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    Nicola CROCETTO

    Insegnamento di TELERILEVAMENTO E SISTEMI INFORMATIVI TERRITORIALI

    Corso di laurea magistrale in INGEGNERIA CIVILE

    SSD: ICAR/06

    CFU: 9,00

    ORE PER UNITÀ DIDATTICA: 72,00

    Periodo di Erogazione: Secondo Semestre

    Italiano

    Lingua di insegnamento

    ITALIANO

    Contenuti

    Nella prima parte del corso vengono impartiti: i principali concetti teorici e pratici circa: le moderne metodologie di acquisizione ed estrazione di informazioni geometriche, radiometriche e spettrali da dati acquisiti da piattaforma aerea o satellitare; la rappresentazione e l’ aggiornamento di informazioni metriche, fotogrammetria, GPS, SAR, immagini satellitari a media ed alta risoluzione. La rappresentazione del territorio effettuata mediante "Carte Numeriche", fornisce così supporti di base utili all’ attività dell'ingegnere nella progettazione e gestione di opere sul territorio. Nella seconda parte, il corso ha come obiettivo l’ apprendimento dei principi, concetti, nozioni, metodi e strumenti di base sui Sistemi Informativi Territoriali (SIT), per consentire agli studenti di essere in grado di affrontare e risolvere problematiche relative sia alla gestione dell’ Ambiente che alla rappresentazione del Territorio, per una sua corretta analisi, pianificazione e gestione; tali risultati saranno raggiunti mediante l’ uso della sovrapposizione di dati spaziali geografici georiferiti e strutturati in livelli informativi a singolo tematismo, al fine di realizzare "Carte Tematiche" di sintesi ottenute per combinazione logica, utili sia per la pianificazione che per la gestione dei processi decisionali riguardanti le risorse naturali ambientali e territoriali. Il corso prevede, infine, l' acquisizione di un buon grado di conoscenza e di manualità di un pacchetto software GIS su dati provenienti da banche dati di varie estrazioni.

    Testi di riferimento

    P.A. Brivio, G.M. Lechi, E. Zilioli : "Principi e metodi di Telerilevamento", CittàStudi Edizioni, Grugliasco (TO), 2006.
    Campbell : "Introduction to remote sensing", Guilford, New York, 1987.
    C. Cambursano : "Cartografia Numerica", Ed. Progetto Leonardo, Bologna, 1997.
    A. Dermanis, L. Biagi : "Telerilevamento. Informazione territoriale mediante immagini da satellite", Casa Edit.Ambrosiana, Milano, 2006.
    C. Elachi : "Introduction to the physics and techniques of remote sensing", John Wiley & Sons, 1987.
    B. Hofmann Wellenhof, H. Lichtenegger, and J. Collins : “GPS, Teory and Pratice”, Springer Verlag, Wien New York, 2001.
    Kraus, K. : "Fotogrammetria", (Traduz. S. Dequal), Levrotto & Bella. Torino, 1994.

    Appunti dalle lezioni sono resi disponibili a cura del docente.

    Obiettivi formativi

    Il corso si prefigge diversi scopi come obiettivi formativi: il primo è quello dell’ elaborazione di un’ immagine satellitare per la costituzione di una banca dati contenente corrette informazioni metriche e qualitative di aree di territorio, il secondo è quello di acquisire un buon grado di conoscenza e di manualità del software ArcGIS della ESRI al fine della redazione di una “Carta Tematica” su dati provenienti da banche dati di varie estrazioni.

    Prerequisiti

    Nozioni acquisite nell' insegnamento di "Topografia" del Corso di Laurea Triennale

    Metodologie didattiche

    Didattica frontale ed assistenza alla redazione degli elaborati.
    Sono previste mostre tecniche sull’ elaborazioni di immagini digitali satellitari e sull’ utilizzazione di GIS.

    Metodi di valutazione

    Discussione sugli elaborati e domande orali sugli argomenti del corso

    Programma del corso

    Programma dettagliato del corso di "Telerilevamento e Sistemi Informativi Territoriali"


    Introduzione: definizioni, scopi, problematiche, metodologie e caratteristiche del Telerilevamento, dei SIT (Sistemi Informativi Territoriali) e dei GIS (Geographic Information System), principi di Cartografia Tematica-
    Fondamenti teorici: le definizioni di base; cenni sulla natura e fisica dell’ energia elettromagnetica: campo elettromagnetico ed equazioni di Maxwell. Lo spettro elettromagnetico: schema, le finestre spettrali (l’ottica e la radar) del telerilevamento. Radiometria e Fotometria. Grandezze radiometriche spettrali e non: energia radiante o radiazione elettromagnetica, flusso radiante, intensità radiante, densità di flusso radiante ad una superficie, exitanza, irradianza, radianza, riflettività (o riflettanza), trasmissività, assorbività, emissività. Strumenti radiometrici (radiometri). Grandezze fotometriche: energia luminosa, flusso luminoso, intensità luminosa, densità di flusso luminoso ad una superficie, exitanza luminosa, illuminanza, luminanza. Strumenti fotometrici (fotometri). Conversione radiometria-fotometria. Le principali leggi fisiche della radiazione elettromagnetica, superfici reali e superfici di corpo nero, leggi di Planck, Stefan-Boltzmann, Wien, Kirchhoff. Il Sole e la Terra come sorgenti naturali di energia elettromagnetica, costante solare. Proprietà ottiche dell’atmosfera e suoi costituenti: assorbimento; rifrazione; scattering o diffusione singola di Mie, multipla di Rayleigh e non selettiva; comportamento di gas ed aerosol, spessore ottico dell’atmosfera (optical thicness), trasmittanza atmosferica e coefficiente di attenuazione (o di estinzione); l’effetto serra; il colore del cielo. Interazioni fra energia e materia: geometria della radiazione e trasporto radiativo, superficie Lambertiana, modelli di interazione; meccanismi principali di emissione, di riflessione e di trasmissione. Firma spettrale. Caratteristiche spettrali delle superfici naturali: le interazioni con l’ atmosfera; l’ acqua, la neve e il ghiaccio; suoli e rocce; la vegetazione.
    Acquisizione dei dati: caratteristiche dei sistemi di osservazione, elementi di ottica geometrica, immagini digitali, definizione del pixel, risoluzioni geometrica, radiometrica, spettrale e temporale, competizione fra le diverse risoluzioni. Camere digitali, scanner digitali, lo scanner MIVIS; visione dei colori e delle forme, la luce visibile e la colorimetria. Strumenti di osservazione e di misura, i detectors e loro caratteristiche, sensori multispettrali e iperspettrali, sistemi ottici, rivelatori elettrici, rivelatori CCD, sistemi digitali passivi a scansione (scanner), sistemi (detectors) a matrice e loro caratteristiche, cenni sui sistemi attivi Radar e Laser a scansione. Piattaforme per la ripresa dei dati: aerei attrezzati; satelliti artificiali, principali caratteristiche orbitali, il sistema satellitare Landsat e i sensori RBV, MSS, TM, ETM e ETM+; il sistema satellitare SPOT e i sensori HRV, HRVIR e Vegetation (VGT); satelliti meteorologici e oceanografici. Principali satelliti ad alta risoluzione: Ikonos, QuickBird, Eros; altri satelliti per l’osservazione della Terra: Envisat, NOAA, OrbView, QuickScat, EOS, ERS, Radarsat. I satelliti della serie Meteosat.
    Elaborazione delle immagini digitali: visualizzazione, sintesi a colori e a falsi colori delle immagini multispettrali, look-up-tables (LUT). Istogrammi di frequenza. Elaborazioni lineari e non lineari, correzioni geometriche (metodi di trasformazione e ricampionamento), correzioni atmosferiche e radiometriche, il miglioramento del contrasto delle immagini mediante la modifica degli istogrammi (contrast stretching, stiramento o accentuazione del contrasto), level slicing. Trasformazioni radiometriche puntuali e locali; tecniche di ricampionamento radiometrico (del prossimo più vicino, bilineare, bicubico). Trasformazioni lineari e non delle immagini in singola banda, registrazione geometrica di immagini, correzioni radiometriche, modifica degli istogrammi, filtri con finestre mobili, filtri di Fourier. Trasformazioni multispettrali, algebra delle bande, indici di vegetazione, componenti principali, tasseled cap (berretto con fiocco), classificazione. Principi di classificazione manuale e semiautomatica delle immagini per la costruzione delle mappe tematiche, la classificazione e il riconoscimento delle forme, la clusterizzazione e la classificazione non supervisionata, classificazione supervisionata. Principali software per l’elaborazione delle immagini.
    Telerilevamento nelle microonde: il concetto del rilievo RADAR, equazione radar, umidità e rugosità delle superfici, meccanismi di risposta dei suoli all’onda radar. Il radar a visione laterale SLAR (Side Looking Radar) e il radar ad antenna sintetica (SAR), la risoluzione geometrica, l’interferometria radar, cenni sull' interferometria differenziale SAR (DINSAR). Principali applicazioni della tecnologia radar da aereo e da satellite.
    Sistema satellitare GPS: i sistemi NAVSTAR GPS, GLONASS, GNSS, EGNOS, cenni sul sistema europeo GALILEO. Sezioni spaziale, di controllo ed utenza. Struttura del segnale. Pseudoranges ed equazioni di navigazione, carrier phases, code-phase positioning. Errori sistematici, influenza della ionosfera e della troposfera nelle misure, effetti relativistici. GPS differenziale, differenze singole, doppie e triple, DGPS e RTK. Rilievi in modalità statica, statica veloce, pseudostatica, cinematica. Compensazione delle misure, accuratezza e GDOP. Il sistema cartografico mondiale UTM-WGS84, la rete IGM 95. Principali applicazioni.
    Fotogrammetria: principi e fondamenti analitici; strumenti di presa aerea e terrestre, parametri di orientamento interno ed esterno di un fotogramma, equazioni fondamentali di collinearità della fotogrammetria analitica, scala media dei fotogrammi, rapporto tra scala fotogramma e scala carta, piano delle prese, quota di volo fotogrammetrico, ricoprimento longitudinale dei fotogrammi, equazione del cinederivometro, il trascinamento dell' im¬magine. Reti di inquadramento, di raffittimento e rete dei punti d’appoggio. La restituzione fotogrammetrica: concetti e definizioni, apparati di restituzione, orientamento interno, raggi omologhi, parallasse lineare e d’altezza, orientamento relativo, orientamento assoluto. Post-ricognizione. Congruenze geometriche, editing grafico, disegno e files di consegna. Caso normale della restituzione. Triangolazione aerea a stelle proiettive. Concetti e definizioni di fotogrammetria digitale, definizione del pixel, analisi geometriche e radiometriche, contrasto, potere risolvente, classificazione manuale e semiautomatica, ortofoto digitali, prese dai satelliti SPOT. Cenni sul laser scanner aerotrasportato e terrestre.
    Telerilevamento ed energia termica: proprietà termiche degli oggetti, geometria delle immagini, sistemi di scansione, tecniche di interpretazione.
    Interpretazione dei dati ed applicazioni del telerilevamento: significato della interpretazione, applicazioni territoriali, la costruzione di mappe numeriche e tematiche. Classificazione dei suoli; mappe dell' umidità superficiale. Applicazioni in Geologia ed in Idrogeologia. Classificazione dei tipi di copertura vegetale. Controllo dell' inquinamento delle acque. Impiego della termografia aerea o da satellite per lo studio della circolazione di estese superfici d'acqua. Impiego della termografia per controllo delle opere d' arte.
    Analisi geometriche e radiometriche di immagini digitali: principali elaborazioni geometriche e radiometriche di immagini digitali. Analisi di problemi ambientali mediante l'uso del telerilevamento: approccio metodologico nello studio di un problema di natura ambientale (generalmente vengono presentati diversi temi su di cui gli allievi sperimenteranno le nozioni teorico-pratiche acquisite).
    Rappresentazione numerica delle carte: elementi costitutivi di una carta numerica, archiviazione dei dati di tipo "raster" e di tipo "vettoriale" con algoritmi di conversione, GRID/TIN. Formato raster: TIFF, BITMAP, compressione dati, modelli a celle (celle geografiche, metriche, Quadtree). Formato vettoriale: modello topologico, modello TIN. Digitalizzazione di cartografia esistente, georeferenziazione di informazioni territoriali. Accuratezza geografica, accuratezza degli attributi, consistenza logica, risoluzione, completezza, consistenza temporale, accessibilità.
    Modelli digitali del terreno: definizione, acquisizione, elaborazione ed archiviazione di un DTM; stima dei volumi, curve di livello, mappe di visibilità, carte delle pendenze. Cartografia catastale particellare, il sistema di trasferimento dati (formato NTF) del Catasto Italiano.
    Applicazioni del Telerilevamento e della Cartografia Numerica all’ Ambiente e il Territorio: agricoltura e foreste, geologia, idrologia, urbanistica, oceanografia, vulcanologia. Analisi di software disponibili.
    Componenti di un SIT: hardware, software e caratteristiche (flessibilità, modularità e integrabilità), banche dati, personale; rassegna dei principali programmi GIS, "ArcGIS Desktop (ESRI) ed i tre livelli funzionali ArcView, ArcEditor, ArcInfo", MapInfo, GRASS, Intergraph; fonti di acquisizione dei dati, qualità dei dati, sistemi GIS integrati (IGIS).
    Modello dei dati: tabelle, attributi e dati alfanumerici, relazioni, il database (DBMS, DataBase Management System), il database relazionale (RDBMS, Relational DataBase Management System) ed il geodatabase relazionale (GeoRDBMS); primitive geometriche (punti, linee, poligoni) dei dati vettoriali, oggetti (features); primitive geometriche topologiche (nodo, arco, area), geometria imperfetta, operazioni topologiche, geometria perfetta, il livello topologico dell’ informazione spaziale, tabelle per le relazioni spaziali topologiche tra le primitive, modelli topologici, regola di Eulero; dati raster e modelli digitali tridimensionali; metadati.
    Georeferenziazione: sistemi di riferimento geodetici mondiali e nazionali, proiezioni cartografiche, trasformazioni planimetriche e tridimensionali, stima minimi quadrati dei parametri di trasformazione, georeferenziazione di files vettoriali e di immagini raster.
    Analisi Spaziale: definizioni e caratteristiche dei livelli informativi (Layers) e dei documenti di stampa (Layout), interrogazioni (Query), il linguaggio non procedurale SQL (Structured Query Language), struttura base di una query SQL, query aspaziale degli attributi, query spaziale con varie modalità di selezione, creazione di aree o zone di rispetto (Buffer), buffering su uno o due lati e a distanza costante, sovrapposizione (Overlay) di layers; interpolazione spaziale, puntuale, metodo del punto più vicino, metodo lineare, interpolazione non lineare, areale, DEM e DTM; Map Algebra per layers raster, operatori locali, zonali, focali e globali.
    GIS e Geostatistica: introduzione, metodi globali e locali di interpolazione, superfici di trend, poligoni di Thiessen, media mobile, variabili regionalizzate, il variogramma, il kriging, Geostatistica multivariata, il kriging fattoriale, simulazione stocastica, errori nella classificazione.
    Il software ArcGIS Desktop/ESRI: struttura, rassegna delle potenzialità e funzionalità dei Moduli (o applicazioni integrate) e delle Estensioni; il modulo ArcCatalog, comandi principali, menu e toolbar, strumenti operativi di Geoprocessing (mediante i tools CLIP, SELECTION, INTERSECT, UNION, BUFFER, DISSOLVE) nel menu ARC TOOLBOX, navigazione, ricerca, gestione, creazione ed organizzazione dei dati alfanumerici e geografici, compilazione, gestione e visualizzazione dei metadata mediante la scheda METADATA, schematizzazione (nuovi layers, shapefiles, insiemi di shapefiles o feature class) dei Geodatabase nella sezione CATALOG TREE con visualizzazione mediante le schede CONTENTS e PREVIEW. Il modulo ArcMap, i comandi principali, produzione di cartografia, esecuzione di analisi ed editing dei dati geografici, i file MXD del progetto GIS e i file MXT dei layout di stampa, editing dei files vettoriali SHP (Shapefiles), tabella dei contenuti TOC con le modalità DISPLAY, SOURCE e SELECTION, visualizzazione dei dati in modalità DATA VIEW per i layers e LAYOUT VIEW per i layout, contenuti, strumenti e comandi del main menu (FILE, EDIT, VIEW, INSERT, SELECTION, TOOLS, WINDOWS, HELP), comandi della toolbar STANDARD, realizzazione di query con il comando PROPERTIES alla voce DEFINITION QUERY, redazione di Carte Tematiche alla voce SYMBOLOGY (con le modalità FEATURES, CATEGORIES, QUANTITIES, CHARTS), scelta dei simboli per gli oggetti con la finestra SYMBOL SELECTOR, realizzazione delle tabelle degli attributi con il comando OPEN ATTRIBUTE TABLE, generazione di tabelle riassuntive con il comando SUMMARIZE, modifica della struttura delle tabelle con l’ inserimento o eliminazione di campi (fields) mediante il toolset FIELD, collegamento tra tabelle con le modalità JOIN e RELATE . Il modulo ArcGlobe, visualizzazione ed analisi veloce di elevate estensioni di dati mosaicati. Il modulo ArcReader per consultare e stampare mappe. Il Modulo ArcScen per la visualizzazione 3D dell’ informazione geografica. L’ estensione Spatial Analyst, conversione dati vettoriali in raster e viceversa, generazione di buffer, mappe di densità, linee di isovalore, carte delle pendenze e delle ombreggiature, analisi di dati grid e riclassificazione di dati raster. L’estensione Publisher, pubblicazione di dati e mappe con la generazione di un file PMF da un documento di ArcMap. L’ estensione Network Analyst per analisi spaziali basate sulla ricerca dei percorsi e sulle reti geografiche. L’ estensione ArcScan, conversione di dati raster in vettoriali e per l’ editing di raster. L’estensione Geostatistical Analyst, strumenti statistici per la modellazione e la generazione avanzata di superfici. L’estensione 3D Analyst, visualizzazione e analisi tridimensionale, costruzione di TIN e DEM. L’ estensione Tracking Analyst, visualizzazione e analisi temporale di dati. Altre estensioni di ArcGIS.
    Applicazioni: approccio metodologico per la redazione e gestione di SIT inerenti temi e problematiche dell’ Ambiente e il Territorio. Obiettivi, Banche dati disponibili ed acquisibili, Fasi operative.


    Testi di riferimento :

    • E. Amadesi : "Manuale di Fotointerpretazione". Ed. Pitagora, Bologna, 1993.
    • American Society of Photogrammetry : "Manual of Remote Sensing", Vol.I e II, Ed. R.N. Colwell, 1983.
    • G. Biallo: Introduzione ai Sistemi Informativi Geografici", Edizioni MondoGIS, Roma, 2005.
    • Biasini, R. Galetto, P. Mussio, P. Rigamonti: "La Cartografia e i Sistemi Informativi per il Governo del Territorio", IASM, Franco Angeli Editore, Milano, 1983.
    • M Boffi : "Scienza dell’ informazione geografica, introduzione ai GIS", Zanichelli, 2004.
    • P.A. Brivio, G.M. Lechi, E. Zilioli : "Principi e metodi di Telerilevamento", CittàStudi Edizioni, Grugliasco (TO), 2006.
    • Campbell : "Introduction to remote sensing", Guilford, New York, 1987.
    • C. Cambursano : "Cartografia Numerica", Ed. Progetto Leonardo, Bologna, 1997.
    • A.P. Cracknell, L.W.B. Hayes : "Introduction to remote sensing", Taylor & Francis, 1991.
    • A. Dermanis, L. Biagi : "Telerilevamento. Informazione territoriale mediante immagini da satellite", Casa Editrice Ambrosiana, Milano, 2006.
    • C. Elachi : "Introduction to the physics and techniques of remote sensing", John Wiley & Sons, 1987.
    • G. Fangi : "Note di fotogrammetria", CLUA edizioni, Ancona, 1997.
    • S. Fotheringham, P. Rogerson: "Spatial Analysis and GIS", Taylor & Francis Group, London (UK), 2002.
    • F. Guzzetti, A. Selvini : "Fotogrammetria Generale", UTET, Torino.
    • F.Guzzetti, A. Selvini : “Cartografia generale tematica e tumerica”, UTET, Torino, 1999.
    • B. Hofmann Wellenhof, H. Lichtenegger, and J. Collins : “GPS, Teory and Pratice”, Fifth revised edition, Springer Verlag, Wien New York, 2001.
    • M. Kennedy: "Introducing Geographic Information Systems with ArcGIS", Jhon Wiley & Sons, Inc., 2006.
    • Kraus, K. : "Fotogrammetria", (Traduz. S. Dequal), Levrotto & Bella. Torino, 1994.
    • J. Lee, D. W.S. Wong: "Statistical Analysis with ArcView GIS", Jhon Wiley & Sons, Inc., 2001.
    • A. Leick : "GPS Satellite Surveying", Jhon Wiley & Sons, Inc., 1996.
    • F. Migliaccio . “Cartografia Tematica ed Automatica”, Libreria Clup, Milano,2001.
    • P. Mogorovich: "I quaderni di MondoGIS, l’ evoluzione della geografia, la Topologia", Edizioni MondoGIS, Roma, 2004.
    • Patera, P. Napolitano: "Dall’ Acclività allo Zenit, Dizionario dei termini GIS Inglese-Italiano", Edizioni MondoGIS, Roma, 2004.
    • Dispense del docente quale supporto ai libri di testo su elencati, Appunti delle lezioni e Fotoco¬pie reperibili presso i centri stampa nei dintorni
    della Facoltà.

    English

    Teaching language

    ITALIAN

    Contents

    In the first part of the course the main theoretical and practical concepts are given: the modern methodologies of acquisition and extraction of geometric, radiometric and spectral information from data acquired from aerial or satellite platforms; the representation and updating of metric information, photogrammetry, GPS, SAR, medium and high resolution satellite images. The representation of the territory carried out by means of "Numerical Papers", thus provides basic supports useful for the activity of the engineer in the design and management of works on the territory. In the second part, the course aims to learn the principles, concepts, notions, methods and basic tools on Territorial Information Systems (SIT), to enable students to be able to face and solve problems related to the management of 'Environment that the representation of the Territory, for its proper analysis, planning and management; these results will be achieved through the use of geo-referenced geographical spatial data overlapping and structured into single-themed information levels, in order to create "Synthetic Papers" of synthesis obtained by logical combination, useful for both planning and process management. decision-making concerning natural environmental and territorial resources. Lastly, the course includes the acquisition of a good degree of knowledge and dexterity of a GIS software package on data coming from databases of various extractions.

    Textbook

    P.A. Brivio, G.M. Lechi, E. Zilioli: "Principles and methods of remote sensing", CittàStudi Edizioni, Grugliasco (TO), 2006.
    Campbell: "Introduction to remote sensing", Guilford, New York, 1987.
    C. Cambursano: "Numerical Cartography", Ed. Leonardo Project, Bologna, 1997.
    A. Dermanis, L. Biagi: "Remote sensing, Territorial information through satellite images", Casa Edit.Ambrosiana, Milan, 2006.
    C. Elachi: "Introduction to the physics and techniques of remote sensing", John Wiley & Sons, 1987.
    B. Hofmann Wellenhof, H. Lichtenegger, and J. Collins: "GPS, Teory and Pratice", Springer Verlag, Wien New York, 2001.
    Kraus, K.: "Photogrammetry", (Traduz S. Dequal), Levrotto & Bella. Turin, 1994.

    Notes from the lessons are made available by the teacher.

    Training objectives

    The course has different aims as educational objectives: the first is that of 'processing a' satellite image for the establishment of a database containing correct metric and qualitative information of areas of territory, the second is to acquire a good degree of knowledge and dexterity of ESRI's ArcGIS software for the purpose of drafting a "Thematic Map" on data coming from databases of various extractions.

    Prerequisite

    Notions acquired in the teaching of "Topography" of the Three-year Degree Course

    Teaching methods

    Frontal teaching and assistance in drafting the works.
    Technical exhibitions are planned on the processing of digital satellite images and on the use of GIS.

    Evaluation methods

    Discussion on the papers and oral questions on the topics of the course

    Course Syllabus

    Detailed program of the course "Remote Sensing and Geographic Information Systems"

    Introduction: definitions, purposes, problems, methods and characteristics of Remote Sensing, SIT (Geographic Information Systems) and GIS (Geographic Information System), principles of Thematic Cartography-
    Theoretical foundations: the basic definitions; notes on the nature and physics of electromagnetic energy: electromagnetic field and Maxwell equations. The electromagnetic spectrum: diagram, the spectral windows (the optics and the radar) of the remote sensing. Radiometry and Photometry. Spectral and non radiometric quantities: radiant energy or electromagnetic radiation, radiant flux, radiant intensity, radiant flux density at a surface, exitance, irradiance, radiance, reflectivity (or reflectance), transmissivity, absorption, emissivity. Radiometric instruments (radiometers). Photometric quantities: light energy, luminous flux, light intensity, luminous flux density at a surface, luminous exitance, illuminance, luminance. Photometric instruments (photometers). Radiometry-photometry conversion. The main physical laws of electromagnetic radiation, real surfaces and surfaces of black body, laws of Planck, Stefan-Boltzmann, Wien, Kirchhoff. The Sun and the Earth as natural sources of electromagnetic energy, solar constant. Optical properties of the atmosphere and its constituents: absorption; refraction; scattering or single diffusion of Mie, multiple of Rayleigh and non-selective; gas and aerosol behavior, optical thickness of the atmosphere (optical thicness), atmospheric transmittance and attenuation coefficient (or extinction coefficient); the greenhouse effect; the color of the sky. Interactions between energy and matter: geometry of radiation and radiative transport, Lambertian surface, interaction models; main mechanisms of emission, reflection and transmission. Spectral signature. Spectral characteristics of natural surfaces: interactions with the atmosphere; water, snow and ice; soils and rocks; the vegetation.
    Data acquisition: features of observation systems, elements of geometric optics, digital images, pixel definition, geometric, radiometric, spectral and temporal resolutions, competition between the different resolutions. Digital cameras, digital scanners, the MIVIS scanner; vision of colors and shapes, visible light and colorimetry. Observation and measurement instruments, detectors and their characteristics, multispectral and hyperspectral sensors, optical systems, electrical detectors, CCD detectors, passive digital scanning systems (scanners), matrix systems (detectors) and their characteristics, notes on active systems Radar and scanning laser. Data recovery platforms: equipped aircraft; artificial satellites, main orbital features, the Landsat satellite system and RBV, MSS, TM, ETM and ETM + sensors; the SPOT satellite system and the HRV, HRVIR and Vegetation (VGT) sensors; meteorological and oceanographic satellites. Main high resolution satellites: Ikonos, QuickBird, Eros; other satellites for Earth observation: Envisat, NOAA, OrbView, QuickScat, EOS, ERS, Radarsat. The Meteosat series satellites.
    Digital image processing: visualization, color and false-color synthesis of multispectral images, look-up-tables (LUT). Frequency histograms. Linear and non-linear processing, geometric corrections (transformation and resampling methods), atmospheric and radiometric corrections, improved image contrast by modifying histograms (contrast stretching, stretching or accentuation of the contrast), level slicing. Punctual and local radiometric transformations; radiometric resampling techniques (of the nearest, bilinear, bicubic neighbor). Linear and non linear image transformations, geometric image registration, radiometric corrections, modification of histograms, filters with floating windows, Fourier filters. Multispectral transformations, band algebra, vegetation indices, main components, tasseled cap (cap with bow), classification. Principles of manual and semi-automatic classification of images for the construction of thematic maps, classification and recognition of shapes, clustering and unsupervised classification, supervised classification. Main software for image processing.
    Remote sensing in microwaves: the concept of RADAR survey, radar equation, humidity and roughness of surfaces, mechanisms of soil response to the radar wave. Side-view radar (SLAR) and a synthetic antenna radar (SAR), geometric resolution, radar interferometry, and SAR differential interferometry (DINSAR). Main applications of aircraft radar technology.
    GPS satellite system: NAVSTAR GPS, GLONASS, GNSS, EGNOS systems, overview of the European GALILEO system. Spatial, control and user sections. Signal structure. Pseudoranges and navigation equations, carrier phases, code-phase positioning. Systematic errors, influence of the ionosphere and the troposphere in measurements, relativistic effects. Differential GPS, single, double and triple differences, DGPS and RTK. Reliefs in static mode, fast static, pseudo-static, kinematics. Measurement compensation, accuracy and GDOP. The world cartographic system UTM-WGS84, the IGM 95 network. Main applications.
    Photogrammetry: analytical principles and foundations; aerial and terrestrial gripping instruments, parameters of internal and external orientation of a frame, fundamental equations of collinearity of analytic photogrammetry, average scale of the frames, ratio between photogrammetric scale and paper scale, plane of the sockets, photogrammetric flight altitude, longitudinal covering of the frames, equation of the cinederivometer, the dragging of the image. Networks of classification, of refinement and network of points of support. Photogrammetric restitution: concepts and definitions, return devices, internal orientation, homologous radii, linear and height parallax, relative orientation, absolute orientation. Post-survey. Geometric congruences, graphic editing, drawing and delivery files. Normal return case. Aerial triangulation with projective stars. Concepts and definitions of digital photogrammetry, pixel definition, geometric and radiometric analysis, contrast, resolving power, manual and semiautomatic classification, digital orthophotos, taken from SPOT satellites. Notes on airborne and terrestrial laser scanners.
    Remote sensing and thermal energy: thermal properties of objects, image geometry, scanning systems, interpretation techniques.
    Interpretation of data and applications of remote sensing: meaning of interpretation, territorial applications, the construction of numerical and thematic maps. Classification of soils; maps of surface moisture. Applications in Geology and Hydrogeology. Classification of types of plant cover. Control of water pollution. Use of aerial or satellite thermography for the study of the circulation of large areas of water. Use of thermography for the control of works of art.
    Geometric and radiometric analysis of digital images: main geometrical and radiometric elaborations of digital images. Analysis of environmental problems through the use of remote sensing: methodological approach in the study of an environmental problem (generally several topics are presented on which the students will experiment the theoretical and practical notions acquired).
    Numerical representation of the cards: constituent elements of a numeric paper, archiving of the "raster" and "vector" type data with conversion algorithms, GRID / TIN. Raster format: TIFF, BITMAP, data compression, cell models (geographic cells, metrics, Quadtree). Vector format: topological model, TIN model. Digitization of existing cartography, georeferencing of spatial information. Geographical accuracy, accuracy of attributes, logical consistency, resolution, completeness, temporal consistency, accessibility.
    Digital terrain models: definition, acquisition, processing and archiving of a DTM; estimate of volumes, level curves, visibility maps, slope maps. Particular cadastral cartography, the data transfer system (NTF format) of the Italian Land Registry.
    Applications of Remote Sensing and Numerical Cartography to the Environment and the Territory: agriculture and forests, geology, hydrology, urban planning, oceanography, volcanology. Analysis of available software.
    Components of a SIT: hardware, software and features (flexibility, modularity and integrability), databases, personnel; review of the main GIS programs, "ArcGIS Desktop (ESRI) and the three functional levels ArcView, ArcEditor, ArcInfo", MapInfo, GRASS, Intergraph; sources of data acquisition, data quality, integrated GIS systems (IGIS).
    Data model: tables, attributes and alphanumeric data, relations, the database (DBMS, DataBase Management System), the relational database (RDBMS, Relational DataBase Management System) and the relational geodatabase (GeoRDBMS); geometric primitives (points, lines, polygons) of vector data, objects (features); topological geometric primitives (node, arc, area), imperfect geometry, topological operations, perfect geometry, topological level of spatial information, tables for topological spatial relations between primitives, topological models, Euler rule; raster data and three-dimensional digital models; metadata.
    Georeferencing: global and national geodetic reference systems, cartographic projections, planimetric and three-dimensional transformations, minimum square estimation of transformation parameters, georeferencing of vector files and raster images.
    Spatial Analysis: definitions and characteristics of the information layers (Layers) and of the printing documents (Layout), queries (Query), the non procedural language SQL (Structured Query Language), basic structure of an SQL query, aspatial query of the attributes, queries spatial with various modes of selection, creation of areas or areas of respect (Buffer), buffering on one or two sides and at a constant distance, overlaying (layers); spatial interpolation, punctual, nearest point method, linear method, nonlinear interpolation, areal, DEM and DTM; Map Algebra for raster layers, local, zonal, focal and global operators.
    GIS and Geostatistics: introduction, global and local interpolation methods, trend surfaces, Thiessen polygons, moving average, regionalized variables, variogram, kriging, multivariate geostatistics, factorial kriging, stochastic simulation, classification errors.
    ArcGIS Desktop / ESRI software: structure, overview of the potentials and functionality of Modules (or integrated applications) and extensions; the ArcCatalog module, main commands, menus and toolbars, Geoprocessing operating tools (using the tools CLIP, SELECTION, INTERSECT, UNION, BUFFER, DISSOLVE) in the ARC TOOLBOX menu, navigation, search, management, creation and organization of alphanumeric and geographical data , compilation, management and visualization of metadata by means of the METADATA tab, schematization (new layers, shapefiles, sets of shapefiles or feature class) of the Geodatabases in the CATALOG TREE section with visualization through the CONTENTS and PREVIEW tabs. The ArcMap module, the main commands, cartography production, analysis and editing of geographical data, MXD files of GIS project and MXT files of print layouts, editing of SHP (Shapefiles) vector files, table of TOC contents with DISPLAY, SOURCE and SELECTION modes, data visualization in DATA VIEW mode for layers and LAYOUT VIEW for layouts, contents, tools and commands of the main menu (FILE, EDIT, VIEW, INSERT, SELECTION, TOOLS, WINDOWS, HELP), STANDARD toolbar commands, querying with the PROPERTIES command under DEFINITION QUERY, writing thematic maps under SYMBOLOGY (with FEATURES, CATEGORIES, QUANTITIES, CHARTS modes), choosing symbols for the objects with the SYMBOL SELECTOR window, realization of the attribute tables with the OPEN ATTRIBUTE TABLE command, generating summary tables with the SUMMARIZE command, changing the table structure with the insertion or deletion and fields (fields) using the FIELD toolset, linking tables with JOIN and RELATE modes. The ArcGlobe module, fast visualization and analysis of large extensions of mosaic data. The ArcReader module for consulting and printing maps. The ArcScen Module for the 3D visualization of geographical information. Spatial Analyst extension, vector data conversion in raster and vice versa, buffer generation, density maps, isovalue lines, slope and shadow maps, grid data analysis and raster data reclassification. The Publisher extension, publishing data and maps with the generation of a PMF file from an ArcMap document. The Network Analyst extension for spatial analysis based on path search and geographic networks. The ArcScan extension, conversion of raster data into vector and for raster editing. The Geostatistical Analyst extension, statistical tools for modeling and advanced surface generation. The 3D Analyst extension, visualization and three-dimensional analysis, construction of TIN and DEM. Extension Tracking Analyst, visualization and temporal analysis of data. Other ArcGIS extensions.
    Applications: methodological approach for the drafting and management of SIT related to issues and issues of the Environment and the Territory. Objectives, available and acquirable databases, operational phases.

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