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Dipartimento di Elettronica e TelecomunicazioniDipartimento di Elettronica e Telecomunicazioni
Laboratorio di TelecomunicazioniLaboratorio di Telecomunicazioni Università degli Università degli Studi di FirenzeStudi di Firenze
Tesi di Laurea in Ingegneria delle Telecomunicazioni
Candidato: Salvatore RizzutoCandidato: Salvatore Rizzuto
Ottenimento di grandezze Ottenimento di grandezze al suolo da al suolo da
Telerilevamento del Telerilevamento del sensore NOAA/AVHRRsensore NOAA/AVHRR
Caso di studio: Toscana e SiciliaRelatori:Relatori:
Prof. P.F. PellegriniProf. P.F. Pellegrini
Prof. M. GherardelliProf. M. Gherardelli
Prof. M. FossiProf. M. Fossi
Co-relatore:Co-relatore:
Ing. M. TommasiniIng. M. TommasiniFirenze, 21 Settembre 2005
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Laboratorio di TelecomunicazioniLaboratorio di Telecomunicazioni Università degli Università degli Studi di FirenzeStudi di FirenzeUniversità degli Università degli Studi di FirenzeStudi di Firenze
ObiettiviObiettivi
Realizzazione procedure elaborazione dati NOAA/AVHRR per ottenere parametri al suolo (Temperatura superficiale del suolo, LST)
Implementazione presso Stazione Ricezione Satelliti PIN-Prato
Controllo qualità dati con “approccio per processi” (ISO 9000:2000 - Quality management systems -- Fundamentals and vocabulary)
Analisi qualitativa del fenomeno di aridità in Sicilia
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Approccio per processiApproccio per processi
Catena dielaborazioneAmEDI T
REGOLE: documentazione,archiviazione dati, metodologia
STRUMENTI : hardware,sof tware
RI SORSE: informazionidisponibili, ambiente di lavoro
VI NCOLI : operativi, prodottifinali
Correzioneatmosferica
Calcoloparametrisuolo
Radianze canali 1 e 2Temperature di brillanza canali 4 e 5
Coeffi cienti correzioneatmosferica
Parametrigeometrici
Dato grezzoNOAA/ AVHRR
LST
Applicazione norma ISO 9000:2000
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Catena elaborazione AmEDITCatena elaborazione AmEDIT
Ottimizzazione per pixel di terra:
Revisione processo calibrazione radiometrica
Interpolazione neareast neighbour riproiezione immagine grigliaregolare Mercatore (Datum WGS84)
Ambiente Elaborazione Di Immagini Telerilevate
Caso di studio:Passaggio NOAA 17 29.05.2005 9.44 UTC
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Correzione atmosferica VIS/NIRCorrezione atmosferica VIS/NIR
Dati input FonteAngoli elevazione/azimuth sole e sensore [GG.MM] AmEDIT
Vapore acqueo [g/cm^2]
Profondità ottica aerosol 550 [nm]
AERONET
Concentrazione ozono [D.U.] TOMS
Risposta spettrale sensore AVHRR NOAA
Digital Elevation Model NGDC
Software simulazione 6S (Second Simulation of Satellite Signal in the Solar Spectrum ) [Vermote et al.97]
Correzione atmosferica [0.25 – 4 µm]
Risoluzione spettrale 10 [cm-1]
Visibilità atmosferica > 5 Km
xbRxaxc
xbRxa
1
[adim.]
R [(mW/m2*sr*cm-1)] Radianza misurata dal sensore xa [(m2*sr*cm-1/mW)] Illuminazione, scansione, assorbimento gassoso xb [adim.] Scattering Rayleigh, Mie xc [adim.] Albedo atmosfera
Riflettanza superficiale
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Correzione atmosferica VIS/NIRCorrezione atmosferica VIS/NIR
Valori puntuali Mappe coefficienti (xa,xb,xc)
Triangulated Irregular Network (TIN) [Tachiiri 05]
•5 punti P(u,v)
Es. Mappatura coefficiente xa
2,5,2,4,2,3,2,2,2,1 hPxahPxahPxahPxahPxa
6S (h1,h2)
1,5,1,4,1,3,1,2,1,1 hPxahPxahPxahPxahPxa
•Suddivisione immagine in 4 triangoli
Es. P≡(u,v) Triangle 2 { P1 ≡(u1,v1), P2 ≡(u2,v2), P3 ≡(u3,v3) }
TRIANGLE 2
P1
P4
P2
P5
P3
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Correzione atmosferica VIS/NIRCorrezione atmosferica VIS/NIREs. P≡(u,v) Triangle 2 { P1 ≡(u1,v1), P2 ≡(u2,v2), P3 ≡(u3,v3) }
hic
hidv
hic
hibu
hic
hiahiPxa , i = 1 , 2
a , b , c , d C o e f f . p i a n o i n d i v i d u a t o d a P 1 , P 2 , P 3
TIN
)1,(1
12
)1,()2,(),( hPxahh
hh
hPxahPxahPxa
Interp. lineare
0.5 0 0.5 1 1.5 2 2.50.11
0.115
0.12
0.125
50
r altd( )
altd
R2 = 0.997
[Km]
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Procedure di correzione atmosferica Procedure di correzione atmosferica
AERONETdata fi le
es.n0514909.CS1
es.n0514909.CT1
es.n0514909.CV1
es.n0514909.CS2
es.n0514909.CT2
Conf . fi leAmEDI T
Esecuzioneprogramma 6S(6asd.bat)
Elaborazioneinternet fi les(CreaI nFl.exe)
TI N(CalCCAtm.exe)
es.n0514909.CV2
MAPPE Coeff .xa,xb,xc ch.NOAA 1 e 2
TOMS data fi le
NGDC data fi le
Implementazione 6S in catena AmEDIT
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Calcolo parametri al suoloCalcolo parametri al suolo
Mappe di Temperatura superficiale suolo (LST)
5454 ,,, TbTbfLST
1, NDVIf
21, fNDVI
Tb4,5 : Temperatura di brillanza [K] ch. 4 e 5 Catena AmEDITε4,5 : Emissività superficiale [adim.]
↓
ρ1,2 : Riflettanza superficiale ch. 1 e 2 Correzione atmosfericaNDVI : Indice di vegetazione [adim.]
↓
↓
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Procedure: calcolo parametri suoloProcedure: calcolo parametri suolo
Amedit.ini
Conf . fi leAmEDI T
Calcolo NDVI(CalNDVI 05.exe)
Calcolo riflettanzasuperficiale(CalRifl01.exe)
Calcolo emissivitàsuperficiale(CalcEMI 01.exe)
Calcolo LST(CalLST02.exe)
es. n0514909.CS1
es. n0514909.CS2
Mappe xa, xb, xcch. 1 e 2
es. n0514909.CT1
es. n0514909.CT2
es. n0514909.CV1
es. n0514909.CV2
es. n0514909.CR1
es. n0514909.CR2
Radianza ch. 1 e 2
es. n0514909.CB4
es. n0514909.CB5
Temperatura dibrillanza ch. 4 e 5
es. n0514909.CLT
MAPPA LST
I ndividuazione nubi(DetCld07.exe)
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Laboratorio di TelecomunicazioniLaboratorio di Telecomunicazioni Università degli Università degli Studi di FirenzeStudi di FirenzeControllo qualità correzione Controllo qualità correzione
atmosfericaatmosferica
0222 TOA
Canale 2 AVHRR [0.725 - 1.10 μm]
012
Vincolo:
Canale 1 AVHRR [0.58 - 0.68 μm]
0111 TOAVincolo:
%% 3015 1 %% 5035 2
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Indici di vegetazioneIndici di vegetazione
12
12
NDVI
Normalized Difference Vegetation Index [Rouse et al. 1974]
Standard per valutare lo stato di salute del suolo e il conseguenteImpatto socio-economico sull’agricoltura
[-1 ÷ 1]
[0 ÷ 0.6]
Teorico:
Su terra:
[adim.]
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Controllo dati NDVIControllo dati NDVI
5.0
5.05.12
1
125.025.01
21
1221
22
1
1
GEMI
Global Enviroment Monitoring Index [Pinty 1992]
Riduce sensibilità visibilità atmosfericaMassimizza la sensibilità alla copertura vegetale
[-1 ÷ 1]Teorico:
Su terra: [0 ÷ 0.8]
10 GEMINDVIControllo qualità dati:
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Relazioni statistiche con indice NDVI
Canale 4 AVHRR [10.3-11.3 μm] Canale 5 AVHRR [11.5-12.5 μm]
ivsivvii CPP 1 [Sobrino 2001]
Canale5Canale 4
vi
Emissività suolo spogliosi
Emissività suolo pienamente vegetativo
iC Termine correttivo
090
20 2
.
.NDVIPv
Frazione vegetativa [Carlson et Ripley 1997]
0.9600.950
0.985 0.985
vP.. 01000140 vP.. 01400180
Emissività superficiale TIREmissività superficiale TIR
990920 54 .. Vincolo di controllo:
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Individuazione nubiIndividuazione nubi
Test a soglia
Split window cirrus test (Tb4-Tb5)>Th [C.A.S.P.R. 05]
Warm cloud test (Tb4-Tb5)<Th [C.A.S.P.R. 05]
Reflectance test (ρ1>Th) [M.A.R.S. 05]
NDVI test (NDVI<Th) [M.A.R.S. 05]
Acqua Terra Nube Wrong
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Tecnica split window
7514881 544 TbTb.TbLSTUlivieri et al. 1992
54
2
54
[K]
Temperatura superficiale suolo (LST)Temperatura superficiale suolo (LST)
TariaLST
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Analisi qualitativa ariditàAnalisi qualitativa aridità
EPTI
1 UNESCO
NDVI LST
I: Indice di aridità [adim.]EPT: evapotraspirazione potenziale [mm]
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EPTLSTLST
LSTLSTTVDI
1
minmax
min
[Long Jim 1999]
TVDI : Temperature Vegetation Dryness IndexNTVAI: Normalized Temperatyre Vegetation Angel Index
Analisi qualitativa aridità Analisi qualitativa aridità
2
10050
NDVI/LSTtana
NTVAI
LST [°C]
NDVI
[Qi Shu-hua 2004]
INDICATORI
DETDET
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Caratterizzazione climaticaCaratterizzazione climatica
Clima TVDI
Mare, nubi o neve
<0.37
Umido/Subumido 0.37 - 0.77
Semiarido/ Arido 0.77 - 0.92
Iperarido 0.92 - 0.96
Desertico >0.96
[Long Jim 1999]
TVDI
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Sensibilità alla desertificazioneSensibilità alla desertificazione
Sensibilità alla desertificazioneFonte ENEA [2003]
NTVAI [29.05.2005]
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Ris. 141 m
Trend
NDVI ↓
LST ↑
TVDI ↑
NTVAI ↑
Aridità ↑
NDVI LST
TVDI NTVAI
Sicilia OccidentaleSicilia Occidentale
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Sicilia NordSicilia Nord
NTVAI<0
Ris. 141 mNDVI LST
TVDI NTVAI
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Efficienza del processoEfficienza del processo
Controllo dati input:
riflettanze
Controllo su dati output:
individuazione nubi
Controllo su prodotti finali:
NTVAI>0
Es: Ottimizzazione calcolo NDVI
Controllo qualità dato: individuazione pixel che non rispettano vincoli (fisici o definiti empiricamente)
Migliorare efficienzaISO 9004:2000Quality management systemsGuidelines for performance improvements
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ConclusioniConclusioniRealizzazione procedure per monitoraggio
suolo (Toscana e Sicilia) dati NOAA/AVHRR Correzioni atmosferiche VIS/NIR
Indicatori aridità del suolo
Implementazione nuove procedure Stazione Ricezione Satelliti PIN-Prato
Analisi multitemporali Integrazione dati telerilevati con dati ottenuti da misure a terra
Applicazione concetti qualitàper indagine scientifica
Strumenti controllo qualità dati