DEM TINITALY: la topografia dell’Italia in formato digitale

All’inizio degli anni 2000 un gruppo multidisciplinare di ricercatori dell’INGV ha costruito il primo modello digitale della nostra penisola. Dopo 20 anni, nonostante l’avvento di tecnologie più avanzate,  il DEM TINITALY resta ancora oggi un valido strumento non solo in ambiente scientifico ma anche nella vita di tutti i giorni. 

di Simone Tarquini

In modo più o meno consapevole viviamo immersi in un gigantesco sistema informativo territoriale. Oggi sembra normale consultare il nostro smartphone per sapere quanto dista il ristorante e quale sia la strada giusta per arrivarci, oppure è semplicissimo navigare il pianeta in modo virtuale senza muoverci da casa utilizzando Google Earth.

Tutto questo è possibile grazie all’integrazione delle informazioni del territorio su una rappresentazione della superficie del globo terrestre, usando cioè una moderna mappa digitale.

In geofisica questa integrazione di informazioni sul territorio è sempre fondamentale. La geofisica si occupa dello studio dei processi fisici che hanno un impatto sul nostro pianeta. Questo impatto può essere compreso bene soltanto conoscendo il territorio interessato dal fenomeno geofisico in questione. La propagazione delle onde sismiche ed il conseguente scuotimento di edifici costruiti in un dato luogo per esempio possono essere pienamente compresi solo conoscendo il dettaglio della topografia locale e la distribuzione delle varie formazioni rocciose nel sottosuolo (informazione geografica in 3D). Nello stesso modo è necessario conoscere la topografia di un vulcano per prevedere il percorso di un flusso di lava dalla bocca eruttiva verso valle, dove può avere un impatto sugli insediamenti umani.

Negli anni novanta del secolo scorso furono ideati i primi strumenti che hanno permesso di effettuare simulazioni numeriche di fenomeni geofisici come tsunami, alluvioni, colate di lava e flussi piroclastici. Di conseguenza, per affrontare le sfide della moderna geofisica in Italia, si è presto sentita l’esigenza di creare un modello digitale altimetrico (modelli di elevazione del terreno, DEM in gergo) che rappresentasse in modo continuo ed accurato la topografia dell’intero territorio nazionale. 

In questo scenario nel 2000 un gruppo multidisciplinare di ricercatori, operativo al CNR di Pisa e all’Istituto Geografico Militare di Firenze, raccolse questa sfida. Iniziò così un capillare lavoro di raccolta di dati geografici per tutto il territorio nazionale. Alcuni anni dopo questo lavoro avrebbe poi portato alla creazione del “DEM TINITALY” che rappresenta la topografia di tutta Italia in formato digitale (Figura 1).

Dati sorgente raccolti per la costruzione del DEM TINITALY. CTR: sta per “Carta Tecnica Regionale”. IGM: Istituto Geografico Militare

Quel gruppo di lavoro, poco dopo, entrò in servizio presso l’INGV formando una specifica unità funzionale presso l’allora nuova Sede di Pisa. Fu proprio in seno all’INGV quindi, che questo lavoro fu concluso con successo.

Il risultato, denominato “TINITALY/01” (in seguito semplicemente “DEM TINITALY”), è stato pubblicato su “Annals of Geophysics” dove sono anche riportati tutti i dettagli del lavoro.  

Considerando i mezzi disponibili a quei tempi, la creazione di questo DEM è stato uno sforzo davvero notevole. Infatti, sebbene la copertura del dato sia “solo” nazionale, la mole dei dati prodotti è paragonabile a quella del DEM SRTM a scala globale prodotto in quegli stessi anni dalla NASA grazie alle acquisizioni dello “Space Shuttle”.

Il dataset è stato messo immediatamente a disposizione di tutto l’ente ma fu subito evidente che rendere disponibile il DEM TINITALY all’intera comunità scientifica internazionale sarebbe stato senz’altro un passo importante da fare. Proprio in quegli anni infatti, l’interesse per i dati geografici stava crescendo in modo esponenziale. La capillare diffusione di software come Google Earth stava realizzando quella incredibile operazione di “divulgazione tecnologica” che avrebbe trasformato qualsiasi utente di computer in un consumato navigatore di dati geografici. I telefoni mobili sarebbero presto diventati dispositivi costantemente geolocalizzati e sempre connessi al web. Negli stessi anni era cresciuto moltissimo anche l’utilizzo di nuovi sistemi per la costruzione di modelli digitali ad altissima risoluzione (per esempio i rilievi LIDAR da aereo e In-SAR da satellite). Per quanto riguarda i software si stavano gettando le basi per lo sviluppo delle moderne tecniche di tipo “Structure from Motion”, che permettono di derivare modelli digitali del terreno a risoluzione altissima (pochi centimetri per pixel) partendo da semplici foto scattate da droni a costi molto bassi.

Nonostante i grandi passi avanti fatti nel mondo della tecnologia, DEM TINITALY ha sempre mantenuto alto il proprio valore. Infatti, pur avendo una risoluzione spaziale moderata (10 metri per pixel), ha il grande pregio di essere disponibile in maniera continua su tutta Italia risultando un prodotto di notevole interesse per una grande varietà di applicazioni geofisiche e non solo.

Nel 2011 così il data set è stato condiviso con tutta la comunità scientifica e non. E’ stato questo il primo ma significativo passo verso l’attuale possibilità di scaricare liberamente il materiale.

Oltre a raggiungere la comunità scientifica internazionale l’apertura del sito ha avuto una vasta eco grazie anche alla diffusione della notizia attraverso i social. L’interesse che ha avuto, e che ha tutt’oggi questo dataset, è legato al fatto che offre una risoluzione ed una accuratezza superiori rispetto ai modelli globali oggi disponibili gratuitamente sul web (come l’SRTM e l’ASTER), ponendosi come un compromesso tra quei DEM “liberi” ed i nuovi DEM a risoluzione molto più alta, frutto delle ultime tecnologie, che hanno però l’inconveniente di avere una copertura discontinua del territorio italiano e di non essere sempre liberamente e/o facilmente scaricabili.

Chi ha utilizzato il DEM?

Nella storia del DEM molte e diversificate sono state le richieste di aspiranti utenti. La statistica degli accessi ci ha consentito di conoscere meglio sia la tipologia degli utenti che le finalità di utilizzo dichiarate. I risultati dell’analisi ci dicono che, per quanto riguarda la comunità scientifica nazionale ed internazionale, la distribuzione tematica dell’utilizzo del dato è ampia e vede tra i maggiori utilizzatori coloro che si occupano di studi legati all’ambiente e al territorio, ma anche archeologi, geomorfologi e vulcanologi (Figura 2).

Accesso al DEM TINITALY ripartite per aree tematiche classificate secondo la percentuale sugli utenti accreditati.

L’interesse per il DEM è disseminato in molte branche delle scienze della Terra. Si estende ampiamente anche in discipline come la storia, l’archeologia, l’agronomia, la zoologia.

Un’analisi più approfondita ha rivelato che il dataset è stato utilizzato in ambiti anche molto diversi tra loro, che vanno dal campo scientifico a quello istituzionale di protezione civile fino a quello ludico ricreativo.

La mappa di pericolosità da invasione di lava del monte Etna riportata si basa sull’utilizzo di il DEM TINITALY (colori più scuri significano pericolosità più alta)

Tra gli utilizzi più originali c’è quello di contestualizzare i reticoli viari e gli insediamenti umani in età romana o medievale e quello di utilizzarlo come ausilio per la ricostruzione di eventi storici come campagne militari svolte sul territorio italiano. L’accesso al database è stato anche richiesto da vari corpi dell’Esercito come ausilio durante esercitazioni, dai Vigili del Fuoco e da gruppi di soccorso alpino e speleologico come ausilio nelle operazioni di protezione civile.

Esempio di elaborazione del DEM TINITALY che permette di evidenziare le diverse morfologie del paesaggio (per esempio laghi di origine vulcanica ad ovest e catena appenninica ad est)

Ma il DEM ha avuto applicazioni anche nell’ambito ricreativo. Associazioni di appassionati di trekking, ciclismo ed equitazione hanno utilizzato i dati per pianificare escursioni e gite ciclistiche. Ma sicuramente tra gli usi più inattesi c’è l’introduzione del modello altimetrico TINITALY all’interno di alcuni “videogame” per ricostruire il paesaggio in maniera ancora più realistica, specialmente a supporto della simulazione di voli aerei.

Concludendo oggi la tecnologia ed i dati geografici stanno permeando la nostra società in maniera sempre più consistente. Tutto sta diventando “smart”, dallo smartphone alle smart-cities passando per “l’internet delle cose”. Alla base di tutto è fondamentale la geolocalizzazione, sia delle persone che delle risorse. Diventa quindi comprensibile come l’informazione geografica integrata ed il dato altimetrico (compreso il DEM TINITALY) rimangano oggetto di grande interesse.

Il Database

Le mappe che costituiscono il database TINITALY sono oggi disponibili e liberamente scaricabili. Riproducono integralmente la morfologia del territorio italiano e sono state derivate interpolando dati di elevazione ottenuti da fonti diverse come misure a terra, carte tecniche regionali, cartografia IGM ed alcuni rilievi LIDAR. La risoluzione è di 10 m ed il formato dei dati è GeoTIFF, mentre il sistema di proiezione è UTM WGS 84 zona 32 N.

Per scaricare il dato in modo libero ed anonimo è sufficiente collegarsi al sito e seguire le indicazioni.

Vista del DEM TINITALY sull’Italia centrale. Immagine realizzata tramite Google Earth