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Perché si usa

Punto centrale degli studi sui fenomeni ambientali è l’osservazione

delle loro caratteristiche e la misurazione dei parametri che li

contraddistingono

Tali informazioni possono essere ottenute tramite analisi dirette

(acquisizione “in situ”) o tramite l’elaborazione di dati rilevati da

apparecchi posti su aerei, palloni o satelliti (telerilevamento)

In situ = più costose + peggior visione d’insieme

telerilevamento = meno costose + spazializzate

Campi di applicazione

Meteorologia

Climatologia

Idrologia

Oceanografia

Geologia

Agricoltura

Foreste

Uso del suolo

Inquinamento (marino, atmosferico, ecc.)

Ambiente antropizzato

Rischi e disastri

Ecologia Spettro elettromagnetico

spettro elettromagnetico

Lo è l'intervallo di tutte le possibili

frequenze radiazioni.

delle onde elettromagnetiche

Le radiazioni sono caratterizzate da

lunghezza d'onda frequenza.

una e da una Poiché la

lunghezza d'onda e la frequenza di una radiazione sono

inversamente proporzionali, tanto minore sarà la lunghezza

d'onda, tanto maggiore sarà la frequenza e quindi l'energia.

lunghezza d'onda distanza

La è la fra

due creste, periodo tempo due

il è il fra

creste durata

ovvero la di frequenza

un'oscillazione completa e la

numero

è il che rappresenta quante

oscillazioni complete compie un'onda

nell'unità di tempo.

Lo spettro elettromagnetico

Insieme continuo delle onde elettromagnetiche ordinate secondo la loro

frequenza, lunghezza o numero d’onda Bande maggiormente

utilizzate in RS

- Visibile

- Infrarosso vicino (NIR)

- Infrarosso termico

- Microonde

Altre bande come ad esempio

Ultravioletto, Radio, Raggi X

sono usate in astronomia

Lunghezza d’onda

Strumenti RS

Passivi: misurano le radiazioni provenienti

dalla superficie investigata (siano esse

riflesse o prodotte sulla superficie)

La tipologia e la qualità delle immagini dipendono dalle

tecniche di acquisizione e di restituzione e dalle

lunghezze d’onda prescelte che esaltano più o meno un

determinato oggetto/fenomeno rispetto ad un altro.

Strumenti RS

determinati sensori sono in grado di

Attivi:

emettere un’energia elettromagnetica tramite

un emettitore (radar) e vengono poi registrate

le onde riflesse dalla superficie (radiazione di

di tali onde

il tempo di ritorno

backscattering),

e l’intensità di riflessione

Consentono di localizzare oggetti riflettenti

sulla superficie terrestre e di riconoscerli in

base al loro comportamento.

Il loro funzionamento è indipendente da illuminazione solare (funzionano anche di

notte) e operano in qualsiasi condizione metereologica. Molto importante

orografia del terreno (pendenza, esposizione rispetto alla direzione di osservazione

del radar) Dati utilizzati in RS

Tipologia:

-Dati telerilevati

-Dati derivati da rilievi a terra

Molteplicità:

- Multistazione: nello stesso tempo da più sensori, installati su

piattaforme diverse

- Multispettrale: nello stesso momento ma da diverse bande

dello spettro elettromagnetico

-Multitemporale: in tempi diversi, rilevate dallo stesso sensore

Fasi di lavoro

Riprese Fonti diverse

Dati telerilevati Dati di riferimento

Elaborazione

Interpretazione, uso dei dati

La realtà fisica

V

T A

Tre tipi di copertura del suolo: Ogni tipo di copertura riflette una certa

= Acqua

A frazione della radiazione elettromagnetica

ρ

= Terra nudo

T differente per ogni lunghezza d’onda λ

= Vegetazione

V La funzione è la firma spettrale

ρ(λ)

del tipo di copertura A. Dermanis, L. Biagi

Tipologie di immagini

Pancromatiche o monocromatiche:

a ciacun punto dell’immagine è

associata una intensità luminosa

espressa in toni di grigio (dal nero =

0 al bianco = 255)

sovrapposizione di

A colori:

immagini monocromatiche,

ciascuna delle quali è associata

ad un colore fondamentale A. Dermanis, L. Biagi

Immagini multispettrali

sovrapposizione di più immagini ad ognuna delle quali

Mutispettrali:

sono associate un insieme di lunghezze d’onda

Risoluzione dei sensori

• o = minima distanza fra due

Geometrica spaziale

oggetti che il sensore può distinguere. Immagine

costituita da insieme di elementi di base chiamati

pixel (picture element).

maggiore n°di pixel => maggiore la risoluzione, a

parità di immagine

• = numero di diverse intensità della radiazione che il sensore è

Radiometrica

in grado di distinguere. Solitamente questo valore spazia tra gli 8 e i 14 bit,

che corrispondono a 256 e 16384 livelli di grigio per ogni banda.

• = ovvero la larghezza delle bande spettrali in cui l'immagine è

Spettrale

registrata. Solitamente dipende dal numero di bande spettrali del sensore.

Maggiore n° bande => maggiore risoluzione

• = intervallo di tempo che intercorre fra due riprese successive su

Temporale

una stessa area

Cresce quando l’intervallo temporale fra due passaggi successivi su una

stessa area diminuisce o

Risoluzione geometrica spaziale

Classificazione delle immagini

Spettrale

Pancromatiche Scala di grigi sullo spettro visibile

Multispettrali In genere B/G/R + una o più bande in infrarosso

Iperspettrali 100 bande

Pan-sharpened Fusione di pancromatico e multispettrale

Spaziale

Risoluzione (m) Definizione Scala di applicazione

0.5 – 1 Altissima 1:1000 - 1:10000

1 – 4 alta 1:10000 - 1:15000

4 – 12 media 1:15000 - 1:25000

12 – 50 bassa 1:25000 - 1:100000

50 – 250 molto bassa 1:100000 - 1:500000

> 250 Bassissima < 1:500000

I Satelliti

Attorno alla terra ruotano in orbita

diversi satelliti lanciati da diversi paesi e

aventi scopi molto diversi (militare,

ambientale, metereologico, ecc.)

Generalmente quelli metereologici

sono geostazionari, mentre gli altri

fanno generalmente un’orbita quasi

polare ed il loro periodo di

rivoluzione è variabile (Landsat 16

gg)

perchè Satelliti?

• Effettuano orbita regolare

• Immagini relativamente economiche (Ikonos: 16 Euro/Kmq)

• Ripetizioni relativamente frequenti (Landsat 7 TM ogni 16 giorni)

• Possibilità di analisi ambientali e territoriali multitemporali e

multispettrali

Principali famiglie di satelliti

Landsat

SPOT

IRS

IKONOS

QUICKBIRD

ENVISAT

ERS

AVHRR/NOAA

Satelliti di nuova generazione

IKONOS in orbita dal 1999 risoluzione spaziale 4 metri

Banda m)

λ (µ

µ

(

Pan 0.45-0.90 Pancromatico

MS1 0.45-0.53 Blu

MS2 0.52-0.61 Verde

MS3 0.64-0.72 Rosso

MS4 0.77-0.88 Infrarosso

vicino

QuickBird

4 bande: PAN + Multispettrale

× ×

risoluzione: P: 0.61 0.61 m, MS: 2.44 2.44 m

ciclo di ripetizione: 5 giorni

Indagini a terra a supporto

• Le indagini a terra sono importanti per avere una effettiva

informazione degli aspetti sul suolo.

• Occorre selezionare piccole porzioni di territorio

rappresentative scelti in base ai seguenti

training area

criteri:

Obiettivi dello studio

Periodo migliore per eseguire osservazioni in

riferimento al passaggio del satellite

Numero e dimensioni delle aree necessarie

Dati da acquisire

Personale, mezzi e risorse necessari e costi

Training area

• Devono essere rappresentative

• I rilievi devono essere condotti in concomitanza del

passaggio del satellite

• Devono essere omogenee

• Avere una dimensione congrua a ciò che rileva il

sensore

• Devono essere in numero rappresentativo

• Devono essere scelte sulla base di criteri

soggettivi/oggettivi

Utilizzo dati training area

• Correzione e calibrazione dei dati telerilevati (effetti dovuti

all’atmosfera, all’angolo di illuminazione della radiazione

incidente, all’angolo di vista del sensore);

• Relazioni fra proprietà radiative e fisiche degli oggetti per avere

esatte interpretazioni e correlazioni fra sensore – realtà fisica

indagata (riconoscimento della firma spettrale caratteristica)

• Identificazione degli aspetti o dei materiali della superficie

quali il tipo di coltura, il tipo di foreste, il tipo di roccia, aree

infestate

• Verifica delle prestazioni e delle procedure utilizzate per

l’interpretazione (classification accuracy assessment)

Elaborazione delle immagini

Elaborazione immagini: tutte le operazioni necessarie per

rendere più agevole l’estrazione di informazioni degli oggetti in

essa rappresentati

Immagine satellitare è una immagine digitale caratterizzata da

una distribuzione a due dimensioni di pixel, dove a ciascun pixel è

associato un numero intero positivo (Digital - DN) che

Number

rappresenta la radianza media misurata su una piccola area del

(risoluzione spaziale). Ogni pixel è caratterizzato da tanti

sensore

DN quante sono le bande spettrali

Preprocessamento – Processamento vero e proprio

Pre-processamento immagini

Tutti quei procedimenti per correggere tutti quegli errori,

rumore, distorsioni introdotte durante l’acquisizione e la

trasmissione delle immagini dovute ai sensori, atmosfera e dal

satellite

Obiettivo: produrre un’immagine corretta e che sia

geometricamente e radiometricamente più possibile vicina alle

caratteristiche di radianza della scena originale

Alcune di queste elaborazioni vengono effettuate dalle ditte

che vendono le immagini.

Correzioni geometriche

Correzioni geometriche: servono ad eliminare deformazioni dovute al

sistema di ripresa.

Cause:

• rifrazione atmosferica

• diversa velocità di scansione lungo una linea

• assetto della piattaforma su cui è installato il sensore

• Variazione di altezza della piattaforma

• Rotazione della terra durante la ripresa

Le trasformazioni geometriche vengono applicate tramite correzioni

sistematiche, cambiamenti di scala, rettificazioni. Come risultato si

ha che ciascun pixel si trova in una nuova posizione, più accurata.

Georeferenziazione

Nel processo di rettificazione occorre individuare dei punti di riferimento

sull’immagine che corrispondono a specifici elementi al suolo per i quali

sono note le coordinate geografiche (GCP = Ground Control Points)

Le coordinate possono essere rilevate a terra tramite

un sistema GPS

Tramite l’utilizzo di equazioni polinomiali, è

possibile convertire le coordinate sorgenti

dell’immagine in quelle geografiche

Le immagini si dicono Geocodificate quando

hanno subito una correzione radiometrica e

geometrica. Classificazione immagini

Una volta corrette, le immagini

vengono elaborate per estrarci delle

informazioni tramite varie

metodologie:

Analisi visiva è molto utile per

fini geologici, idrogeologici o per

prime analisi di coperture del

suolo

Classificazione (guidate

“supervised” o non guidate

“unsupervised”)

Comportamento spettrale vegetazione

• La vegetazione ha comportamenti specifici a varie lunghezze d’onda

producendo firme spettrali caratteristiche. La sua curva di riflettanza

varia a seconda del tipo di vegetazione, della sua densità, stadio

fenologico, contenuto di umidità, stato fitosanitario, ecc.

• Il suo andamento è molto caratteristico nel campo del VISIBILE,

E INFRAROSSO MEDIO-LONTANO

INFRAROSSO VICINO (NIR)

• I pigmenti fogliari contengono clorofilla che ha un max di riflessione nel

VERDE mentre max di assorbimento nel ROSSO e BLU

• La struttura fogliare è responsabile del comportamento spettrale nelle

bande del NIR (importante per distinguere vegetazione)

• Nel campo dell’INFRAROSSO MEDIO-LONTANO è il contenuto in acqua

nelle cellule delle foglie il maggior responsabile (importante per valutare

stress idrici)


PAGINE

71

PESO

6.02 MB

AUTORE

Atreyu

PUBBLICATO

+1 anno fa


DESCRIZIONE DISPENSA

Materiale didattico per il corso di Agroclimatologia tropicale e subtropicale a cura della Dott.ssa Anna Dalla Marta, all'interno del quale sono affrontati i seguenti argomenti: le tecnologie dell'informazione geografica; il GPS (Global Positioning Systems), il Telerilevamento e i GIS (Sistemi Informativi Geografici); le potenzialità dei GIS e la cartografia digitale; interrogazione ed analisi dei GIS; il Telerilevamento, ambiti di applicazione e caratteristiche tecniche.


DETTAGLI
Corso di laurea: Corso di laurea in scienze agrarie
SSD:
Università: Firenze - Unifi
A.A.: 2011-2012

I contenuti di questa pagina costituiscono rielaborazioni personali del Publisher Atreyu di informazioni apprese con la frequenza delle lezioni di Agroclimatologia tropicale e subtropicale e studio autonomo di eventuali libri di riferimento in preparazione dell'esame finale o della tesi. Non devono intendersi come materiale ufficiale dell'università Firenze - Unifi o del prof Dalla Marta Anna.

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