ITALIANO

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.

• 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.

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.

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

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

Discussione sugli elaborati e domande orali sugli argomenti del corso

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.

Italian

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.

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.

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

Frontal teaching and assistance in drafting the works.
3Technical exhibitions are planned on the processing of digital satellite images and on the use of GIS.

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