Modulo introduttivo: i Sistemi Informativi Geografici (GIS)

Gaia Gullotta 14-15 Maggio 2014, Castrignano dei Greci – Laboratori dal Basso (LdB)

Modulo introduttivo: i Sistemi Informativi Geografici

• Cos’è un GIS ed il suo potenziale applicativo • Modelli di rappresentazione e relazioni spaziali • Coordinate e sistemi di proiezione • Tabelle attributi e loro gestione • Principali strumenti operativi e di analisi • Simbologia cartografica e layout di stampa • Introduzione al telerilevamento • Standard OGC • Risorse sul web ed esercizi di fotointerpretazione

I

n

d

i

c

e

Introduzione al telerilevamento

Telerilevamento o Remote sensing = rilevamento a distanza

Serie di tecniche di osservazione e caratterizzazione degli oggetti attraverso il rilevamento a distanza dell’energia naturalmente assorbita, riflessa o emessa da tutti i corpi.

Introduzione al telerilevamento

3 elementi in gioco:

Oggetto da

osservare

Piattaforma che sostiene

il sensore

Terra

Camera fotogrammetrica, telecamera, scanner, radar,ecc..

Satelliti ed aerei

Un sensore

che rileva a

distanza

Introduzione al telerilevamento

3 fasi:

1) Acquisizione

L’elaborazione dei dati avviene in parte nella stazione ricevente e in parte è svolta dall’utente prima dell’interpretazione

2) Elaborazione

3) Interpretazione

Lo spettro elettromagnetico

Lo spettro elettromagnetico è l’insieme di tutte le onde elettromagnetiche. La lunghezza d’onda aumenta procedendo da sinistra verso destra dello spettro.

I sensori

I sensori elettromagnetici sono strumenti che registrano la radiazione dello spettro elettromagnetico.

Si distinguono sensori attivi e sensori passivi

La risoluzione spettrale, caratteristica di ciascun sensore, dipende dal numero e dall’ampiezza delle bande della radiazione elettromagnetica riflessa o emessa dalla superficie dei corpi e registrata dai sensori stessi.

I sensori attivi

I sensori attivi operano soprattutto nella zona delle microonde utilizzando una sorgente artificiale di radiazione, posizionata a bordo di aerei o satelliti.

Es. il radar

I sensori passivi

I sensori passivi (i radiometri) registrano la radiazione riflessa o emessa dagli oggetti, operando nella zona del visibile e dell’infrarosso.

non utilizzati in caso di cielo coperto e durante le ore notturne.

I sensori passivi

Esempi: - Le fotografie aeree scattate da una camera fotogrammetrica (una speciale camera fotografica) che rileva la radiazione RIFLESSA nel campo del visibile.

- Dispositivi a scansione che rilevano la radiazione EMESSA nell’infrarosso termico dai corpi in base alla loro temperatura (es. studi sulle correnti marine).

- Speciali pellicole fotografiche che rilevano la radiazione RIFLESSA nell’infrarosso vicino. Largamente impiegate nello studio della vegetazione (la tipologia, lo stato di salute, fase vegetativa, percentuale di umidità nelle foglie, ecc..).

I sensori passivi

Sensori multispettrali: rilevano la quantità di energia riflessa dagli oggetti generalmente nel visibile e nell’ infrarosso. Restituiscono immagini multibanda (multiple) utili alla produzione di accurate mappe tematiche.

Sensori pancromatici: sensibili alla banda del visibile. Si ottengono risoluzioni spaziali maggiori rispetto al multispettrale. L’immagine finale presenta diversi toni di grigio e sarà più adatta ad individuare le forme ed i contorni degli oggetti geografici.

Immagini satellitari

Le immagini satellitari sono matrici di pixel, celle di uguale dimensione, che corrispondono all’unità minima rilevata.

Risoluzione spaziale: distanza più piccola che il sensore è in grado d’individuare

i valori assunti dai pixel corrispondono all’intensità della radiazione riflessa dall’oggetto osservato e compresa nell’intervallo λ in cui è sensibile il sensore utilizzato.

Radianza

media rilevata

Immagini satellitari

Le immagini ad 8

bit (1 byte) sono

le più diffuse. I

valori dei pixel

variano tra 0 (=

nero) e 255 (=

bianco). 256 i

livelli

d’informazione

possibili

La scala di grigi ha

un’ampiezza che è

direttamente

proporzionale al

numero di bit.

Le immagini digitali sono codificate e trasmesse seguendo il principio del sistema binario: 1 (= bianco), 0 (= nero), aumentando i bit aumentano anche i valori assunti dai pixel.

RGB

RGB (= Red, Green, Blue): modello di colori di tipo additivo basato sui tre colori fondamentali della luce: il rosso, il verde ed il blu. La combinazione a due a due fornisce: il magenta, il giallo ed il cyano; la somma dei tre il bianco. L’occhio umano e i monitor dei computer funzionano secondo questo modello.

Durante il processamento le immagini satellitari, acquisite dallo stesso sensore ma su bande differenti o in differenti date, vengono combinate per creare immagini a colori, basandosi sul modello di colore RGB

Colori naturali e falsi colori

Es. Immagine Landsat 5 acquisita da sensore sensibile a 7 bande spettrali: 3 nel visibile (blu, verde e rosso), 1 nell’infrarosso vicino, 3 nel medio di cui uno nel cosiddetto “infrarosso termico”. I monitor seguono il modello RGB, così se inseriamo la banda 1 nel canale blu dello schermo, la 2 in quello verde e la 3 in quello rosso avremo una sintesi a colori naturali 3,2,1 RGB. Si possono creare altri tipi di sintesi, a

seconda delle finalità dello studio

Colori naturali e falsi colori

Orbite satelliti

Orbita geosincrona: il periodo orbitale coincide con il giorno siderale terrestre (rispetto alle stelle fisse: 23h 56’ 4’’)

Orbita geostazionaria: particolare orbita geosincrona, è circolare ed equatoriale. Per ottenere una panoramica globale, servono molti satelliti in orbita geostazionaria distribuiti uniformemente .

Orbite satelliti

Orbita polare: Il satellite passa per i poli della Terra.

Orbita eliosincrona: Le orbite dei satelliti che misurano la riflessione della luce solare dalla Terra devono essere regolate al ritmo giorno e notte. Condizioni di luce identiche è un requisito fondamentale per confrontare sul lungo periodo una stessa area.

Il passaggio al di sopra di ciascun punto della Terra deve avvenire alla stessa ora locale. Tale requisito è garantito se il satellite è in orbita polare.

I satelliti

Landsat 1/2/3/4/5/6/7/8

Dati: -USA (NASA & USGS) -costellazione di satelliti -orbita quasi polare eliosincrona a ≈ 900 km L1-3; ≈700 km L4-8 Landsat 1: lanciato il 23/07/1972, operativo fino al 06/01/1978; Landsat 2: lanciato il 05/03/1978, operativo fino al 22/01/1981; Landsat 3: lanciato il 05/03/1978, operativo fino al 31/03/1983; Landsat 4: lanciato il 16/07/1982, operativo fino al 14/12/1993; Landsat 5: lanciato il 01/03/1984, operativo fino al 05/06/2013; Landsat 6: lanciato il 05/10/1993, mai operativo; Landsat 7: lanciato il 15/04/1999, operativo. Landsat 8: lanciato 11/02/2013, operativo.

N

Note: con i Landsat inizia l’era dell’earth observation non per scopi militari.

I satelliti

Landsat 1/2/3/4/5/6/7/8

N

Strumenti: - Landsat 1, 2, 3: MSS (Multi Spectral Scanner) 4 bande (5 nel L3 anche il termico) nel VIS e NIR- risoluzione 80m - Landsat 4, 5: TM (Thematic Mapper) 7 bande nel VIS e IR – risoluzione 30m (una banda è nell’infrarosso termico, quindi anche immagini notturne, ma 120m di risoluzione) -Landsat 6: -ETM (Enhanced Thematic Mapper) 8 bande: 7 VIS e IR 30m; termico 120m; PAN 15m - Landsat 7: ETM+ (Enhanced Thematic Mapper Plus) 8 bande: 7 VIS e IR 30m; termico 60m; PAN 15m - Landsat 8: OLI (Operational Land Imager) 9 bande, di cui 7 dell’ETM+ e 2 con risoluzione 30m: “Coastal / Aerosol” e “Cirrus” per lo studio della qualità delle acque e per la rilevazione dei cirri).

I satelliti

SPOT (Satellite pour

l’Observation de la Terre)

1/2/3/4/5/6/7

Dati: -Francia & Belgio-Svezia -costellazione di satelliti -orbita polare eliosincrona a 822 km SPOT 1-5; 694 km SPOT 6 e (7) SPOT 1: lanciato il 22/02/1986, operativo fino al 31/12/1990; SPOT 2: lanciato il 22/01/1990, operativo; SPOT 3: lanciato il 26/09/1993, operativo fino al 14/11/1997; SPOT 4: lanciato il 24/03/1998, operativo; SPOT 5: lanciato il 04/05/2002, operativo; SPOT 6: lanciato il 09/09/2012, operativo; SPOT 7: entro il 2014

Note: SPOT 1-5 lanciati utilizzando l’Ariane 2, 3 e 4 dell’Agenzia Spaziale Europea; SPOT 6 lanciato con il razzo indiano PSLV.

I satelliti

SPOT (Satellite pour

l’Observation de la Terre)

1/2/3/4/5/6/7

Strumenti: -SPOT 1, 2, 3: 2 HVR MS (High Resolution Visible) con bande nel:verde, rosso e infrarosso vicino (NIR) - risoluzione 20m 2 HVR PAN - risoluzione 10m -SPOT 4: 2 HRVIR MS (anche medio infrarosso) – risoluzione 20m 2 HRVIR PAN - risoluzione 10m -SPOT 5: 2 HRG MS (derivato da HRVIR) - risoluzione 10m 2 HRG PAN - 5m (2,5 m sono prodotti derivati da originali) SPOT 6: NAOMI (New AstroSat Optical Modular Instrument) MS con bande nel:verde, rosso e infrarosso vicino (NIR) - risoluzione 6 m NAOMI PAN - risoluzione 1,5m

I satelliti

SPOT (Satellite pour

l’Observation de la Terre)

1/2/3/4/5/6/7

Caratteristiche: tecnica off-nadir: gli SPOT rilevano lateralmente alla traccia al suolo, in tal modo vengono incrementate le coperture. Possono inoltre rilevare la stessa strisciata con angolazioni diverse in due passaggi consecutivi, si ottiene così un effetto stereoscopico.

I satelliti

Envisat

Dati: -ESA – European Space Agency -lanciato nel 1 marzo 2002 -orbita polare eliosincrona a 790 km -risoluzione MERIS (15bande) 300 m

Note: sviluppato per studiare e monitorare l’ambiente terrestre nei suoi molteplici aspetti, grazie 9 strumenti a bordo. L'8 aprile 2012 le comunicazioni con il satellite si sono interrotte. Il 9 maggio 2012 la missione Envisat è stata dichiarata conclusa.

I satelliti

IKONOS

Dati: -USA -lanciato nel 24 settembre 1999 -orbita quasi polare ed eliosincrona a 680 km -risoluzione PAN 1 m -risoluzione MS 4 cm

Note: fu il primo satellite ad acquisire immagini con una risoluzione tra gli 1 e i 4 metri con un’altezza dell’orbita di 680 km.

I satelliti

Quickbird

Dati: -USA -lanciato il 18 ottobre 2001 -orbita polare eliosincrona a 600 km -risoluzione PAN 61 cm -risoluzione MS 2,5 cm

Caratteristiche: Tale satellite riesce a coprire vaste aree con grande precisione acquisendo immagini durante le ore diurne

I satelliti

ALOS (Advanced Land Observing Satellite)

Dati: -giapponese -lanciato il 26 Gennaio 2006 -orbita a 697 km -sensore PRISM risoluzione PAN 2,5 m -sensore AVNIR-2 (4bande – VIS IRV) 10 m -sensore radar POLSAR 10 e 100 m

I satelliti

KOMPSAT-2 Dati: -Kompsat: primi satelliti della Corea del Sud -lanciato nel 2006 -prodotto da: Korea Aerospace Research Institute -orbita quasi polare ed eliosincrona a 685 km -risoluzione PAN 1 cm -risoluzione MS 4 cm

Note: Nel 2006 ad Arirang 1 (lanciato il 21 Dicembre del 1999) è seguito Arirang 2, ma se ne sono perse le tracce il 6 gennaio del 2008, Sono comunque in progetto altri satelliti della serie.

Immagini radar

Illuminazione diurna non necessaria (es. utili per studi sulle regioni polari)

Radar sono sensori attivi che inviano un segnale (microonde) sulla Terra e misurano quello riflesso.

Indipendente dalle condizioni meteorologiche (es. utili per studi sulle regioni caratterizzate da frequenti coperture nuvolose)

Il segnale riflesso fornisce informazioni su: geometrie, tipo di materiale, contenuto di umidità e scabrosità superfici

Immagini radar

DEM: Digital Elevation Model (o DTM – Modello Digitale del Terreno)

Falsi colori

Rappresentazione digitale della superficie terrestre

In bianco zone più elevate, nero a più bassa quota

Immagini radar

DEM

Classificazione dei versanti in base alla pendenza

Classificazione dei versanti in base all’esposizione

Immagini radar

DEM

LIDAR

LIDAR (Laser Imaging Detection and Ranging): Nuova tecnica di telerilevamento che utilizza un impulso laser per determinare la distanza di superfici ed oggetti.

Foto aeree

Camera

fotogram

metrica

Computer

di bordo

La camera effettua una serie di riprese mentre l’aero segue il piano di volo

Si ottiene una “strisciata” di fotogrammi

Foto aeree

Tra i fotogrammi contigui esiste una zona di sovrapposizione

Visione 3D tramite lo stereoscopio

Foto aeree

Volo Italia: copertura aerofotogrammetrica del territorio nazionale. Tre voli compiuti dalla Compagnia Generale Riprese aeree negli anni 1988/1989 (5786 fotogrammi), 1994/1995 (6346 fotogrammi) e 1998/1999 (22665 fotogrammi). I primi due voli in bianco e nero, il terzo a colori.

Pochi Paesi vantano una ripresa fotografica così accurata.

RAF (Royal Air Force): foto scattate durante la

Seconda Guerra Mondiale.

Coprono in parte l’Italia

meridionale, perché

effettuate da ricognitori che

avevano come base S.

Severo in Puglia, in

ragione dell’avanzata degli

Alleati.

preziosi documenti storici