Creare mappe in 3D delle foreste del mondo con la tecnologia LiDAR: è possibile ed è fondamentale

Uno dei grandi problemi con cui si sta cimentando l’ecologia contemporanea è comprendere i meccanismi del cambiamento climatico e l’impatto di ogni singolo fattore che concorre a determinarlo.

La stima del carbonio contenuto nelle foreste del mondo è un dato cruciale per lo studio e la gestione delle conseguenze del cambiamento climatico. Quanto carbonio è in grado di immagazzinare dall’atmosfera ogni singolo albero? E quanto un’intera foresta? Quanto a lungo le foreste del mondo saranno in grado di attutire i danni ambientali provocati dall’inquinamento dell’aria? 

Per rispondere a questa serie di domande, così importanti per la comprensione della situazione ecologica del nostro pianeta, il ricercatore della NASA Atticus Stovall ha cominciato a utilizzare la tecnologia LiDAR per creare mappa in 3D delle foreste del mondo. Ecco come i suoi studi potranno contribuire in futuro al progresso dell’ecologia su scala planetaria.

Costruire una foresta in 3D

Atticus Stovall ha cominciato a lavorare al progetto della costruzione di modelli in 3D delle foreste del mondo nel 2012 e da allora questo è stato il principale campo di applicazione delle sue ricerche.

La tecnologia LiDAR è stata individuata fin da subito come tecnologia fondamentale per la realizzazione del progetto, mentre uno scanner laser terrestre (TLS)  è stato utilizzato per migliorare la stima della quantità di carbonio presente negli alberi.

In particolare uno scanner laser terrestre è in grado di raccogliere da milioni a miliardi di misurazioni in 3D, riuscendo a catturare anche dettagli millimetrici che sarebbe quasi impossibile registrare con altre tecnologie.

Il gruppo di Stovall ha attraversato per anni le foreste di tutto il mondo per riuscire a raccogliere i preziosissimi dati in 3D con cui costruire una mappatura precisa di molte delle foreste del globo.

Grazie alla rielaborazione dei dati raccolti sul campo sono stati creati modelli in 3D senza precedenti, che hanno rivoluzionato la comprensione dei funzionamenti biologici di un singolo albero e, di conseguenza, quella molto più complessa delle vaste foreste di cui (fortunatamente) il nostro pianeta è ancora ricoperto.

Perché misurare le foreste in 3D?

L’obiettivo principale di Stovall e della sua squadra è quella di creare mappe in 3D delle foreste di tutto il mondo. Questo perché Stovall è consapevole dell’impatto profondissimo che le sue misurazioni possono avere sulle stime della quantità di anidride carbonica che ogni foresta del mondo è in grado di assorbire in un certo lasso di tempo.

Per costituire le mappe che rappresentano la stima del carbonio immagazzinato nelle foreste vengono effettuate milioni di misurazioni di alberi: si tratta di un lavoro enorme che però consente di avere un’idea abbastanza precisa della quantità di carbonio contenuta in ogni singolo albero.

Stovall ha voluto precisare che, in realtà, nel corso di questo processo il carbonio non viene mai misurato direttamente. Questo perché, al fine di avere dati certi e precisi della quantità di carbonio immagazzinata in un singolo albero si dovrebbe abbattere l’albero e disseccarlo, quindi pesarlo: la metà del peso a secco di un albero è costituita da carbonio.

Il procedimento messo a punto di Stovall consente invece di misurare diametro e altezza del tronco permettendo di stimare la quantità di carbonio in essa contenuto senza dover intervenire direttamente sulla sua struttura provocandone la morte. Al fine di ottenere misurazioni estremamente accurate degli elementi di ogni singolo albero Stovall ha cominciato a utilizzare la tecnologia TLS.

I dati raccolti attraverso il radar terrestre hanno permesso di creare le mappe più precise mai realizzate con lo stesso oobiettivo.

Mappare in 3D tutte le foreste del mondo grazie alla Stazione Spaziale Internazionale

La tecnologia LiDAR è stata utilizzata esclusivamente a livello del suolo dal gruppo di ricerca di Stovall. Il balzo in avanti è stato compiuto grazie allo svolgimento della missione GEDI (Global Ecosystem Dynamics Investigation) a bordo della Stazione Spaziale Internazionale.

Qui per la prima volta la tecnologia LiDAR verrà utilizzata dallo spazio per acquisire immagini in 3D ad alta risoluzione delle foreste del mondo e della loro capacità di “stoccaggio” del carbonio.

Il progetto GEDI utilizzerà le stesse misurazioni degli alberi utilizzate a terra, ma Stovall sta lavorando a una calibrazione estremamente precisa dello strumento LiDAR della NASA utilizzando il TLS. L’obiettivo è creare dallo spazio una mappa in 3D dello stoccaggio di carbonio nelle foreste terrestri che sia il più possibile accurata: per farlo sarà necessario individuare metodi sempre più efficaci per incrociare i dati 3D raccolti dallo spazio con quelli raccolti a terra.

Rendere disponibile i dati alla GEOINT: visualizzazione in 3D dei dati GEDI

Lo scorso marzo il team scientifico di GEDI ha indetto un concorso per la creazione di una mappa globale che fosse in grado di visualizzare in un modello 3D tutti i dati raccolti finora dal progetto.

Per crearlo Stovall ha scaricato tutti i dati GEDI disponibili, ha eliminato i dati relativi a punti dove la mappatura era di qualità inferiore e ha utilizzato vari colori per rappresentare i 600 milioni di misurazioni di altezza degli alberi che aveva deciso di incorporare nella sua mappa in 3D.

Infine, ha utilizzato un sistema trigonometrico per convertire i valori di latitudine e longitudine associati a ogni misurazione in punti di uno spazio cartesiano (nel quale la Terra è rappresentata con un raggio di appena un Km). 

Prospettive e utilizzi della mappatura in 3D delle foreste

L’idea di Stovall è che aver acquisito un’enorme quantità di dati 3D in relazione alle foreste del globo è solo il primo passo verso l’acquisizione di ulteriori informazioni di grande rilevanza strategica per la gestione dell’emergenza climatica.

Oggi l’obiettivo è sviluppare mezzi sempre più avanzati per riuscire non solo a elaborare i dati 3D raccolti con la tecnologia LiDAR e TLS ma anche per riuscire ad analizzarli per sviluppare la comprensione umana di processi forestali quali la propagazione del fuoco attraverso la chioma degli alberi, lo scorrere dell’acqua attraverso il fusto, l’assorbimento di carbonio su scale temporali differenti.Processare quest’immensa quantità di informazioni creando mappe in 3D consentirà di mettere a disposizione dei governi informazioni realistiche e precise degli ecosistemi. Questo consentirà di prendere decisioni più informate ed efficaci in merito agli ecosistemi la cui protezione è indispensabile al benessere del nostro pianeta.