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Shuttle Radar Topography Mission
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Tutto é nel titolo.
La NASA in collaborazione con la NGA (National Geospatial-Intelligence Agency) ha acquisito, con un volo di 11 giorni nel febbraio 2000, una serie di immagini radar con lo scopo di creare un database topografico ad alta risoluzione su tutto il globo terrestre.
Il risultato ottenuto é stato un modello numerico del terreno (DSM) avente risoluzione di 30m/pixel. Purtroppo (ma é già tanto) a noi civili é dato di aver accesso esclusivamente -ma gratuitamente- ad un DSM, avente risoluzione spaziale di circa 90m. Quest’ultimo é organizzato per quadri di 1° x 1° e scaricabili dal sito FTP: ftp://e0mss21u.ecs.nasa.gov/srtm/ ; una manna per chi lavora in regioni non coperte da una cartografia sufficientemente dettagliata, come molte zone dell’Africa, Asia e sud America.
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La tecnica utilizzata, definita Interferometria Radar (vedi qualche DSM nella sezione InSAR), si basa sull’utilizzo di tecniche radar per ricostruire il rilievo. Da un punto di vista pratico, sulla navetta Shuttle sono state imbarcate tre antenne radar, di cui una emittente ed una ricevente installate sulla navetta stessa e una seconda emittente posta all’estremità di un braccio estensibile lungo sino a 60m. La combinazione tra il tempo di invio e di ricezione da parte dei due sensori riceventi l’onda radar riflessa al suolo, la distanza tra gli stessi e la velocità del segnale, hanno dato origine ad un ‘interferogramma’ (vedi immagine a sinistra in basso) cioé un’immagine di interferenza, chiamata anche fringe map, simile a quelle strutture iridescenti che si osservano quando é presente un sottile film di gasolio sulle pozze d’acqua.
Non sto a dilungarmi su questa materia ma se volete approfondimenti andate su questi siti: http://www2.jpl.nasa.gov/srtm/ o http://srtm.usgs.gov/ , presso cui troverete molte risposte alla vostra sete di sapere.
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La risoluzione spaziale di questo DSM (ricordo cioé di 90m/pixel), se non é di grande utilità per territori come il nostro, risulta invece uno strumento rivoluzionario, per compiere analisi di geologia strutturale, geomorfologia, idrogeologia ed altre analisi su zone male o per nulla cartografate.
Cio’ non toglie che ho avuto modo di conoscere “emeriti geomorfologi italiani” che hanno ottenuto finanziamenti per sviluppare progetti per stabilire cartografie del rischio frana in Italia, utilizzando DEM aventi risoluzione di 200m/pixel.... cose da rasentare la follia.
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Se si vuole migliorare la qualità del DSM a fini di analisi idrogeologica (analisi del reticolo idrografico, bacini, morfometria) é possibile estrarre le curve di livello intervallate di 10m-20m, addizionare le linee di cresta, i fondovalle, punti quotati, laghi, ed effettuare una nuova interpolazione per otterene un nuovo modello piu’ corretto ed a maggior risoluzione spaziale. Nelle figure sottostanti un esempio di DEM a 90m ed uno “trattato” per spingerlo ad una risoluzione di 30m.
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Non si tratta di una semplice interpolazione tramite cubic convolution per aumentare la risoluzione del 300%, ma della creazione di un DSM piu’ dettagliato, tramite l’aggiunta di forme del terreno realmente esistenti e che quindi danno un senso al modello finale.
Risulta evidente quindi che piu’ forme aggiungeremo per ri-creare il nostro modello, tanto piu’ esso sarà prossimo alla morfologia reale del territorio; queste ultime dovranno essere estratte da immagini satellitari correttamente georiferite. L’estrazione delle curve di livello ed il rapporto con la cartografia ufficiale a scala 1/50.000 ha confermato la buona qualità del modello ottenuta con questa tecnica. L’utilizzo del DSM per rappresentazioni tridimensionali non é certo da dimostrare; l’immagine in basso corrisponde ad una struttura sinclinalica del Maastrichtiano situata nel bacino di Ouldjet-Mellegue, in Algeria. L’immagine é stata acquisita al satellite Terra-ASTER a risoluzione di 15m.
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In modo analogo ai DSM ASTER, talvolta nei DSM SRTM si rinvengono zone che non sono state coperte dal segnale radar, sia perche’ il rilievo é estremamente accidentato (presenza di ombre) o sia per problemi legati al sensore. Il modello quindi risulta afetto da zone di “no-data” o con valori rappresentati da cifre come -999 o -320000 od altro. Come risolvere il problema?
Nell’immagine sottostante riporto come esempio un DSM di una zona del Pakistan che presenta qualche “leggero” problema;
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E’ chiaro che se non si hanno modelli numerici migliori, bisogna trovare una soluzione per poter sfruttare al meglio questo tipo di immagine.
Associato al DSM SRTM a 90m, la NASA propone anche un DSM avente risoluzione spaziale di 1Km. Questo sarà utilizzato per poter migliorare il nostro DSM.
Una volta ottenuta la copertura relativa alla zona in esame dal sito ftp della NASA é stata usata una maschera per estrarre le informazioni relative all’altitudine che mancano nel modello a piu’ alta risoluzione.
I “pezzi” di DEM sono stati convertiti in punti su ArcGIS, e di conseguenza é stato possibile ottenere una griglia di valori di altitudine (lattice), spaziati di 1Km coprente le zone da interpolare.
Allo stesso tempo, é stata effettuata un digitalizzazione del reticolo idrografico principale e dei talweg di tutta l’area utilizzando immagini satellitari Landsat 7 a 15m di risoluzione. Infine tutto il modello a 90m é stato convertito in una maglia di punti; sarebbe stato possibile comunque anche estrarre le curve di livello spaziate di 10-20m al posto del lattice, ma questo non cambia gran cosa sul risultato finale.
Ci troviamo ora con una serie di informazioni vettoriali quali il reticolo idrografico, una serie di punti relativi al’altitudine di tutta la zona spaziati di 90m ed 1Km, il limite di tutta la zona (rappresentato da un poligono) e alcuni laghetti, anch’essi digitalizzati a partire dalle immagini Landsat.
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Questo set di dati vettoriali é stato introdotto nel modulo che permette di creare dei DEM presente nel modulo di Analisi Spaziale in ArcGIS, e che utilizza l’algoritmo ANUDEM. Il risultato é stato quello di ottenere un modello idrologicamente corretto, omogeneo su tutta le sua estensione e pronto per essere utilizzato per le normali operazione di trattamento d’immagine per scopi cartografici.
Le tecniche di correzione sono svariate e risultati analoghi si possono ottenere impiegando medoti di interpolazione differenti, per esempio con TIN, metodi utilizzanti processi di morfologia matematica ed altro. Il risultato ottenuto é il seguente:
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Club Paleontologico Italiano