Le caratteristiche e le opportunità dell’Earth Observation

Quali sono le tecnologie satellitari e quali le loro performance? Quali opportunità offrono a imprese tradizionalmente lontane dallo Spazio? In che misura le applicazioni satellitari abilitano nuovi servizi a vantaggio delle imprese e dei consumatori?

Secondo un recente studio dell’Osservatorio Space Economy, i dati e i servizi satellitari stanno raggiungendo un livello di maturazione che li rende, se opportunamente adottati, estremamente duttili ed efficaci in diversi settori, come quello dell’energia e delle utilities (tema che verrà approfondito in un workshop interamente online il 21 settembre). È opportuno fare chiarezza circa le principali categorie di satelliti. Semplificando, è possibile individuare 3 famiglie, aggregate secondo la funzione espletata dalla tecnologia: i Satelliti per l’Osservazione della Terra, per la Navigazione e per le Telecomunicazioni. Focalizziamoci sui primi.

Cosa si intende per "Osservazione della Terra"

L’Osservazione della Terra (o Earth Observation – EO) consiste nell'uso di tecnologie di telerilevamento per monitorare terra, mari e atmosfera e si basa su sensori in grado di raccogliere immagini multispettrali, quindi non solo nella banda della luce visibile.

Le immagini estratte dai satelliti vengono poi elaborate e analizzate al fine di estrarre diversi tipi di informazioni che possono servire una vasta gamma di applicazioni e industrie.

Satelliti di Osservazione della Terra: 5 caratteristiche principali

1) Le tipologie di sensori

È opportuno sottolineare che le tecnologie EO utilizzano diversi tipi di sensori, tra i quali:

• I sensori ottici o termici, in grado di recepire l'energia di riflessione della superficie o dell'atmosfera terrestre della Terra grazie all’energia solare ricevuta. Operano tra il visibile e le lunghezze d'onda infrarosse dello spettro elettromagnetico;
• I sensori radar, che operano nella parte inferiore dello spettro (lunghezze d'onda più lunghe). La maggior parte di questi sensori invia energia sulla Terra e monitora l'energia ricevuta dalla superficie o dall'atmosfera terrestre, consentendo il monitoraggio diurno e notturno in tutte le condizioni atmosferiche.

2) La risoluzione spaziale

Il secondo parametro essenziale in EO è la risoluzione spaziale del sensore, definita come la dimensione del pixel catturato dal sensore istallato sul satellite. Principalmente è possibile distinguere 3 categorie in base a questo parametro:

1. Risoluzione bassa e media (superiore a 10 metri per pixel)
2. Alta risoluzione (tra 1 e 10 metri per pixel)
3. Risoluzione molto elevata (meno di 1 metro per pixel), chiamate anche immagini submetriche (VHR). L'uso di queste immagini, con una risoluzione superiore a 0,3 metri è soggetto a restrizioni per evidenti motivi di sicurezza e privacy.

3) La risoluzione temporale

Un altro importante elemento è la risoluzione temporale, definita come la frequenza con cui i dati vengono acquisiti per una determinata area.

Le esigenze possono variare notevolmente e, anche per questo parametro, si hanno diverse possibilità, con immagini ottenute quotidianamente o ogni poche ore (per le operazioni di emergenza, ad esempio) o altre con tempi decisamente più lunghi (nell’ordine di qualche settimana).

4) La risoluzione spettrale

Spesso si parla anche di risoluzione spettrale, definita dalla larghezza delle bande di spettro che possono essere distinte dal satellite, consentendo alcune applicazioni che richiedono la capacità di analizzare lunghezze d'onda specifiche, utili per identificare caratteristiche specifiche del suolo o sottosuolo come la presenza di rocce o rifiuti sottoterra.

5) Copertura e frequenza di rivisitazione

Gli ultimi parametri chiave considerati per le tecniche di telerilevamento sono la copertura e la frequenza di rivisitazione associata. Infatti, volare in orbita consente ai satelliti di offrire una copertura globale con un singolo veicolo spaziale, a differenza di altri velivoli (come aerei e droni). Tuttavia, la geometria orbitale vincola la frequenza di passaggio su uno stesso luogo (in genere da una volta al giorno a una volta ogni pochi giorni).

L'Earth Observation nella pratica

Le applicazioni sono molteplici, e vedono la necessità di una diretta valutazione dei parametri appena descritti.

Presentiamo di seguito un caso eccezionale, che però chiarisce bene la portata e le opportunità offerte dalle tecnologie di Earth Observation: la valutazione dei danni a seguito di una calamità e il conseguente ripristino dell’infrastruttura.

Le valutazioni dei danni dovute a catastrofi naturali devono essere rapide ed efficienti. Sono necessarie informazioni dettagliate per valutare l'entità dei danni e il modo migliore per rispondere e ripristinare il servizio. Questo è fondamentale per i gestori e i fruitori dell’infrastruttura, così come per le assicurazioni.

Nel caso dell’uragano Michael - che ha colpito la Florida nell'ottobre 2018 - le immagini satellitari prima e dopo sono state utilizzate per identificare le aree danneggiate e l'entità dei danni. I soccorritori, le compagnie di assicurazione e le imprese locali hanno potuto pianificare e ripristinare più velocemente e con maggior sicurezza l’area colpita, caratterizzata da una grande densità di aziende.

I satelliti e l'analisi delle immagini satellitari permettono oggigiorno di ispezionare e ottenere una valutazione aerea di alto livello dei danni, oltre che a fornire informazioni utili per l'instradamento dei mezzi e degli equipaggi nelle aree di interesse così da intervenire in sicurezza.

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