| Lingua insegnamento |
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| Italiano |
| Obiettivi formativi e risultati di apprendimento |
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| Il corso punta a fornire una conoscenza approfondita degli elementi di base del telerilevamento ed a sviluppare autonome capacità di valutazione delle possibili applicazioni nel campo del monitoraggio e della mitigazione dei principali rischi naturali ed ambientali.
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| Prerequisiti |
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| Fondamenti di matematica (e.g. Trigonometria) e di Fisica (e.g. Meccanica)
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| Contenuti del corso |
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| Principi fisici e nozioni di base del telerilevamento; osservazione della superficie terrestre in banda ottica; interazione della radiazione elettromagnetica con la superficie e l’atmosfera terrestre; strumenti e tecniche di telerilevamento in banda ottica; metodi e tecniche per il trattamento di immagini digitali; esercitazioni di laboratorio finalizzate all'uso dei principali strumenti per l‘analisi di dati di osservazioni della Terra ed alla pratica di software e moduli applicativi per l'elaborazione di immagini satellitari multispettrali. Applicazione di tecniche satellitari attive e passive al monitoraggio dei rischi naturali e ambientali; scelta appropriate delle tecnologie; scelta degli strumenti analisi costi-benefici.
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| Programma esteso |
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| ???????PROGRAMMA ESTESO Introduzione al corso: principi fisici e nozioni di base - Definizione e breve storia del remote sensing.
- Richiami di elettromagnetismo. Regioni dello spettro della radiazione e.m.
- Misura della radiazione e.m. e grandezze radiometriche fondamentali: radianza, irradianza, potenza
radiante, brillanza, emittanza, luminosità. - Decadimento dell’emittanza con il quadrato della distanza dalla sorgente
- Radiazione di corpo nero. Legge di Planck.
- Concetti di emissività e di temperatura di brillanza.
- Legge dello spostamento di Wien. Legge di Planck nel dominio delle frequenze.
- Approssimazione di Rayleigh-Jeans. Approssimazione di Wien. Legge di Stephan-Boltzmann.
- Interazione della radiazione elettromagnetica con la superficie terrestre.
- Interazione radiazione-materia. Concetto di Trasmittanza, Assorbanza, Riflettanza.
- Legge di Kirchoff. Relazione emissività-riflettanza per corpi opachi.
- Interazione radiazione-materia nel visibile, oltre il visibile.
- Curve di risposta spettrale, firme spettrali di suoli, vegetazione, acqua.
- Lettura di firme spettrali della vegetazione.
- Principio base dell’osservazione multispettrale.
- Superfici lambertiane e speculari. Funzione di distribuzione della riflettanza bidirezionale (BRDF). Fattore di
riflettanza bidirezionale (BRF). - Esercitazioni teorico-pratiche in laboratorio: caratterizzazione spettro-radiometrica di corpi neri e di altre
sorgenti. - Esercitazioni teorico-pratiche: misura in laboratorio di firme spettrali in riflettanza di vegetazione, minerali e materiali artificiali
- Interazione radiazione materia alla superficie di corpi opachi. Criterio di Reyleigh per la rugosità.
- Spettroscopia atomica. Spettri di emissione e di assorbimento. Spettro dell’atomo di idrogeno.
- L’atomo di Bohr e la previsione dei termini spettroscopici degli atomi. Spettri molecolari (cenni).
- Spettri di minerali e rocce in riflettanza ed emissività.
- Composizione di firme spettrali (linear mixing).
- Spiegazione teorica e generalizzazione del principio base dell’osservazione multispettrale.
- Sorgenti naturali per l’osservazione della Terra dallo spazio: il Sole, la Terra.
- Tecniche attive e passive di telerilevamento.
- Tecniche SAR (cenni)
Interazione della radiazione elettromagnetica con l’atmosfera terrestre. - Struttura e composizione chimico-fisica dell’atmosfera terrestre.
- Interazione radiazione-materia in atmosfera. Scattering di Rayleigh e di Mie (cenni).
- Finestre spettrali per l'osservazione della superficie terrestre in condizioni standard e variabili.
- Estinzione della radiazione e.m. in atmosfera. Sezione d’urto di estinzione, di assorbimento, di scattering.
- Sezione d’urto per unità di massa. Coefficiente di assorbimento. Funzione di sorgente.
- Equazione generale del trasferimento radiativo.
- Legge di Beer-Bouguer-Lambert. Cammino ottico.
- Equazione di Schwarzshild e sue soluzioni nel caso di radianze nadirali. Spessore ottico.
- Allargamento delle righe spettrali in funzione della pressione (altezza) in atmosfera (cenni)
- Penetrazione delle onde e.m. nella materia. Indice di rifrazione complesso. Lunghezza di attenuazione.
- Interazione della radiazione e.m. in atmosfera: le nubi meteorologiche.
- Bande spettrali diagnostiche della presenza di nubi e per distinguerle dalle coperture nevose .
Strumenti e Tecniche di Telerilevamento in banda ottica - Sistemi satellitari per l’osservazione della Terra. Segmento spaziale e Segmento terrestre
- Orbite polari e geostazionarie.
- Orbite non-ruotanti. Orbite eliosincrone. Orbite di Molnyia.
- Equazione del razzo e messa in orbita di un satellite: carico utile.
- Orbite reali. Tempo di vita di un satellite per decadimento delle orbite.
- Elementi di forza e di debolezza dell’osservazione da satellite polare e geostazionario. Costellazioni
satellitari. - Radiometri. Radianza al sensore e rapporto S/R.
- Vantaggi e svantaggi dei sistemi attivi e passivi.
- Calibrazione di un sensore passivo.
- Sistemi a immagine optomeccanici. CCD lineari. Whiskbroom scanners.
- Across track scanning. Relazione tra parametri orbitali (V/H) e velocità di scansione.
- Along Track scanning. CCD bidimensionali: pushbroom scanners.
- Vantaggi e svantaggi dell’acquisizione along-track e across-track.
- Scansione da piattaforma geostazionaria.
- Costruzione di immagini digitali
- Risoluzione spaziale, spettrale, temporale e radiometrica di un sensore
- Interdipendenza fra risoluzione spaziale, spettrale e temporale di un sensore a S/R fissato.
- Le principali missioni satellitari: l’alta e altissima risoluzione spaziale
- Le principali missioni satellitari: l’alta e altissima risoluzione temporale.
- Scelta dei sensori: competizione tra risoluzione spaziale, spettrale e temporale.
Trattamento ed interpretazione di dati telerilevati.
- Definizione di immagine digitale multispettrale. Pre-processamento di immagini digitali.
- Calibrazione: retta di calibrazione. Calibrazione in volo di sensori nell’infrarosso termico.
- Correzione delle radianze al sensore per gli effetti dell’atmosfera. Navigazione di immagini satellitari.
- Scatterogramma.
- Classificazione di immagini satellitari: classificazione supervisionata
- Classificazione non supervisionata.
Telerilevamento nei Rischi Naturali e Ambientali: metodi e applicazioni. - Concetti di firma spettrale, spaziale, temporale, di intensità. Indici di vegetazione e NDVI
- Esempi di utilizzo dell’osservazione da aereo e l’alta risoluzione spettrale per l’identificazione di affioramenti di Serpentinite nell’area del Parco Nazionale del Pollino.
- Applicazione di tecniche robuste di classificazione supervisionata: Spectral Angle Mapper
- Utilizzo integrato di firme spaziali e spettrali. Esempio: censimento dei Pini Loricati nell’area del parco nazionale del Pollino.
- Firme temporali: mapping di aree inondate.
- Tecniche satellitari (split window) per la stima della temperatura superficiale del mare (SST) e del suolo (LST).
- Dipendenza della funzione di Planck dalla temperatura nel MIR e nel TIR per celle al suolo parzialmente interessate da incendi.
- Rapporto tra risoluzione spaziale e risoluzione radiometrica: dimensioni minime dell’hot spot rilevabile.
- Firme di intensità (identificazione degli incendi boschivi
- Applicazione di tecniche satellitari integrate alla previsione e/o monitoraggio di eventi estremi (inondazioni, eruzioni vulcaniche, terremoti, etc.).
- Firme di intensità. Principali tecniche per il monitoraggio dell’attività vulcanica.
- Utilizzo integrato di firme temporali e di intensità. Esempio: tecniche robuste per il monitoraggio dell’attività termica vulcanica, delle nubi eruttive, degli sversamenti di idrocarburi a mare, dell’emissione termica terrestre in corrispondenza di forti terremoti.
- Scelta appropriata delle tecnologie in un contesto operativo. Studio di fattibilità e analisi costo/benefici. Esempio: perimetrazione delle aree percorse da incendi ai fini della L. 353/2000.
Esercitazioni teorico pratiche e di laboratorio - Misura in laboratorio della radiazione di corpo nero e stima della temperatura della sorgente dalla Legge di Wien
- Misura in laboratorio di firme spettrali in riflettanza di vegetazione, minerali e superfici artificiali.
- Moltiplicazione di curve di risposta spettrale.
- Raffronto grafico di curve spettrali di vegetazione (riconoscimento di condizioni di stress idrico e/o di malattia).
- Calcolo dell’NDVI su immagini MODIS e caratterizzazione di nubi, acqua e coperture di suolo vegetate e non vegetate.
- Calcolo della immagine differenza delle temperature di brillanza a 11 e 12 micron per la discriminazione di nubi meteorologiche da nubi eruttive e tempeste di sabbia.
- Calcolo della funzione di Planck e verifica della legge di Wien
- Analisi delle firme spettrali di oceano, suoli e nubi da immagini muti spettrali MODIS
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| Metodi didattici |
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| Lezioni teoriche frontali, Esercitazioni, Esercitazioni in laboratorio, Esercitazioni progettuali, Visite tecniche, Seminari |
| Modalità di verifica dell'apprendimento |
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| Prove di verifica intermedie, Discussione di un elaborato progettuale, Prova pratica di laboratorio. Esame orale.
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| Testi di riferimento e di approfondimento, materiale didattico Online |
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| K. N. Liou An Introduction to Atmospheric Radiation - Second Edition – Academic Press (2002, 1980) R. P. Gupta Remote Sensing Geology, Springer & Verlag, (1991). W.G. Rees, Physical Principles of Remote Sensing, Cambridge University Press (1990) Copia delle slides presentate durante le lezioni. Videoregistrazione delle lezioni. Altri testi consigliati: P.J. Curran, Principle of Remote Sensing, Longmann (1985). J.B. Campbell Introduction to Remote Sensing, Taylor & Francis (1996) N. M. Short The Remote Sensing Tutorial Edited by Jon Robinson: disponibile in biblioteca come iper-testo su CD-ROM e consultabile sul sito internet della NASA: http://code935.gsfc.nasa.gov/Tutorial/TofC/Coverpage.html |
| Metodi e modalità di gestione dei rapporti con gli studenti |
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| All’inizio del corso, dopo aver descritto obiettivi, programma e metodi di verifica, il docente mette a disposizione degli studenti il materiale didattico e quello necessario per le esercitazioni (slides delle lezioni, dati delle misure di laboratorio, dati satellitari, software open source, etc.) su cartelle condivise (Dropbox e Google Classroom Drive). Contestualmente, si raccoglie l’elenco degli studenti che intendono iscriversi al corso, corredato di nome, cognome, matricola ed email. Orario di ricevimento: tutti i giorni compreso il sabato su appuntamento presso lo studio n.40 del docente al V piano Il docente e? comunque disponibile in ogni momento per un contatto con gli studenti, attraverso la propria e-mail e il proprio telefono cellulare. |
| Date di esame previste |
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| 29/6/2023, 27/7/ 2023, 21/9/2023, 19/10/2023, 21/12/2023, 15/2/2024, 11/4/2024??????? |
| Seminari di esperti esterni |
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| si |