Gabriele Poli, Giulia Adembri, Maurizio Tommasini, Matteo Polverini Compatibilità ed integrazione...

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

Compatibilità ed integrazione di dati NDVI da sensori AVHRR/NOAA e SEVIRI/MSG(G. Poli, G. Adembri, M. Tommasini, M. Polverini)

2

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



3

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



4

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



5

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



6

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



7

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



8

Mappe Mercatore WGS84, Sicilia – Aprile 2006 (AVHRR e SEVIRI)

AVHRR/NOAA SEVIRI/MSG

mappe mensili con tecnica composita MVC (Maximum Value Composite)



9

Mappe Mercatore WGS84, Sicilia – Agosto 2006 (AVHRR e SEVIRI)

mappe mensili con tecnica composita MVC (Maximum Value Composite)

AVHRR/NOAA SEVIRI/MSG



10

Istogramma delle differenze NDVI SEVIRI–AVHRR

Aprile 2006

diff@ fmax = 0.12

Agosto 2006

diff@ fmax = 0.06



11

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



12

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)



13

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



14

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



15

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)



16

G

Gabriele Poli, Giulia Adembri, Maurizio Tommasini, Matteo Polverini Compatibilità ed integrazione...

Documents

Transcript of Gabriele Poli, Giulia Adembri, Maurizio Tommasini, Matteo Polverini Compatibilità ed integrazione...