Settori ERC:
Durata:
Sotto una pressione senza precedenti dovuta all’urbanizzazione e al cambiamento climatico, un numero sempre crescente di corsi d’acqua in tutto il mondo non raggiunge uno stato ecologico soddisfacente, minacciando così la qualità dell’acqua e l’ecologia, e avendo un impatto severo sui nostri territori. In quest’ottica, RiverWatch mira a sviluppare una nuova infrastruttura di monitoraggio dirompente per i sistemi fluviali, focalizzata sul trasporto di plastiche galleggianti, materiale legnoso e inquinamento flottante. L’infrastruttura si baserà sulle attuali conoscenze nel monitoraggio idrologico tramite immagini, per esplorare nuovi avanzamenti nelle tecniche di visione artificiale non supervisionata applicate alle analisi ambientali. RiverWatch sfrutterà sistemi di telecamere su stazioni fisse, oltre agli smartphone dei volontari, per creare una rete densa di stazioni di monitoraggio potenzialmente lungo qualsiasi sistema fluviale nel mondo. Questo potrà aiutare a superare le attuali limitazioni nella gestione e manutenzione di installazioni ad alto costo e, allo stesso tempo, permetterà di ampliare le nostre capacità di monitoraggio. Nel costruire una infrastruttura solida, RiverWatch si concentrerà sul fiume Sarno per sviluppare un sistema di monitoraggio denso basato su visione artificiale non supervisionata all’avanguardia.
In particolare, il fiume Sarno è il fiume più inquinato d’Europa e rappresenta un ambiente difficile e socialmente svantaggiato in cui creare reti di monitoraggio. Verranno sviluppate una app mobile su misura e avanzati algoritmi basati su immagini per processare i filmati acquisiti dai cittadini e dalle telecamere fisse e raccolti su un server remoto. Gli algoritmi basati su immagini permetteranno l’analisi del flusso del fiume insieme alla stima del rilascio e della caratterizzazione degli inquinanti superficiali. Questi dati saranno pubblicati quasi in tempo reale su una piattaforma web-GIS online che presenterà una storymap e un database pubblico. Dati ad alta frequenza raccolti in diversi punti della rete di drenaggio faciliteranno l’implementazione di semplici strumenti di modellazione per descrivere e prevedere il trasporto degli inquinanti nel bacino del Sarno. Gli obiettivi di RiverWatch saranno raggiunti tramite lo sforzo armonizzato di un team di ricerca multidisciplinare con esperienza collaborativa nel monitoraggio ambientale tramite visione artificiale, machine learning e citizen science. Il potenziale trasformativo del progetto si propone di arricchire gli strumenti di monitoraggio attualmente disponibili ai Servizi Idrometrici Nazionali e alle Agenzie Ambientali di tutto il mondo, offrendo un approccio facile da usare ed economico per valutare quantitativamente l'inquinamento dei fiumi. Infine, RiverWatch stimolerà nuove ricerche sulle dinamiche dell’inquinamento nei bacini fluviali e sulle interazioni tra trasporto degli inquinanti, clima e agenti antropici.
Attività / Fasi del progetto:
Work packages: The RU at UniTus will coordinate the project, design and develop the citizen science initiatives, and collaborate on algorithm development as well as closely work with the other RUs throughout the entire duration of the project. UniBo will develop the mobile app, the image processing algorithms, and coordinate the remote server for image processing. UniNa will coordinate implementation of the fixed camera prototypes, execute validation experiments, and collaborate on algorithm development. UniStraPg will collaborate on the design of the citizen science initiatives, and help with the development of the web-GIS platform. The project will be organized in the following work packages (WPs):
1. Citizen Science initiatives (UniTus & UniNa & UniStraPg): This WP entails the design of the initiatives aimed at involving volunteer citizens: selection of the possible pools of volunteers, preparation of explanatory material and presentation of the RiverWatch mobile app. Tasks include identification of key actors as potential citizen scientists, involving schools and associations, preparing material and organizing meetings and presentations.
2. Fixed camera prototypes installations (UniNa & UniTus): This WP entails the design of low-cost camera prototypes to be permanently installed along key sites of the Sarno drainage networks. Tasks include site selection, prototype design and assembly, coordination with local authorities for installation.
3. Mobile app and image-based algorithms development (UniBo & UniTus & UniNa): This WP entails development of the mobile app as well as image-processing algorithms and protocols for extracting hydraulic and pollution information from images. Tasks include image selection, filtering, possible enhancement, code development and validation.
4. Data validation (UniNa & UniTus): This WP entails development of strategies to validate image-based estimations with data available from fixed camera stations and through dedicated field campaigns at key sites in the Sarno drainage networks. Tasks include collecting data with diverse measurement systems, aggregating them at different spatial and temporal resolutions, selecting image training and validation sets, designing and developing codes.
5. Management of the remote server (UniBo & UniTus): This WP entails devising a strategy to manage volunteer and fixed camera videos in real time, applying image processing algorithms and uploading results to the web-GIS platform. Tasks include collecting data, ensuring video compatibility, extracting metadata information (from the phone GPS and accelerometer), applying and developing codes.
6. Modeling pollutant transport (UniNa & UniTus): This WP entails developing a simple modeling framework to describe and forecast pollutant transport in the Sarno drainage network. Tasks include testing and validating algorithms and selecting and aggregating data.
7. Development of the web-GIS platform (UniTus & UniStraPg): This WP entails designing and developing the web platform for showcasing and downloading processed (and selected raw) data. Tasks include developing codes, devising a strategy to communicate with the remote server, and regularly updating the website.
8. Dissemination and communication of results (UniTus, UniBo, UniNa, & UniStraPg): this WP entails paper preparation, data publication in open repositories, participation and organization of conferences, sessions, and special issues, and development of educational activities for students from the middle-school to graduate level.
9. Project management (UniTus): this WP entails regular scheduling, clear task distribution and assignment of responsibilities, and transparent treatment of delays and difficulties. Regular reporting and close communication will enable the PI to closely monitor the quality of the project.
Coordinatore:
Team:
Flavia TAURO (Principal Investigator) University of Tuscia
Chiara BISCARINI - University for Foreigners of Perugia
Matteo POGGI - University of Bologna
Salvatore MANFREDA - University of Naples Federico II