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1 ISTITUTO GEOGRAFICO MILITARE I DATI DELLA TERRA, DA UN ALTRO PUNTO DI VISTA. I SATELLITI PER DEFINIRE LUOGHI E FENOMENI

2 UN PENSIERO A FONDAMENTO DELLA SCIENZA «Il grande libro della natura è scritto in linguaggio matematico» Galileo Galilei

3 SITUAZIONE PRESENTE Alle domande su «dove siamo e come stiamo?», che sono fondamento della ricerca scientifica in ambito geografico, si è risposto cambiando nel tempo i punti di osservazione per determinare i numeri (coordinate e caratteristiche del suolo) che descrivono in modo più o meno accurato la superficie terrestre.

4 Italia Geoide Ellissoide E una convenzione con la quale si sostituisce la Terra vera con una superficie geometrica di forma e dimensioni note, e posizione stabilita rispetto al Geoide

5 Il progresso scientifico ha consentito di calcolare nel tempo ellissoidi che approssimano sempre meglio il Geoide Nel corso dei secoli si è passati da interessi nazionali ad una visione più ampia, prima continentale e poi mondiale Per l Italia: Primi del 900. I Sist. Nazonale (Bessel su Genova) anni 40 del 1900 (ROMA40) Anni 60 del 1900 Sist. Europeo (ED50)

6 In differenti Sistemi di Riferimento lo stesso punto fisico della Terra ha una differente posizione e quindi differenti coordinate 6

7 Negli anni 90 ha luogo la più grande rivoluzione della geodesia La geodesia satellitare: GPS Grandi vantaggi di precisione, rapidità, economicità, semplicità, ecc. Z Rende però necessaria l adozione del Sistema di Riferimento Globale, in particolare in Europa: Sistema ETRS89, nella realizzazione ETRF89 Y X 7

8 LEICA TOPCON TRIMBLE Baseline Stefano TAGLIAFERRI ISTITUTO GEOGRAFICO MILITARE

9 Impianto: Punti EUREF Punti coinc. ROMA40 Punti nuovi 1230 vertici Precisione: Planimetria σ 95% = 25 mm Quota σ 95% = 40 mm Vettore nello spazio 5 cm 9

10 metodologia RTK (Real Time Kinematic) particolare efficacia con un Servizio di Posizionamento in Tempo Reale Internet Centro calcolo 10

11 La galassia degli acronimi nell era della geodesia satellitare ETRS = European Terrestrial Reference System ETRF = European Terrestrial Reference Frame WGS = World Geodetic System ED = European Datum RTK = Real Time Kinematic RDN = Rete Dinamica Nazionale EUREF = EUropean REference Frame IAG = International Association of Geodesy.

12 COME STIAMO.. Il termine Telerilevamento può essere utilizzato per identificare l insieme delle tecniche, strumenti e mezzi di interpretazione che consentono di ampliare e migliorare le capacità percettive dell occhio umano, fornendo all osservatore informazioni qualitative e quantitative relative ad oggetti posti a distanza, appartenenti all ambiente circostante. In senso più stretto con il termine Telerilevamento si intende l insieme delle tecniche di indagine per la raccolta di informazioni di carattere qualitativo e quantitativo, sulla base di misure dell energia elettromagnetica, ottenute dall osservazione dall alto della superficie terrestre mediante mezzi di ripresa installati su piattaforme terrestri o aerospaziali.

13 L ORIGINE DEL TELERILEVAMENTO L osservazione dall alto e il rilevamento a distanza sono elementi innati del comportamento umano. Alla base di tale comportamento ci sono due istinti storici e antropologici, che oggi producono effetti positivi nella vita delle comunità: Applicazioni civili e militari Conoscenza e crescita tecnologica Conquista e uso delle risorse

14 LA STORIA DEL TELERILEVAMENTO La storia del Telerilevamento è legata allo sviluppo tecnologico e di ricerca di 3 campi principali: Fisica delle onde elettromagnetiche Tecniche fotografiche ed elettroniche Tecnologia aerospaziale

15 CARATTERISTICHE DELLE INFORMAZIONI Per osservazione della Terra si intende l investigazione dei diversi tipi di copertura della superficie terrestre, che si può esplicitare in due tipologie di informazione: Informazione qualitativa : riferita alla natura della copertura Informazione quantitativa : riferita all informazione geometrica Le informazioni, provengono da superfici poste in genere lontano dall osservatore. Le distanze possono variare da qualche metro (Proximal Sensing) fino a migliaia di chilometri (Remote Sensing)

16 SCOPI DEL TELERILEVAMENTO La comprensione della natura degli oggetti investigati e lo studio dell evoluzione di fenomeni ad essi collegati La misura di quantità geofisiche ed ambientali Gestione del territorio e delle risorse I prodotti finali consistono generalmente in: carte tematiche, le quali descrivono le peculiarità di aree di territorio dal comportamento omogeneo rispetto a determinate caratteristiche e fenomenologie dati di supporto alla modellistica ambientale, alle previsioni, allo studio dell ecosistema

17 APPLICAZIONI Geofisiche ed ambientali: Atmosfera Oceano, attività in mare, aree costiere Glaciologia Geologia, geomorfologia Climatologia Geodesia, topografia e cartografia Agricoltura, foreste, botanica Idrologia, idrogeologia Rilevamento, controllo e inventario delle georisorse Rappresentazione dell assetto del territorio e uso del suolo Pianificazione territoriale e impatto ambientale Previsione e controllo eventi catastrofici, valutazione dei rischi

18 SISTEMA TELERILEVAMENTO Componenti: Sorgente di energia Interazione con la superficie terrestre Interazione con l atmosfera Sensori e rivelatori Processo di elaborazione e interpretazione

19 DUE ASPETTI PECULIARI Multispettralità: la possibilità di poter disporre di più immagini della stessa porzione di territorio riprese simultaneamente in diverse bande dello spettro elettromagnetico: dalla banda del visibile a quella dell infrarosso, riflesso e termico, fino a quella delle microonde Multitemporalità: l acquisizione continua del territorio attraverso la quale sono state generate delle banche dati consistenti in milioni di immagini. La possibilità di consultare e comparare immagini registrate in tempi diversi consente di trarre informazioni su fenomeni ambientali complessi e sulle loro dinamiche evolutive

20 LA RADIAZIONE ELETTROMAGNETICA Il veicolo di informazione del Telerilevamento è l energia elettromagnetica: Proveniente dal Sole Emessa dalla Terra Generata da strumenti (radar)

21 LA RADIAZIONE ELETTROMAGNETICA Lunghezza d onda (λ): distanza tra due massimi o due minimi di un onda Frequenza (v): numero di onde complete che passano per un punto nell unità di tempo Periodo (T): tempo necessario affinché un onda completa passi per un punto T = 1 v

22 LA RADIAZIONE ELETTROMAGNETICA INFRAROSSO TERMICO

23 LA RADIAZIONE ELETTROMAGNETICA La radiazione incidente sulla superficie terrestre (o marina) viene scomposta in 3 parti, di cui ogni parte viene: Riflessa Assorbita Trasmessa E I (λ) = E R (λ) + E A (λ) + E T (λ) Le percentuali delle tre componenti variano in funzione dei seguenti fattori: Lunghezza d onda (λ) Tipologia della superficie Diversa composizione degli elementi investiti Condizioni fisiche

24 LA RADIAZIONE ELETTROMAGNETICA La geometria della riflessione è funzione primaria della rugosità della superficie, essa può essere, sempre in funzione di (λ): Speculare Lambertiana

25 LA RADIAZIONE ELETTROMAGNETICA RIFLETTANZA SPETTRALE (ρλ): rapporto tra energia riflessa ER(λ) ed energia incidente EI(λ) per una determinata lunghezza d onda λ ρλ = [ER(λ)/EI(λ)]*100 Essa permette di stabilire, per gli oggetti osservati, la curva di riflettanza o firma spettrale

26 LA FIRMA SPETTRALE

27 I SENSORI L attività di Telerilevamento si sviluppa sulla elaborazione e gestione dei dati digitali acquisiti da immagini satellitari da immagini avioniche

28 I SENSORI Fascia atmosferica nella quale operano i satelliti da telerilevamento ottico e radar, per il rilievo della superficie terrestre Fascia atmosferica nella quale operano gli aerei da telerilevamento ottico e radar, per il rilievo della superficie terrestre

29 Una immagine è una rappresentazione di un soggetto, indipendentemente dallo strumento utilizzato e dall intervallo di lunghezza d onda acquisito. Nel Telerilevamento una immagine rappresenta, in genere, una porzione di superficie terrestre ripresa secondo una angolazione variabile rispetto all orizzonte e che può essere descritta secondo parametri detti fondamentali : La scala La Luminosità Il contrasto La risoluzione LE IMMAGINI DIGITALI

30 LE IMMAGINI DIGITALI Nelle immagini digitali, la risoluzione è definita, in generale, come la capacità di un sensore di discernere due oggetti sulla base delle proprietà degli stessi Nel telerilevamento si distinguono i seguenti tipi di risoluzione: La risoluzione spaziale La risoluzione spettrale La risoluzione radiometrica La risoluzione temporale

31 LE IMMAGINI DIGITALI RISOLUZIONE SPAZIALE (O GEOMETRICA): dimensione dell oggetto più piccolo che un sensore può acquisire (o meglio risolvere ) In una immagine digitale la risoluzione geometrica è identificata col pixel che in generale ha forma quadrata La risoluzione geometrica di una immagine è la distanza minima alla quale devono essere posti due oggetti per essere distinti

32 LE IMMAGINI DIGITALI Confronto tra due immagini IKONOS di Crotone: La prima, multispettrale, risoluzione geometrica 4 m La seconda, pancromatica, risoluzione geometrica 1 m

33 LE IMMAGINI DIGITALI RISOLUZIONE SPETTRALE: intervallo minimo di lunghezze d onda captabile da un sensore Intervalli dello spettro più ampi corrispondono a risoluzioni minori Infatti i sensori che acquisiscono immagini pancromatiche hanno una risoluzione spettrale minore ESEMPI: La banda 1 del sensore Landsat TM registra l energia di lunghezza d onda compresa tra 0,45 e 0,52 mm I sensori iperspettrali MIVIS e AVIRIS hanno elevatissime risoluzioni spettrali (10 nanometri per più di 200 bande)

34 LE IMMAGINI DIGITALI RISOLUZIONE RADIOMETRICA: si riferisce al range dinamico, cioè al numero di intervalli in cui l intensità del segnale captato può essere rappresentato nell immagine Corrisponde alla sensibilità del rivelatore di un certo sensore nel percepire e codificare in segnale le differenze di flusso radiante riflesso o emesso dalle superfici analizzate Maggiore è il numero di intervalli di acquisizione, maggiore è la possibilità di distinguere oggetti radiometricamente simili 4 bit = 16 livelli 8 bit = 256 livelli

35 LE IMMAGINI DIGITALI RISOLUZIONE TEMPORALE: tempo intercorrente tra due successive registrazioni della stessa porzione di superficie terrestre da parte di un sensore Tsunami Indonesia 26 dicembre 2004

36 LE IMMAGINI DIGITALI ESEMPIO SENSORE QUICKBIRD: Risoluzione spaziale: 1m pan 4 m. multi Risoluzione spettrale: 1 banda pan 4 bande multi Risoluzione radiometrica: 11 bit immagine Risoluzione temporale: 1-4 giorni Risoluzione Geometrica Bande m nm m nm nm nm nm

37 LA GEOREFERENZIAZIONE GEOREFERENZIAZIONE DELLE INFORMAZIONI TERRITORIALI Complesso di attività che consentono di stabilire una serie di corrispondenze biunivoche tra: Un informazione territoriale, intesa come categoria informativa, inserita o da inserire in un sistema informativo di definita risoluzione; Il fenomeno territoriale attraverso cui si manifesta e/o materializza l informazione; L epoca del rilevamento del fenomeno; La stima della posizione spaziale che compete al fenomeno, definita da una sequenza di coordinate di affidabilità nota, in un assegnato sistema di riferimento.

38 LA GEOREFERENZIAZIONE Proiezione: da una sfera su un piano

39 LA GEOREFERENZIAZIONE Equidistante Gnomonica Ortografica Equivalente Stereografica

40 LA GEOREFERENZIAZIONE Polare Meridiana Zenitale

41 LA GEOREFERENZIAZIONE Longitude of Origin Central Meridian Point with projected coordinates E,N N Latitude of Origin FN Grid Origin (0.0, 0.0) (on Equator or elsewhere) FE Natural Origin Figure 2. Key Diagram for Transverse Mercator Projection arrangements (N.Hemisphere) E Note. FN may be zero Equator

42 ATTIVITA DI TELERILEVAMENTO PIANO STRAORDINARIO DI TELERILEVAMENTO AMBIENTALE

43 ATTIVITA DI TELERILEVAMENTO Altri campi di applicazione Cartografia tematica Protezione Civile Ricerca Banda 8 (R (R) 0,910,91-1,05 µm Banda 5 (G (G) 0,630,63-0,69 µm Banda 2 (B (B) 0,450,45-0,52 µm Stefano TAGLIAFERRI ISTITUTO GEOGRAFICO MILITARE

44 «Il grande libro della natura è scritto in linguaggio matematico» Galileo Galilei