Cos’è la suscettibilità e come eseguire un’analisi di suscettibilità in poco tempo utilizzando solo dati open e strumenti open-source.
Che cos’è la ‘suscettibilità’?
Una carta di suscettibilità quantifica la predisposizione di un territorio, secondo delle variabili geo-ambientali, a far sì che uno specifico evento possa accadere [1]. Eseguire un’analisi di suscettibilità significa determinare la probabilità che l’evento prescelto accada in una certa area.
Tipicamente con il termine evento vengono identificati tutti i fenomeni naturali che possono attivarsi in determinate condizioni ambientali e che potrebbero o meno arrecare danni a cose o persone. Non esiste un limite ai campi di applicazione di un’indagine di suscettibilità. Un esempio? La pandemia da COVID-19. Attraverso un’analisi di suscettibilità sarebbe, per esempio, possibile, determinare (ad oggi) la probabilità di diffusione della malattia in un’area specifica valutando la combinazione di fattori in grado di causarne la propagazione come: la densità di popolazione, le vie di comunicazione, i flussi di scambio di merci, il PIL e così via. Per cui, l’unico limite è la fantasia oltre che la disponibilità di un archivio storico di eventi pregressi.
L’obiettivo per cui si realizzano delle carte di suscettibilità è quello di supportare lo sviluppo di un territorio in genere andando a definire delle misure di mitigazione del rischio indotto dall’evento oggetto di studio.
Cosa serve per eseguire un’analisi di suscettibilità?
Esistono varie metodologie di indagine per realizzare una carta di suscettibilità. Le due macro categorie che le racchiudono sono: metodi qualitativi e metodi quantitativi. I primi si basano sul know-how degli esperti che eseguono l’indagine, mentre i secondi sono metodi fisici o statistici basati sui dati.
Chiaramente, i metodi quantitativi permettono di eseguire un’analisi oggettiva e scientificamente più robusta rispetto all’utilizzo dei metodi qualitativi. Tra i modelli che appartengono alla categoria dei metodi quantitativi spiccano modelli quali: Logistic Regression, Random Forest, Neural Network, Weight of Evidence, Frequency Ratio e molti altri [2].
Oltre alla scelta del metodo, gli elementi essenziali per costruire una carta di suscettibilità con i metodi quantitativi sono: la presenza o meno di fattori predisponenti e l’inventario degli eventi pregressi nell’area. Per fattore predisponente si intende tutto ciò che predispone un territorio a far sì che un evento accada. Nel caso delle frane, per esempio, la pendenza elevata di un versante rappresenta un fattore di predisposizione molto comune. L’inventario degli eventi passati permette di comprendere come poter pesare i fattori predisponenti dove gli eventi passati sono già accaduti, in modo da determinare quali aree presentano fattori predisponenti con valori simili che potrebbero, in futuro, generare nuovi eventi.
Uno dei metodi più affidabili e intuitivi per realizzare analisi di suscettibilità è il GLM (Generalized Linear Model) comunemente chiamato Logistic Regression (LR) [3]. Si tratta di un modello di regressione lineare che permette di determinare i coefficienti di regressione per ciascun fattore di predisposizione e calcolare quindi la probabilità di accadimento di un evento. La formulazione numerica del metodo è la seguente:
dove:
- η è la probabilità di accadimento
- β0 è l’intercetta globale
- βj è il j-esimo coefficiente di regressione della variabile xj
Un esempio concreto: analisi di suscettibilità da frana
Una frana è un fenomeno naturale descritto come il movimento di una massa di roccia, detriti o terra lungo un pendio per effetto della gravità. Calcolare la suscettibilità da frana significa stimare la sua probabilità di accadimento rispetto a fattori geo-ambientali che chiameremo cause.
Tra le cause più comuni troviamo: la morfologia (curvatura piana, curvatura verticale, pendenza, orientamento a nord, orientamento a est, rilievo relativo), la litologia, l’uso del suolo, l’indice vegetativo NDVI (Normalized Difference Vegetation Index), la precipitazione cumulata annuale e altre.
Una volta collezionate le cause e l’inventario delle frane (in Italia uno degli inventari più completi è quello prodotto da IFFI [4]) il modo più semplice e immediato per realizzare una carta di suscettibilità è utilizzare QGIS ed, in particolare, il plugin SZ (https://github.com/CNR-IRPI-Padova/SZ).
SZ è un plugin sviluppato per QGIS dall’Istituto IRPI di Padova del Consiglio Nazionale delle Ricerche che permette di utilizzare diversi metodi quantitativi tra cui il Logistic Regression.
Interfaccia grafica del plugin SZ
Carta di suscettibilità da frana
Per chi desiderasse maggiori informazioni su come utilizzare al meglio il plugin SZ, vi consigliamo questo video tutorial.
Alla GeoDataLab ci siamo occupati di analisi di suscettibilità e sviluppo di plugin personalizzati in QGIS, anche con interfacciamento e comunicazione diretta con WebGIS per la pubblicazione di dati online. Visita la sezione progetti per saperne di più.
Fonti
[1] Guzzetti F., Reichenbach P., Ardizzone F., Cardinali M., Galli M. (2006) Estimating the quality of landslide susceptibility models. Geomorphology.
[2] Titti G., Borgatti L., Zou, Q. et al. Landslide susceptibility in the Belt and Road Countries: continental step of a multi-scale approach. Environ Earth Sci 80, 630 (2021).
[3] Titti G., Sarretta A., Lombardo L., Crema S., Pasuto A. and Borgatti L. (2022) Mapping Susceptibility With Open-Source Tools: A New Plugin for QGIS. Front. Earth Sci.
