orbita dopo orbita - isprambiente.gov.it · Introduzione alle tecnologie applicate allo studio...

Introduzione alle tecnologie applicate allo studio della evoluzione ambientale

Maurizio Fea

La creazione del geoide dalle misure altimetriche,orbita dopo orbita


Maurizio Fea

Il Radar per generare immagini non pu invece illuminare verticalmente (nadir) il territorio

perch

rimarrebbe lambiguit

di posizione degli oggetti che si trovano su ogni

circonferenza concentrica che si allarga man mano che limpulso radar sferico tocca la

superficie terrestre:

infatti, le eco di questi oggetti tornerebbero tutte allo stesso istante (stessa distanza) al sensore e sarebbe impossibile identificare

leco di un singolo oggetto.

Quindi, il radar per generare immagini illumina il territorio in direzione obliqua, trasversalmente alla

direzione di volo


Maurizio Fea

Radar a Sintesi

dApertura

(SAR) dei satelliti

ERS

Geometria

dosservazione


Maurizio Fea

R

Il Radar illumina

un oggetto

T0tempo


Maurizio Fea Speckle: rumore

moltiplicativo

RSAT standard image

Scientific

American

Qualit

dellimmagine: la radiometriaLuce coerente

e rumore

(speckle)

Luce casuale: risultato

deterministico Luce deterministica: risultato

casuale


Maurizio Fea

5

10

15

510

15

0azimu

t

distanza

azimut en pixels de nb.

dB0

dB- 3

ar

azim

utdistance en pixels de nb.

dB0

dB-3

drdi

stan

za

risoluzione

Geometria: la risposta

allimpulso

la risoluzione

geometrica


Maurizio Fea

Parametri fisici che determinano la eco del SARIl

coefficiente di retrodiffusione

0

il parametro che rappresenta lintensit

del segnale

retrodiffuso

dagli oggetti illuminati dagli impulsi del SAR (i primi chiamati spesso bersagli radar), quando il segnale

stato calibrato.

Il valore di

determinato dalle seguenti caratteristiche fisiche del territorio e degli oggetti presenti sulla sua superficie:-

geometriche, cio

dalla

rugosit della superficie illuminata, vale a diredal confronto della dimensione delle asperit

presenti con la lunghezzadonda

degli impulsi del SAR

-

elettriche, cio

legate alla costante dielettrica del bersaglio, la quale

a sua volta dovuta a:-

conduttivit elettrica del bersaglio (alta per materiale ferroso, bassa per materiale legnoso o gommoso)

-

umidit della sua superficie (a causa dellalta conduttivit

dellacqua unasuperficie umida ha unalta reattivit, quindi anche la gomma o il legnoquando sono bagnati presentano una forte interazione con gli impulsi delSAR che li illuminano)


Maurizio Fea

Generazione del segnale retrodiffuso

del SARInterazione con il terreno e parametri geometrici: rugosit

Quando limpulso del SAR illumina una superficie, esso interagisce con essa ed in particolare con le asperit

che la compongono.

Se d

la dimensione tipica di tali asperit

e

la lunghezza donda utilizzata dal SAR, si hanno i risultati seguenti:

d


Maurizio Fea

Generazione del segnale retrodiffuso

del SARParametri geometrici:

langolo dincidenza localeA parit

di tipo di terreno e di angolo dilluminazione del SAR, leco

varia in funzione dellangolo dincidenza locale :

al diminuire di

leco aumenta dintensit

(pendenze sopravvento)

quando

= 0

lintensit

delleco retrodiffusa

massima (effetto speculare)

allaumentare di

diminuisce leco di ritorno al SAR (pendenze sottovento)

quando /2

(90) nella direzione sottovento, la pendenza

in ombra, valea dire che gli impulsi del SAR non possono illuminarla: eco nulla (

= 0) perassenza totale di energia sulla pendente e impossibilit

di generare uneco.

Quindi la stessa

superficie appare sullimmagine con un valore di

e un tono di grigio diversi in funzione dellangolo dincidenza locale!

= 0


Maurizio Fea

Unimmagine SAR

un insieme di pixels

caratterizzati da valori di ampiezza e fase

Ampiezza

Dati del SARDati del SAR

Fase

(conosciuta

con modulo 2)

RLa fase

legata alla distanza sensore-bersaglio


Maurizio Fea

SAR MICROONDE vs

OTTICO

OTTICO

SAR

(C. Prati

POLIMI-TRE)


Maurizio Fea

Immagine

SAR singola

vs

immagine

SAR multipla

immagine

SAR Singola

Immagine

SAR multipla(minimo

6-7 immagini)

data la sua natura casuale,lo speckle si

autoriducedrasticamente

quando

siintegrano

pocheimmagini

radar

(C. Prati

POLIMI-TRE)


Maurizio Fea

Immagine

ottica

vs

immagine

SAR multipla

Immagine

Pancromatica

Immagine

SAR multipla(minimo

6-7 immagini)

(C. Prati

POLIMI-TRE)


Maurizio Fea

A B CD

F

G

HI

JK

LM

N OE

P

Ground

Range

C

FORE

SHOT

ERIN

G

D+G

E+F

LAY-

OVER

NO SI

GNAL

SHAD

OW

Slant Range

Cella

di

Risoluzione

SAR proiettata

a terra

(C. Prati

POLIMI-TRE)


Maurizio Fea

COORDINATE SAR

Slant-range

A

z

i

m

u

t

h

COORDINATE GEOGRAFICHE

Longitude

L

a

t

i

t

u

de Slope

+ Slope

+Slope

-Slope

-

Coordinate del SAR(obliquo

vs

nadir)

(C. Prati

POLIMI-TRE)


Maurizio Fea

Distorsione

delle

montagne

causata

dallavisione

obliqua

del SAR (Layover)

Immagine del SAR di ERS

Mappa topografica


Maurizio Fea

Passaggi

ascendenti

e discendenti

di

ERS

(C. Prati

POLIMI-TRE)


Maurizio Fea

LANDSAT 5 -

Banda 1 -

14 luglio

1994

Venezia, Italia


Maurizio Fea

ERS-1 -

SAR 14 giugno

1992

Venezia, Italia


Maurizio Fea

Complementariet

traImmagini

Ottiche

e Microonde

(Radar)

Venezia, Italia


Maurizio Fea

Come nel caso delle gocce di pioggia, quando gli impulsi radar illuminanouna copertura boschiva, un territorio arido

o un ghiacciaio interagiscono con gli elementi costitutivi di questi bersagli

(foglie e rami, terra e sassi, fiocchi di neve o cristalli di ghiaccio, rispettivamente)

e la loro penetrazione verso il basso attraverso di essi

funzione della

radar con rispetto alle dimensioni degli elementi stessi.

Interazione degli impulsi del radarcon i bersagli in funzione della lunghezza donda

e delle dimensioni degli elementi chiave.

Pertanto, linformazione trasportata dalle eco di ritorno

riferita agli strati superficiali per le lunghezze donda pi

corte (Banda X) o via via sempre pi

profondi per lunghezze donda pi

lunghe (Banda C, S, L o P).

Tuttavia, dato lalto valore della costante dielettrica dellacqua, quando gli elementi superficiali sono umidi o addirittura bagnati gli impulsi radar interagiscono con il primo strato superficiale e non penetrano verso il basso.


Maurizio Fea

Palmyra(Syria)


Maurizio Fea

Palmyra(Syria)


Maurizio Fea

Amazon Basin - Brazil and BoliviaASAR Wide Swath


Maurizio Fea



Maurizio Fea



Maurizio Fea

Lintegrazione del SAR con il QuickBird

ad altissima risoluzioneIntegrazione microonde (SAR) con

ottico (QuickBird)


Maurizio FeaERS-2 SAR 27 aprile

1997 ERS-2 SAR 16 marzo

2000

Inondazione in MozambicoOsservando

attraverso

le nubi


Maurizio Fea

Come le chiazze di petrolio in mare appaiono nelle immagini SAR dellERS

Sorvegliando lo sversamento

di petrolio nel Mar Mediterraneo

Nave mentre sversa

petrolio in mare


Maurizio Fea


Maurizio Fea

Protezione

dellambiente

costiero

Uso

del radar a bordo

dei

satelliti

europei

ERS

8 aprile

1998

23:16

ITALIAITALIA costecoste

delladella SiciliaSicilia

Sversamento

di

petrolio

causato

da

lavaggio

illegale

delle

taniche

prima dellingresso

nel

porto

di

Catania


Maurizio Fea 6767

Vantaggi :+

Visione

sinottica, ma dettagliata, del territorio+

Osservazione

oggettiva

e sistematica

a scala

globale+

Coerenza

dei

dati

nel

tempo e nello

spazio+

Elaborazione

operativa

eseguibile

con metodicit

Limiti :-

Interpretazione

spesso

non immediata-

Passaggio

non frequente

per satelliti

in orbita

polare

Importante:

SI OTTIENE IL MASSIMO VANTAGGIO QUANDO IDATI SPAZIALI SONO INTEGRATI CON ALTRI TIPIDI DATI (MISURE SUL CAMPO, FOTO AEREE, DATIAMMINISTRATIVI, STATISTICHE, MAPPE, ecc.)

Vantaggi

e limiti

dellosservazione

della

Terra dallo spazio

(telerilevamento)


Maurizio Fea 6868

Vantaggi :+

Visione

sinottica, ma dettagliata, del territorio+

Osservazione

oggettiva

e sistematica

a scala

globale+

Coerenza

dei

dati

nel

tempo e nello

spazio+

Elaborazione

operativa

eseguibile

con metodicit

Limiti :-

Interpretazione

spesso

non immediata-

Passaggio

non frequente

per satelliti

in orbita

polare

Importante:

SI OTTIENE IL MASSIMO VANTAGGIO QUANDO IDATI SPAZIALI SONO INTEGRATI CON ALTRI TIPIDI DATI (MISURE SUL CAMPO, FOTO AEREE, DATIAMMINISTRATIVI, STATISTICHE, MAPPE, ecc.)

Vantaggi

e limiti

dellosservazione

della

Terra dallo spazio

(telerilevamento)


Maurizio Fea 6969

Sequenza

decisionaleMisure

sul

terreno

Altri

datiStatistiche

Dati

da

aerei

e da

satellitiDati

di

Archivio

Capacit

edesperienzadelluomo

DISTRIBUZIONE

STORIA e

ANALISI

ARCHIVIAZIONEe

CLIMATOLOGIA

modello

di

propagazione

DISTRIBUZIONE

ARCHIVIAZIONE

ASSIMILAZIONE

4 D

PREVISIONEPREVISIONE

pianificazionee

prevenzione

commenti

DECISIONEDECISIONE

AZIONEAZIONE

commenti

sorveglianzae

emergenze

commenti


Maurizio Fea 7070

Quando l'osservazione dallo spazio

utile PRIMA -

raccolta della storia ambientale della zona-

simulazione di una situazione di intervento cio: prevenzione

p.es. modelli digitali del terreno (DTM)carte di vulnerabilit

DURANTE -

osservazione dell'evoluzione di un evento-

valutazione dell'impatto sul territorio

DOPO

-

valutazione delle conseguenze di un evento-

verifica e quantificazione dell'area coinvolta-

aggiornamento delle statistiche-

miglioramento delle procedure.

Il contributo dellItalia: si materializza attraverso lAgenzia Spaziale Europea (missioni METEOSAT, ERS, ENVISAT) e lAgenzia Spaziale Italiana (sistema COSMO-SKYMED).

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