Digital Twin: la nuova vita 3D del Calich

Dati in tempo reale, modelli 3D e scenari predittivi per una gestione più sostenibile

Questo articolo approfondisce e amplia i contenuti del poster presentato all’International Symposium on Biodiversity and Ecosystem Functions under Global Change (Alghero, 12–14 novembre 2025).

Perché un Digital Twin?

La laguna del Calich è un ecosistema vivo: riceve acque dolci dai canali e acqua salata dal mare, cambia con le stagioni, con il vento e con la pioggia. Per capire come sta e cosa può accadere serve mettere insieme molte informazioni diverse e simularne il comportamento. Un Digital Twin (Gemello Digitale) è proprio questo: un modello 3D dinamico che unisce misure in situ, immagini satellitari e rilievi batimetrici per vedere lo stato della laguna oggi e proporre un modello cloud, aggiornato quasi in tempo reale (ogni 15 minuti), capace di integrare dati eterogenei e simulare pressioni climatiche e antropiche.

Da dove arrivano i dati (e cosa misuriamo)

La componente terrestre è descritta tramite DSM (Modello Digitale di Superficie) regionale; la componente acquatica, nella fase MVP, adotta una batimetria provvisoria derivata da indici spettrali da Pléiades Neo, in attesa di sostituzione con il dato più preciso dei rilievi Multibeam. Le osservazioni in situ provengono da una sonda multiparametrica.

Dashboard – ultima acquisizione: Indicatori sinottici di T, pH, ORP, conducibilità/salinità per screening operativo.

• Sonda multiparametrica: Temperatura, pH, Conducibilità/Salinità, Ossigeno disciolto (DO), Potenziale di Ossidazione-Riduzione (ORP), Torbidità. I dati alimentano una dashboard con storico e, in fase di implementazione, regole di pre-allerta basate su combinazioni di parametri.
• Osservazione della Terra (EO) – Ottico: Pléiades Neo per il dettaglio VHR (30 cm GSD)
• Rilievi in programma: campagna con il drone di superficie HYDRA® (LiDAR & Multibeam) per ottenere un dato 3D di riferimento relativo agli ambienti emersi e alla batimetria

Come funziona CaDiT

Il gemello digitale consisterà in un modello navigabile con GeoPortale e dashboard (analytics, e soglie dinamiche). Abbiamo completato un MVP che integra i dati in situ con quelli telerilevati, una dashboard con visual analytics e una prima dimostrazione dei layer informativi del modello 3D. Sono in corso il rafforzamento delle pipeline e la definizione delle logiche di allerta, mentre la campagna LiDAR/Multibeam è pianificata per consolidare il modello di superficie e del fondale.

Layer di base: Modello digitale delle superfici (DSM), rappresenta la quota di tutti gli elementi che si trovano sul terreno (Fonte: Geoportale Regione Autonoma della Sardegna).

Ortofoto satellitare ad altissima risoluzione: Ortofoto VHR (Very High Resolution) ad altissimo dettaglio dell’area del Calich Usata sia come “texture” del 3D per migliorare l’interpretabilità degli elementi territoriali sia per ottenere un dato batimetrico provisionale (Fonte: Pléiades Neo, 30 cm GSD).

Modello 3D (fusione DSM + Batimetria): Il DSM ricampionato si combina al dato batimetrico presunto (Depth Index) ottenuto da immagine telerilevata, utilizzando le bande G (b2) e DB (b6) per una batimetria provisionale, da affinare successivamente tramite il rilievo sul campo.

Logiche di allerta: quattro casi ricorrenti

Attualmente sono stati formalizzati quattro pattern con soglie operative per attivare verifiche e mitigazioni. Le soglie sono calibrate su letteratura tecnica e osservazioni locali e verranno affinate con l’allargamento del dataset delle serie storiche relative alle misurazioni in situ:

1. Crisi ipossica notturna: Quando le alghe producono molto ossigeno di giorno (pH alto) ma la notte consumano ossigeno con la respirazione, il DO può scendere sotto valori di sicurezza. In dashboard osserviamo l’oscillazione pH–DO e picchi di torbidità associati al fitoplancton.
2. Acque nere/anossiche: ORP molto basso e ossigeno quasi assente indicano processi anaerobici nei sedimenti e possibili rilasci di solfuri.
3. Shock osmotico da diluizione (post-pioggia): Un brusco calo di salinità/conducibilità può stressare fauna e flora lagunare, con stratificazione dell’acqua (dolce sopra, salata sotto) e minor ricambio negli strati profondi.
4. Torbidità cronica: NTU elevati per giorni riducono la luce che raggiunge le piante acquatiche, soffocano il benthos e peggiorano le condizioni dell’habitat.

Dashboard – serie storiche interattive: Time-series di NTU, DO, ORP, salinità, T con strumenti di zoom e brush temporale.

Queste categorie sono mostrate nella dashboard con pannelli dedicati e grafici temporali, come esempi di strumenti operativi per la diagnosi rapida e la prevenzione.

Caso studio – ipossia notturna: Pattern oscillatorio pH–DO con picchi di NTU; trigger notturno DO < 4 mg/L.

Caso studio – acque nere/anossiche: ORP < 100 mV (preferibilmente < 50 mV), DO < 2 mg/L, pH < 7.2; indicazione di processi solfato-riduttivi.

Caso studio – shock osmotico post-pioggia: Calo rapido di salinità (< 20 PSU) e conducibilità (< 30.000 μS/cm) con indizi di stratificazione.

Caso studio – torbidità cronica: Persistenza NTU > 100 per ≥ 3–5 giorni e trend ORP decrescente. Rischio per fotosintesi e benthos.

Benefici attesi (gestione e tutela)

• Riconoscere in tempo i segnali di crisi per intervenire prima che sia tardi.
• Valutare gli effetti di vento e maree su pH/DO/ORP e qualità delle acque.
• Componenti e metodologie riusabili su altre zone umide italiane.

Risultati preliminari e sviluppi futuri

L’MVP dimostra la fattibilità dell’integrazione multi-sorgente e la lettura sinottica di eventi complessi. La dashboard in via di sviluppo implementerà la generazione di notifiche su superamento soglie e offrirà strumenti interattivi per l’analisi temporale. La profondità della laguna (attualmente stimata attraverso dato telerilevato) è un indicazione di partenza non sostitutiva del rilievo diretto (Multibeam e LiDAR) che verrà effettuato in futuro.

L’interpretazione dei casi d’uso verrà rafforzata dalla raccolta di una serie temporale multiparametrica che rappresenta la storia recente del sistema, motivo per cui, attualmente, le allerte saranno inizialmente “operative” e dovranno essere accompagnate da raccomandazioni di verifica in campo. Il concept è progettato per essere trasferito su altre lagune ed ecosistemi simili, favorendo confronti inter-sito e la definizione di protocolli condivisi.