Telerilevamento dei cambiamenti ambientali. Prima parte

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1 Telerilevamento dei cambiamenti ambientali Prima parte

2 Telerilevamento dei cambiamenti ambientali Anno accademico Laurea Triennale Ecologia dei cambiamenti globali 3 anno Alfredo Altobelli Università degli Studi di Trieste Dipartimento di Scienze della Vita

3 Chi siamo? Dipartimento di Scienze della Vita Gruppo di ricerca in ecologia applicata e telerilevamento Altobelli Alfredo Ganis Paola Napolitano Rossella altobell@units.it ganisp@units.it napolita@units.it

4 Libri di testo consigliati Principi e metodi di Telerilevamento. P.A. Brivio & E. Zilioli, Città Studi.

5 Modalita di esame L esame consiste in una prova orale e pratica al computer con la presentazione di un caso di studio a scelta (gruppi al massimo di 3 studenti).

6 Come prepararsi? Appunti personali e materiale didattico fornito dal docente; software e dati scaricabili gratuitamente dalla rete.

7 Definizione di telerilevamento Il Telerilevamento in inglese Remote Sensing è la disciplina scientifica che permette di ricavare informazioni, qualitative e quantitative, su oggetti o fenomeni posti a distanza e sull ambiente circostante sulla base di misure di energia elettromagnetica riflessa o emessa, dopo aver interagito con la superfice o il fenomeno di interesse (modificato da Brivio et al., 2006).

8 Definizione di telerilevamento Il telerilevamento comprende diversi settori di ricerca e ambiti di applicazione, in questo corso ci si riferisce al settore del telerilevamento satellitare per l Osservazione della Terra (Earth Observation). Tale disciplina comprende le tecniche, gli strumenti e le metodologia per l acquisizione, l elaborazione e l interpretazione delle immagini telerilevate.

9 GIS technology La tecnologia informatica di base nel telerilevamento sono i Sistemi Informativi Geografici (Geographic Information Systems, noti come GIS). Telerilevamento e GIS sono due tecnologie complementari!

10 Ecologia del paesaggio Il termine landscape ecology è stato coniato dal biogeografo tedesco Troll nel 1939 in uno studio sull interpretazione di foto aeree. Ciò che colpì Troll furono le potenzialità che si dischiudevano combinando l approccio ecosistemico con la visione complessiva (corologica) del paesaggio.

11 Classificazione gerarchica del territorio L ecologia del paesaggio pone il proprio riferimento metodologico sulla possibilità di individuare mediante un approccio gerarchico, ambiti territoriali omogenei [Unità di Paesaggio] per caratteri ambientali, strutturali e funzionali (Klijn and de Haes, 1994; Zonneveld, 1989; Blasi et al., 2000; Bailey, 2004).

12 Struttura multidimensionale del paesaggio Ecotessuto

13 Cos è il paesaggio in questo corso? Mosaico di ecosistemi ed usi del suolo che interagiscono tra loro e si ripetono con una configurazione spaziale su un area più o meno estesa (Forman e Godron, 1986; Forman, 1995); «Paesaggio come specifico livello di organizzazione biologica [della vita]» (Ingegnoli, 2011). Cioè un sistema vivente. Le leggi sono le stesse che governano una qualsiasi entità vivente, pur se declinate in maniera opportuna (Ingegnoli, 2011).

14 Il mosaico di base è solitamente individuabile come quello delle tessere (patches) vegetate, in quanto spetta alla vegetazione il ruolo di maggior controllore del flusso di energia e di materia, la capacità di costruzione dell ambiente, di interazione col suolo e la formazione del microclima (Ingegnoli, 2011).

15 GIS & Telerilevamento Ci sono tre date molto importanti che segnano lo sviluppo di queste due discipline: Gli anni 70 per il telerilevamento con l'inizio della serie dei satelliti Landsat; Negli anni 80 lo sviluppo del software GIS (in seguito alla rivoluzione del personal computer nel 1975); Internet nel 1993.

16 G.I.S. Sistemi Informativi Geografici Modificato da : Sistemi informativi geografici: introduzione e note preliminari di Renzo Carlucci ( Università degli Studi di Roma 3 Facoltà di ingegneria.

17 Che cos è un GIS Un sistema Informativo geografico (Geographic Information Systems) è un sistema informatico (hardware e software) disegnato per la memorizzazione e il processamento di dati geografici.

18 Che cos è un GIS E un tipo speciale di Sistema Informativo. I sistemi informativi sono utilizzati per manipolare, sintetizzare, interrogare, editare e visualizzare generalmente lavorando con informazioni memorizzate su basi di dati computerizzate. Usa informazioni speciali su cosa c è dove sulla superficie terrestre.

19 Quali sono le caratteristiche dei dati geografici? L informazione legata ad una entità geografica ha quattro componenti;: posizione geografica; attributi; relazioni spaziali (topologia); cronologia.

20 Informazione geografica Geographic information E l informazione sui luoghi nella superficie terrestre: Cosa c è e dove

21 Tecnologie per l informazione geografica Geographic information technologies Sono le tecnologie per collezionare e lavorare le informazioni geografiche. Ce ne sono di 3 tipi principali.

22 Tecnologie per l informazione geografica 1) Global Positioning system (GPS) Un sistema di satelliti orbitanti attorno alla Terra che trasmettono segnali temporizzati ad altissima precisione. Un sistema simile è stato sviluppato dalla Federazione Russa ed è chiamato GLONASS (Global navigation satellite system).

23 Tecnologie per l informazione geografica 2) Telerilevamento (Remote Sensing) La scienza dell osservazione della Terra dallo spazio mediante l uso di satelliti. (Telerilevamento per l Osservazione della Terra).

24 Tecnologie per l informazione geografica 3) Sistemi Informativi Geografici Un sistema per l introduzione, l archiviazione, la manipolazione e la stampa di informazioni geografiche. Una pratica sessione di un GIS combina software con hardware, dati, un utente, etc., per risolvere un problema, supportare una decisione, fornire aiuto a un progetto.

25 Scienza dell Informazione Geografica Geographic Information Science La scienza dell informazione geografica è la scienza che sta dietro la tecnologia GIS. Il termine geomatics e geoinformatics hanno significati similari.

26 Scienza dell Informazione Geografica E un campo multidisciplinare dove contribuiscono diverse discipline.

27 Le discipline della GIScience Cartografia, la scienza della realizzazione di mappe Telerilevamento (remote sensing), la scienza dell osservazione della Terra dallo spazio Geodesia, la scienza della misura accurata della Terra; Topografia, la scienza della misura accurata delle caratteristiche naturali o realizzate dall uomo sulla Terra;

28 Le discipline della GIScience Fotogrammetria, la scienza della misura da immagini fotografiche; Trattamento (processamento) di immagini (image processing), la scienza della gestione ed analisi dei dati da immagini digitali.

29 Introduzione ai GIS In un GIS il principale mezzo di riferimento è un univoco sistema di coordinate spaziali. Un tipico sistema GIS incorpora parecchi differenti databases ed è capace di processare i dati sia in modalità raster che vettoriale. E questa possibilità di combinare o dividere in differenti livelli (layer) i dati geografici cha da ai GIS potenza e versatilità.

30 GIS come rappresentazione della realtà Una volta che i vari livelli (layers) sono digitalizzati (a schermo), le differenze di scala sono risolte, tutti i dati sono geocodificati nello stesso sistema di riferimento, varie mappe possono essere realizzate sovrapponendo i livelli in qualsiai combinazione si desideri (analisi multistrato, overlay topologico).

31 Tipi principali di rappresentazioni Una delle distinzioni principali tra i GIS è il modo in cui i luoghi sono rappresentati. Rappresentazione vettoriale Rappresentazione raster

32 Rappresentazione raster Un sistema raster visualizza, localizza e memorizza dati grafici utilizzando una matrice o griglia di celle. Ogni cella o pixel ha dati discreti associati con sè. Generalmente i dati raster richiedono minore processamento dei dati vettoriali, ma consumano molta più memoria di massa.

33 Rappresentazione raster I sistemi di telerilevamento scanner dei satelliti memorizzano i dati in formato raster. Un unico sistema di coordinate rappresenta ogni pixel o all angolo o al centroide. La risoluzione dei dati raster dipende dalla dimensione del pixel.

34 Rappresentazione vettoriale Un sistema vettoriale visualizza i dati grafici come punti, linee o curve, o aree con attributi. Linee ed archi sono una serie di punti ordinati. Aree e poligoni sono anch essi memorizzati come liste ordinate di punti, ma con la coincidenza del punto iniziale e quello finale nello stesso nodo si ottiene un area chiusa e definita.

35 Rappresentazione vettoriale I sistemi vettoriali sono capaci di risoluzione molto alta e l output grafico è molto simile alle mappe disegnate a mano. Va inoltre sottolineato che i dati modellati in un sistema possono essere convertiti in un altro.

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37 La cartografia vettoriale è particolarmente adatta alla rappresentazione di dati che variano in modo discreto (carta dell'uso del suolo, carta della vegetazione). La cartografia raster è più adatta alla rappresentazione di dati con variabilità continua (modello di elevazione del terreno o carta di acclività del versante).

38 Proiezione e sistemi di riferimento Il territorio sta su un pianeta «sferico» (e non è neppure sferico) mentre le carte sono piatte. Quindi c'è il problema di rappresentare una superficie curva su una superficie piana.

39 Proiezione e sistemi di riferimento Queste proiezioni mantengono forma e scala costante solo sul punto (o lungo la linea) di tangenza (nel caso a è l'equatore, in b è un parallelo, in c è un polo); allontanandosi aumenta la distorsione.

40 Proiezione e sistemi di riferimento Un tipo di proiezione importante è la proiezione cilindrica trasversa in cui cilindro di proiezione è tangente ad una coppia di meridiani invece che all'equatore: in tal modo mantiene forma e scala lungo il meridiano di tangenza.

41 Proiezione e sistemi di riferimento Questa immagine mostra la suddivisione in zone del sistema UTM (Universal Transverse Mercator). Non è il risultato della proiezione. I risultati sono diversi, uno per ogni zona.

42 Proiezione e sistemi di riferimento Questa proiezione è alla base del sistema UTM (Universale Trasversa di Mercatore): sistema di 60 proiezioni cilindriche trasverse (fusi) lungo meridiani di 6 gradi di ampiezza + 2 proiezioni azimutali per i poli.

43 Proiezione e sistemi di riferimento

44 Proiezione e sistemi di riferimento Altro problema: la Terra non è perfettamente sferica. Ha una forma irregolare (geoide) che per necessità cartografiche viene approssimata ad un ellissoide. i parametri e l'orientamento dell'ellissoide sono definiti dal Datum.

45 Proiezione e sistemi di riferimento EPSG = European Petrolium Survey Group Geospatial. Tutti i sistemi di riferimento geografici hanno un codice EPSG riconosciuto dal GIS. Friuli Venezia Giulia: EPSG code Sistema di Riferimento Ellissoide Datum 3045 (=32633) ETRS89 WGS84/UTM zona 33N WGS84 WGS Monte Mario/Italy zona 2 (Gauss- Boaga) Internazionale (Hayford 1944) Rome (Geografico) WGS84 WGS84

46 Condividere le informazioni (Open) Open Data: è la divulgazione via web dei dati che devono essere in formati aperti, ovvero deve essere facile scaricarli e rielaborarli. Open Source: si definisce un programma il cui codice di programmazione (codice sorgente) è di uso pubblico, in modo che tutti possano collaborare al suo miglioramento.

47 Il presente materiale didattico può essere utilizzato, unicamente dagli studenti iscritti al corso, per finalità di studio. Il Docente Alfredo Altobelli Trieste, 09/10/2017