Monitoraggio di un'eruzione vulcanica con droni e PIX4Dcloud

L'area vulcanica di Cumbre Vieja si trova nell'isola di La Palma, una delle isole più piccole delle Canarie. L'eruzione del 2021 è stata la prima in 50 anni, mentre l'ultimo evento risale al 1971. Da allora, il vulcano ha occasionalmente causato una lieve attività tettonica, come tremori, ma non ha mai eruttato.

L'Istituto Geografico Nazionale di Spagna (IGN) è responsabile del monitoraggio dei vulcani in Spagna e nei suoi territori. I vulcani vengono accuratamente mappati, misurati e analizzati per rilevarne gli spostamenti. L'Istituto ha sede a Madrid con un gruppo di monitoraggio dei vulcani e un altro ufficio importante a Tenerife. Dispone di diversi metodi per il monitoraggio dei vulcani, tra cui la misurazione dell'attività sismica, le immagini INSAR, il GNSS, la geochimica e la geologia.

Previsione dell'eruzione della Cumbre Vieja con la fotogrammetria

Prima dell'eruzione, un team di vulcanologi e specialisti dell'IGN si è recato a La Palma, arrivando il 14 settembre, una settimana prima dell'eruzione. Arrivati sull'isola, dopo 3 giorni hanno iniziato a prepararsi per l'imminente eruzione.

Prevedere le eruzioni vulcaniche è incredibilmente difficile. Non esistono due eruzioni uguali e per i vulcani con lunghi periodi di quiescenza è necessario un attento monitoraggio per cogliere eventuali segnali di cambiamento dello stato del vulcano.

La colata di lava dal vulcano si è estesa fino alla costa e ha dovuto essere misurata e analizzata.

Il team utilizza i droni per monitorare i cambiamenti del terreno, la sua topografia e raccogliere immagini ad alta risoluzione. I risultati ottenuti possono essere utilizzati prima, durante e dopo un'eruzione per conservare i dati e pianificare gli interventi di emergenza o di salvataggio. Lavorare con i droni per mappare un vulcano è più sicuro che visitare manualmente il sito a piedi e consente agli scienziati di bilanciare la sicurezza con la necessità di ottenere dati.

Dettagli del progetto

Come si può mappare un vulcano con i droni?

L'eruzione di La Palma è stata drammatica: la lava ha raggiunto i 500 metri di altezza e la colonna eruttiva ha raggiunto i 5-7 km sopra il livello del mare. La colata di lava del vulcano ha attraversato l'isola, distruggendo edifici e piantagioni, costringendo migliaia di residenti a evacuare le loro case, ad abbandonare la maggior parte dei loro beni e, per molti, i loro mezzi di sostentamento. Il team di IGN era sul posto per l'eruzione e ha seguito l'intero processo dall'inizio fino a quando l'eruzione è stata dichiarata conclusa 85 giorni dopo. Avevano diverse missioni:

1. Durante l'eruzione, il team ha mappato le colate laviche e la costa per vedere l'estensione delle colate laviche e la creazione del terreno.
2. L'IGN doveva stimare i volumi e le superfici dei nuovi terreni.
3. Infine, i vulcanologi hanno pianificato di ottenere un modello 3D del cono vulcanico. Questo sarebbe stato utilizzato per analizzare il vulcano, capire la sua evoluzione e costituire un modello finale per la fine dell'eruzione.

La forma del vulcano è cambiata durante l'eruzione e la nuova struttura è stata registrata da IGN

La mappatura di un vulcano con i droni presenta molti rischi: la lava si muove velocemente e può intrappolare i piloti se non sono attenti. Un altro problema è che i vulcani non producono solo lava, ma anche flussi piroclastici e gas tossici. I pennacchi di una sostanza che sembra gas possono essere in realtà roccia vaporizzata o terreno, che è una combinazione di materiali solidi e gassosi - come è successo alla città di Pompei vicino al vulcano Vesuvio in Italia. Durante la mappatura del vulcano con i droni, il team ha dovuto evitare accuratamente qualsiasi uscita gassosa dal vulcano o dai flussi di lava, perché avrebbero potuto perderla.

Misurare un'eruzione vulcanica con la fotogrammetria

L'IGN collabora con Copernicus, che fornisce assistenza per il monitoraggio GNSS, tettonico, magnetico e dei terremoti in Spagna. In questo caso d'uso, l'IGN ha utilizzato PIX4Dcloud per ottenere risultati rapidi e precisi da condividere facilmente con il team di Madrid e con Copernicus.

Il team dell'IGN ha potuto misurare il vulcano grazie a PIX4Dcloud e alle immagini del drone.

PIX4Dcloud, come suggerisce il nome, è una piattaforma di fotogrammetria basata sul cloud che consente di creare risultati 2D e 3D dalle immagini. Il team ha utilizzato i droni per mappare la colata lavica, che misurava 1200 ettari, e ha caricato le immagini su PIX4Dcloud. Da qui hanno potuto creare ortomosaici 2D e una nuvola di punti 3D che rappresentavano accuratamente la colata lavica. L'eruzione ha distrutto 1500 case e i risultati di PIX4Dcloud possono essere confrontati con le mappe precedenti per verificare l'impatto dell'eruzione utilizzando la funzione 2D Comparison.

Il cono vulcanico stesso è stato misurato su PIX4Dcloud e confermato come alto 200 metri. È qui che le colonne di gas erano più alte e più difficili da evitare, quindi hanno completato solo un volo durante l'eruzione per ridurre al minimo il rischio di perdere il drone. Poi, dopo la fine dell'eruzione, hanno misurato di nuovo per avere un record finale.

Vantaggi della fotogrammetria nella risposta alle emergenze

PIX4Dcloud è stata la soluzione ideale per questo progetto grazie alla facilità di condivisione. L'elaborazione è stata veloce e il progetto finale è accessibile da qualsiasi luogo, soprattutto per il coordinamento con Copernicus o la sede centrale di IGN a Madrid.

"Lavorare con Pix4D è stata la chiave per ottenere mappe e modelli 3D in modo sufficientemente veloce e senza la necessità di avere un potente PC che lavora tutto il giorno in loco. Inoltre, l'utilizzo del cloud ci ha aiutato a condividere le informazioni con altri gruppi scientifici e con i responsabili delle emergenze". - Meletlidis Stavros, vulcanologo presso IGN

L'elaborazione automatizzata ha fatto risparmiare tempo al team, che ha potuto semplicemente caricare le immagini e ricevere una notifica dei risultati pronti. Lo sforzo di volo poteva essere facilmente mostrato con i risultati della fotogrammetria. Le immagini ad alta risoluzione sono state risorse preziose per coordinare la risposta locale al vulcano e hanno contribuito a raccogliere dati che non potevano essere visti con le immagini satellitari. L'eruzione ha creato un proprio sistema meteorologico a cui il drone è stato in grado di muoversi e adattarsi. Grazie al lavoro con i droni e la fotogrammetria, l'IGN ha potuto ottenere dati e risultati accurati, dando al contempo la priorità alla propria sicurezza.