DETERMINAZIONE DI FRACTIONAL COVER DA SCANSIONE LASER SU COLTURE SPERIMENTALI DI BARBABIETOLA

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1 Workshop CITIMAP: il Telerilevamento per un agricoltura sostenibile DETERMINAZIONE DI FRACTIONAL COVER DA SCANSIONE LASER SU COLTURE SPERIMENTALI DI BARBABIETOLA Franco COREN(*), Alessandro PAVAN(*), Carla PIETRAPERTOSA(**), Massimo VINCINI(***) (*) INOGS Istituto Nazionale di Oceanografia e Geofisica Sperimentale (**) IMAA CNR Istituto di Metodologia per l Analisi Ambientale Tito Scalo, Potenza (***) CRAST Centro di Ricerca Analisi Spaziale e Telerilevamento, Università Cattolica del Sacro Cuore

2 AGRICOLTURA DI PRECISIONE L agricoltura di precisione è un insieme di tecniche che permette interventi razionali e puntuali, modulati in funzione delle variazioni spaziali e temporali delle caratteristiche pedologiche e delle condizioni microclimatiche e colturali. Le tecniche di telerilevamento sono un valido strumento per fornire informazioni rapide sullo stato delle colture. Modelli digitali del terreno in alta risoluzione Immagini in alta risoluzione del terreno Capacità di classificazione automatica Elevata accuratezza nella geocodifica Fusione di dati provenienti da diversi sensori

3 LA RISPOSTA ALLA RICHIESTA L Istituto Nazionale di Oceanografia e di Geofisica Sperimentale (OGS) ha intrapreso un ambizioso progetto in associazione con una impresa privata (Helica Remote Sensing), indirizzato alla realizzazione di una piattaforma aerea (elicottero) che permetta un rilievo integrato in alta risoluzione del territorio. Al momento sono montati a bordo dell elicottero i seguenti sensori: Laser Scan ALTM Optech Camera digitale 20 Mpixels - Rollei 6008 Sistema iperspettrale a 244 bande ( nm) - AISA Eagle 1K

4 IL SISTEMA LASER SCAN Il sistema laser scan ALTM OPTECH 3100 è montato a bordo di un elicottero AS350 B2. Opera un laser allo stato solido NdYAG laser (1064 nm) con una potenza media di 6.5 W ed una frequenza di impulsi per secondo. Il range operativo (elevation above ground) varia da un minimo di 80 m ad un massimo di 3200 m.

5 IL SISTEMA LASER SCAN Il sistema laser a scansione è uno strumento che integra quattro unità principali: Un laser ranger, il cui raggio viene fatto oscillare normalmente alla direzione di volo Un sistema di posizionamento GPS Una unità inerziale Un computer di bordo per l acquisizione dei dati

6 IL SISTEMA LASER SCAN Il laser ha una apertura di 0.2 mrad (che rappresenta un footprint di m). Il sistema registra il primo, l ultimo e due impulsi intermedi. Questa particolarità permette di penetrare la chioma delgi alberi misurando: Pulse emission first return nanosec % 0 50% 100% 100% meters no return - L ALTEZZA DELLA CHIOMA second return % 100% % 100% 24 - L ALTEZZA DEL TERRENO third return fourth return % 100% % 100% 42 la sezione vegetale

7 IL SISTEMA LASER SCAN Primo Impulso Secondo Impulso Terzo Impulso Quarto Impulso Tutti gli Impulsi

8 LA SEPARAZIONE DELLA VEGETAZIONE AD ALTO FUSTO Workshop Citimap Piacenza, 20 aprile 2006

9 MAPPA DELL ALTEZZA DELLA VEGETAZIONE DI ALTO FUSTO Workshop Citimap Piacenza, 20 aprile 2006

10 DETERMINAZIONE DELLA CHIOMA E DI OGNI SINGOLO ALBERO Workshop Citimap Piacenza, 20 aprile 2006

11 Spatial pixels IL SISTEMA IPERSPETTRALE AISA NIR 1000 nm CCD detector Blue 400 nm spectral pixels Il sistema è uno spettrografo che acquisisce il dato radiometrico nell intervallo fa 400 e 1000 nm (dal violetto all IR vicino). Optics Ha una risoluzione di 1000 pixel spaziali che significa una risoluzione di m di quota. Un CCD bidimesionale sfruttando il moto del velivolo genera una copertura bidimensionale del terreno 1000 spatial pixels Scan line Flight path

12 IL SISTEMA IPERSPETTRALE AISA Ogni singolo pixel contiene tutta l informazione spettrale; ogni singolo oggetto sul terreno può essere identificato dalla sua firma spettrale e quindi classificato. Ampiezza Frequenza (colore)

13 LA CLASSIFICAZIONE AUTOMATICA DEL TERRENO Workshop Citimap Piacenza, 20 aprile 2006

14 ACQUISIZIONE DEI DATI Podenzano 27/05/2005 Az. Sperimentale V. Tadini Piacenza Rilievo laser 11 p.ti/m2 Rilievo iperspettrale 126 bande ( nm) Rilievo fotografico a terra determinazione del Fraction Cover

15 ACQUISIZIONE DEI DATI Suddivisione in parcelle dell area oggetto di studio

16 CLASSIFICAZIONE DEL DATO LASER Punti classificati come VEGETAZIONE Punti classificati come GROUND Dalla classificazione del dato laser, si ricavano i modelli tridimensionali del terreno (GROUND) e della vegetazione (CANOPY) Mappa delle altezze

17 INTENSITÀ DEL DATO LASER RADIOMETRIA ATTIVA da Scansione Laser (1064 nm) RADIOMETRIA PASSIVA da Scansione Iperspettrale (995 nm)

18 RISULTATI Mappa delle altezze Mappa delle intensità

19 RISULTATI # parcella FC (%) media H (m) media I (DN)

20 RISULTATI Mappa altezze Correlazione FC-ALTEZZE

21 RISULTATI Mappa intensità Correlazione FC-INTENSITÀ

22 CONCLUSIONI Il Fractional Cover è correlato linearmente con due parametri derivati da misure laser a scansione aerea: l altezza media delle piante e l intensità di retrodiffusione del laser. E pertanto possibile determinare un parametro strutturale dall interpretazione di dati laser ad alta densità. Il sistema di rilevamento dimostra una buona efficienza anche per la misura di altezze di vegetazione massime di circa 30 cm (altezze medie inferiori al decimetro). Aumentare ulteriormente la densità dei punti acquisiti, e condurre le future acquisizioni da una quota inferiore.

23 FINE Workshop Citimap Piacenza, 20 aprile 2006

24 IL SISTEMA LASER SCAN (Guenther 1985) Pr è funzione di alcune variabili ambientali e strumentali: D σ α φ A F η(s,w0,q) w0 m laser target distance backscattering coefficient of the target air attenuation incidence angle effective area of the receiver optics receiver field of view loss factor pulse stretching factor single scattering albedo empirical scaling factor used to account for system detuning Workshop Citimap Piacenza, 20 aprile 2006

25 IL SISTEMA LASER SCAN Pr è funzione di alcune variabili ambientali e strumentali: D σ α φ A F η(s,w0,q) w0 m laser target distance backscattering coefficient of the target air attenuation incidence angle effective area of the receiver optics receiver field of view loss factor pulse stretching factor single scattering albedo empirical scaling factor used to account for system detuning Workshop Citimap Piacenza, 20 aprile 2006 = C

26 IL MODELLO DI SUPERFICIE DELL AEROPORTO DI VENEZIA La densità di punti è così elevata da rendere il modello digitale simile ad una immagine.

27 LA DENSITA DI PUNTI E ESTREMAMENTE ELEVATA Workshop Citimap Piacenza, 20 aprile 2006

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