Droni e intelligenza artificiale per studiare e mappare i fiumi

Droni e intelligenza artificiale per studiare i fiumi, censirli e individuare tronchi e rami. E creare mappature da utilizzare per valutare eventuali fenomeni eccezionali. È quanto sottolinea uno studio internazionale realizzato da un pool di ricercatori e a cui hanno partecipato anche quelli del politecnico di Torino e dell’Arpa della Valle d’Aosta, pubblicato con il titolo “Detection of Large Woody Debris in Braided-Rivers RGB-UAV Dataset: A Comparative Study” sulla rivista scientifica Remote Sensing.

Un quadro del sistema fluviale

Un lavoro che, come sottolinea Carlo Camporeale, docente del Politecnico di Torino e coautore dello studio, permette di avere una visione più ampia del quadro fluviale. «Attraverso le immagini e l’impiego dell’intelligenza artificiale – sottolinea – si riesce a distinguere tra il materiale ligneo e quello che ha le radici e si ricostruisce anche l’ambiente endemico». Non solo: «attraverso il confronto delle immagini realizzate in periodi differenti si riesce a capire l’evoluzione e il cambiamento dei fiumi».

Legno e fiumi intrecciati

A caratterizzare i corsi d’acqua, come si legge anche nello studio, sono i detriti legnosi «con forme irregolari e imprevedibili», molto spesso si tratta di tronchi interi, frammenti, ammassi confusi che «visti dall’alto, in una fotografia, si confondono facilmente con la ghiaia, i sassi e la terra circostante: stesso colore, texture simile, contorni poco netti». Senza dimenticare poi i cosiddetti i fiumi “intrecciati” che si dividono in molto canali e cambiano aspetto a ogni piena, « particolarmente dinamici e difficili da monitorare su larga scala».

L’esperimento in Friuli Venezia Giulia

I ricercatori, all’iniziativa hanno partecipato anche esperti del Nanjing Hydraulic Research Institute, la Hohai University di Nanjing, hanno lavorato sul fiume Tagliamento, in Friuli-Venezia Giulia, un fiume considerato «un caso più unico che raro». «È rimasto quasi del tutto privo di interventi artificiali, e per questo – ricostruisce il Snpa, sistema nazionale di protezione ambientale di cui fa parte anche l’Arpa Valle D’Aosta – conserva il comportamento “naturale” tipico dei grandi fiumi alpini di un tempo, canali multipli, isole di vegetazione e, appunto, moltissimo legname trasportato dalla corrente».

Droni e intelligenza artificiale

Quindi la decisione di una nuova formula: droni e intelligenza artificiale al posto dei rilievi a piedi che comporterebbero tempi lunghi ma con molte difficoltà sui tratti lunghi. «Lo studio ha provato una strada diversa – rimarcano dal Snpa -: far volare un drone sopra il fiume con una normale fotocamera e insegnare a un sistema di intelligenza artificiale a riconoscere il legname nelle immagini, in modo automatico». I ricercatori hanno messo alla prova diversi approcci di IA, confrontando tecniche più tradizionali con due modelli di “deep learning” (le stesse famiglie di algoritmi usate, ad esempio, per il riconoscimento delle immagini negli smartphone).

Meno categorie e più precisione

«Meno categorie e più precisione – viene sottolineato dal Snpa -. Chiedere al sistema di distinguere semplicemente “legno” da “tutto il resto” ha funzionato meglio che chiedergli di riconoscere separatamente anche acqua, sassi e terreno. Semplificare il compito, in questo caso, ha migliorato l’affidabilità». Non un traguardo ma un punto di partenza, perché, come sottolineano gli esperti, il punto più importante, dal punto di vista pratico, «riguarda la capacità del modello di “generalizzare”: i ricercatori lo hanno addestrato su un tratto di fiume e in un momento preciso, poi lo hanno messo alla prova su un’area più ampia e su immagini scattate in un periodo diverso dell’anno».

Un lavoro replicabile

«Il risultato è stato positivo: il sistema ha continuato a riconoscere il legname con buona affidabilità anche in condizioni nuove, pur con qualche margine di errore in più nei mesi più secchi, quando il legno asciutto si confonde più facilmente con la ghiaia intorno».

Con i risultato che lo strumento è economico e replicabile. «Un drone con una fotocamera comune — concludono dallo Snpa -combinato con l’intelligenza artificiale può aiutare chi gestisce i fiumi a capire meglio e più rapidamente come cambiano nel tempo, con ricadute dirette sulla tutela degli ecosistemi fluviali e sulla pianificazione degli interventi di gestione del territorio. Meno rilievi manuali, più dati, e strumenti di monitoraggio più accessibili anche per aree estese e difficili da percorrere a piedi».