Utilità dei GIS nella modellistica della propagazione del fronte di fiamma negli incendi boschivi

Eva LorraiCRS4

Definizione di GIS“ A GIS is a powerful set of tools for collecting, storing, retrieving at will, transforming, and displaying spatial data from the real world”, Burrough 1986

“A GIS is a decision support system involving the integration of spatially referenced data in a problem solving environment”, Cowen 1988

“A GIS is a computer system that can hold and use data describing places on earth’s surface”, Rhind 1989

A GIS is any manual or computer based set of procedures used to store and manipulate geographically referenced data”, Aronoff 1989

Definizione di GIS

nizzazione che gestisce, elabora ed integra informazione su una base spaziale”, Barrett-Rumor 1993

Hardware

Software

PersoneProcedure

Dati

“A GIS is a group of procedures that provide data input, storage and retrieval, mapping and spatial analysis for both spatial and attribute data to support the decision-making activities of the organisation”, Grimshaw 1995

“ A GIS is an organized collection of computer hardware, software, geographic data, and personnel designed to efficiently capture, store, update, manipulate, analyze, and display all forms of geographically referenced information”, ESRI

“Un GIS è un sistema composto da banche dati, hardware, software e orga-

Utilizzi del GIS� Restituzione cartografica

� Pianificazione territoriale

� Pianificazione urbana

� Percorsi ottimali

� Individuazione di siti

� Turismo

� Analisi di mercato

� Analisi demografiche

� Reti tecnologiche

� Analisi dei rischi

GIS al CRS4� Integrazione GIS – Modelli

� Progettazione e sviluppo di database, GIS e DSS

� Pubblicazione su WEB di sistemi GIS

� Formazione e tutoring

Realizzazione di Multi-catch.avxUtile in sistemi-multi bacino, dove l’aggregazione dei risultati di SWAT per bacini adiacenti può essere necessaria per una visione integrata delle risorse idriche

Base di dati relativi alle risorse

idriche

Base di dati geografici

ODBC

PiezometriaPiezometria

Clique

GRASS Mapserver EnginframeiRods

Utente A Utente B

Utente C

Mapset 1

Mapset 2

Mapset 3

Mapset 4

Execute application

Mapset 5

Mapset n

Mapset Permanent

Software Open Source� gvSIG: http://www.gvsig.org/web/

� Quantum GIS: http://www.qgis.org/

� GRASS GIS: http://grass.itc.it

I dati di una LOCATION hanno tutti lo stesso sistema di riferimento e la stessa proiezione. Per ogni sessione di GRASS si può scegliere un solo GISDBASE e lavorare su una sola LOCATION

Struttura dati GRASS

Ogni LOCATION contiene uno o più MAPSET, insiemi di mappe omogenee (proiezione, luogo, ecc.).

PERMANENT

PERMANENT contiene in genere le mappe in sola lettura mentre gli altri Mapset sono leggibili e scrivibili dai loro proprietari. Contiene inoltre alcune informazioni sulla Location stessa che non si trovano in altri Mapsets

Struttura dati GRASS

element contenutovector/ geometria dei vectordbf/ attributi dei vectorcell/ file rastercellhd/ headers dei file rastercats/ categorie dei file rastercolr/ tabella dei colori per file rastercell_misc/ file di supporto statistiche dei rasterfcell/ file raster floating pointhist/ informazioni su file rastericons/ icone usate da p.mappaint/ label usate da p.maparc/ file Arc/Info ungenerate

Struttura dati GRASS

Un raster di nome soils ha associati i seguenti files:

cell/soils raster binariocellhd/soils headercats/soils categoriecolr/soils mappa coloricell_misc/soils/ directory che contiene informazioni accessorie

Formato dei file RASTERIl valore di una cella occupa da 1 a 4 byteTre formati:1) non compresso2) compresso runlenght encoding3) riclassificato (esiste solo logicamente, viene memorizzata la regola perricrearlo)

Struttura dati GRASS

Nella directory vector/ esiste una cartella con il nome di ogni file, contenente:

cidx file di indicizzazione (binario);coor coordinate (binario);dbln database link (lista dei dbf associati, ASCII);head header (ASCII);hist informazioni sul file (ASCII);sidx file di indicizzazione (binario);topo topologia (binario).

Nella directory dbf/ sono contenute le informazioni tabellari

Dati di input per la modellistica degli incendi

Fattori predisponenti:

�le condizioni climatiche (vento, umidità e temperatura)

�la morfologia del terreno (pendenza ed esposizione)

�le caratteristiche della vegetazione (facilità di accensione e velocità di combustione)

Pendenza ed esposizione

Nel rischio statico sono raggruppati tutti i fattori che non cambiano o che mutano molto lentamente nel tempo.

Caratteristiche della vegetazioneEquazione di Rothermel:

R=(Ir*ξ(1+ΦW+ΦS))/(ρb*ε*Qig ) velocità di propagazione del fronte di fiamma [m/min]

dove il numeratore rappresenta la quantità di calore ricevuto dal materiale combustibile mentre il denominatore indica la quantità di calore necessaria a portare lo stesso alla temperatura di accensione.

Ir = intensità in Kcal/m2 min

ξ = coefficiente di propagazione del flusso calorico

ΦW = fattore di ventosità

ΦS = fattore di declivio

ρb = concentrazione combustibile in Kcal/Kg

ε = indice di preriscaldamento

Qig = calore di preignizione in Kcal/Kg

Dato che la conoscenza specifica e dettagliata dei suddetti fattori è certamente difficoltosa ed impegnativa, Rothermel ha ricondotto le diverse tipologie vegetali a “modelli” di combustibile, di immediata utilizzazione nella suddetta espressione.

Caratteristiche della vegetazione

Carico (M g ha-1) Gruppo M odello di combustibile

1a classe

2a classe

3a classe

4a classe

Altezza strato combustibile

(cm)

Contenuto idr ico

autoestizione (% )

1) Erba bassa 1,82 0,00 0,00 0,00 30 12

2) Sottobosco erbaceo

4,94 2,47 1,23 1,23 30 15

A (dello strato erbaceo: pascoli, prati, incolti)

3) Erba alta 7,43 0,00 0,00 0,00 75 25

4) Macchia alta (1,8 m)

12,37 9,90 4,94 12,37 180 20

5) Cespugliato (0,6 m)

2,47 1,23 0,00 4,94 60 20

6) Cespugli in riposo

3,70 6,17 4,94 0,00 75 25

B (del cespugliato-macchia)

7) Sottobosco 2,79 4,61 3,70 0,91 75 40 8) Lettiera compatta

3,70 2,47 6,17 0,00 6 30

9) Lettiera latifoglie

7,21 1,01 0,37 0,00 6 25

C (delle lettiere)

10) Lettiera e sottobosco

7,43 4,94 12,37 4,94 30 25

11) Carico leggero

3,70 11,13 13,60 0,00 30 15

12) Carico medio

9,90 34,65 40,82 0,00 70 20

D (dei residui selvicolturali)

13) Carico pesante

17,31 56,90 69,28 0,00 90 25

I 13 modelli sono raggruppati in quattro gruppi all’interno dei quali vi è una suddivisione in sottogruppi in base ai carichi (Mg ha-1) per le quattro classi dimensionali espresse dal time-lag period, all’altezza dello strato combustibile, e al contenuto idrico di

autoestinzione.Per classi dimensionali espresse dal time-lag period si intendono le classi di essiccamento di 1 ora, 10 ore, 100 ore e 1000 ore definite dal tempo necessario al combustibile per perdere il 63% della propria umidità in condizioni standard di temperatura, 25°C, ed umidità, 20%, partendo da condizioni di saturazione (Brown et al.,

1982).

Caratteristiche della vegetazione

In cartografia: rappresentazioni a curve di livello

In digitale (GPS, scannerizzazioni e GIS)

�DSM (Digital Surface Model)

�DEM (Digital Elevation Model)

�DTM (Digital Terrain Model)

Dati di input per la modellistica degli incendi: i modelli di elevazione

Dati di input per la modellistica degli incendi: acquisizione dati

� Raccolta dati: acquisizione dei dati come x,y,z (Rilievo topografico con metodi classici o GPS differenziale, Fotogrammetria, Cartografia, Interferometria SAR, Scansione laser)

� Strutturazione secondo la topologia: creazione del modello topologico

� Interpolazione: interpolazione ed estrapolazione dei dati nelle aree dove non ci sono valori

Dati di input per la modellistica degli incendi: DSM

Il Modello Digitale delle Superfici (DSM) rappresenta in forma digitale le quote della parte superiore del terreno comprensivo degli edifici, delle infrastrutture e degli alberi senza procedure di filtraggio.

Dati di input per la modellistica degli incendi: DEM

Il Modello Digitale di Elevazione (DEM) è la rappresentazione dei valori continui di elevazione sopra una superficie topografica con un array regolare di valori di quota, riferiti ad uno stesso Datum. (ESRI)

Il DEM o Modello Digitale di Elevazione (Digital Elevation Model) èla rappresentazione della distribuzione delle quote di una certa superficie, in formato digitale. Occorre specificare quale sia la superficie rappresentata

Dati di input per la modellistica degli incendi: DTM

Nella gran parte delle applicazioni pratiche la superficie che interessa modellare è la superficie del suolo terrestre. In questo caso si parla piùprecisamente di Modello Digitale del Terreno o brevemente DTM, dall'inglese Digital Terrain Model.

Utilizzi del DTM

I DEM possono essere impiegati in un GIS per produrre nuovi dati: carte di acclività o di orientazione del versante, carte di visibilità da un punto etc.Tutti questi prodotti, se impiegati in un ambiente GIS, hanno numerose applicazioni nello studio del territorio e alle indagini per la mitigazione dei rischi naturali.

•Analisi delle pendenze•Analisi dei bacini idrografici•Analisi dei campi di visibilità•Supporto alla previsione di processi di erosione/deposizione

DATUMElemento rappresentativo di una particolare rappresentazione cartografica, riferita all'intero globo o ad una porzione di essa, che individua l'ellissoide e la sua orientazione.

Tipi di datum� WGS84

Datum con ellissoide (WGS84) con orientazione media globale usato nel GPS

� ED50Datum medio europeo con ellissoide internazionale orientato vicino Bonn (Germania) usato anche nelle carte numeriche IGM

� ROMA40Datum Italiano con ellissoide internazionale orientato a Roma M. Mario, base del sistema cartografico italiano

ProiezioniSi usano delle superfici ausiliarie sviluppabili su cui si proietta la terra

�proiezioni cilindriche

Diretta

Inversa

Trasverso o obliqua

�proiezioni coniche

Diretta

Inversa

Trasversa o obliqua

Diretta: asse coincidente con quello della terraInversa: asse giacente nel piano equatorialeObliqua: asse qualsiasi passante per il centro della terra

ProiezioniPROIEZIONE CILINDRICA

U.T.M

GAUSS

ECC .. .

Longitudine-LatitudineGRASS è in grado di gestire anche cartografie nel sistema latitudine e longitune (con sistema di riferimento che non è stato proiettato, dove i punti vengono individuati tramite le coppie di coordinate Lat – Long espresse in gradi, normalmente decimali).

Utilizzando questo sistema di riferimento conta eslusivamente il datum e non il tipo di proiezione.

È possibile passare da un sistema di riferimento non priettato (lat – long) ad uno proiettato utilizzando le classiche metodologie di riproiezione di GRASS (libreria esterna proj).

Geoportale

Geoportale

Budoni

Tagli in scala 1:50.000: Unione dei tagli 444, 445, 462, 463 in cui ricade il territorio di Budoni

DTM

Digital Terrain Model del territorio in esame, in metri.

Slope

Carta delle pendenze del territorio in esame, in gradi.

Aspect

Carta delle esposizioni del territorio in esame, in gradi.

Fuel type

Tipi di combustibile per la zona interessata dall'incendio

SEAP

SEAP