immagini satellite

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 LE IMMAGINI DA SATELLITE NELL’INDAGINE ARCHEOLOGICA: STATO DELL’ARTE, CASI DI STUDIO, PROSPETTIVE S. Campana - Archeologia dei Paesaggi - Polo Universitario Grossetano, Università di Siena Stato dell’arte Il rapporto tra Archeologia ed immagini da satellite è da sempre difficile e contraddistinto da eccessi di ottimismo alternati a momenti di forte diffidenza in merito al ruolo che il dato da satellite  può svolgere nell’indagine archeologica. Questa situazione è da attribuire ad una serie di concause tra cui troviamo la diffusione, fin dagli Anni ’80, di poche immagini eclatanti riprese dallo spazio che invece di essere considerate casi isolati del tutto eccezionali, hanno generato aspettative infondate e totalmente irreali rispetto alle caratteristiche tecnologiche dei primi satelliti 1 . Per tali motivi riteniamo possa essere utile far precedere, alla discussione sull’esperienza condotta  presso il Laboratorio di Telerilevamento dell’Università di Siena, una breve rilettura critica dello sviluppo storico delle metodologie, delle applicazioni e delle potenzialità delle immagini da satellite in archeologia. La storia degli studi a fini archeologici di immagini riprese da piattaforma satellitare può essere suddivisa in tre momenti scanditi dal progresso tecnologico 2 . Il primo periodo, della durata di circa un decennio (1972-1984), fa uso dei dati della serie Landsat MSS 3  per la ricostruzione parziale dell’andamento dei più significativi elementi paleoidrografici, ai quali spesso risultano associati siti archeologici 4 . In Italia in questa fase sono state condotte ricerche, utilizzando immagini Skylab e Landsat MSS, su grandi sistemi di organizzazione del paesaggio rurale antico, tra cui schemi di centuriazione romana a diverso modulo di spaziatura e orientamento dei limiti in stretto rapporto con paleoreticoli di drenaggio 5 . La seconda fase di sviluppo (1984-1992) è determinata dalla disponibilità di satelliti più sofisticati,  prima la serie Landsat TM e poco dopo gli SPOT. Un elemento altrettanto significativo di questo  periodo è rappresentato dalla diffusione del personal computer per il quale si resero presto disponibili programmi per l’elaborazione delle immagini da satellite (ERDAS, I 2 S Gemstone, Dragon, ecc.). L’aumento della risoluzione geometrica delle immagini consente un maggior numero di applicazioni in campo archeologico mentre gli strumenti d’analisi, accessibili anche per piccoli centri di ricerca e per molte Università, mettono in condizione i ricercatori (di solito geologi) di sperimentare direttamente le tecniche di elaborazione più consone al raggiungimento degli obiettivi  preposti 6 . Le immagini Landsat TM sono state utilizzate con successo in numerosi programmi di ricerca per l’individuazione di elementi archeologici di grandi dimensioni quali antichi sistemi di argini, 1  Pensiamo ad esempio alle immagini SIR-A (sensore RADAR installato a bordo dello Shuttle) del deserto del Sahara (Sudan nord occidentale) che hanno consentito l’identificazione di paleoreticoli idrografici o alle esperienze condotte sempre dalla NASA in Centro e Sud America. Sull’argom ento si vedano, http://southport.jpl.nasa.gov/ e http://www.ghcc.msfc.nasa.gov/archeology/ 2  MARCOLONGO-BARISANO 2000, pp.14-30; MARCOLONGO 2000, pp.333-336.  3  I satelliti Landsat MSS hanno risoluzione geometrica lineare al suolo di 80 m, con sensore multispettrale a 4 bande che operano nell’intervallo visibile e del v icino infrarosso. Per una panoramica sul progetto Landsat e sulla relativa  bibliografia archeologica si ve da C AMPANA-PRANZINI  2001, pp.45-46. 4  Tra le esperienze più importanti ricordiamo i lavori di Lyons nella regione del Chaco Canyon (L YONS et alii 1976) e del gruppo di ricercatori dell’Università e del CNR di Padova nelle regioni dell’Arslantepe-Malatya in Turchia e nell’area di Geili in Sudan (M ARCOLONGO 1988, pp.171-201). 5  MARCOLONGO-MASCELLARI  1978. 6  In precedenza l’analisi delle immagini consisteva nella semplice osservazione di una serie di stampe cartacee elaborate per via analogica e distribuite dai centri di elaborazione dati.  

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LE IMMAGINI DA SATELLITE NELL’INDAGINE ARCHEOLOGICA:

STATO DELL’ARTE, CASI DI STUDIO, PROSPETTIVE

S. Campana - Archeologia dei Paesaggi - Polo Universitario Grossetano, Università di Siena

Stato dell’arte

Il rapporto tra Archeologia ed immagini da satellite è da sempre difficile e contraddistinto daeccessi di ottimismo alternati a momenti di forte diffidenza in merito al ruolo che il dato da satellite

 può svolgere nell’indagine archeologica. Questa situazione è da attribuire ad una serie di concausetra cui troviamo la diffusione, fin dagli Anni ’80, di poche immagini eclatanti riprese dallo spazioche invece di essere considerate casi isolati del tutto eccezionali, hanno generato aspettativeinfondate e totalmente irreali rispetto alle caratteristiche tecnologiche dei primi satelliti1.Per tali motivi riteniamo possa essere utile far precedere, alla discussione sull’esperienza condotta

 presso il Laboratorio di Telerilevamento dell’Università di Siena, una breve rilettura critica dellosviluppo storico delle metodologie, delle applicazioni e delle potenzialità delle immagini da satellitein archeologia.La storia degli studi a fini archeologici di immagini riprese da piattaforma satellitare può esseresuddivisa in tre momenti scanditi dal progresso tecnologico2. Il primo periodo, della durata di circaun decennio (1972-1984), fa uso dei dati della serie Landsat MSS3 per la ricostruzione parzialedell’andamento dei più significativi elementi paleoidrografici, ai quali spesso risultano associati sitiarcheologici4. In Italia in questa fase sono state condotte ricerche, utilizzando immagini Skylab eLandsat MSS, su grandi sistemi di organizzazione del paesaggio rurale antico, tra cui schemi dicenturiazione romana a diverso modulo di spaziatura e orientamento dei limiti in stretto rapportocon paleoreticoli di drenaggio5.La seconda fase di sviluppo (1984-1992) è determinata dalla disponibilità di satelliti più sofisticati,

 prima la serie Landsat TM e poco dopo gli SPOT. Un elemento altrettanto significativo di questo  periodo è rappresentato dalla diffusione del personal computer per il quale si resero prestodisponibili programmi per l’elaborazione delle immagini da satellite (ERDAS, I2S Gemstone,Dragon, ecc.). L’aumento della risoluzione geometrica delle immagini consente un maggior numerodi applicazioni in campo archeologico mentre gli strumenti d’analisi, accessibili anche per piccolicentri di ricerca e per molte Università, mettono in condizione i ricercatori (di solito geologi) disperimentare direttamente le tecniche di elaborazione più consone al raggiungimento degli obiettivi

 preposti6.Le immagini Landsat TM sono state utilizzate con successo in numerosi programmi di ricerca per l’individuazione di elementi archeologici di grandi dimensioni quali antichi sistemi di argini,

1 Pensiamo ad esempio alle immagini SIR-A (sensore RADAR installato a bordo dello Shuttle) del deserto del Sahara(Sudan nord occidentale) che hanno consentito l’identificazione di paleoreticoli idrografici o alle esperienze condottesempre dalla NASA in Centro e Sud America. Sull’argomento si vedano, http://southport.jpl.nasa.gov/ ehttp://www.ghcc.msfc.nasa.gov/archeology/2 MARCOLONGO-BARISANO 2000, pp.14-30; MARCOLONGO 2000, pp.333-336. 3 I satelliti Landsat MSS hanno risoluzione geometrica lineare al suolo di 80 m, con sensore multispettrale a 4 bandeche operano nell’intervallo visibile e del vicino infrarosso. Per una panoramica sul progetto Landsat e sulla relativa bibliografia archeologica si veda CAMPANA-PRANZINI 2001, pp.45-46.4 Tra le esperienze più importanti ricordiamo i lavori di Lyons nella regione del Chaco Canyon (LYONS et alii 1976) edel gruppo di ricercatori dell’Università e del CNR di Padova nelle regioni dell’Arslantepe-Malatya in Turchia e

nell’area di Geili in Sudan (MARCOLONGO 1988, pp.171-201).5 MARCOLONGO-MASCELLARI 1978.6 In precedenza l’analisi delle immagini consisteva nella semplice osservazione di una serie di stampe cartaceeelaborate per via analogica e distribuite dai centri di elaborazione dati. 

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  parcellizzazioni agrarie, viabilità ed insediamenti di tipo urbano7. Nel 1986 al Landsat TM siaffianca il satellite francese SPOT (Satellite Probatorie pour l’Observation de la Terre),equipaggiato con un sensore multispettrale a tre bande (verde, rosso, vicino infrarosso) conrisoluzione geometrica di 20 m ed un sensore pancromatico con risoluzione di 10 m8. Risultatiinteressanti sono derivati dall’uso combinato dei satelliti Landsat TM e SPOT. In Inghilterra il team

di ricerca dell’Università di Durham ha identificato e restituito su base cartografica parte delsistema idrico antico dell’East Anglian Fenland9. La definizione di antichi sistemi di organizzazionedello spazio agrario e dell’uso del suolo in ambito mediterraneo è stata al centro di numerosi

 progetti tra la fine degli anni Ottanta e la prima metà degli anni Novanta. Risultati significativi sonostati ottenuti utilizzando dati Landsat e SPOT da Madry e Crumley nella Valle dell’Arroux inFrancia10, da Gaffney e Stančič in Dalmazia11, da Urwin e Ireland in Portogallo12 e da Stein, Cullene Wiseman in Grecia13.In questa fase, in Italia, un ruolo di primo piano nello studio del dato da satellite in ambitoarcheologico è stato svolto dal Laboratorio di Telerilevamento dell’Università di Firenze edall’Istituto di Geologia Applicata del CNR di Padova. Entrambi i centri di ricerca, oltre ai risultatistorico-archeologici, hanno dato un importante contributo metodologico, introducendo nuove

 prospettive per l’utilizzo e l’integrazione delle informazioni territoriali, mutuando tecniche d’analisiin particolare dalla geologia e dalla geomorfologia all’archeologia. Tra i progetti più significativi

  promossi dall’ateneo fiorentino segnaliamo l’applicazione di immagini Landsat allo studiodell’evoluzione delle pianure di Grosseto, di Pisa e della Valle dell’Albegna14, mentre il team delCNR ha proseguito le ricerche sulla centuriazione romana nella pianura padana tramite l’analisi di

  prese Landsat TM5, SPOT e foto aeree convenzionali ed ha inoltre condotto nuovi studi sul paleoambiente e sulle relazioni con il popolamento antico nello Yemen, in Libia, nel Turkmenistandel sud, in Siria ed in Turchia15.

  Nella seconda fase di sviluppo tra i sensori che acquisiscono immagini da piattaforme spazialitroviamo anche il RADAR. Tra le caratteristiche più significative di questi sistemi di rilvamento viè la capacità delle microonde di attraversare indisturbate l'atmosfera, di operare in presenza dinebbia o nuvole e di superare problemi di visibilità connessi alla presenza di vegetazione erbacea,arbustiva ed arborea permettendo di osservare il suolo sottostante. I primi sensori RADAR operativinello spazio sono stati progettati dalla NASA/JPL e installati a bordo dello Shuttle in tre diverse

7 Tra i progetti più importanti avviati in questa fase vi è la creazione alla NASA, nell’ambito del Global Hydrology andClimate Center (GCCC), di una sezione dedicata alle applicazioni del Telerilevamento in Archeologia:http://www.ghcc.msfc.nasa.gov/archeology/. Le ricerche condotte dal GCCC nell’area mesoamericana hanno portati arisultati significativi. Le analisi sui dati Landsat TM permisero agli archeologi l’individuazione di un’estesa rete dicampi coltivati e di insediamenti Maya nella penisola messicana dello Yucatán (POPE-DAHLIN 1989,  pp.87-106). Moltealtre sono le esperienze rilevanti tra cui ricordiamo il lavoro dell’Università del Colorado nello Stato del Montana (EL-BAZ 1997, pp.60-65) e dell’Università di Bournemouth (UK) in Nigeria (DARLING 1984). Anche in Europa non

mancano esempi di studi sul paesaggio che utilizzano immagini Landsat. In Inghilterra le ricerche di Chris Coxnell’ambito del North-west Wetlands Project hanno permesso di identificare numerose aree umide confermatesuccessivamente da ricognizioni aeree e di superficie (COX 1992, pp.249-267). In Francia i lavori di Guy e Delézir hanno dimostrato l’utilità del dato da satellite per la definizione di sistemi di parcellizzazione pregressi (GUY-DELÉZIER  1993, pp.69-85). 8 CAMPANA-PRANZINI 2001, pp.47-48.9 R ENFREW-BAHN 2000, pp.84-86. 10 MADRY-CRUMLEY 1990, pp.364-381 11 GAFFNEY et alii 1995, pp.563-567. 12 URWIN-IRELAND 1992, pp.121-131. 13 WISEMAN 1992, pp.1-4; STEIN-CULLEN 1994, p.316. 14 MASELLI et alii 1988, pp.211-226; GABBANI et alii 1992, pp.289-299; GABBANI et alii 1994, pp.239-242; PRANZINI-

SANTINI 1999, pp.283-291; MARCHISIO et alii 2000, pp.233-244. 15 COSTI et alii 1992; MARCOLONGO-PALMIERI 1988, pp.45-53; MARCOLONGO-MORANDI BONACOSSI 1997, pp.79-86;MARCOLONGO 1987, pp.269-282; MARCOLONGO-MOZZI 2000, p.22; CLEUZIOU et alii 1992; MARCOLONGO-VANGELISTA 2000, pp.22-26. 

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missioni16. I dati raccolti nel corso di queste missioni hanno trovato applicazioni di grande interessein ambito archeologico e paleoambientale. Topografie sub-superficiali fatte di valli e rilievi incisidal reticolo idrografico, da riferire ad precedenti fasi pluviali sono state riscontrate in areedesertiche degli Stati Uniti, del Medio Oriente e della Cina17. Nella penisola arabica è stato

 possibile riconoscere centinaia di chilometri di piste carovaniere molte delle quali convergono verso

la città di Ubar 18. Le informazioni acquisite con sistemi RADAR sono risultate particolarmente utili  per l’individuazione di strutture archeologiche situate in aree caratterizzate da densa coperturavegetale come nei casi del Messico, Guatemala e Cambogia19.I primi due periodi di sviluppo del Telerilevamento da satellite in Archeologia sono staticaratterizzati dalla ricerca di tecniche di elaborazione, interpretazione del contenuto semantico delleimmagini e per l’analisi dei rapporti spazio-temporali intercorrenti tra insediamenti antropici erisorse naturali. Nell’ambito dello studio delle reti insediative antiche il contributo delle ricerche èstato prevalentemente indiretto e nel complesso piuttosto modesto20. Le analisi trovavanoapplicazioni esclusivamente in contesti a scala regionale, permettendo il riconoscimento di unnumero limitato di evidenze ed in particolare elementi caratterizzati da uno sviluppo

 prevalentemente lineare. Ci riferiamo a sistemi viari, canalizzazioni, partizioni dell’agro, paleoalvei,

  paleoconoidi, meandri relitti, direttrici di deflusso idrico sotterraneo e aree di accumulo idricosotterraneo.La difficoltà nel riconoscimento delle “forme” (l’individuazione di grandi centri urbani è una realtàlimitata a particolari aree geografiche) ha reso nelle due fasi appena discusse la fotografia aereaassolutamente insuperabile per il riconoscimento e lo studio delle aree insediative. Inoltre leimmagini di prima e seconda generazione, in genere, hanno dato un contributo sostanziale solo inaree, scarsamente antropizzate, prive di studi sistematici realizzati con le tradizionali tecnicheaerofotografiche e difficilmente accessibili.Il terzo periodo (1992-in corso) è contrassegnato da cambiamenti tecnologici e metodologicisignificativi che mutano le potenzialità e gli obiettivi dell’applicazione del dato da satellite nellaricerca archeologica e le figure professionali coinvolte. In sintesi possiamo riassumere ilcambiamento in:

•  disponibilità sul mercato scientifico di dati telerilevati con una risoluzione spaziale metrica esubmetrica in grado di distinguere un numero molto maggiore di emergenze; 

•  sviluppo di sensori più evoluti nel campo del visibile e dell’infrarosso, a cominciare da quelli  posti sui satelliti indiani della serie IRS-1 fino ai sensori Kodak istallati sulle piattaformeIkonos-2 e Quickbird-2, e nel campo delle microonde come quello posto sul satellite europeoERS-1 o il canadese RadarSat-1; 

•  diffusione capillare dei sistemi GIS (Geographical Information System) e GIP (GeographicalImage Processing) gestiti direttamente da archeologici.

L’inizio della terza fase coincide con l’immissione sul mercato delle immagini ad alta risoluzione

dei satelliti spia russi (COSMOS) e americani (CORONA) avvenuta rispettivamente nel 1992 e199521. L’interesse per queste immagini è legato in particolare all’alta risoluzione e al valore storicodei dati. I satelliti americani KH-1-4, KH-4A, KH-4B e KH-6, operativi tra il 1960 e il 1972, sonocaratterizzati rispettivamente da risoluzioni spaziali di circa 8, 3 e 1 m. La copertura è mondiale,anche se risulta maggiormente concentrata nei paesi dell’Europa dell’Est e sull’Asia. Il territorioitaliano è interessato, con più di 4000 riprese ad alta e media risoluzione. La camera russa KVR-1000 operativa dal 1981 acquisisce immagini pancromatiche di 40x40 km con risoluzione

16 CAMPANA-PRANZINI 2001, p.52. 17 EL-BAZ 1989, pp.33-38; EL-BAZ 1997, pp. 60-65; HOLCOMB 1992, pp.129-138. 

18 R ENFREW-BAHN 2000, pp.84-86. 19 ADAMS et alii 1981, pp.1457-1463; A NON 1995, pp.12-13; MOORE-FREEMAN 1997, pp. 15-19. 20 DONOGHUE et alii 2002, pp.211-223. 21 MCDONALD 1995, pp.689-720. 

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geometrica tra 1 e 2 m.Fin dalla prima apparizione sul mercato questi dati hanno suscitato un certo interesse e numeroseesperienze hanno dimostrato la loro utilità in campo archeologico. Tra queste segnaliamo i casi distudio di Figsbury Ring e Stonehenge in Inghilterra, nella valle dell’Eufrate in Turchia e nella HomsRegion in Sira22. Kennedy che ha fatto uso di immagini CORONA nell’ambito dello Zeugma

Project sottolinea come queste immagini consentano effettivamente l’individuazione di sitiarcheologici ma sebbene la risoluzione sia sostanzialmente idonea, la qualità dell’immagine e lacasualità del momento di acquisizione riducono le potenzialità del loro contributo in aree bendocumentate e monitorate con gli strumenti tradizionali dell’indagine archeologica23.La vera rivoluzione nel segmento spaziale di osservazione della Terra è da attribuireall’approvazione, nel 1994 da parte del Governo degli Stati Uniti, dello sviluppo di satelliti ad altarisoluzione per uso commerciale. Nel mese di settembre del 1999 la società americana SpaceImaging è riuscita a mettere in orbita Ikonos-2, il primo satellite civile in grado di acquisiresimultaneamente immagini multispettrali e pancromatiche ad alta risoluzione. Nel mese di ottobredel 2001 Digitalglobe lancia QuickBrid-2, un satellite equipaggiato con un sensore multispettrale e

 pancromatico che sposta la frontiera della definizione a 2,44 m per il dato multispettrale e 0,61 cm

 per il pancromatico. Dal mese di maggio del 2002 è inoltre in orbita SPOT-5 un satellite francesecaratterizzato da un sensore multibanda con risoluzione di 2,5 m.Le caratteristiche dei satelliti ad alta risoluzione possono essere riassunte in24:

•  operatività immediata senza fasi preliminari; 

•  flessibilità nella programmazione delle riprese ovvero la possibilità di stabilire con precisionel’area di interesse e con buona approssimazione il momento di acquisizione della scena; 

•  altissima definizione e accuratezza geometrica; •  acquisizione regionale di scene con dimensioni contenute per via dell’alta risoluzione

geometrica; •  ottima registrazione di immagini acquisite in tempi diversi; 

•   possibilità di visione stereoscopica con visione nadirale e obliqua sulla stessa traccia (conritardo di ripresa tra le due immagini di pochi secondi); 

•  tempi di acquisizione e di consegna delle immagini pre-elaborate (correzioni radiometriche,correzioni geometriche e georeferenzizione) molto rapidi. 

Dati con queste caratteristiche rappresentano per l’archeologo strumenti potenzialmente di grandeinteresse per lo studio e il monitoraggio dei paesaggi antichi. Per questi motivi le immagini Ikonos-2 hanno suscitato, da subito, l’attenzione degli archeologi e nel volgere di pochi anni sono statiavviati numerosi progetti con l’intenzione di valutarne l’effettivo potenziale e le possibiliapplicazioni.Tra le esperienze più significative avviate sui dati Ikonos-2 segnaliamo gli studi intrapresi inInghilterra presso il Centro di Telerilevamento dell’Università di Durham nell’ambito di un progetto

sul territorio Siriano25

. Negli Stati Uniti, la sezione archeologica del Global Hydrology and ClimateCenter (NASA) ha sperimentato le immagini ad alta risoluzione nelle ricerche in Mesoamerica26.L’Università di Cincinnati in collaborazione con la NASA ha sperimentato l’uso di immaginiIkonos-2 pancromatiche e multispettrali in Turchia con l’obiettivo di rileggere con tecnologieinnovative il territorio della città di Troia27. L’Università di Melbourne ha introdotto l’uso delle

22 FOWLER 1996, pp.667-671; FOWLER 2002, pp.55-69; COMFORT et alii 2000, pp. 99-126; K ENNEDY 1998, pp.553-561; DONOGHUE et alii 2002, pp.211-223. 23 K ENNEDY 1998, pp.553-561. 24 FRITZ 1996,  pp.39-45; THIBAULT 1995, pp.14-21. 

25 DONOGHUE et alii 2002, pp.211-223. 26 GIARDINO et alii 2003,  pp. 125-130. 27 Il progetto e i primi risultati sono disponibili in Internet all’URL:http://earthobservatory.nasa.gov/Newsroom/NewImages /images.php3?img_id=5186 

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immagini Ikonos-2 nello studio dei paesaggi di età minoica nell’isola di Creta28. In Italia dal 2000l’Università di Siena ha avviato un progetto di studio al fine di comprendere le potenzialità delleimmagini multispettrali ad alta risoluzione un contesto densamente antropizzato, ricco di studi sui

 paesaggi antichi e di coperture aerofotografiche verticali e oblique, consentendo confronti tra dati.Le prime considerazioni che emergono dai pochi rapporti preliminari attualmente disponibili in

letteratura possono essere ricondotte a:•  Le immagini da satellite Ikonos-2 e a maggior ragione QuickBird-2 costituiscono uno strumento

complementare ma non alternativo alla tradizionale fotografia aerea per l’individuazione diemergenze paleoambientali e di siti archeologici di medie dimensioni.

•   Nei paesi in via di sviluppo o in condizioni di inaccessibilità della cartografia tecnica leimmagini da satellite ad alta risoluzione rappresentano una soluzione ottimale per larealizzazione di cartografia e ortofotocarte fino a scale di dettaglio 1:10.000 da utilizzare come

 base per le operazioni sul terreno e dei GIS archeologici. 

•  Monitoraggio dei paesaggi antichi e dei monumenti archeologici. Le immagini ad altarisoluzione sono ideali per integrare il palinsesto informativo di un GIS archeologico in sensomultitemporale, costituendo un supporto informativo sinottico di elevata qualità. 

Sebbene queste osservazioni derivino dall’esperienza di pochi studi specialistici sembra possibileconfermare che ci troviamo di fronte ad un cambiamento sostanziale delle prospettive d’uso deldato da satellite in archeologia29.

Casi di studio di immagini Ikonos-2 e Quickbird-2

L’Area di Archeologia Medievale dell’Università di Siena è impegnata da più venti anni nellostudio diacronico di paesaggi antichi e medievali. In passato le operazioni di cartografiaarcheologica erano basate sostanzialmente su tre metodi di indagine30: battitura sistematica delsuolo per aree campione, sopralluoghi indirizzati in corrispondenza di emergenze monumentali notedi particolare interesse storico-archeologico ed analisi tramite stereoscopio e successivaelaborazione al calcolatore di fotografie aeree storiche supportate da relativa verifica in campagna.La necessità di sperimentare strumenti innovativi e nuove metodologie di indagine deriva propriodalla lunga esperienza condotta con i metodi descritti, dalla consapevolezza dei limiti ad essiconnaturati e dalla constatazione del progressivo depauperamento delle evidenze di superficie.

 Nonostante l’elevata quantità di evidenze censite riteniamo ancora in parte insufficienti gli elementiin nostro possesso per la comprensione dalla complessità che caratterizza i paesaggi archeologicicon particolare riferimento a periodi cronologici quali l’altomedioevo o specifiche problematichestoriche come il passaggio dall’organizzazione latifondistica romana delle campagne attraversoinsediamenti tipo villa allo sviluppo degli insediamenti fortificati d’altura31.Un ruolo centrale nella riorganizzazione delle metodologie di studio da noi adottate è stato attribuitoalle tecniche di osservazione remota del territorio ben consapevoli dei limiti che questa disciplina

incontra in un contesto ambientale quale è quello toscano. E’ noto infatti che in generale il successodell’applicazione all’indagine archeologica delle tecniche di telerilevamento dipende da una serie dicaratteristiche fisiche del contesto, tra cui spiccano uso del suolo, pedologia e fattori climatici con

 particolare riferimento a tutti i fenomeni che sono in grado in generare situazioni di stress nellavegetazione32. In relazione all’uso del suolo la Toscana è la regione italiana con la maggiore

28 FRASER  et alii 2002, pp.393-400. 29  La prima vera occasione di incontro tra i ricercatori che per primi si sono dedicati allo studio delle immagini dasatellite ad alta risoluzione è stata organizzata a Strasburgo per l’autunno del 2002 da EURISY in collaborazione conl’International Space University (ISU), l’Agenzia Spaziale Europea, la NASA e l’UNESCO World Heritage Centre. La pubblicazione degli atti del convegno è stata realizzata su CD-ROM: Space Applications for Heritage Conservation.

Una pubblicazione parziale è disponibile presso il sito Internet: http://www.eurisy.asso.fr. 30 FRANCOVICH-VALENTI 2001, pp. 83-116.31 FRANCOVICH-HODGES 2003.32 PICCARRETA-CERANDO 2000, pp.101-124.

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superficie destinata a bosco con un’occupazione quasi del 50% del territorio ed è quindicaratterizzata da un basso livello di visibilità aerea33. Gli spazi occupati dalle colture agricolestagionali si impostano in corrispondenza di suoli fortemente argillosi con sporadiche intercalazionidi sabbie, suoli scarsamente drenanti e quindi particolarmente sfavorevoli per gran parte delletecniche di Remote Sensing. Le aree con un elevato livello di visibilità sono costituite in prevalenza

dalle pianure alluvionali dei corsi d’acqua di medio-alta portata ed in particolare dai fiumi Arno,Ombrone, Serchio, Chiana e Orcia. In alcune di queste aree intervengono ulteriori problemiconnessi al maggiore spessore dello strato di humus e ad attività antropiche quali le bonifiche ol’attuale sfruttamento per fini industriali e residenziali.Oltre alle condizioni di uso del suolo le tracce di depositi sepolti mediate dalle colture agricolesono, in genere, osservabili dall’alto in modo chiaro solo in determinati periodi dell’anno e acondizione che siano soddisfatte specifiche situazioni climatiche. Com’è noto la possibilità didistinguere alterazioni nella crescita della vegetazione non è un fenomeno che si verifica tutti glianni bensì è strettamente dipendente dalle temperature medie e dal regime idrico stagionale 34. Nonconsiderare questi aspetti soprattutto in aree quali la Toscana non è diverso dall’impostare un

 progetto di ricognizione archeologica di superficie senza valutare quale sia lo stato di lavorazione

dei fondi agricoli.Queste condizioni ci hanno indirizzato verso l’impiego e la sperimentazione di tecniche di RemoteSensing che lasciano ampio spazio all’archeologo nella scelta del periodo in cui effettuarel’acquisizione dei dati e verso lo studio di porzioni dello spettro elettromagnetico non compresenell’intervallo del visibile. In particolare abbiamo rivolto la nostra attenzione verso l’analisi diimmagini da satellite ad alta risoluzione, la pratica di ricognizioni aeree (con relativadocumentazione tramite fotografie aeree oblique) e l’acquisizione estensiva di dati geofisici35. Contestualmente allo sviluppo di nuove tecniche di indagine è proseguito lo studio delle copertureaeree storiche di cui riteniamo superfluo in questa sede sottolineare la straordinaria importanza36.Abbiamo visto come i recenti progressi nel settore dei satelliti di osservazione della terra, in

 particolare in termini di risoluzione geometrica, stanno progressivamente cambiando i possibili usidi questi prodotti. In circostanze appropriate l’informazione acquisita dai satelliti ad alta risoluzionecomincia ad essere confrontabile con le riprese aeree verticali a media scala. Teoricamente il livellodi dettaglio delle immagini Ikonos-2 e QuickBird-2 dovrebbe consentire di distinguere elementilineari a partire da dimensioni (larghezza) comprese tra 0,6 e - 4 m ed elementi poligonali consuperfici di circa 500-1000 m2. Se confermate, queste caratteristiche significano che in terminiarcheologici, castelli medievali, chiese, monasteri, ville romane, oppida, strutture viarie, ecc.,costituiscono tutti elementi potenzialmente osservabili tramite il dato da satellite.Prima di avviare la nostra esperienza abbiamo identificato una serie di problemi e di domande a cui

  possono essere ricondotti gli obiettivi del progetto di valutazione del dato da satellite in ambitotoscano. In particolare lo studio intende comprendere:• 

Il livello attuale di dettaglio delle immagini da satellite ad alta risoluzione è realmente adeguato per procedere all’interpretazione archeologica? 

•  Quale tipologie di siti archeologici sono identificabili? 

•  Quali sono le relazioni e i possibili benefici che derivano dall’integrazione tra dato da satellite efotografia aerea? 

•  Quando l’impiego delle immagini da satellite ad alta risoluzione comporta reali beneficiall’indagine archeologica? 

•  Qual’è il contributo originale delle immagini da satellite ad alta risoluzione per l’identificazionedi siti archeologici e la migliore comprensione dei paesaggi antichi? 

33 AGNOLETTI 2002.34 JONES-EVANS 1975, pp.1-11.35 CAMPANA 2002a; CAMPANA-FRANCOVICH 2003, 15-28; CAMPANA et alii, corso stampa.36 Sull’argomento si vedano in particolare, PICCARRETA 1987; PICCARRETA-CERANDO 2000; GUAITOLI 2003.

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•  Infine, perché utilizzare costose immagini da satellite, in Toscana o più in generale in Italia, sealtre fonti quali le riprese verticali a scopo cartografico o le fotografie oblique sono disponibiligratuitamente o possono essere acquisite a costi inferiori? 

Per rispondere almeno in parte a queste domande abbiamo identificato una serie di aree campionerappresentative della complessità geomorfologica, paesaggistica e culturale della Toscana per le

quali disponevamo di precedenti studi a carattere storico-archeologico, ed in particolare diricognizioni di superficie e di indagini aerofotografiche di coperture verticali storiche e recenti( Fig.1).

  Analisi delle Immagini del satellite Ikonos-2 – Il sensore pancromatico ha una risoluzionegeometrica al suolo di 1 m ad 11 bit (2048 livelli) e acquisisce nella banca spettrale fra 450-900 nmmentre il sensore multispettrale ha una risoluzione di 4 m, sempre ad 11 bit (2048 livelli) e 4 bande.Il formato ad 11 bits rende questi dati radiometricamente superiori ad ogni altro dato satellitarefinora disponibile ad 8 bit (Tab.1). Sebbene Ikonos-2 non abbia bande che operano nell'infrarosso

 più spinto, è certamente tra i satelliti che più si avvicinano alle esigenze degli archeologi. Nella  primavera del 2000 abbiamo acquistato le immagini Ikonos-2 relative a due aree campione. La prima è situata lungo la costa toscana tra le località Piombino e Donoratico ed è caratterizzata dalla  prevalenza di suoli leggeri destinati a seminativi. La seconda è relativa all’entroterra senese(amministrazioni comunali di Murlo e Montalcino) ed è prevalentemente occupata da aree boschivee suoli argillosi ( Fig.1). Le modalità di acquisto delle immagini non costituiscono un dettaglio.

Tempi di acquisizione, possibilità di definire aree di interesse, superficie minima di acquisto, percentuale della copertura nuvolosa sono tutti elementi che si ripercuotono sia sull’opportunità diutilizzo delle immagini sia sui possibili risultati scientifici.

 Fig.1 – Campioni territoriali.

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 Nel caso specifico delle immagini del satellite Ikonos-2 non esiste un unico rivenditore italiano. Leimmagini sono commercializzate da varie società tra cui Eurimage, Planetek e Telespazio. Tra le

  peculiarità più interessanti delle nuovegenerazioni di prodotti satellitari vi èl’opportunità di definire con precisione l’area di

acquisizione da parte dell’utente. Non è però  possibile richiedere aree inferiori a 100 km2. Itempi di acquisizione delle immagini Ikonos-2nella primavera del 2000 sono stati piuttostolunghi e difficilmente controllabili. L’ordineinoltrato nel mese di aprile avrebbe dovutoessere evaso entro 60 giorni. Le prese da satellitesono state effettuate il 10 luglio alle ore 10.05,con un ritardo di circa un mese. La “time-

window archeologica” che nel nostro casoavevamo previsto tra fine maggio ed inizio

giugno è stata ampiamente superata. Per acquisire le immagini con maggiore precisionerispetto al periodo da noi indicato esiste unaalternativa. Space Imaging prevede un opzionedefinita  priority per l’acquisizione di immaginientro un tempo massimo di 15 giorni dall’ordineche però comporta un sovrapprezzo moltooneroso37.Le immagini acquisite del campione 1

 presentano due grandi aree a copertura nuvolosa (con relativa ombra) la prima in corrispondenzadelle località Murlo e Vescovado, la seconda più estesa tra le località Casciano, Fontignano e Casteldi Notte. Le immagini del campione 2 sono costituite da due scene, la scena ovest relativa allafascia di litorale tra il promontorio di Piombino, San Vincenzo, Donoratico è caratterizzata daun'ottima visibilità, totalmente priva di copertura nuvolosa e foschia. La scena est, tra le localitàTorre del Sale e Riotorto è priva di nuvole ma risulta disturbata da un velo di foschia che altera larisposta spettrale della banda 1 (blu).L’approccio metodologico seguito per lo studio delle immagini Ikonos-2 ha previsto l’analisiautoptica a monitor delle scene che ha preceduto e seguito una serie di trasformazioni delle stesse.La procedura applicata per il trattamento delle immagini è distinguibile in due fasi. Il primo stadiodi elaborazione prevede l’uso di trasformazioni elementari, tecniche di miglioramento del contrasto,elaborazioni multispettrali della scena tra cui colour composite RGB delle bande originali (3-2-1; 4-

3-2; 4-2-1) e operazioni algebriche, in particolare l’indice normalizzato di vegetazione (NDVI). Unodei problemi delle immagini multispettrali Ikonos-2 è costituito dalla risoluzione spaziale talvoltaancora insufficiente per definire con certezza la natura di alcuni oggetti. In considerazione di questadifficoltà abbiamo affiancato alla lettura ed analisi dell’immagine multispettrale come strumento diverifica e controllo una ortofotocarta digitale del 1996 con risoluzione di 1 m. Prima di passare alsecondo step di elaborazione digitale le anomalie identificate vengono riosservate in ambiente GISdove ogni presunta anomalia è stata confrontata con le informazioni deducibili dalla cartografiatecnica, tematica, storica e con le prese aeree verticali storiche e recenti. Quando è stato ritenutoutile abbiamo inoltre sovrapposto l’immagine al modello digitale del terreno e visualizzato, per 

37 La cifra richiesta ammonta a 10000 dollari. Considerato che le immagini costavano circa 30 dollari a km2 è piuttosto evidenteche se l’area di interesse ha proporzioni ridotte l’opzione priority può superare ampiamente il costo dell’immagine. La politica di Space Imaging è particolarmente svantaggiosa in quanto se per problemi meteorologici non è possibilecompletare il lavoro entro 15 giorni l’utente è vincolato comunque al pagamento dell’opzione priority. Sulla questionesi veda il sito Internet: http//www.eurimage.com; si veda inoltre SCHAAP 2002, pp.525-527. 

Orbita

680 km

98,1°

14,6 giorni

Acquisizione e processamento dati

Capacità di memoria a

bordo

64Gb

Tempi di acquisizione dati in media 30 giorni

Stazione al suolo Denver-USA

Sensore

Sensore Pancromatico Multispettrale

 Risoluzione geometrica 1 m 4 m

 Numero bande 1 4

450 – 530 nm

520 – 610 nm

640 - 720 nm

 Range spettrale 450 - 900 nm

770 - 880 nm

 Dimensioni scena Definita dall’utente

 Risoluzione radiometrica 11 bits

Tab.1 – Intervalli spettrali, risoluzione geometrica eradiometrica delle bande del sensore Kodak istallato sul 

 satellite Ikonos-2.

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quanto possibile in relazione all’accuratezza del modello, la rappresentazione tridimensionale deltransetto territoriale e dell’anomalia.  Questo passaggio intermedio consente un processo diselezione (di 104 anomalie individuate nella prima fase 20 sono state scartate) basato sulle

 possibilità offerte dal GIS archeologico di integrazione e confronto di fonti talvolta marcatamentedifferenti.

La seconda fase di elaborazione ha previsto l’isolamento delle aree di interesse ritagliando le partidi immagini in cui abbiamo identificato le anomalie. Questo procedimento è indispensabile poichéle trasformazioni applicate a questo stadio sono di natura statistica. E’ quindi necessario disporre diaree omogenee affinché ai calcoli corrisponda il significato originariamente attribuito. Leoperazioni effettuate sulle immagini sono l’analisi delle componenti principali, Tasseled CapTransformation, decorrelation strech e colour composites RGB dei risultati delle varietrasformazioni (in particolare PC1-PC2-PC3; BGW).Concluse le operazioni di elaborazione delle immagini si passa all’interpretazione in ambiente GISche consiste nella restituzione cartografica su layer vettoriale delle tracce visibili che nel complessoammontano a 8438. Un primo dato significativo consiste nella distribuzione delle discontinuitàconcentrate nell’82% dei casi nel campione 2. E’ verosimile ritenere che questa situazione sia da

attribuire solo in parte alla differente qualità delle immagini mentre un peso molto maggiore sembrasvolto dalle caratteristiche geomorfologie e paesaggistiche.La tipologie di evidenze rilevate in fase di interpretazione delle immagini è relativa ad areeinsediative cinte da fossati, tumuli e monumenti funerari, insediamenti fortificati d’altura, viabilità,opere di terrazzamento, partizioni agrarie, generici fossati, paleoalvei ed infine elementi generati dafenomeni geologici ed altre false tracce di varia natura. Le dimensioni delle anomalie identificatemostrano un intervallo piuttosto ampio compreso tra 400 e 99.000 m2. I casi in cui abbiamoidentificato oggetti con superfici comprese tra 400 e 1000 m2 sono molto rari e nel complesso daconsiderare del tutto eccezionali. Le possibilità di percezione di oggetti di queste dimensioni sonorisultate sempre associate a situazioni particolari.Un chiaro esempio è rintracciabile nella figura 2 che mostra la necropoli di San Cerbone, situata nelGolfo di Baratti (LI), nota fin dalla fine del XIX secolo. Senza particolari trattamenti lacomposizione a colori reale delle bande blu, verde e rosso consente di distinguere, sebbene in modoapprossimativo, i tumuli dei “Flabelli di Bronzo” e dei “Letti funebri” (rispettivamente a e b in

 Fig.2), monumenti che misurano 30 e 20 m di diametro. In seguito ad elaborazioni digitali qualil’analisi delle componenti principali e la composizione a colori delle bande fittizie PC1-PC2-PC3riusciamo ad osservare anche un terzo tumulo funerario, la “Tomba delle pissidi cilindriche” ( c in 

 Fig.2). In questo caso la possibilità di distinguere oggetti di dimensioni tanto piccole rispetto allecapacità di risoluzione del sensore sono da ricercare nella natura discreta del dato raster e nella

 presenza intorno ai tre tumuli di un predella in pietra calcarea che in contrasto con la coperturaerbacea dei tumuli influenza notevolmente la risposta spettrale ( Fig.2).

L’intervallo di dimensioni entro il quale è lecito attendere risultati dalle immagini Ikonos-2 sembracompreso tra 2000 e 25.000 m2, con un picco tra 2500 e 10.000 m2.

38  Nel corso delle campagne di ricognizione del 2002 e del 2003 abbiamo effettuato sopralluoghi su un campione del40% delle tracce utilizzando prevalentemente gli strumenti della ricognizione di superficie assistita da strumenti GPS ePDA (Personal Data Assistano) per il rilevo e la navigazione sugli elementi di discontinuità. Nel complesso l’esito dellericognizioni ha dimostrato nel 59% dei casi corrispondenza tra tracce e reperti archeologici in superficie mentre nel18% gli elementi osservati dal satellite sono da mettere in relazione con attività antropiche moderne o fenomenigeologici. Il restante 23% dei casi non ha fornito elementi significativi per valicare o confutare l’interpretazione delleimmagini. CAMPANA 2002a, pp.181-193; S. CAMPANA 2002b, pp.219-225. 

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Una tipica anomalia che rientra in queste dimensioni è rappresentata dall’evidenza individuata inlocalità Montegemoli, situata tra il Golfo di Baratti e la città di Piombino ad est del promontorio

omonimo. L’area è costituita da due rilievi con caratteristiche geologiche simili ma con quote,morfologie ed uso del suolo differenti. Il maggiore, situato ad est, raggiunge quota 43 m slm. ed èattualmente ricoperto da fitta macchia mediterranea mentre il secondo, con quota massima di 19 mslm., è assimilabile ad una piccola motta ricoperta da erbe spontanee attualmente priva divegetazione boschiva. Per comprendere l'importanza di questa area è indispensabile ricordare chel'attuale morfologia del paesaggio circostante è il risultato di un lungo e complesso processostrettamente connesso alle variazioni del livello del mare. Il rilievo di Montegemoli è stato per 

lungo tempo una piccola isola o una penisola a ridosso della palude di Piombino 39. Oltre alleindagini geologiche, all'altimetria, alla cartografia storica anche i dati relativi all'umidità del suoloconfermano questa interpretazione40. L’osservazione dell’immagine del satellite Ikonos-2 non harilevato nulla in corrispondenza dell’area più elevata mentre ha permesso di osservare incorrispondenza del limite ovest una anomalia di forma circolare approssimativamente distinguibilenella composizione a colori con il canale vicino infrarosso in primo piano (4-3-2;  Fig.3a) e moltonetta nella prima componente principale ( Fig.3b). Nel tentativo di comprendere meglio quantoosservato abbiamo confrontato l’immagine con la documentazione aerofotografica a nostradisposizione, la ripresa del 1938 a cura dell’I.G.M. ( Fig.4a), il volo GAI del 1954 ( Fig.4b) el’ortofoto digitale del 1996 ( Fig.4c). L'anomalia non è visibile in nessuna delle tre prese. Nelle

39 COSTANTINI et alii 1993, pp.71-90. 40 PRANZINI-DELLA R OCCA 1986, pp.319-331. 

 Fig.2 – Fotografie a terra e visualizzazioni delle diverse trasformazioni a cui le immagini da

 satellite sono state sottoposte.

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immagini del 1938 e del 1954 l’area di interesse risulta completamente ricoperta da bosco fitto che

non consente il riconoscimento di alcuna forma di discontinuità. La presa del 1996 riferiscedell’avvenuta trasformazione dell’area da boschiva a pastura. Anche in questo caso sebbene l’area

sia priva di copertura stabile non siamo in grado di osservare alcuna anomalia. Allo stato attualedell’indagine gli elementi raccolti riferiscono della presenza di una anomalia di forma circolarevisibile solo dall’immagine multispettrale Ikonos-2. Utile in questo caso per approfondire l'indagine

è risultata la creazione di un DTM piuttosto dettagliato partendo dalle isolinee della cartografiatecnica in scala 1:2.000. Il draping dell’immagine da satellite sul modello consente di associare latraccia alla morfologia spingendoci ad ipotizzare la presenza di un fossato che circonda l'interacollina.I motivi per cui la traccia è visibile solo nell’immagine da satellite possono essere molteplici. Duesono i fattori a cui abbiamo rivolto particolare attenzione: la natura multispettrale dell’immagine e ilmomento in cui l’immagine è stata ripresa. Le trasformazioni operate nel corso dell’analisidell’immagine mostrano che la traccia risulta ben visibile in tutte le operazioni in cui la banda 4, ilcanale che registra la radiazione del vicino infrarosso, svolge un ruolo di primo piano ( Colour 

composite 4-3-2 o 4-2-1, NDVI, PC1).

 Fig.4 – a) presa I.G.M. 1938; b) volo GAI 1954; c) ortofotocarta AIMA 1996 

 Fig. 3 – a) Colour composite 4-3-2; b-c) analisi delle componenti principali PC1, PC2

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In merito al momento in cui leriprese sono state effettuate nonconosciamo con precisione ledate dei voli I.G.M., GAI edAIMA ma è presumibile che il

 periodo sia compreso tra la finedi agosto e settembre, mesitendenzialmente poco favorevoli

  per la visibilità delle traccearcheologiche su suoli erbacei o

  boscosi. La scansione Ikonos-2risale al 10 luglio 2000, se ladata è ormai lontana dalla fase dimaturazione del grano è

  piuttosto vicina alla fase di stress delle erbe spontanee41. Le

ricognizioni dell’area hannorilevato la presenza di pietramemolto probabilmente dacostruzione su entrambi i poggimentre del tutto assenti sonorestituzioni di materialeceramico42.Oltre ad anomalie del tipoappena discusso le immagini delsatellite Ikonos-2 si sono rivelate

  piuttosto efficaci per l’individuazione di elementianomali con andamento

  prevalentemente lineare condimensioni minime comprese tra 2 e 4 m. Le evidenze individuate sono in genere pertinenti afossati o probabili tratti viari ( Fig.5); abbastanza numerose sono risultate le false tracce pertinentiad interventi moderni o di natura geologica.

 Analisi delle Immagini del satellite Quickbird-2 – La società americana DigitalGlobe™ ha messo inorbita alla fine del mese di ottobre del 2001 il satellite Quickbird-2, equipaggiato con un sensore

 pancromatico con risoluzione spaziale massima di 0,62 m ad 11 bit ed un sensore multispettrale,

simile a quello installato su Ikonos-2, con risoluzione di 2,44 m sempre ad 11 bits. AttualmenteQuickbird-2 è il satellite civile con la definizione spaziale più elevata (Tab.2).Sulla base dell’esperienza acquisita nello studio del dato Ikonos-2 abbiamo focalizzato la nostraattenzione su due problemi: la risoluzione spaziale e la possibilità di scegliere il periodo diacquisizione. Nella primavera del 2002 nell’ambito del Progetto Paesaggi Medievali finanziatodalla Fondazione Monte dei Paschi di Siena abbiamo acquistato tramite la società Telespazio leimmagini pancromatiche e multispettrali di tre aree della Toscana centro-meridionale. La prima, unrettangolo orientato nord-sud, è situata nella Val d’Orcia senese tra i comuni di Castiglione d’Orciae Pienza, la seconda area segue la media Val di Merse (SI) da Brenna a San Galgano caratterizzata

41 JONES-EVANS 1975, pp.1-11; CAMPANA et alii corso stampa. 42 In forma del tutto ipotetica Luisa Dallai suggerisce la possibilità della presenza in quest’area del monastero di SanGiustiniano di Falesia attestato nelle fonti documentarie dalla prima metà dell’XI secolo. DALLAI 2003, pp.113-124. 

  Fig.5 – Considerato il livello di dettaglio solo la verifica sul 

terreno ha permesso di attribuire alle tracce lineari visibili

nella figura a ad un tracciato viario mentre le tracce nella figura b sono risultate associate ad un metanodotto.

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dalla presenza di morfologie collinari e ampispazi boschivi mentre la terza zona acquistata sitrova nel comune di Grosseto a norddell’omonimo centro urbano.Oltre all’elevatissima risoluzione geometrica

molto interessante è la politica di vendita che prevede un acquisto minimo di 64 km2, un’areanettamente inferiore ad Ikonos-2. I tempi diacquisizione sono altrettanto interessanti. Come

  per Ikonos-2 vi sono due modalità, standard  e priority. Nel primo caso i tempi massimi sono 90giorni, è però possibile indicare il periodo, conun intervallo di circa 10 giorni, entro il quale sidesidera effettuare l’acquisizione. Nel nostrocaso è stato possibile acquistare due delle trearee entro i tempi previsti (tra il 6 e il 13 di

giugno) mentre la terza Sovicille-Chiusdino(campione 4) ha subito un mese di ritardo per cause meteorologiche (tra 4 e il 9 luglio)43.Le immagini sono nel complesso di ottimaqualità. Solo il campione 4 è affetto dalla

 presenza di alcune nuvole (nell’insieme – nuvole ed ombre – inferiore al 10%) mentre le scene diPienza-Castiglione (campione 3) e di Grosseto (campione 5) sono totalmente prive di nubi, foschiao altri elementi di disturbo.

 Nella discussione sull’esperienza condotta con il dato Ikonos-2 abbiamo visto che uno dei limitimaggiori è costituito dalla risoluzione spaziale. Il dato multispettrale di Quickbird-2 ha unarisoluzione spaziale di poco superiore ad Ikonos-2 pari a 2,8 m. Per migliorare questo aspettoabbiamo acquistato anche il dato pancromatico acquisito dal sensore simultaneamente almultispettrale. Disporre di entrambe le immagini è piuttosto interessante poiché è possibileattraverso un algoritmo di data fusion noto come pan-sharpening  combinare i due dati ed ottenereuna nuova immagine (detta  pan-sharpened ) con risoluzione 0,70 m e conservare tre delle quattro

 bande spettrali (verde, rosso, vicino infrarosso)44. In questo modo nello spazio occupato da un pixeldell’immagine multispettrale Quickbird-2 trovano spazio 14,87 pixel della nuova immagine erispetto alle immagini multispettrali Ikonos-2 l’aumento della risoluzione è quantificabile in 32,65volte45.Il dato  pan-sharpened  ha quindi una risoluzione di 0,70 m un livello di dettaglio che aumenta inmodo significativo le nostre capacità di osservare con chiarezza gran parte degli elementi che

costituiscono il territorio diminuendo il rischio di commettere grossolani fraintendimenti ( Fig.6 ).Lo studio delle immagini Quickbird-2 è attualmente ancora in corso e non siamo in grado di fornireun rapporto dettagliato, ciononostante l’impressione è che i principali problemi emersi nello studiodelle immagini Ikonos-2 (modalità di acquisizione dei dati e risoluzione spaziale) siano almeno in

 parte in via di superamento.

43  L’opzione  priority offre l’acquisizione entro 4-14 giorni dall’ordine con un aumento del 50% del costodell’immagine. Una politica particolarmente vantaggiosa per l’acquisto di aree di modesta estensione. Sull’argomento si

veda il sito Internet http//www.eurimage.com; inoltre SERNICOLA 2002, pp.537-539. 44 Il sacrifico della banda 1 (blu) come vedremo in seguito non è da considerare significativo. Sulla trasformazione pansharpening si veda, PRINZ 1997; CONSOLE-SOLAIMAN 2000, pp.2605 -2607; K ING-WANG 2001, pp.849 -851. 45 CAMPANA 2002a, pp.178, 299.

Orbita

680 km

98,1°

14,6 giorni

Acquisizione e processamento dati

Capacità di memoria -

Tempi di acquisizione dati -Stazione al suolo -

Sensore

Sensore Pancromatico Multispettrale

 Risoluzione geometrica 1 m 2,44 m

 Numero bande 1 0,61

450 - 520 nm

520 - 600 nm

630 - 690 nm

 Range spettrale

450 - 900 nm

760 - 890 nm

 Dimensioni scena Definita dall’utente

 Risoluzione radiometrica 11 bits

Tab.2 – Intervalli spettrali, risoluzione geometrica eradiometrica delle bande del sensore istallato sul  satellite Qiukbird-2.

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Conclusioni preliminari – In relazione alle domande formulate nella fase di progettazione della

ricerca allo stato attuale delle indagini possiamo cominciare a dare delle prime parziali risposte.Anzitutto il livello attuale di dettaglio delle immagini da satellite ad alta risoluzione consenteeffettivamente di osservare tracce pertinenti ad oggetti archeologici sia in superficie sia sepolti. Aquesto dato dobbiamo però aggiungere che se l’analisi delle immagini Ikonos-2 non avesse potutocontare sulla costante disponibilità di confronto con le fotografie aeree sarebbe risultata densa di

fraintendimenti e quindi di errori interpretativi. Se il problema sembra essere in via di risoluzionecon l’introduzione dei dati Quickbird-2, l’impiego di algoritmi di ricampionamento dei dati ( pan-

 sharpened ) ci impongono di avanzare con estrema prudenza, evitando interpretazioni frettolose esuperficiali, possibilmente verificando in modo sistematico le anomalie con sopralluoghi mirati. Letipologie di siti archeologici identificabili sono in stretta relazione con la risoluzione geometrica delsensore e le caratteristiche culturali del contesto indagato. Nel complesso abbiamo visto che le 84tracce riconosciute sulle immagini Ikonos-2 sono riconducibili ad una forbice piuttosto ampia edifferenziata che comprende gran parte delle evidenze tradizionalmente osservabili tramite lafotografia aerea. 

  Fig.6 – a) un particolare dell’immagine multispettrale QuickBird-2

(Pienza – SI); b) la medesima scena ripresa con il sensore

  pancromatico. In entrambe le immagini è possibile osservare una

traccia lineare con andamento ONO-ESE riferibile al passaggio di undiverticolo della Cassia. Nell’immagine di destra si noti l’estremo

  grado di dettaglio che consente di distinguere la linea tratteggiata

della mezzeria.

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Le relazioni ed i possibili benefici che possono derivare dall’integrazione tra dato da satellite efotografia aerea costituiscono un argomento complesso e articolato. In questa sede ci limitiamo adosservare due tendenze che sono emerse nel corso dello studio dei dati Ikonos-2. Nella discussionedell’anomalia individuata in località Montegemoli ed in altri casi abbiamo constatato che la tracciarisulta visibile solo sulle immagini da satellite e non sulle prese aeree storiche o recenti. Un secondo

fenomeno emerso dalle indagini riguarda l’analisi multitemporale delle tracce. Anomalie benvisibili nei voli storici spesso non sono più distinguibili nelle prese recenti, con riferimento ai volidella Regione Toscana del 1994 e al volo AIMA del 1996 ( Fig.7 ). Nonostante i problemi discussirelativi alla risoluzione delle immagini da satellite, molte delle tracce non più visibili nelle ripreseaeree dell’ultimo decennio, sono invece ancora percepibili, sebbene talvolta solo parzialmente, neidati Ikonos-2. Questo fenomeno può essere dovuto a svariati motivi tra cui, i fattori ambientaliconnessi al periodo in cui sono avvenute le riprese, al regime idrico stagionale, le condizioni di

illuminazione, l’uso del suolo, ecc. Vi è però un’altra possibilità che non possiamo non considerare.Come era prevedibile nel corso delle indagini le quattro bande dell’immagine multispettrale nonsono tutte risultate utili allo stesso modo. Sulla base delle trasformazioni eseguite e quindi dei canalicoinvolti risulta che la banda 2 (verde) ma soprattutto 3 (rossa) e 4 (vicino infrarosso) offronomaggiori potenzialità per l’identificazione di oggetti archeologici. La banda blu soffredell’interazione con l’atmosfera che genera un’attenuazione del contrasto e la perdita di risoluzione.Le bande 3 e 4 sono molto meno sensibili ai disturbi atmosferici e permettono una buonadefinizione delle tracce. In particolare abbiamo avuto modo di osservare in più occasioni che la

  banda vicino infrarosso, particolarmente sensibile allo stato di salute delle piante, consente diosservare fenomeni di stress della vegetazione non visibili (o visibili in modo quasi impercettibile)

nelle altre bande. Ciò significa che la banda del vicino infrarosso, in alcuni casi, consente di rilevareanomalie non visibili ad occhio nudo. In relazione alle anomalie non visibili da foto aerea tutti in icasi da noi analizzati le tracce sono visibili nell’immagine Ikonos-2 solo sulla banda 4 (vicino

  Fig.7 – a) volo IGM 1938 l’anomalia è facilmente leggibile; b) volo GAI 1954 la traccia risulta piuttostoevanescente; c) volo AIMA 1996 l’anomalia non è più rintracciabile; d) Ikonos-2, banda vicino infrarosso; e)

 Ikonos-2, colour composite RGB di PC1-PC2-PC3; f) Ikonos-2, filtro direzionale NE-SW dell’NDVI.

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infrarosso) o su bande fittizie generate da trasformazioni in cui la banda 4 svolge un ruolodeterminate (NDVI e analisi delle componenti principali). Consapevoli della necessità di ulterioristudi non intendiamo in nessun modo giungere a conclusioni affrettate. Se però questa tendenza saràconfermata oltre all’identificazione dei siti archeologici le immagini da satellite potrebbero svolgereun ruolo significativo anche nel monitoraggio del patrimonio archeologico.

Un ulteriore elemento di riflessione è costituito dalle condizioni ambientali in cui la resa delleimmagini multispettrali sembra offrire un maggiore contributo. Abbiamo anticipato che di 84 tracceindividuate, diciotto sono situate nel campione 1 mentre le restanti, il 78%, sono nel campione 2.Considerato che il potenziale archeologico delle due aree è sostanzialmente equilibrato, tra i motiviche hanno determinato questa situazione, un ruolo significativo sembra da attribuire alle diversecaratteristiche geologiche, morfologiche e all’uso del suolo dei rispettivi territori. E’ noto che iterreni alluvionali pianeggianti, nudi o ricoperti da colture cerealicole, offrono tendenzialmentemigliori condizioni per la mediazione di eventuali oggetti ipogei. Nel complesso il 67% delle traccesi trovano in corrispondenza di suoli alluvionali, l’82% sono localizzate in aree pianeggianti o incorrispondenza di forme collinari scarsamente accentuate e il 59% su seminativi. In relazione alladeterminazione del momento dell’anno in cui le tracce sono maggiormente visibili era nostra

intenzione sperimentare l’abbinamento tra proprietà multispettrali e periodo dell’anno più indicatoma come abbiamo visto le condizioni di vendita della società che gestisce Ikonos-2 rendonodifficile e il più delle volte casuale (entro un intervallo di tre mesi) il controllo da parte dell’utentefinale del momento dell’acquisizione. A tale proposito le possibilità di pianificazionedell’acquisizione dei dati Quickbird-2 sembrano essere molto più promettenti.

Prospettive di sviluppo

Sulla base dell’esperienza condotta riteniamo che i motivi di maggiore interesse verso le immaginida satellite ad alta risoluzione debbano essere riconosciuti nelle caratteristiche multispettrali deidati, nella presenza del canale infrarosso e nella possibilità offerta all’utente di pianificare ilmomento di acquisizione delle immagini in relazione alle migliori condizioni di visibilitàarcheologica. Se i progressi nella comprensione delle potenzialità delle caratteristiche multispettralie delle proprietà diagnostiche del canale vicino infrarosso dipendono direttamentedall’intensificazione di ricerche specifiche, la possibilità di accedere ai dati sulla base delle esigenzearcheologiche deriva esclusivamente dall’implementazione dell’industria aerospaziale. A tale

 proposito le prospettive sembrano essere molto promettenti. Il successo registrato da Space Imaginge DigitalGlobe, l’incremento generale dell’interesse verso le applicazioni di Remote Sensing, lacrescente richiesta di immagini del territorio per l’aggiornamento dei sistemi GIS e la volontà diindipendenza dal mercato americano hanno spinto numerose agenzie spaziali e società commercialia sviluppare propri progetti di piattaforme satellitari per rilevamenti di dettaglio del territorio46.Particolarmente attivi sono l’Agenzia Spaziale Europea, l’Agenzia Spaziale Francese, Tedesca,

Italiana e Inglese, la società Surrey Satellite Technology Ldt. (SSTL), il Canada e vari paesi asiatici.Da un accordo franco-italiano è nato il progetto di inviare in orbita entro il 2006 Pléiades, duesatelliti ad alta risoluzione del tutto simili a QuickBird-2. La società inglese SSTL è stata incaricatadal Ministero della Difesa della Gran Bretagna della progettazione di Topsat, un nuovo minisat ad

46 Altrettanto promettenti sono le prospettive di sviluppo di satelliti equipaggiati con sensori RADAR ad altarisoluzione. L’Agenzia Spaziale Italiana (ASI) ha avviato il progetto COSMO-SkyMed (COstellation of Small satellitein the Mediterranean basin Observation). Il programma spaziale prevede il lancio tra il 2003 e il 2004 di unacostellazione di 4 satelliti equipaggiati con un sensore RADAR SAR con risoluzione geometrica al suolo di 1 m.L’Agenzia Spaziale Tedesca ha in programma il lancio di due satelliti RADAR operativi in banda X e L con risoluzionevariabile tra 1 e 30 m. Il Canada ha ormai terminato la progettazione di RADARSAT-2 un sensore SAR-C conrisoluzione tra 100 e 3 m. Il Giappone sta preparando il lancio dei satelliti commerciali ADEOS-2 e ALOS muniti disensori ottici e RADAR ad alta risoluzione. Le informazioni sui programmi spaziali provengono tutte da siti Internet.L’indirizzario delle Agenzie Spaziali e delle società produttrici di satelliti è disponibile al sito Internet del Dipartimentodi Archeologia e Storia delle Arti, Sezione Archeologia Medievale:http://192.167.112.135/NewPages/REMOTESENS/REMOTE.html 

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alta risoluzione. La stessa società ha in produzione cinque minisat con risoluzione di 2,5 m per Argentina, Cina, Nigeria, Tailandia e Gran Bretagna. La compagnia israeliana ImagesatInternational dopo il successo di EROS 1A prosegue il programma spaziale che prevede il lancio dialtri sei satelliti provvisti di sensore pancromatico ad alta risoluzione. I satelliti IRS (Indian RemoteSensing Satellite) sono parte di un programma spaziale sviluppato dall’Agenzia Nazionale di

Telerilevamento dell’India a partire dalla seconda metà degli anni Ottanta. L’India procede con ilsuo ambizioso programma spaziale con il lancio di nuovi satelliti ad alta risoluzione.Da questa breve panoramica dei programmi spaziali di paesi e società commerciali emerge consufficiente chiarezza un forte dinamismo del settore. In breve tempo ci si troverà di fronte ad unnotevole incremento del numero di satelliti in orbita e soprattutto dei satelliti commerciali ad altarisoluzione. Le caratteristiche fondamentali di questi nuovi sistemi saranno non solo le elevaterisoluzioni al suolo, ma anche passaggi più frequenti (da 44-16 giorni a 5-1 giorno), con angoli divista fino a 30-45°. Secondo queste tendenze è verosimile ipotizzare a breve scadenza profondetrasformazioni ed uno scenario in cui il dato da satellite ottico sarà sempre più dettagliato,economicamente vantaggioso ed accessibile nei tempi desiderati47.

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