Introduction to the project

Italian Land Reclamation Consortia manage irrigation distribution networks stretching for hundreds of kilometres, together with weirs, dams and drainage channels that require constant monitoring.
Individuare le perdite nella rete, verificare la stabilità delle infrastrutture e rilevare fonti di inquinamento con i soli metodi tradizionali significa affrontare costi elevati e una copertura del territorio spesso parziale.

MIDS (Monitoring Water Infrastructures with Satellite Data) is the project we developed with funding from ASI – the Italian Space Agency, in collaboration with the General Land Reclamation Consortium of the Lower Volturno Basin, to meet this need by integrating multispectral, hyperspectral and SAR satellite data with artificial intelligence and computer vision techniques in a single monitoring platform.

Un progetto finanziato da ASI – Agenzia Spaziale Italiana
18 months of development, in collaboration with the Volturno Land Reclamation Consortium

The challenge in a complex context

Negli ultimi decenni l’ammodernamento delle reti irrigue italiane ha ridotto le perdite d’acqua, ma la crescente domanda idrica e la riduzione delle risorse disponibili richiedono oggi un ulteriore salto di efficienza. Individuare le perdite nelle reti di distribuzione resta difficile: gli schemi sono stratificati nel tempo, spesso privi di strumentazione sufficiente, e le tecniche tradizionali di localizzazione richiedono di strumentare l’intera rete con costi elevati.
Allo stesso tempo, la sicurezza di traverse e dighe richiede un monitoraggio strutturale continuo delle deformazioni causate dal carico idrostatico, dalla geologia del sito e dalle condizioni stagionali. Le ispezioni visive, i sensori in tempo reale e i rilievi topografici restano fondamentali, ma sono spesso costosi e limitati dalla difficile accessibilità delle infrastrutture, specialmente nei periodi di piena.
Infine, il reticolo idrografico secondario gestito dai Consorzi — i canali di piccole e medie dimensioni che rappresentano fino al 60-65% del carico inquinante che raggiunge i corpi idrici principali, non è oggetto di piani di monitoraggio ambientale sistematico, perché la normativa vigente si concentra sui soli canali con portate superiori a 3 m³/s.

The limitations of traditional approaches:

• Il monitoraggio delle perdite richiede di strumentare l’intera rete irrigua, con costi difficilmente sostenibili su reti di centinaia di chilometri
• Il monitoraggio strutturale di traverse e dighe con tecniche tradizionali (rilievo topografico, sensori IoT, droni) è costoso e limitato dall’accessibilità del sito
• Environmental monitoring of drainage channels is based on spot sampling in the laboratory, which covers only a minimal part of the secondary hydrographic network.

Serviva un approccio capace di integrare fonti di dati diverse — satellitari e di terra — in un’unica piattaforma, per fornire ai Consorzi indicazioni tempestive senza dover strumentare l’intero territorio.

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Il problema: le difficoltà da affrontare

Per rispondere in modo efficace, un Consorzio ha bisogno di mappe aggiornate con frequenza temporale sufficiente a intercettare perdite, spostamenti strutturali e fonti di inquinamento prima che diventino critici, mantenendo un buon equilibrio tra accuratezza dell’informazione e sostenibilità economica della soluzione.
Le tre esigenze, perdite, stabilità infrastrutturale, qualità delle acque, richiedono tecnologie diverse (dati multispettrali per i fabbisogni irrigui, interferometria SAR per gli spostamenti, dati iperspettrali per gli inquinanti) che devono però confluire in un’unica interfaccia utilizzabile, senza costringere gli operatori a passare da un sistema all’altro.

The solution adopted

MIDS è la piattaforma che integra queste tre aree di monitoraggio in un’unica soluzione cloud, basata sull’elaborazione di immagini satellitari multispettrali, iperspettrali e SAR con tecniche di intelligenza artificiale e visione computazionale. È stata sviluppata in 18 mesi da un raggruppamento temporaneo di imprese (RTI) composto da Euro.Soft, Ariespace, Latitudo 40 e Unlimited Technology, con il finanziamento di ASI nell’ambito del bando “I4DP Market — Downstream e Servizi Applicativi”.

How it works: technology and integration
Sul fronte delle perdite di rete, MIDS applica il metodo irrisat® per stimare i fabbisogni irrigui a scala di distretto, integrando dati agro-meteorologici con parametri biofisici derivati da immagini satellitari; il confronto tra fabbisogni stimati e volumi effettivamente distribuiti permette di individuare le aree dove è più probabile la presenza di perdite, con mappe aggiornate settimanalmente.
For the structural monitoring of embankments and dams, the platform uses differential synthetic aperture radar interferometry (DInSAR) techniques on data from the Italian COSMO-SkyMed sensor (X-band), which can detect millimetre-scale surface displacements even in the presence of dense vegetation or adverse weather conditions, reconstructing the history of the structure since 2007.
Per la qualità delle acque, MIDS combina immagini multispettrali e iperspettrali (tipo PRISMA) per individuare le aree del reticolo idrografico secondario dove è più probabile la presenza di inquinamento in atto, indirizzando i campionamenti in loco solo dove servono davvero. Tutti i prodotti — mappe di umidità relativa, fabbisogno irriguo, velocità di spostamento e detection inquinamento, a diverse risoluzioni spaziali — confluiscono in un’unica piattaforma WebGIS integrata, accessibile via web e API, compatibile con i principali strumenti GIS desktop.

The results obtained

Il progetto MIDS ha portato alla definizione di cinque prodotti operativi — mappa di umidità relativa (10 m, ogni 5 giorni), mappa dei fabbisogni irrigui per distretto (settimanale), mappa delle velocità di spostamento (fino a 3 m, semestrale) e due mappe di detection dell’inquinamento a 5 m e 1 m di risoluzione (semestrali) — ciascuno validato con metodologie specifiche, dal confronto con dati di volume irriguo a scala distrettuale ai prodotti satellitari di riferimento come MODIS Evapotranspiration.
La piattaforma GIS integrata consente oggi la visualizzazione e l’analisi dei dati geo-spaziali, la generazione di mappe tematiche periodiche e l’interoperabilità con i sistemi di gestione del territorio già in uso presso i Consorzi di Bonifica, offrendo per la prima volta una visione unificata di perdite di rete, stabilità infrastrutturale e qualità delle acque.
I risultati del progetto sono stati presentati al Consorzio Generale di Bonifica del Bacino Inferiore del Volturno nel corso di un evento pubblico, un momento di confronto diretto tra il raggruppamento di imprese realizzatrici e l’ente gestore del territorio, a conferma di un percorso di sviluppo condiviso con l’utente finale fin dalle fasi iniziali del progetto.
Verso un futuro più efficiente
Sviluppato con il finanziamento di ASI – Agenzia Spaziale Italiana, il progetto MIDS rappresenta un passo importante nella capacità di offrire ai Consorzi di Bonifica italiani strumenti sempre più completi ed economicamente sostenibili per la gestione delle infrastrutture idriche, integrando tecnologie di osservazione della Terra all’avanguardia in un’unica piattaforma operativa.