivo sull’andamento futuro.

Nell’esempio di seguito riportato si osservano le temperature del periodo 1980-2015 per diverse aree del Mediterraneo. Grazie ai tool per l’analisi dei raster multi-temporali disponibili in ArcGIS Pro, si può notare come le temperature mostrino un leggero incremento col passare degli anni. 

 

Allo stesso modo, l’analisi di trend sul dataset, che riflette il comportamento passato e presente delle temperature, permette di fare previsioni sul comportamento futuro. Applicando infatti la funzione ricavata dai dati storici ed estendendola ad un tempo futuro si potrà stimare il comportamento delle temperature per il ventennio 2011- 2031, che come si osserva nell’immagine sottostante, mostra una tendenza verso una crescita.

Conclusione

In questo articolo abbiamo visto alcune possibilità offerte da ArcGIS per valutare l’evoluzione di un territorio attraverso le analisi di Change Detection e multitemporali applicabili a innumerevoli contesti.

Per approfondire altre possibilità offerte da ArcGIS legate al tema della sostenibilità, come efficienza energetica solare, analisi per aree di idoneità, indice NDVI o analisi sulle isole di calore vi rimandiamo agli altri articoli della nostra rubrica Sostenibilità.

I dati utilizzati in questo articolo provengono da numerose banche dati open (consulta il nostro articolo dedicato per comprendere uso e funzionamento!) e da tutorial messi a disposizione da Esri, come:  Evaluate Ethiopia’s changing landscape e Predict coral bleaching events.

Per maggiori informazioni sui tool per la sostenibilità consulta il nostro sito o contatta lo staff GIS di One Team via mail scrivendo a gis@oneteam.it o chiamaci allo 0247719331.

 

Dennis Zammarchi Archeologo preistorico di formazione con un orientamento alla fotogrammetria e alla cartografia, in One Team ricopro il ruolo di GIS Application Engineer. Fra le mie passioni ci sono la lettura, la zoologia, la storia e la cinematografia. Nel tempo libero mi piace molto visitare nuovi luoghi per imparare più cose possibili sul mondo.

Gianluca Sala Geologo di formazione con grande passione per Python e le analisi geospaziali, lavoro in One Team come GIS Application Engineer. Al di fuori dell’ufficio sono sempre alla ricerca di nuove esperienze, amo affrontare nuove sfide e imparare costantemente.