Il Telerilevamento è l`acquisizione a distanza di dati riguardanti il

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IL TELERILEVAMENTO
IL TELERILEVAMENTO
E’ l’acquisizione a distanza di dati riguardanti il territorio e l’ambiente nonché
l’insieme dei metodi e delle tecniche per la successiva elaborazione e
in te r p r e ta z io n e .
LEGGI FISICHE DELLA RADIAZIONE
(Interazioni della radiazione elettromagnetica con una superficie)
Qualunque superficie esterna di un corpo, se a temperatura superiore allo
zero assoluto (zero della scala Kelvin che è pari a –273,14 C°), emette
radiazioni elettromagnetiche proprie che dipendono dalla temperatura del
corpo
e dalle caratteristiche fisiche, chimiche e geometriche della sua
superficie, mentre riflette, assorbe o si lascia attraversare dalle radiazioni
elettromagnetiche provenienti dall’esterno.
Ei
Er
Ea
Et
l’energia incidente su S
l’energia riflessa su S
l’energia assorbita da S
l’energia trasmessa
attraverso S
Ei
Er
Ea
S
Et
ρ = Er / Ei 0 ≤ ρ ≤ 1 Coefficiente di riflessione
α = Ea / Ei 0 ≤ α ≤ 1 Coefficiente di assorbimento
τ = Et / Ei 0 ≤ τ ≤ 1 Coefficiente di trasmissione
ρ+α+τ=1
Corso di Cartografia numerica
Prof. Mauro Caprioli
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IL TELERILEVAMENTO
RADIAZIONE ELETTROMAGNETICA
E
campo elettrico
M
campo magnetico
C
velocità della luce
Le onde elettromagnetiche sono radiazioni del campo elettromagnetico che si propagano
nello spazio con la stessa velocità della luce C, a circa 300.000 km al secondo.
Un'onda elettromagnetica è composta da un campo elettrico E e da un campo magnetico
M, perpendicolare a E, e i due campi hanno, nel tempo, un andamento sinusoidale.
C=λf
C
velocità della luce nel vuoto (3x108 m s-1)
λ
lunghezza d’onda (µm, 10 -6 m): distanza tra due massimi o due minimi di
un’onda;
f
frequenza (cicli per secondo, Hz): numero di onde complete che passano per
un punto nell’unità di tempo;
T= 1/f
periodo di tempo necessario affinché un’onda completa passi per un punto
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IL TELERILEVAMENTO
SPETTRO ELETTROMAGNETICO
Insieme continuo delle onde elettromagnetiche ordinate secondo la loro
frequenza, lunghezza o numero d’onda.
•ULTRAVIOLETTO (UV)
0.01 – 0.380 µm
• LUCE VISIBILE (V)
0.38 – 0.75 µm
• INFRAROSSO VICINO (VIR)
0.75 – 3.0 µm
• INFRAROSSO MEDIO (MIR)
3.0 – 6.0 µm
• INFRAROSSO LONTANO E
TERMICO (TIR)
6.0 – 20.0 µm
• MICROONDE (MW)
0.1 – 100 cm
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IL TELERILEVAMENTO
GRANDEZZE RADIOMETRICHE
ENERGIA RADIANTE (Q)
- energia trasportata dalle onde elettromagnetiche
FLUSSO RADIANTE (Φ )
- energia radiante trasferita da un punto o da una superficie ad un’altra superficie
nell’unità di tempo
EXITANZA (M)
- flusso radiante uscente da una superficie unitaria
IRRADIANZA (E)
- flusso radiante incidente su una superficie unitaria
INTENSITA’ RADIANTE (I) e RADIANZA (L)
- radiazione secondo un certo angolo di osservazione. Indicano rispettivamente il Φ
uscente da una sorgente per unità di angolo solido (steradiante, sr) e il Φ per unità
di superficie e di angolo solido sr, misurato su un piano perpendicolare alla
direzione considerata. La radianza (L) è un’importante grandezza radiometrica, perché
descrive ciò che viene misurato nella realtà dai sensori utilizzati nel Telerilevamento.
Le grandezze su indicate variano in funzione della lunghezza d’onda. Pertanto quando
vengono utilizzate nell’ambito delle applicazioni del telerilevamento è necessario precisare
l’intervallo di lunghezza d’onda al quale ci si riferisce.
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IL TELERILEVAMENTO
FIRMA SPETTRALE
Lo scopo del T. è riuscire a stabilire una corrispondenza tra la quantità e la qualità
dell’energia riflessa e la natura o lo stato dei corpi o delle superfici dai quali proviene, a
seconda delle varie lunghezze d’onda
I sensori per le risorse terrestri non effettuano “fotografie” della superficie terrestre, ma
misurano la percentuale di energia radiante incidente che viene riflessa (rriflettanza) dalle
superfici dei vari corpi presenti al suolo in funzione di:
•condizioni ambientali (periodo dell’anno, condizione fisica, chimica e struttura geometrica
delle superfici)
•condizioni di ripresa (geometria Sole–superficie–sensore).
E’ possibile analizzare il valore della riflettanza di un corpo in relazione alle
varie lunghezze d’onda dello spettro elettromagnetico e tracciare una curva di
riflettanza - lunghezza d’onda, caratteristica di una determinata superficie. E’
questo il compito dell’analisi spettrale ed il significato di firma spettrale.
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IL TELERILEVAMENTO
IL PROCESSO DEL TELERILEVAMENTO
•
•
•
•
ABCD-
•
•
•
EFG-
Sorgente di Energia
Radiazione e Atmosfera
Interazione con il Target
Registrazione dell’Energia
tramite il Sensore
Trasmissione, Ricezione ed Elaborazione
Interpretazione e Analisi
Applicazione
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IL TELERILEVAMENTO
STAZIONI DI RIPRESA
•Piattaforme al suolo - Proximal sensing fino a 15 m
E’ definita come l’insieme dei metodi per l’osservazione a distanza mediante
strumentazione vincolata alla superficie terrestre (proximal sensing). Il tipico esempio è
costituito da un veicolo con un braccio elevabile su cui è montato lo strumento per la
rilevazione: con esso si può operare in modo nadirale fino a circa 15 m di altezza: il suo
limite consiste nel fatto che il veicolo può muoversi soltanto su strade e sentieri.
Osservazioni da queste piattaforme servono di solito per raccogliere la verità a terra (firme
spettrali delle superfici) per la taratura e calibrazione delle immagini riprese da aereo e da
satellite, per conoscere con l’osservazione continua l’andamento della riflettività spettrale
nel tempo e, soprattutto, per correggere l’effetto dell’atmosfera.
•Piattaforme aeree da 300 - 6.000 m a 20.000 m
L’aereo può essere impiegato alle basse e medie altezze (300 - 6000 m), per osservazioni
di interesse locale e riguardanti aree limitate e ad alta quota (fino a 20000 m), per disporre
di informazioni su aree estese.
•Piattaforme satellitari
– 200 km per Space Shuttle;
– 36.000 km per i s. meteorologici;
– 450 - 900 km per s. studio risorse terrestri.
L’osservazione della superficie terrestre da distanze orbitali è la caratteristica principale
del T. spaziale: sia con navicelle con equipaggio sia mediante satelliti automatici. In
questo caso si parla di altezze comprese fra i 250 - 350 km (space Shuttle e navette con
equipaggio in genere) e 35.800 km (orbita geostazionaria dei satelliti metereologici come il
Meteosat). Per i satelliti di nostro interesse, ed in particolare quelli dedicati
all’osservazione e allo studio delle risorse terrestri, l’altezza è compresa tra 450 e 900 km
in orbite vicino polari.
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IL TELERILEVAMENTO
ORBITE SATELLITARI
Geostazionaria
Vicino-polare
eliosincrona
Le condizioni di osservazione dei satelliti dipendono dalle loro caratteristiche orbitali, come
la distanza dalla terra, l’angolo di vista, la cadenza dei sorvoli.
L’orbita è il percorso seguito dal satellite. Essa è legata alla capacità e all’obiettivo dei
sensori a bordo. La selezione dell’orbita può variare in termini di altitudine (altezza al di
sopra della terra) e del loro orientamento e rotazione relativa intorno alla terra.
I satelliti (artificiali) sottoposti alle forze di gravità della terra e alle forze d’inerzia,
descrivono delle orbite ellittiche kepleriane: se l’eccentricità diventa piccola si parla di
orbita circolare con rivoluzione costante, chiamata periodo; i nodi sono i punti di
intersezione dell’orbita con il piano dell’equatore terrestre. Per convenzione il nodo
ascendente è il punto dove il satellite attraversa il piano equatoriale andando dall’emisfero
sud a quello nord, mentre quello discendente da nord a sud.
L’inclinazione del piano dell’orbita rispetto al piano equatoriale definisce anche
l’estensione della zona della terra che può essere sorvolata; un satellite la cui orbita è
inclinata di 60° può sorvolare solamente una fascia compresa fra 60° di latitudine nord e
60° di latitudine sud.
Orbita Geostazionaria
I satelliti geostazionari (es. Meteosat) hanno una velocità angolare uguale a quella della
terra (1 rotazione ogni 24 ore), una inclinazione di 0° e descrivono un’orbita circolare sul
piano dell’equatore: è come se fossero solidali con la Terra e quindi appaiono immobili
nello spazio a una distanza di 36.000 km. Questo consente di osservare e raccogliere
informazione continua su di un’area specifica.
Orbita Vicino-polare (eliosincrona)
Molte piattaforme satellitari sono progettati per seguire un orbita (di base nord-sud), in
congiunzione con la rotazione della terra (ovest - est), permettendo di coprire la maggior
parte della superficie terrestre in un certo periodo di tempo. Questi hanno un orbita vicino polare, così chiamata per l’inclinazione dell’orbita (prossima ai 90°) relativa alla linea che
corre tra i poli Nord e Sud. Molti di questi satelliti sono anche elio - sincroni perché
ricoprono ogni area del globo ad un tempo costante locale del giorno chiamata chiamato
tempo solare locale.
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IL TELERILEVAMENTO
•
•
•
STRUMENTI DI RIPRESA
Strumenti fotografici
Strumenti a scansione
Sistemi Radar (Radio Detecting And Ranging)
SENSORI PASSIVI
SENSORI ATTIVI
I sistemi RADAR (Radio Detection And Ranging) rispetto ai sensori ottici (SISTEMI
PASSIVI), che utilizzano una sorgente di radiazione esterna quale il Sole, sono essi stessi
la sorgente di energia. Sono pertanto detti SISTEMI ATTIVI ed il segnale, trasmesso
dall’antenna verso la superficie terrestre e ricevuto tramite l’antenna collocata sulla stessa
piattaforma, è costituito dall’energia più o meno diffusa (scattered) verso il sensore dagli
elementi presenti, antropici o naturali.
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IL TELERILEVAMENTO
RISOLUZIONE DI UN SISTEMA DI SCANSIONE
Ogni strumento è caratterizzato da diverse risoluzioni che sono in relazione
alle diverse modalità di osservazione degli oggetti.
•GEOMETRICA
La R. G. è in relazione alle dimensioni dell’area elementare al suolo di cui si rileva
l’energia elettromagnetica: un’immagine telerilevata è costituita da elementi base
denominati pixel (picture element).
•SPETTRALE
Per R. S. si intende l’intervallo di lunghezza d’onda a cui è sensibile lo strumento.
•RADIOMETRICA
La R. R. è la minima energia in grado di stimolare l’elemento sensibile affinché
produca un segnale elettrico rilevabile dall’apparecchiatura: esiste un numero di
radianza lD presente in un DN (digital number).
E’ definita da:
1/256 per 8 bit;
1/128 per 7 bit;
1/64 per 6 bit, ecc.
•TEMPORALE
La R. T. è il periodo di tempo che intercorre tra due riprese successive di una
stessa area.
(es. per il Landsat 5 è di 16 giorni, per il Meteosat 30 minuti)
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IL TELERILEVAMENTO
2.8
0.70
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IL TELERILEVAMENTO
LANDSAT 5
Il satellite LANDSAT5, di proprietà statunitense, lanciato
nel Marzo 1984 e tuttora operativo, percorre un’orbita
polare circolare eliosincrona, ad un’altezza dall’equatore di
circa 705 km. L’orbita, con un’inclinazione di 98°22’, viene
completata in un periodo di 98.89 minuti. Il periodo di
ripetizione della ripresa (periodo necessario per
completare un’intera scansione del globo in 233 orbite e
ritornare sulla medesima posizione) è di 16 giorni.
A bordo del Landsat5 sono montati due strumenti di
ripresa: il Multi Spettral Scanner (MSS) e il Thematic
Mapper (TM); le principali caratteristiche dei sensori sono:
Multi Spettral Scanner (MSS)
Tipo
Sensore opto-meccanico
Risoluzione geometrica
79 m
Range spettrale
0.5-1.1 µm
Numero di bande
4
Tempo di ripetizione
16 giorni
Ampiezza di ripresa
185 km
Thematic Mapper (TM)
Tipo
30-120 m
Range spettrale
0.45-12.5 µm
Numero di bande
7
16 giorni
Ampiezza di ripresa
185 km.
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IL TELERILEVAMENTO
LANDSAT 7
Il satellite LANDSAT7, di proprietà statunitense, è
stato lanciato nell’Aprile del 1999 con le medesime
caratteristiche orbitali del precedente Landsat5:
percorre un’orbita polare circolare eliosincrona, ad
un’altezza dall’equatore di circa 705 km. L’orbita, con
un’inclinazione di 98°22’, viene completata in un
periodo di 98.89 minuti. Il periodo di ripetizione della
ripresa (periodo necessario per completare un’intera
scansione del globo in 233 orbite e ritornare sulla
medesima posizione) è di 16 giorni. A bordo della
piattaforma è stato però montato un nuovo scanner,
l’Enhanced Thematic Mapper Plus (ETM+) che
presenta rispetto al TM due significative innovazioni:
- una ulteriore banda pancromatica con 15 m. di
risoluzione spaziale
- un canale infrarosso termico con 60 m. di risoluzione
spaziale.
Le principali caratteristiche del sensore sono:
Enhanced Thematic Mapper Plus
(ETM+)
Tipo
Range spettrale
Numero di bande
Ampiezza di ripresa
15-30-60 m
0.45-12.5 µm
8
16 giorni
183 km.
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IL TELERILEVAMENTO
SPOT 2
Il Satellite Spot 2, di proprietà francese, è stato lanciato nel
Gennaio del 1990 ed è tuttora operativo; percorre un’orbita
polare circolare eliosincrona ad un’altezza media di 832 km.
L’orbita, con un’inclinazione di 98°7’, è completata in un
periodo di 101 minuti. Il periodo di ripetizione (periodo
necessario per completare un’intera scansione del globo in
369 orbite e ritornare sulla medesima posizione) è di 26
giorni, ma grazie alla possibilità di orientare il sensore da
terra obliquamente rispetto alla traccia, una stessa area sulla
superficie terrestre può essere osservata ad un intervallo di 3
giorni. Lo Spot 2 è il secondo di una famiglia di 4 satelliti
omonimi e con caratteristiche orbitali simili, tutti attualmente
operativi; lo Spot 2 monta a bordo due sensori HRV che
operano in modo multispettrale e pancromatico; le loro
caratteristiche principali sono:
HRV Multispectral
Tipo
20 m
Range spettrale
0.50-0.89 µm
Numero di bande
3
26 giorni
Ampiezza di ripresa
60 km
HRV Panchromatic
Tipo
10 m
Range spettrale
0.51-0.73 µm
Numero di bande
1
26 giorni
Ampiezza di ripresa
60 km.
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IL TELERILEVAMENTO
IRS-1C
L’IRS-1C è un satellite ottico di proprietà indiana,
in grado di operare sia nel modo multispettrale che
in quello pancromatico; è stato fino al 2000 il
satellite a maggior risoluzione geometrica. E’ stato
lanciato nel Dicembre 1995 su di un’orbita polare
circolare eliosincrona ad una altezza media di 817
km e con una inclinazione di 98°69’, seguito
dall’omologo IRS-1D nel Settembre del 1997. Il
satellite impiega 101 minuti per completare una
rivoluzione attorno alla Terra e copre l’intera
superficie terrestre con 341 orbite durante un
intervallo di 24 giorni. La possibilità di ruotare
lateralmente il sensore permette di abbreviare il
periodo di ripetizione a 5 giorni.A bordo della
piattaforma sono montati i tre sensori PAN
(Panchromatic camera), per le riprese in modalità
pancromatica ad alta risoluzione, LISS-III (Linear
Imaging and Self Scanning Sensor) per le riprese
multispettrali, e WiFS (Wide Field Sensor) per le
riprese multispettrali a bassa risoluzione.
Le principali caratteristiche dei sensori sono le
seguenti:
PAN Camera
Sensore optomeccanico
Tipo
Risoluzione geometrica 5.8 m
Range spettrale
0.50-0.75 µm
Numero di bande
1
24 giorni
Ampiezza di ripresa
70 km
LISS-III
Tipo
Sensore optomeccanico
Risoluzione geometrica 23.5-70.5 m
Range spettrale
0.52-1.7µm
Numero di bande
4
24 giorni
Ampiezza di ripresa
141-148 km.
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IL TELERILEVAMENTO
ERS-2
I satelliti europei ERS-1 ed ERS-2 sono piattaforme
del tutto simili, dotate di sensori di ripresa attiva a
microonde (radar). L’ERS-1 è stato messo in orbita
nel Luglio 1991, ora non più operativo, mentre l’ERS2 è stato lanciato nell’Aprile 1995 in orbita polare
eliosincrona a 785 km di altezza ed è tuttora
operativo.
Al contrario dei satelliti ottici, che riprendono la
radiazione solare (visibile e infrarossa) riflessa dalla
superficie terrestre, i satelliti radar sono dotati di
sensori radar che investono la superficie con un
fascio di microonde e ne misurano l’eco di ritorno: per
tale caratteristica possono operare anche nelle ore
notturne ed in presenza di copertura nuvolosa; per
contro, la misura è rapportata soprattutto al grado di
scabrosità della superficie e alla presenza di acqua.
L’impiego delle riprese radar si sta diffondendo in
relazione alla elaborazione dei modelli digitali del
terreno, al monitoraggio dell’idrologia e degli eventi
alluvionali o simili, al monitoraggio di frane,
subsidenza, eventi geologici, ecc. , al monitoraggio
del moto ondoso e del campo del vento.
Il satellite monta a bordo diversi sensori, dei quali il
più importante risulta l’AMI (Active Microwave
Instrument), nella sua modalità di funzionamento
‘SAR Image Mode’. Le caratteristiche principali del
sensore AMI sono le seguenti:
AMI – SAR Image Mode
Tipo
Sensore radar
10-30 m
Banda spettrale spettrale
Banda C (5.0 GHz)
Polarizzazione
LV
diversii
Ampiezza di ripresa
100 Km
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IL TELERILEVAMENTO
ELABORAZIONE DIGITALE DEI DATI
• Pre - elaborazione di base
• Analisi delle caratteristiche spettrali
•
Tecniche di enfatizzazione
•
Tecniche di classificazione e verifica
dell’accuratezza
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Nel 1999 è iniziata la nuova rivoluzione del telerilevamento satellitare: il satellite IKONOS invia a terra le prime immagini
digitali con risoluzione di un metro. Successivamente sono stati lanciati altri satelliti che acquisiscono immagini ad alta risoluzione: EROS, QUICKBIRD, SPOT 5.
La risoluzione submetrica è già una realtà: oggi sono disponibili immagini che arrivano a 61 cm di risoluzione.
Ma se si vuole prendere in considerazione l’uso di queste immagini per la realizzazione di un’applicazione, le variabili da
valutare sono diverse e tutte importanti: risoluzione, tipologia di sensore, periodicità, post-elaborazione, e soprattutto prezzi.A questo scopo, la tabella che segue mette a confronto i valori delle suddette variabili fornitici dai distributori delle immagini dei satelliti citati.
In particolare sottolineiamo che non sempre la scelta migliore è rappresentata dalle immagini alla più alta risoluzione possibile: è invece necessario eseguire un’attenta analisi di quello che si vuole ottenere dalle immagini per scegliere il miglior
rapporto qualità/prezzo.
Nelle pagine successive troverete poi le descrizioni dei prodotti di ciascun satellite forniteci dai rispettivi distributori.
Ci teniamo a precisare che noi della redazione abbiamo tentato di ottenere dai distributori informazioni che fossero omogenee e confrontabili, ma ciò è risultato impossibile a causa delle differenti politiche adottate dai produttori (cui prodest?).
Pertanto riteniamo più corretto rimandarvi per maggiori dettagli su prodotti, opzioni e prezzi, ai siti internet sia dei distributori che dei produttori.
Altitudine dell’Orbita
Sensore pancromatico
Sensore multispettrale (bande)
Ampiezza della traccia di
osservazione
Scanning
Dimensione Scena
Risoluzione max del pancromatico
Risoluzione max del multispettrale
Ampiezza della Dinamica
Massimo angolo a nadir
Medio angolo a nadir
Periodo di Rivisitazione
EROS A1
IKONOS
QUICKBIRD
SPOT 5
480 Km
Sì
(a)
13,5 Km al nadir (b)
681 Km
Sì
Sì (3)
11 Km al nadir
450 Km
Sì
Sì (4)
16,5 Km al nadir
Asincrono
169 Kmq
1 m al nadir
(a)
11 bit per pixel
0° - 45°
0° - 15°
2,5 giorni
da 0° a 30°
Sincrono
272 Kmq
0,61 m al nadir
2,44 al nadir
11 bit per pixel
0° - 25°
0° - 15°
Da 2 a 5 giorni per
acquisizioni
0° - 25°
1-7 giorni
Sincrono
120 Kmq
0,82 m al nadir
3,2 m al nadir
8 o 11 bit per pixel
0° - 26°
0° - 10°
2,9 giorni a 1 m
di risoluzione;
1,5 giorni a 4 m
di risoluzione (i)
14 giorni
832 km
Sì
Sì (4)
60 Km (120 Km per il
sensore pan HRS)
Sincrono
3600 Kmq
5m
10 m
8 bit per pixel
0° - 31°
0° - 15°
<26 giorni secondo
l’angolo di ripresa
10 US $/Kmq
Periodo di Rivisitazione a nadir
Prezzo per nuove acquisizioni
(pancromatico prodotto base)
Prezzo per immagini da archivio
(pancromatico prodotto base)
Dimensione minima acquistabile
(nuove acquisizioni)
Dimensione minima acquistabile
(immagini d’archivio)
Tempo minimo per richiesta acquisizione
Tempo minimo di risposta dall’ordine
Tempi di consegna dall’acquisizione
Copertura nuvolosa
(a) Il satellite EROS B1-6, non ancora lanciato monterà
un sensore multispettrale con risoluzione di 2,76 m
al nadir
(b) Scena Standard 13,5x13,5 Km, scena HyperSample
9x9 km
(c) condizioni metereologiche permettendo
(d) trasferimento digitale o tramite corriere
(e) in caso di copertura nuvolosa superiore al 20% il
cliente non paga la scena e se vuole la stessa viene acquisita nuovamente senza sovrapprezzo. La
scena nuvolosa viene comunque messa in archivio
e se il cliente lo desidera può acquistare anche delle sotto-selezioni con un minimo di 5 kmq
30 US $/Kmq
Dipendente dalla latitudine
22,5 US$/kmq (m)
26 giorni per ciascun
satellite
0,75 €/kmq (o)
5 US $/Kmq
24 US $/Kmq (l)
22,5 US$/kmq (m)
(p)
1 scena di
qualsiasi tipo
5 kmq
100 kmq
64 kmq
80 kmq
25 kmq
24-48 ore
24-48 ore
24-48 ore
1/8 di scena
(400 kmq)
1/8 di scena
(400 kmq)
24-48 ore
3-5 gg. (c)
Da 30 min.
a 48 ore (d)
20 % (e)
50 gg. (c)
10 gg. (d)
90 giorni (n)
10 gg.
30 gg.
10 gg.
20% (h)
20%
10%
(h) in caso di richieste di acquisizioni con copertura nuvolosa inferiore al 20% sarà applicato un prezzo
speciale; non sono accettate richieste con meno del
5% di copertura nuvolosa
(i) questi valori si riferiscono a target a 40° di latitudine.
Il tempo di rivisitazione è più frequente per le alte
altitudini e meno frequente alle latitudini vicino all’equatore
(l) l’immagine, per essere considerata d’archivio, deve
essere stata acquisita almeno 4 mesi prima dalla
data di richiesta
(m) i prezzi sopra esposti non includono I.V.A. e spese di
spedizione. Le quotazioni vengono effettuate in valuta Euro
(n) ordine Standard (minimo 3 tentativi, massimo 5
tentativi). Inizio acquisizione: 5 gg. - Fine acquisizione: 15-365 gg. dall’inizio dell’acquisizione
(o) prodotti base (scene intere 3600 kmq); sono disponibili anche: 1/2 di scena (1600 kmq), 1/4 di scena (900 Kmq), 1/8 di scena (400 Kmq) e stereo
coppie
(p) SPOT 1-4 (con risoluzione inferiore): 0,33 €/kmq
La MondoGIS srl non si assume responsabilità sulle informazioni tecniche e commerciali riportate nel presente articolo, in quanto sono state fornite direttamente dai distributori delle immagini telerilevate.
CARTOgraphica - Gennaio 2003
Quattro satelliti a confronto
TELERILEVAMENTO
3
4
TELERILEVAMENTO
Roma (zona Colosseo), 22/7/2002,
risoluzione 1 m
EROS
La missione EROS, composta da 6 satelliti pancromatici dedicati all’osservazione del territorio ad alta ed altissima risoluzione, rappresenta un vero e
proprio atout nel campo del Remote
Sensing di ultima generazione. La missione di proprietà di ImageSat
International Ltd vede attualmente in
orbita il primo dei 6 satelliti, ossia
EROS A1, lanciato il 5 Dicembre 2000
dal poligono di Svobodny in Siberia.
Il satellite posto in orbita circolare
eliosincrona ad una altitudine di 480
km orbita intorno alla terra circa 15
volte al giorno trasmettendo i dati delle immagini in tempo reale a 16 stazioni riceventi nel mondo che rappresentano la più folta schiera di GRS dedicate ad una singola missione. Il satellite monta a bordo un sensore pancro-
PRODOTTI
EROS
A1
Basic Standard (BST)
Vector Standard (VST)
Basic One Axis
Oversample (1AO)
Vector One Axis
Oversample (V1AO)
Oversample (BOS)
Hypersample (BHS)
Stereo Pair (BST) (*)
matico CCD (Charged Couplet
Device) di tipo pushbroom con risoluzione radiometrica a 11 bit con
2.048 livelli di grigio (risoluzione geometrica 1,8/1,0 m). Le immagini con
la risoluzione a 1 m vengono spedite
direttamente dal satellite a terra, e non
sono oggetto di una lavorazione successiva (si ottengono tramite un uso
più ampio dell'integration time): non
sono quindi da considerarsi prodotti a
valore aggiunto, ma una diversa risoluzione dell'immagine.
Un particolare estremamente significativo della missione EROS, che con le
sue 16 stazioni di ricezione copre il
75% delle terre emerse, è rappresentato dal registratore a stato solido montato a bordo dei satelliti ed in grado di
garantire una copertura completa di
tutta la Terra. IPT informatica per il territorio S.r.l. è l’azienda responsabile in
esclusiva delle acquisizioni del satelli-
RISOLUZIONE
DIMENSIONI
1.8 m
1.8 m
1,3 m
13,5 x 13,5
13,5 x fino a 37
13,5 x 13,5
1,3 m
13,5 x fino a 37
1,0 m
0,8 m
1,8 / 1,0 m
6x6
9 x9
13,5/9 x 13,5/9
SCENA (KM)
* Due Basic Scene sovrapposte della stessa area di superficie acquisite con differenti angoli simmetrici di veduta durante lo stesso passaggio (i.e. la stessa orbita e il 90% di sovrapposizione).
te EROS A1 nel bacino del
Mediterraneo con la sua Stazione
Satellitare Multimissione ubicata in
Sardegna.
I satelliti EROS di classe B monteranno
a bordo sia sensori pancromatici che
multispettrali con risoluzione radiometrica a 10 bit con 2.048 livelli di grigio e risoluzione geometrica a 0,69 m
nel pancromatico e 2,76 m nel multispettrale. L’intera missione prevede 6
satelliti operativi in orbita entro il
2005 con un tempo di rivisitazione
dello stesso sito di due satelliti al giorno.
I satelliti EROS sono estremamente
manovrabili a fronte del ridotto peso,
circa 250 kg al momento del lancio, e
possono essere puntati e stabilizzati in
breve tempo sul sito di interesse del
cliente a partire da una ripresa al nadir, perpendicolarmente alla superficie, fino a raggiungere un’inclinazione
massima di ripresa pari a 45° con azimuth selezionabile nei 360°. La capacità di osservazione inclinata del satellite permette già solo con il satellite
EROS A1 in orbita di osservare qualsiasi sito sulla terra da tre a quattro volte
per settimana.
La presenza di 16 stazioni di ricezione,
dotate di una catena di processamento
completa e di un catalogo locale per
l’archiviazione e la consultazione via
interfacce Web delle immagini ricevute, permette di ridurre i tempi di consegna dal momento dell’acquisizione a
massimo tre giorni solari per qualunque scena acquisita in qualunque parte del mondo. Il sistema comprende
inoltre un archivio centrale di backup
presso la ImageSat International per garantire la continuità nel servizio di accesso e distribuzione delle immagini.
Infine, è disponibile un’abbondante
offerta di immagini d’archivio a prezzi
contenuti.
Produttore:
ImageSat International Lda
www.imagesatintl.com
Distributore:
IPT Informatica per il Territorio
www.iptsat.com
risoluzione 1 m
Essendo IKONOS operativo già da tre
anni, è possibile disporre di un consistente archivio di immagini.
Produttore:
Space Imaging Eurasia
www.sieurasia.com
Distributore:
Planetek Italia Srl
www.planetek.it
• MSI: Dato Multispettrale (4 bande)
con risoluzione geometrica al suolo
di 4 metri.
•
PSM: Dato Pan Sharpened (3 bande
Il satellite IKONOS è in orbita dal setfuse con il pancromatico) con risotembre 1999, ed è operativo dall’inizio
del 2000.
luzione geometrica al suolo di 1
Sul satellite sono montati due sensori,
metro.
un sensore pancromatico ed uno mulI prodotti STEREO sono ottenuti da
tispettrale. Il primo ha una risoluzione
stereo-coppie acquisite nello stesso
geometrica al suolo di 1 m ad 11 bit
passaggio orbitale, minimizzando così
(2.048 livelli di grigio) e acquisisce
le variazioni di luminosità; le immagini
nella banca spettrale dei 0.45-0.90 misono riproiettate e ricampionate a 1
crometri. Il sensore multispettrale ha
metro in modo da permetterne una
invece una risoluzione geometrica al
più facile visualizzazione. Sono distrisuolo di 4 m, e 4 bande ad 11 bit (2048
buiti
in due differenti livelli di accuralivelli).
tezza:
I prodotti IKONOS sono distribuiti in
• Standard Stereo: 12 metri di accuratre diverse modalità: GEO, STEREO ed
tezza orizzontale (RMSE) e 13 metri
ORTORETTIFICATI.
di accuratezza verticale (RMSE);
I prodotti GEO sono geometricamente
corretti ed ortorettificati. Il livello stan• Precision Stereo: 1 metro di accuradard di accuratezza è di 25 m (RMSE),
tezza orizzontale (RMSE) e 2 metri
escludendo gli effetti provocati da
di accuratezza verticale (RMSE).
spostamenti del terreno. Possono esseIl processo di ortorettifica rimuove le
re distribuiti in 3 diverse opzioni:
distorsioni delle immagini, causate
• PAN: Dato Pancromatico (Bianco e
dalla geometria dell’acquisizione e
Nero) con risoluzione geometrica
dalla variabilità del suolo, utilizzando
al suolo di 1 metro.
modelli digitali del
terreno e punti di
INTERVALLI SPETTRALI
BANDE
controllo al suolo. I
prodotti ORTORETTI0,45 – 0,90 µm
pancromatico
FICATI vengono dis0,45 – 0,53 µm
banda 1 (blu)
tribuiti secondo diver0,52 – 0,61 µm
banda 2 (verde)
si livelli di accuratezza
0,64 – 0,72 µm
banda 3 (rosso)
e nelle tipologie
(PAN, MSI, PSM).
0,77 – 0,88 µm
banda 4 (infrarosso vicino)
IKONOS
• REF (Reference): 12 metri (RMSE)
di accuratezza orizzontale; cartografia di riferimento: 1:50.000 NMAS
(National Map Accuracy Standards).
• PRO: 5 metri (RMSE) di accuratezza
orizzontale; cartografia di riferimento: 1: 10.000 NMAS.
• PRE (Precision): 2 metri (RMSE) di
accuratezza orizzontale; cartografia
di riferimento: 1: 5.000 NMAS.
• PRE+ (Precision Plus): 1 metro
(RMSE) di accuratezza orizzontale;
cartografia di riferimento: 1: 2.500
NMAS.
I prodotti PRE, PRE PLUS e PRE STEREO richiedono la fornitura, da parte
del cliente, dei punti di controllo al
suolo (GCP) che possono essere anche forniti dalla Space Imaging Eurasia
pagando un prezzo addizionale.
I prodotti STEREO non possono essere
mosaicati. Il prezzo dei prodotti GEO, al
contrario dei prodotti ortorettificati,
non comprende la mosaicatura.
Space Imaging Eurasia è in grado di effettuare, su specifica richiesta e pagando una tariffa addizionale, una rapida
acquisizione e consegna dei prodotti
GEO. Normalmente occorrono circa
10 giorni per 2 tentativi di acquisizione e circa 3 giorni per la spedizione e
consegna del dato.
I prodotti possono anche essere forniti con una risoluzione geometrica di
0.82 metri. Ciò è possibile soltanto
con una acquisizione nadirale (o quasi
nadirale) ma che farebbe aumentare i
tempi di consegna dei prodotti.
TELERILEVAMENTO
5
6
TELERILEVAMENTO
Roma (zona Colosseo), Marzo 2002,
risoluzione 0,61 m
di sensore, è basato sulla singola scena
di circa 16.5 x 16.5 km. La dimensione
del pixel è variabile, e dipende dalQuickBird è stato lanciato il 18
l’angolo di acquisizione della scena.
Ottobre del 2001, ed è in fase operatiNel packaging (circa 1.6 Gb per sceva dalla primavera di quest’anno, su un
ne pancromatiche) sono forniti sia il
orbita polare eliosincrona, con 97,2
file immagine non georiferito che file
ausiliari relativi a metadati, Rational
gradi di inclinazione, e con una velociPolynomial Coefficients (RPC), effetà al suolo di 7.1 km/secondo. È in
meridi, calibrazione geometrica, altitugrado di acquisire sia in modalità muldine. Il prodotto Basic può essere protispettrale (tre bande del visibile + un
cessato geometricamente tramite un
infrarosso vicino) che pancromatica,
modello rigoroso oppure utilizzando
con risoluzione tra 61 e 66 centimetri
software basato sull’uso dei Rational
per angoli di acquisizione standard,
Polynomial Coefficients. Per un procioè compresi tra 0 e 15 gradi. Il satelcessamento
ottimale, le informazioni
lite ha capacità stereoscopiche infornite a corredo dell’immagine postrack, cioè è in grado di acquisire copsono essere integrate con un DEM e
pie stereo lungo la stessa orbita; tale
con punti di controllo a terra, dalla cui
caratteristica, tuttavia, non viene ancoqualità dipende la precisione del risulra sfruttata dal punto di vista commertato finale. Il prodotto Basic è rivolto
ciale.
ad utenti in grado di effettuare un processamento avanzato dell’immagine
I dati QuickBird sono disponibili sodal punto di vista geometrico, in mostanzialmente secondo due tipologie
do da ottenere la massima precisione
di prodotto: Basic e Standard.
nella georeferenziazione del dato.
Il prodotto Basic, al quale sono appliIl prodotto Standard differisce dal
cate solo correzioni radiometriche e
prodotto Basic in
quanto ad esso vengoINTERVALLI SPETTRALI
BANDE
no applicate anche
delle correzioni geo0,45 – 0,90 µm
pancromatico
metriche, per cui il
0,45 – 0,52 µm
banda 1 (blu)
prodotto risulta in0,52 – 0,60 µm
banda 2 (verde)
quadrato in un siste0,63 – 0,69 µm
banda 3 (rosso)
ma di riferimento
0,76 – 0,90 µm
(WGS84) ed il pixel
QUICKBIRD
viene ricampionato ad una dimensione di 60 o 70 cm. Il packaging comprende: il file immagine, i metadati, il
file degli RPC. Questo tipo di prodotto
può essere acquistato anche su una superficie complessiva minore della singola scena. La qualità della georeferenziazione, che è basata unicamente sull’impiego dei dati orbitali post-processati ed integrati da un DEM a bassa risoluzione, può essere ulteriormente
migliorata mediante processamento
basato sugli RPC.Tuttavia, per ottenere
precisioni più spinte, si consiglia di
partire dal dato Basic.
La quotazione di ciascun prodotto
Standard viene effettuata sulla base
della superficie (espressa in kmq) della particolare area di interesse del
cliente, il quale potrà fornire le coordinate geografiche degli estremi e pagherà il prodotto solo per l’area richiesta.
Per ottenere le immagini ortorettificate (georiferite secondo un sistema di
proiezione, ellissoide e datum di riferimento), vengono usati GCP (ground
control points), ed il DEM per correggere le distorsioni causate dall’altitudine; l’accuratezza planimetrica dipende
dalla qualità dei GPC e del DEM, ma
anche dall’angolazione con cui è stata
effettuata la ripresa satellitare.
I dati QuickBird sono distribuiti in
esclusiva per tutta Europa da Eurimage,
con l’eccezione dell’Italia ove la distribuzione è effettuata dalla Telespazio.
Produttore:
Digital Globe
www.digitalglobe.com
Distributore:
Telespazio Spa
www.telespazio.it
Eurimage Spa
www.eurimage.com
risoluzione 2,5 m
Il satellite SPOT 5, lanciato con successo il 4 maggio 2002 dalla Guiana
Space Centre, Kourou, è operativo dal
16 luglio 2002. Esso continua la missione dei precedenti satelliti SPOT 1 –
4 che, lanciati a partire dal 1986, sono
tuttora in orbita.
Il satellite Spot 5 monta a bordo strumenti tecnologicamente innovativi:
• HRG (High Resolution Geometric)
• HRS (High Resolution Stereoscopic)
La risoluzione geometrica dei dati del
satellite Spot 5 è fino a 4 volte maggiore di quella dei dati Spot 1 ➝ 4:
• 5 metri e 2.5 metri del pancromatico, invece di 10 metri;
• 10 metri del multispettrale, invece
di 20 metri.
La dimensione delle immagini è la
stessa dei satelliti Spot 1 ➝ 4: 60 km x
60 km; oppure 60 km x 120 km quando sono usati i due strumenti HRG di
cui il satellite dispone.
BANDE
pancromatico (*)
banda 1 (verde)
banda 2 (rosso)
banda 4 (infrarosso medio) (**)
(*) solo per SPOT 4 è invece 0,61 – 068 µm
(**) solo SPOT 4 e 5
L’accuratezza di localizzazione, senza
punti di controllo, è inferiore ai 50
metri, contro i 350 metri dei satelliti
Spot 1 ➝ 4.
Questi miglioramenti risultano particolarmente vantaggiosi per le applicazioni che richiedano scale di riferimento da 1:25.000 a 1:10.000.
Grazie al nuovo strumento HRS a bordo dello Spot 5, sono inoltre possibili,
solamente per la produzione di modelli digitali del terreno, acquisizioni
simultanee di stereocoppie con una
larghezza (swath) eccezionalmente
ampia: difatti le stereocoppie sono di
dimensione 600 km x 120 km.
Questi prodotti offrono un’eccellente
accuratezza senza punti di controllo,
indicata in: accuratezza in altezza (z):
migliore di 10 metri; accuratezza di localizzazione: migliore di 15 metri.
Caratteristiche specifiche del modo
pancromatico PA:
• risoluzione a terra:
5 metri/2.5 metri
INTERVALLI SPETTRALI
in modalità SUPERMODE;
•
radiazione misura0,51 – 0,73 µm
ta: banda unica del0,50 – 0,59 µm
lo spettro elettro0,61 – 0,68 µm
magnetico corri0,79 – 0,89 µm
spondente al visi1,58 – 1,75 µm
bile, con esclusione del blu (0.510.73 micron).
Caratteristiche specifiche del modo
multispettrale XI:
• risoluzione a terra: 10 metri (la banda 4 ha una risoluzione effettiva di
20 metri, ma viene fornita ricampionata a 10 metri, per uniformità
con le rimanenti tre bande);
• spettro di radiazione osservata: 4
bande spettrali (corrispondenti al
verde, rosso, infrarosso vicino e infrarosso medio dello spettro elettromagnetico).
Produttore:
Spot Image
www.spotimage.fr
Distributore (solo per l’Italia):
Telespazio Spa
www.telespazio.it
SPOT 5
Il processamento denominato SUPERMODE offre un miglioramento della risoluzione geometrica, in modalità pancromatica, da 5 metri a 2.5 metri, e
permette anche di produrre, attraverso la combinazione con le bande multispettrali a 10 metri di risoluzione, immagini a colori a 2.5 metri di risoluzione. Ideato dal CNES, l’Agenzia
Spaziale Francese, produce un’immagine a 2.5 metri di risoluzione attraverso due immagini pancromatiche,
acquisite simultaneamente, a 5 metri
di risoluzione.
Il processo SUPERMODE viene effettuato in parte a bordo del satellite, in
parte a terra: l’immagine viene acquisita, a 5 metri, da due sensori, con uno
sfalsamento tra di loro (offset) nel piano della focale di mezzo pixel, sia
orizzontalmente che verticalmente.
Le due immagini a 5 metri di risoluzione, attraverso successivi processi di
interpolazione e di restorazione, producono un’immagine con 2.5 metri di
risoluzione effettiva.
TELERILEVAMENTO
7

Il Telerilevamento è l`acquisizione a distanza di dati riguardanti il

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