Gli alberi monumentali d’Italia 

Il primo censimento degli alberi monumentali in Italia, condotto dall’allora Corpo Forestale dello Stato, risale al 1982. Tuttavia, il primo elenco degli alberi monumentali viene approvato con il decreto dipartimentale prot. n. 5450 del 19/12/2017, redatto ai sensi dell’art. 7 della legge del 14/01/2013. Dal 2017 l’elenco viene aggiornato annualmente dagli uffici competenti presso l’attuale Ministero dell’Agricoltura, della Sovranità Alimentare e delle Foreste (MASAF). L’ultima versione (decreto direttoriale prot. n. 237195 del 27/05/2025) include 4944 esemplari, distribuiti in tutto il territorio nazionale ([16]).

Secondo la normativa vigente, un albero viene dichiarato monumentale se soddisfa uno o più criteri di monumentalità ([15]), ossia parametri che ne attestino il valore storico, culturale, paesaggistico o naturalistico, rendendolo un bene collettivo da tutelare e tramandare alle generazioni future. La capacità di questi alberi monumentali di accumulare carbonio resta ancora poco conosciuta. Tuttavia, questo limite conoscitivo è dovuto principalmente all’assenza di strumenti non invasivi, adatti a esemplari di grandi dimensioni e di morfologia complessa, spesso anche in fase avanzata di senescenza o soggetti a fenomeni di decadimento strutturale ([12], [21]). Tradizionalmente, il monitoraggio forestale ha fatto affidamento su rilievi dendrometrici manuali, fotogrammetrici o su metodi basati sul telerilevamento satellitare. Questi strumenti, pur essendo consolidati, presentano limiti quando applicati a singoli alberi monumentali, poiché non riescono a catturare con precisione la complessità morfologica né a fornire dati riproducibili ad alta risoluzione. Negli ultimi anni, lo sviluppo delle tecniche di precision forestry e in particolare dei sensori Light Detection and Ranging (LiDAR) ha ampliato le possibilità di monitoraggio, consentendo di integrare rilievi a diverse scale, dal paesaggio al singolo albero, con elevati livelli di dettaglio ([9], [8], [10], [25], [14]). In questo contesto, le tecnologie basate su sensori LiDAR - sia terrestri (Terrestrial Laser Scanner - TLS) che montati su droni (Unmanned Aerial Vehicle Laser Scanner - ULS) - possono risultare di utile supporto ([27], [1], [11], [18], [2], [13]).

Gli alberi monumentali rappresentano individui di eccezionale valore naturalistico e culturale, ma le loro peculiarità - età molto avanzata, dimensioni fuori scala, architetture irregolari e frequenti problemi strutturali legati a processi di decadimento o a eventi meteorologici estremi - rendono complesso il loro monitoraggio con metodologie tradizionali. L’impiego di tecniche di remote sensing, in particolare di sensori LiDAR, si è rivelato fondamentale per la loro analisi e salvaguardia. Diversi studi lo dimostrano chiaramente: in Polonia, ad esempio, Wezyk et al. ([26]) hanno monitorato i cambiamenti biometrici di una grande quercia con tecniche LiDAR; altri lavori ([3], [23]) hanno mostrato come i modelli 3D di alberi monumentali - dalle querce agli olivi - siano fondamentali per la conservazione e la quantificazione di parametri strutturali a livello di singolo albero; più recentemente, Serena et al. ([22]) hanno applicato scanner laser portatili e software dedicati per mappare gli alberi monumentali e valutarne i benefici ecosistemici in contesti urbani. Le tecniche di laser scanning permettono di misurare, in modo non invasivo, preciso e ripetibile nel tempo, diversi attributi forestali sia a livello di popolamento sia di singolo albero. Tra questi, il diametro a petto d’uomo (DBH) e l’altezza, fino a stimare volume e biomassa, attraverso accurate tecniche di modellazione 3D dell’intera struttura arborea ([5], [6], [20], [24]).

Alla luce di queste considerazioni, il presente contributo descrive le tecnologie e i metodi impiegati per la generazione di modelli tridimensionali relativi a un gruppo selezionato di alberi monumentali situati all’interno del complesso storico della Villa del Colle del Cardinale, in provincia di Perugia ([17]). La scelta del sito è stata motivata da uno screening preliminare del geodatabase nazionale degli alberi monumentali ([16]), che ha evidenziato una significativa concentrazione di esemplari di interesse all’interno del parco della Villa. Tale evidenza ha dato avvio a una collaborazione tra il CREA - Centro di Ricerca Foreste e Legno - e il Ministero della Cultura, finalizzata allo sviluppo di un protocollo operativo per il monitoraggio e la conservazione degli alberi monumentali, con l’obiettivo di valorizzare e tutelare questo patrimonio naturale e culturale.

Gli obiettivi specifici includono la misurazione degli attributi dendrometrici principali e la creazione di un archivio digitale tridimensionale degli alberi rilevati. Tale archivio potrebbe in futuro essere esteso su scala nazionale, con il duplice scopo di valorizzare e tutelare questo importante patrimonio naturale e culturale, e di supportare attività di monitoraggio, ricerca scientifica e gestione conservativa in una prospettiva di lungo periodo.

Materiali e metodi 

Gli alberi monumentali della Villa del Colle del Cardinale (PG), Umbria

La Villa del Colle del Cardinale, situata a 12 km a nord di Perugia, costruita intorno al 1575 per volontà del cardinale Fulvio della Corgna, è oggi non solo un esempio significativo di architettura rinascimentale, ma anche un luogo di straordinario interesse botanico e forestale. Il complesso naturalistico che circonda la Villa (Fig. 1), trasformato nella seconda metà dell’Ottocento in giardino all’inglese con lago e isole, ha un’estensione di circa 13 ettari e ospita una ricchissima varietà di specie arboree autoctone e alloctone, alcune delle quali raggiungono dimensioni eccezionali e sono riconosciute come alberi monumentali. Nella collaborazione MiC-CREA sono stati dunque selezionati tutti (9) gli alberi monumentali presenti all’interno del complesso storico: tre individui di cedro dell’Himalaya (Cedrus deodara), di cui due raggruppati come insieme omogeneo, un cedro del Libano (Cedrus libani), un cedro rosso del Giappone (Cryptomeria japonica), un albero singolo e una filiera di cipresso mediterraneo (Cupressus sempervirens), un cipresso del Monterey (Cupressus macrocarpa), e un tiglio nostrale (Tilia platyphyllos).

Fig. 1 - Cartografia della Villa del Colle del Cardinale. Collocazione dell’area di interesse (Villa del Colle del Cardinale, prov. di Perugia) tramite ortofoto ottenuta dal sorvolo con drone; a destra, una panoramica dettagliata degli alberi monumentali.

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Caratteristiche strumentazione LiDAR

La scansione 3D terrestre è stata realizzata con un Laser Scanner FARO Focus 3D × 130 (FARO Technologies Inc., Lake Mary, FL, USA), mentre per il rilievo aereo è stato impiegato un drone DJI Matrice 350 RTK (SZ DJI Technology Co., Ltd.). Il Range Focus3D X 130 è uno scanner laser 3D con portata compresa tra 0.6 e 130 m, precisione di ± 2 mm e velocità fino a 976.000 punti al secondo. Integra una fotocamera a colori da 70 MP, pesa 5.2 kg e utilizza un laser di classe 1. È dotato di sensori GPS, bussola, altimetro e compensatore biassiale. Il DJI Matrice 350 RTK è un drone professionale con autonomia fino a 55 minuti, una portata fino a 20 km e una resistenza IP55. Integrato con il LiDAR Zenmuse (L1), consente l’acquisizione di nuvole di punti ad alta densità, grazie a RTK e a un IMU avanzato. Il sensore include anche una camera RGB da 20 MP per colorare i dati 3D, rendendolo ideale per rilievi topografici, il monitoraggio forestale e le applicazioni ambientali.

Acquisizione, processing e validazione dei dati 3D

La principale differenza tra TLS e ULS riguarda la posizione e le caratteristiche di acquisizione: il TLS opera da terra, garantendo una densità di punti superiore per metro quadro, ma copre aree più limitate e non riesce a catturare la parte superiore delle chiome. Al contrario, l’ULS acquisisce dati dall’alto, sopra la chioma, offrendo una copertura territoriale molto più ampia; tuttavia, la sua capacità di penetrare fino al suolo diminuisce quando la copertura forestale è densa. Le scansioni a terra sono state effettuate posizionando il TLS ai vertici di un triangolo posto intorno ai singoli alberi, mentre le acquisizioni con ULS sono state condotte a un’altezza di 60 m da terra e progettando i singoli voli su un ambiente GIS (Geographic Information System). La ricostruzione tridimensionale degli alberi è stata ottenuta integrando i dati provenienti dalle due fonti - scansione terrestre e rilievo aereo - attraverso un processo di allineamento delle rispettive nuvole di punti (Fig. 2). Questo allineamento è stato effettuato attraverso l’uso del software CloudCompare v. 2.10.3 ([7]) seguendo un procedimento a due fasi: come prima operazione, sono stati selezionati diversi punti di riferimento comuni e ben visibili in entrambe le acquisizioni; successivamente, le scansioni sono state allineate utilizzando l’algoritmo di registrazione automatica ICP ([4]) disponibile nel software. Dato che quest’ultimo passo avviene automaticamente, sono state condotte varie investigazioni manuali e visive per garantire una registrazione accurata e coerente dei dati. Infine, per la corretta analisi dei dati, sono state eseguite sia la riduzione del rumore (o denoising) con lo strumento “Subsample” di CloudCompare, sia la normalizzazione mediante il Digital Terrain Model (DTM) derivato da ULS.

Fig. 2 - Allineamento dei dati LiDAR. Rappresentazione schematica del procedimento utilizzato per ottenere i modelli 3D completi degli alberi attraverso l’allineamento delle nuvole di punti (terrestre in rosso e aerea in blu).

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Per la validazione dei dati LiDAR è stata indagata la relazione tra le variabili dendrometriche estratte dalle singole nuvole di punti e quelle disponibili nell’archivio del MASAF, ossia la circonferenza del fusto e l’altezza. Per calcolare la circonferenza dai modelli 3D è stato estratto manualmente il diametro a petto d’uomo (DBH), specificamente con la creazione di cilindri nella sezione del fusto che va da 1.2 a 1.4 m e la seguente registrazione del diametro. Da questo è stata poi calcolata la circonferenza del fusto. L’altezza è stata misurata prendendo il punto più basso del fusto a contatto con il terreno e quello più alto della chioma. Altri attributi dendrometrici derivabili dalle scansioni LiDAR, assenti nell’archivio del MASAF, comprendono il volume legnoso e la biomassa (vedi Fig. S3, Materiale supplementare).

Risultati e discussione 

Relazioni tra dati LiDAR e dati inventariali

Come mostrato in Tab. 1, la sostanziale coincidenza tra gli attributi dendrometrici (circonferenza e altezza) derivati da scansione LiDAR e quelli riportati nell’inventario del MASAF sottolinea la validità e l’accuratezza della misurazione con LiDAR.

Archivio modelli 3D degli alberi monumentali

Grazie al protocollo di scansione e all’allineamento dei dati LiDAR provenienti da piattaforme terrestri e aeree messo a punto, è stato possibile generare una nuvola di punti relativa al singolo esemplare arboreo. Questo approccio consente di ottenere una rappresentazione tridimensionale accurata e permanente, costituendo un vero e proprio archivio digitale in cui ogni albero monumentale scansionato è associato a una sorta di scheda virtuale (Fig. 3). Dalla nuvola di punti ottenuta è possibile estrarre numerose caratteristiche dendrometriche (vedi Fig. S1, Fig. S2). Il modello tridimensionale, se opportunamente archiviato, potrà essere consultato anche in futuro, garantendo la conservazione della memoria dell’albero stesso, anche qualora l’individuo dovesse morire o perdere le caratteristiche che ne hanno determinato l’inserimento nell’Elenco. A questo scopo, ciascun modello 3D è stato caricato sulla piattaforma web Sketchfab^® ([19]), che consente la visualizzazione, la condivisione e il download diretto dei modelli tridimensionali tramite browser, senza la necessità di installare software specifici (Tab. 1). L’accesso è semplice e immediato anche per utenti non registrati, garantendo la fruibilità dei contenuti a un pubblico ampio e diversificato.

Fig. 3 - Archivio virtuale dei modelli 3D. A sinistra, illustrazione dell’archivio virtuale dei modelli 3D contenente sia la zona in prossimità della Villa che la maggior parte (1-6) degli alberi monumentali; a destra (7), esempio di scheda grafica per un individuo di Tilia platyphyllos. La visione 3D completa è disponibile all’URL: ⇒ https:/­/­sketchfab.com/­3d-models/­vdc-uls-red-196dd9a84a1d403289323a17b0ccff8f. Ogni albero qui rappresentato è disponibile ai link indicati in Tab. 1.

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Conclusioni 

L’accuratezza dei dati derivati da sensori LiDAR, oltre ad essere già evidente in letteratura, è stata ulteriormente confermata in questo studio mettendo a confronto le variabili derivate da scansioni LiDAR con i dati inventariali, e perciò si sottolinea l’importanza dell’uso di queste tecnologie ad alta precisione. Inoltre, il protocollo di rilievo e analisi sviluppato in questo lavoro rappresenta un modello operativo standardizzato e replicabile, che può essere dunque applicato ad altre realtà per il monitoraggio e la valorizzazione degli alberi monumentali, contribuendo alla creazione di archivi digitali condivisi e duraturi nel tempo.

Ringraziamenti 

Le immagini rilevate e qui pubblicate sono anteriori all’intervento di riqualificazione e restauro del giardino della Villa del Colle del Cardinale, finanziato all’interno del PNRR, Missione 1 - Digitalizzazione, innovazione, competitività e cultura, Componente 3 - Cultura 4.0 (M1C3), Misura 2 “Rigenerazione di piccoli siti culturali, patrimonio culturale, religioso e rurale”, Investimento 2.3: “Programmi per valorizzare l’identità dei luoghi: parchi e giardini storici”.

References

Supplementary Material

Fig. S1 - Visualizzazione digitale della Villa Colle del Cardinale, con i numeri degli alberi monumentali indicati nei rispettivi modellini.

Fig. S2 - Popolamento di Cupressus sempervirens, gruppo di Cedrus deodara, individuo di Cupressus macrocarpa e albero monumentale di Cryptomeria japonica.

Fig. S3 - Esempio di ricostruzione del volume legnoso dell’albero monumentale di Cedrus libani mediante la generazione manuale di cilindri a partire dalla nuvola di punti tridimensionale.