DET Dipartimento di Elettronica e Telecomunicazioni Laboratorio di Telecomunicazioni Università degli Studi di Firenze Tesi di Laurea in Ingegneria delle

DETDET

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

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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

DETDET



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

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