2 Breve storia del telerilevamento

2 Breve storia del telerilevamento

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Iltelerilevamento si può dire che ha inizio nel 1840 quando le mongolfiere acquisirono le prime immagini del territorio con la macchina fotografica appena inventata. Probabilmente alla fine dell'ultimo secolo la piattaforma più nuova era la rinomata flotta di piccioni che operava come novità in Europa.

La fotografia aerea diventò uno strumento riconosciuto durante la Prima Guerrra Mondiale e lo fu a pieno durante la Seconda. L'entrata ufficiale dei sensori nello spazio cominciò con l'inclusione di una macchina fotografica automatica a bordo dei missili tedeschi V-2 lanciati dalle White Sands, NM. L'avvento dello Sputnik nel 1957 rese possibile il montaggio di macchine da ripresa su navicelle in orbita. I primi cosmonauti e astronauti documentavano con riprese dallo spazio la circumnavigazione del globo. I sensori che acquisivano immagini in Bianco e Nero sulla Terra vennero montati su satelliti metereologici a partire dal 1960. Altri sensori sugli stessi satelliti potevano poi eseguire sondaggi o misure atmosferiche su una catena di rilievi.

Il telerilevamento raggiunse una successiva maturità, con sistemi operativi per l'acquisizione di immagini sulla Terra con una certa periodicità, nel 1970 con strumenti a bordo dello Skylab (e più tardi dello Space Shuttle) e su Landsat, il primo satellite espressamente dedicato al monitoraggio di terre e oceani allo scopo di mappare risorse culturali e naturali. Un sistema radar per l'acquisizione di immagini è stato il primo sensore a bordo di Seasat e negli anni ' 80 una varietà di sensori specializzati, CZCS, HCMM, e AVHRR tra questi, vennero messi in orbita come progetti di ricerca o fattibilità.
Il primo sistema radar non-militare fu lo Shuttle Imaging Radar SIR-A montato dal JPL a bordo dello Space Shuttle nel 1982. Altre nazioni realizzarono poi altri sensori simili o con distinte capacità. A partire dal 1980 il Landsat è stato privatizzato ed in diverse nazioni, tra cui Francia, Stati Uniti, Russia e Giappone, ha avuto inizio un utilizzo più vasto e commerciale del telerilevamento.

Per stimolare la vostra curiosità vi mostreremo ora una delle prime immagini Landsat che generò forte interesse nell'utilizzo dei satelliti per il monitoraggio della Terra. La scena qui sotto viene dal Landsat 1 e raffigura il centro Nord dello Utah ripreso 15 giorni dopo il lancio (7 Agosto 1972). Il lato destro dell' immagine è in rosso brillante - il colore tipico di foreste fitte e terreni erbosi in una composizione in falsi colori in cui al rosso viene associata la vegetazione sana che riflette molto nel vicino infrarosso (guarda le sezioni successive per comprendere l'assegnazione dei colori in base alle risposte). L'area rossa sulla destra coincide con le alte montagne del Wasatch che si ergono ad Est dei deserti (nei toni di grigio) dello Utah occidentale.

Altre piccole chiazze rosse indicano le terre agricole delle piane del deserto. Il Grande Lago Salato occupa parte della scena in alto (guardando attentamente potrete vedere una leggera differenza di tono lungo un bordo dritto e netto; ciò è dovuto ad un'interruzione di circolazione dell'acqua dalle rete ferroviaria dell'Unione Pacifica). Il Lago Utah (più blu a causa del silt) si trova a sud di questo. L'area metropolitana della città di Salt Lake si distingue nell'immagine (vi sfidiamo a trovarla). Questa immagine ovviamente è una ripresa verticale.

Per rendervi familiare questo tipo di vista sulla Terra, vi aggiungiamo una veduta quasi orizzontale della città e del Fronte Wasatch ad Est: provate a mettere in relazione questa prospettiva obliqua con il suo aspetto ripreso dal Landsat.

 

Elenchiamo qui i principali satelliti messi in orbita da diverse nazioni (specificate tra parentesi) insieme alle date in cui il primo (e alcune volte l'unico) venne lanciato. 

Gruppo 1 - Osservazione della terra: Landsat II (1- 7) (1973); Seasat (1978); HCMM (1978); SPOT (Francia) (1- 5) (1986); RESURS (Russia) (1985); (1A-1D) (India) (1986); ERS (1-2) (1991); JERS (1-2) (Giappone) (1992); Radarsat (Canada) (1995); ADEOS (Giappone) (1996) (Note: SIR-A (1981), SIR-B (1984), e SIR-C (1994) sono sistemi radar a bordo dello Space Shuttles), OrbView (USA/OrbImage) (1-3) (1995), IKONOS (USA/Space Imaging) (1999), CBERS (1-2) (Cina-Brasile) (1999), KOMPSAT (Corea) (1999), Terra (EOS AM-1) (USA/Japan) (1999), EROS-A (Israele/Imagesat) (2000), Quickbird (USA/DigitalEarth) (2001), ENVISAT -1 (ESA) (2002),.DMC (AISAT-1, NigeraSat-1, BILSAT and BNSCsat) (Algeria, Cina, Nigeria, Turchia e Gran Bretagna) (2002-2003), ICESat (USA) (2003), ALOS (Giappone) (2006), TerraSAR-X (Germania) (2007).

Gruppo 2 - Osservazione Meteo: TIROS (1-9) (1960); Nimbus (1-7) (1964); ESSA (1-9) (1966); ATS(g) (1-3) (1966); DMSP serie I (1966); la serie Russa Kosmos (1968) e Meteor (1969); serie ITOS (1970); SMS(g) (1975); serie GOES(g) (1975); NOAA (1-5) (1976); serie DMSP 2 (1976); serie GMS (Giappone) 9 (1977); serie Meteosat (g) (1-7) (Europa) (1978); serie TIROS-N (1978); Bhaskura (India) (1979); NOAA (6-18) (1982); Insat serie I (India) (-1A, -1B, -1C, -1D) (1983); ERBS (1984); MOS (Giappone) (1987); serie DMSP F (8-16) (1987), UARS (1991); Insat serie II (India) (-2A, -2B, -2C, -2D, 2E) (1992), GOMS (g) (Russia) (1994), TRMM (U.S./Giappone) (1997), Insat serie III (-3A) (India) (2003), MSG-1 (Meteosat Seconda Generazione) (Europa) (2004) (Nota 1: g = geostazionario).

Gruppo 3 - Di maggiore utilizzo in Oceanografia: Seasat (1978); Nimbus 7 (1978) incluso il CZCS, Coastal Zone Color Scanner che misura la concentrazione di clorofilla in acque marine; Topex-Poseidon (1992); SeaWiFS (1997), JASON 1 (Francia-USA) (2001), Aqua (EOS PM-1) (USA) (2002), Resourcesat-1 (India) (2003).

Questa lunga lista ci convince del fatto che il telerilevamento è diventato uno strumento scientifico e tecnologico fondamentale utilizzato per monitorare le superfici del pianeta e atmosferiche. Infatti considerate che le spese sostenute per l'Osservazione della Terra e di altri pianeti dai primi programmi spaziali hanno superato i 150 miliardi di dollari. La maggior parte di questo denaro è stato utilizzato nelle applicazioni pratiche imperniate sulla gestione delle risorse naturali e ambientali.

Questa tabella in basso riassume i principali utilizzi in 6 discipline.

La letteratura sulla teoria del telerilevamento, gli strumenti e le applicazioni è attualmente vasta, comprese riviste e atti di numerose conferenze e meetings. I grandi progressi nell'elaborazione di immagini al computer, e specie adesso la capacità dei personal computers di elaborare e gestire grosse quantità di dati, hanno reso possibile l'accesso di queste osservazioni satellitari alle università, agenzie gestionali, piccole compagnie di carattere ambientale, e anche privati. 
Lo sviluppo concorrente e la crescita dei Sistemi Informativi Geografici ha fornito un significativo aiuto all'integrazione dei dati telerilevati con altri tipi di dati spaziali. L'approccio GIS è adatto alla raccolta, integrazione ed analisi di informazioni che hanno valore pratico in molti settori di supporto alle decisioni nella gestione risorse, e nel controllo ambientale. 
La necessità di sviluppare sistemi di monitoraggio per l'osservazione dei cambiamenti nell'uso del suolo, la ricerca e la protezione delle risorse naturali e di tracciare le interazioni tra biosfera, atmosfera, idrosfera e geosfera sono diventate di prioritaria importanza per i manager, politici e le popolazioni nelle nazioni sviluppate e in via di sviluppo.

Glossario

Landsat
Abbreviazione di Land Satellite. Questo termine indica sia un programma della NASA per lo studio delle risorse terrestri mediante l'uso di satelliti artificiali, sia una serie di satelliti, 7 al 1986, dedicati a questo programma. I primi tre utilizzavano la stessa piattaforma e lo stesso carico utile costituito dai sistemi MSS - Multispectral Scanner System - e RBV - Return Beam Vidicon. Il Landsat 5 è tuttora operativo. Landsat 4, 5 e 6, rappresentano una evoluzione della piattaforma e del carico utile che è costituito dal sistema MSS come nei precedenti e dal TM - Thematic Mapper. L’ultimo satellite della serie, Landsat 7, ha a bordo una versione migliorata del TM chiamata Enhanced Thematic Mapper Plus (ETM+), con una banda (pancromatica) in più rispetto al TM.

AVHRR
Sigla che identifica il particolare sistema di ripresa utilizzato a bordo dei satelliti della serie NOAA. è uno scanner meccanico che realizza la ripresa della scena trasversalmente rispetto al movimento della piattaforma

Radar
Acronimo di Radio Detection And Ranging, Rilevamento e misura delle distanze per mezzo di radioelettricità. Tecnica o apparecchiatura - costituita da un trasmettitore, un'antenna e un ricevitore - che invia impulsi di radiazione elettromagnetica di una determinata lunghezza d'onda dell'ordine dei centimetri e raccoglie gli impulsi riflessi dal bersaglio. La tecnica radar viene perciò detta tecnica attiva. L'intervallo di tempo che intercorre tra l'emissione dell'impulso dall'antenna e la sua ricezione, da parte della stessa antenna, permette di misurare la distanza tra l'antenna e il bersaglio.L'analisi dell'intensità della radiazione riflessa dal bersaglio permette di ricavare informazioni circa la natura del bersaglio stesso. Nel telerilevamento la tecnica radar viene usata perché, oltre a fornire informazioni sulla riflettività delle superfici a quella determinata lunghezza d'onda, fornisce anche informazioni relative alla loro costante elettrica e al coefficiente di diffusione

HCMM
"Questo termine indica sia un programma sperimentale della NASA, indicato anche col nome Application Explorer Mission-1 /AEM-1, per lo studio delle risorse terrestri sulla base di dati termici, sia il satellite utilizzato in questa missione. Il satellite, lanciato il 26 Aprile 1978 su un'orbita quasi polare, inclinazione 97,6°, ed eliosincrona ad una quota di 620 km, ha operato fino al 30 Settembre 1980. Il carico utile era costituito dal sistema HCMR. Caratteristica specifica di questo satellite sperimentale era di ripresentarsi sulla stessa zona ad un intervallo di 12 ore con un periodo di 16 giorni. In particolare per le zone comprese tra 40° e 20° di latitudine Nord la stessa area era ripresa alle ore 13.30 del pomeriggio e alle ore 2.30 della notte successiva; per le zone corrispondenti dell'emisfero sud, alle ore 14.30 e 1.30. Queste riprese giorno/notte permettono lo studio dell'inerzia termica apparente, ATI, dei suoli"

SPOT
Serie di satelliti francesi per lo studio delle risorse terrestri, il primo dei quali messo in orbita il 22 Febbraio 1986 col razzo Ariane-2 dalla base di Kourou. Attualmente sono in servizio 3 satelliti SPOT. È costituito da una piattaforma standard progettata per diverse missioni e da un carico utile formato da due sistemi HRV identici (l’HRV è stato sostituito dall’HRVIR, con una banda in più nel vicino infrarosso, sullo SPOT 4 e dall’HRG, a più alta risoluzione, sullo SPOT 5). L'orbita è circolare ed eliosincrona con le seguenti caratteristiche astronomiche: - quota 837 km - inclinazione 98.7 gradi - periodo di rivoluzione 101,46 minuti - ora di passaggio all'Equatore del nodo discendente, ora locale 10:30 - periodo del ciclo di copertura 26 giorni. Gli ultimi sensori della serie, SPOT 4 e 5 hanno a bordo anche un altro sensore indipendente, chiamato VEGETATION, dotato di quattro camere, ognuna dedicata ad una banda del visibile e vicino infrarosso, a bassa risoluzione (1.1665 km) ma con un campo di vista molto più ampio (101° e uno swath largo 2250 km), specifico per gli studi sulla vegetazione su scala globale.

IRS
Sigla che indica una serie di satelliti per lo studio delle risorse terrestri dell'Agenzia Nazionale di Telerilevamento dell' India, NRSA - National Remote Sensing Agency of India. Le caratteristiche orbitali dei satelliti IRS sono simili a quelle dei satelliti Landsat americani, con un'orbita eliosincrona ad una altezza di 904 km e una inclinazione di 99.5-. I satelliti IRS-1A e IRS-1B, lanciati rispettivamente il 17 marzo 1988 e il 29 agosto 1991, montano a bordo due sistemi di sensori simili, LISS-I e LISS-II, ed hanno un periodo del ciclo di copertura di 22 giorni. A bordo dei satelliti IRS-1C e IRS-1D operano invece i sistemi LISS-III, multispettrale con una banda nell'IR medio simile alla banda 5 del Thematic Mapper, e una camera pancromatica, 0.5-0.75 micron, con 10 m di risoluzione e capacità stereoscopiche, che hanno un periodo del ciclo di copertura di 24 giorni, e WiFS con una risoluzione di 188 m ha un ciclo di copertura all'equatore di 5 giorni.

ERS
"La sigla ERS indica una serie di satelliti, ERS-1 e ERS-2, per l'osservazione della superficie terrestre messi in orbita dall'Agenzia Spaziale Europea, ESA - European Space Agency. L'ERS-1, lanciato il 17 luglio 1991 col missile Ariane-4 dalla base di Kourou nella Guiana Francese, ha un carico utile di diversi sistemi il cui cuore è costituito da sensori attivi operanti nelle microonde."

NOAA
I satelliti della serie NOAA, National Oceanic and Atmospheric Administration, hanno un'orbita eliosincrona quasi polare con inclinazione di 99í, una quota di circa 850 km, un periodo di rivoluzione di 102 minuti e compiono 14 rivoluzioni e 1/4 al giorno. Il ciclo di copertura di tutta la Terra dura 9.2 giorni, ma in virtù della larghezza della strisciata, 2600 km, alcune zone vengono osservate ogni 12 ore. Il carico utile è costituito dal sistema a scansione AVHRR.

Meteosat
Satellite meteorologico geostazionario dell'Agenzia Spaziale Europea che è posizionato sopra il Golfo di Guinea all'intersezione tra l'equatore e il meridiano di Greenwich, latitudine 0- e longitudine 0-, a una quota di 35.800 Km. Il Meteosat-1 fu lanciato nel novembre 1977; il Meteosat-2, che lo sostituisce, è operante dal giugno 1981 nell'ambito dell'organizzazione mondiale per la meteorologia. Il sistema di osservazione del Meteosat è costituito da: - 2 radiometri nel visibile, 0.5 - 0.8 micron, risoluzione al suolo di 2.5 x 2.5 Km; - 1 radiometro nell'IR termico, 10.5-12.5 micron, risoluzione al suolo di 5 x 5 Km; -

Scanner
Dispositivo che permette di esplorare una scena striscia dopo striscia, combinando il moto di avanzamento della piattaforma su cui è montato e il moto di oscillazione o di rotazione di uno specchio o di un prisma. L'energia elettromagnetica proveniente dalla scena, attraverso un sistema di ottiche, arriva ai rivelatori che la convertono in un segnale elettrico per ogni striscia esplorata.

Telerilevamento
Insieme di tecniche, strumenti e mezzi interpretativi che permettono l'acquisizione a distanza di informazioni qualitative e quantitative su fenomeni o oggetti, senza entrare in contatto con essi

GIS
"Sistema, basato sul computer, in grado di accettare, elaborare, estrarre e rappresentare tipi diversi di informazioni numeriche relative a un territorio: queste informazioni sono correlate tra loro poiché fanno tutte riferimento a un sistema comune di coordinate."

Sensore
Qualsiasi dispositivo che raccoglie l'energia elettromagnetica proveniente dalla scena e la converte in un segnale elettrico che porta informazioni relative alla scena stessa. Sotto questo termine, per assimilazione, viene anche designata la camera fotografica.

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