Tecniche Informatiche Applicate al Monitoraggio Ambientale

Environmental monitoring is a territory control technique essential in preventing destructive natural phenomena. The fragile conditions of the topographical reliefs, the extreme climatic conditions and the increasing pollution of the hydrosphere and lithosphere accelerate terrestrial areas’ degradation. These phenomena are greatly affected by the anthropic action that amplifies their characteristics, contributing to the precariousness of the living conditions of terrestrial biomes. The upheavals of the terrestrial lithosphere brought about by extreme events due to endogenous (volcanic eruptions and earthquakes) and exogenous (floods, tsunamis, landslides) phenomena, fit examples. In this context, adopting strategies capable of mitigating the effects produced on the environment and predicting extreme natural events in advance is of great importance. In both cases, these techniques have a twofold objective: to reduce the loss of human life and preserve natural resources. The works included in this thesis show different approaches focused on specific cases. We aim for alternative proposals that make it possible to reduce the existing gap in the prevention and monitoring of natural phenomena. The prevention of seismic events based on precursory phenomena currently has a high degree of uncertainty. The proposed approach is based on the threshold values of each precursor related to paroxysmal seismic or volcanic events and could significantly increase their reliability. Moreover, in satellite imagery-based environmental monitoring, some steps are usually performed through the GUI of Geographic Information System (GIS) applications. More advanced technologies should be included to automate as much as possible the analysis. This work proposed a fully automated strategy to monitor the Etna volcano's urban sprawl and heat fields and evaluate their evolution in space and time. Extensive experiments on images depicting the areas of several cities have shown the reliability of the proposed approach and tools.

I lavori inclusi in questa tesi mostrano diversi approcci focalizzati su casi specifici. Puntiamo a proposte alternative che consentano di ridurre il divario esistente nella prevenzione e nel monitoraggio dei fenomeni naturali. La prevenzione di eventi sismici basata su fenomeni precursori presenta attualmente un elevato grado di incertezza. L'approccio proposto si basa sui valori soglia di ciascun precursore relativi a eventi sismici parossistici o vulcanici e potrebbe aumentare significativamente la loro affidabilità. Inoltre, nel monitoraggio ambientale basato su immagini satellitari, alcuni passaggi vengono solitamente eseguiti attraverso l'interfaccia utente grafica delle applicazioni del Sistema Informativo Geografico (GIS). Dovrebbero essere incluse tecnologie più avanzate per automatizzare il più possibile l'analisi. Questo lavoro ha proposto una strategia completamente automatizzata per monitorare lo sprawl urbano e i campi di calore nel vulcano Etna valutandone l'evoluzione nello spazio e nel tempo. Ampi esperimenti su immagini raffiguranti le aree di diverse città hanno mostrato l'affidabilità dell'approccio e degli strumenti proposti.