Gabriele Poli, Giulia Adembri, Maurizio Tommasini, Matteo Polverini
Compatibilità ed integrazione di dati NDVI da sensori AVHRR/NOAA e
SEVIRI/MSG
Laboratorio di Telecomunicazioni
Dipartimento di Elettronica e Telecomunicazioni
(Università di Firenze)
11a Conferenza Nazionale ASITA Torino, 6 - 9 novembre 2007
Stazione Ricezione Satelliti, Polo Universitario di Prato
11a Conferenza Nazionale ASITA. Torino, 6 - 9 novembre 2007
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Compatibilità di osservazioni NDVI da sensori AVHRR e SEVIRI
AVHRR/NOAA: sensore operativo dalla fine degli anni ’70, rinnovato tecnologicamente fino ad oggi conservando caratteristiche funzionali e radiometriche
Ampie serie storiche di dati, metodologia di riferimento
Efficace indicatore dello stato della vegetazione (lungh. d’onda del rosso e del vicino infrarosso), in particolare su larghe scale temporaliREDNIR
REDNIR
RR
RRNDVI
SEVIRI/MSG: sensore di nuova generazione con alcune bande simili a quelle AVHRR e con caratteristiche vantaggiose per le osservazioni di NDVI
Obiettivo: valutare, con tecniche statistiche, la compatibilità e la possibilità di integrare e confrontare i dati NDVI ottenuti dai sensori AVHRR e SEVIRI
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Stazione Ricezione Satelliti - Laboratorio di Telecomunicazioni
http://maresat.ing.unifi.it
• Ricezione diretta di dati dai satelliti MSG, NOAA
• Elaborazione in tempo reale o quasi-reale
• Mantenimento e aggiornamento dell’archivio di dati satellitari della Stazione (serie storiche METEOSAT-7 e NOAA dal 1996 ad oggi e MSG dal 2006)
http://labtele.det.unifi.it
• Monitoraggio ambientale in continuo di zone a carattere regionale
• Sviluppo e calibrazione di algoritmi per il calcolo di parametri ambientali su scala regionale da dati telerilevati su mare e su terra
• Sviluppo di procedure per l’interpretazione e l’analisi dei dati satellitari
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Ambito dell’attività di ricerca e collaborazione
Progetto SEDEMED II, 2004-2006Sécheresse et Désertification dans le bassin Méditerranée
(Siccità e Desertificazione nel Bacino del Mediterraneo)
Coordinatore: ARRA - Agenzia Regionale per i Rifiuti e le Acque (ex Ufficio Idrografico Regionale, Regione Sicilia)
Dipartimento di Ingegneria Idraulica ed Applicazioni Ambientali (DIIAA), Università di Palermo
Regione Sicilia
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Dati satellitari utilizzati, periodo e zona geografica di interesse
• AVHRR/NOAA: Aprile e Agosto 2006bande: 1 (0.63 µm)
2 (0.86 µm)
• SEVIRI/MSG: Aprile e Agosto 2006bande: VIS0.6 (0.63 µm)
VIS0.8 (0.81 µm)
longitudine: 11°45’-15°45’ latitudine: 36°00’-39°00’ dim griglia: 11561088 [pixel]dim pixel: 0.282 [km]
periodi: Aprile, Agosto 2006
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Mappe mensili NDVI: tecnica composita a massimo valore (MVC)
minimizzazione dell’influenza degli effetti atmosferici e della variazione delle condizioni di ripresa e di
illuminazione
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Selezione delle immagini NOAA e MSG presenti nell’archivioCaratteristiche immagini AVHRR/NOAA Caratteristiche immagini SEVIRI/MSG Posiz. del sole
Data di acquisizione [GG.MM.AAAA]
Ora UTC di acquisizione [hh:mm]
γm [deg] n. satellite NOAA
Ora UTC di acquisizione [hh:mm]
αm [deg]
βm [deg]
Diff. AVHRR [min]
AzS,m
[deg]ElS,m
[deg]
01.04.2006 4:44 26.77 12 4:45 1.85 5.91 +1 84.63 0.22
01.04.2006 5:01 14.68 15 5:00 1.85 5.91 –1 86.90 3.19
01.04.2006 16:20 1.70 15 16:15 1.85 5.91 –5 267.20 11.18
03.04.2006 10:04 26.19 17 10:00 1.85 5.91 –4 154.62 55.28
07.04.2006 12:14 6.50 17 12:15 1.85 5.91 +1 215.42 54.42
07.04.2006 15:18 23.27 12 15:15 1.85 5.91 –3 259.78 24.05
08.04.2006 9:50 6.72 17 9:45 1.85 5.91 –5 147.85 55.73
08.04.2006 12:04 20.17 18 12:00 1.85 5.91 –4 209.90 56.34
13.04.2006 9:35 15.1 17 9:30 1.85 5.91 –5 141.01 55.78
13.04.2006 16:36 23.69 15 16:30 1.85 5.91 –6 273.65 10.25
14.04.2006 4:52 25.47 15 4:45 1.85 5.91 –7 81.30 3.90
14.04.2006 15:45 14.96 12 15:45 1.85 5.91 +0 267.14 19.33
15.04.2006 12:34 20.30 18 12:30 1.85 5.91 –4 224.30 54.78
.................. ......... ......... .... ......... ....... ....... .... ........... .........
selezione delle immagini MSG più “vicine” a quelle NOAA, registrazione degli angoli medi di puntamento da satellite e di elevazione ed azimuth del
Sole
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Mappe Mercatore WGS84, Sicilia – Aprile 2006 (AVHRR e SEVIRI)
AVHRR/NOAA SEVIRI/MSG
mappe mensili con tecnica composita MVC (Maximum Value Composite)
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Mappe Mercatore WGS84, Sicilia – Agosto 2006 (AVHRR e SEVIRI)
mappe mensili con tecnica composita MVC (Maximum Value Composite)
AVHRR/NOAA SEVIRI/MSG
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Istogramma delle differenze NDVI SEVIRI–AVHRR
Aprile 2006
diff@ fmax = 0.12
Agosto 2006
diff@ fmax = 0.06
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Diagrammi di diffusione NDVI SEVIRI-AVHRR
yx
khhk yxm
,00mN
N
mX 10
N
mY 01
yx
khhk YyXx
,
Nx202
Ny022
Aprile 2006
analisi statistica con metodo dei momenti geometrici (calcolo media e varianza)
N = 1850
X = 0.503268 Y = 0.391059
Agosto 2006
N = 1857
X = 0.286930 Y = 0.211725
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Regressione lineare e coefficiente di correlazione
Nxy11
22
12
tan2
1
yx
xy
yx
xyr
Aprile 2006 Agosto 2006
θ = 37.9, m = 0.78 θ = 42.3, m = 0.91
r = 0.802263 r = 0.855158
analisi statistica con metodo dei momenti geometrici (calcolo retta di regressione e coefficiente di correlazione)
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Coefficiente di correlazione con rigetto di una parte di dati
3σd = 0.085061
σd: deviazione standard delle distanze dei punti del diagramma dalla retta di regressione
3σd = 0.092946
Aprile 2006 Agosto 2006
Nd = 1776 (– 4.00%) Nd = 1789 (– 3.66%)
rd = 0.843253
rd = 0.891816
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Confronto e riepilogo dei risultati
Tabella 1 NDVI SEVIRI/MSG NDVI AVHRR/NOAADiff. tra medie e dev. standard
Mese X σx2 σx Y σy
2 σy X – Y σx – σy
aprile 2006 0.503268 0.010790 0.103876 0.391059 0.007230 0.085029 0.112209 0.018847
agosto 2006 0.286930 0.013620 0.116703 0.211725 0.011598 0.107692 0.075205 0.009011
diff. su singolo sensore
0.216338–0.00283
–0.01283 0.179334 –0.00437–0.02266
Tabella 2 Retta di regressione (y = mx + q) e correlazione lineare
Correlazione con rigetto dei punti
Mese N m ( = tan θ) qθ [deg]
r 3σd Nd
Ne [%]
rd
aprile 2006 1850 0.779857 –0.001418 37.95 0.802263 0.085061 1776 4.00 0.843253
agosto 2006
1857 0.910349 –0.049482 42.31 0.855158 0.092946 1789 3.66 0.891816
all’aumentare del contenuto vegetativo, comportamento maggiormente lineare dell’indice NDVI SEVIRI, che presenta valori più alti (mentre la dinamica dell’indice NDVI AVHRR tende a comprimersi)
buona correlazione lineare tra gli indici NDVI SEVIRI e AVHRR (r > 0.8), con valori vicini a 0.9 se si scarta una certa quantità di dati
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Conclusioni e precisazioni• all’aumentare del contenuto vegetativo, comportamento
maggiormente lineare dell’indice NDVI SEVIRI, che presenta valori più elevati (mentre la dinamica dell’indice NDVI AVHRR tende a comprimersi)
• buona correlazione lineare tra gli indici NDVI SEVIRI e AVHRR (r > 0.8), con valori vicini a 0.9 (nel caso di rigetto di alcuni dati): ciò può incoraggiare l’utilizzo combinato e la fusione dei dati
• metodo di analisi seguito di tipo solo statistico: risultati a validità esclusivamente regionale e limitata al periodo osservato
• utile indagine sui punti più lontani dalla retta di regressione nei diagrammi di diffusione
• utile ulteriore studio che consideri anche le caratteristiche radiometriche SEVIRI e AVHRR delle bande per il calcolo di NDVI
I dati MSG (METEOSAT Second Generation) utilizzati per questo lavoro sono forniti da EUMETSAT (European Organisation for the Exploitation of Meteorological Satellites) e sono stati ricevuti per concessione del Servizio Meteorologico
dell’Aeronautica Militare (Ministero della Difesa conv. N. 4123/62 del 15.11.2005 and Prot. N.M-DGTEL/4123/2508 del 25.01.2007)
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