Tesi sul tema "Telerilevamento"

Nell'ultimo decennio, il settore agroalimentare e le autorità locali hanno investito in nuove tecnologie per affrontare le crescenti sfide sociali, economiche e ambientali legate al cibo e alla sua sostenibilità. L'intelligenza artificiale (AI) e il Machine Learning (ML) alimentate con dati ad alta risoluzione spaziale e temporale (es. telerilevamento, sensori prossimali, dati meteorologici e mappe del suolo) permettono lo sviluppo di nuovi strumenti in grado di monitorare l'intera catena agroalimentare consentendo a sua volta l'ottimizzazione dei processi produttivi e la loro sostenibilità. In questo studio sono state indagate le tre principali applicazioni del telerilevamento per il monitoraggio delle colture: i) la mappatura delle colture, ii) la stima dei parametri biofisici e iii) la previsione delle rese. Per ognuna di queste tre applicazioni, è stato analizzato un caso studio al fine di approfondire specifici aspetti metodologici necessari allo sviluppo di un sistema di monitoraggio della filiera agroalimentare.
In the last decade, the agri-food sector and local authorities have invested in new technologies to address the growing social, economic, and environmental challenges related to food and its sustainability. Artificial Intelligence (AI) and Machine Learning (ML) fed with high spatial and temporal resolution data (e.g. remote sensing, proximal sensors, weather data and soil maps) enable the development of new tools that can monitor the whole agri-food chain enabling in turn the optimization of production processes and their sustainability. In this study, the three main applications of remote sensing for crop and land monitoring were investigated: i) crop mapping, ii) estimation of biophysical parameters, and iii) yield prediction. In particular, for each of these three applications, some methodological aspects have been analyzed to develop operational solutions for monitoring the agri-food supply chain.

Alluvial plains are characterized by a very low gradient relief and is difficult to detect their morphologies from the terrain. Two methodologies are applied to study the geomorphology of the venetian-friulian plane and the Murghab,s terminal fan (Turkmenistam): analysis of DEMs and remote sensing images, acquired from satellite and aerial platform.. DEMs are the fundamental input of the terrain modeling, but their theory references are relatively poor defined, especially in low gradient area. The use of a methodology (DEM) where the uncertainty always exists, need a synthesis of the conceptual model adopted in this research. The application of a methodology where uncertain is always around the corner is needed to give a synthesis of the conceptual model adopted in this research. The morphometric analyses on an apposite constructed DEM of the Venetian plain, permit the automatic classification of the landforms, with a good level of coherence and detail. Statistical analyses of the curvatures show their strong geomorphic meaning and can help to distinguish the processes that, over time, have generate this complex system. The acquisition and the processing of oblique aerial photographs in the part of friulian-venetian plain, crossed by the roman road via Annia, give new results to investigate the paleohydrology and geoarcheology of this area. Cropmark reveals, with extraordinary clearness, parts of the millenary interaction between natural and human dynamics. Both methods are effective in the study of the geomorphological evolution of the Murghab’s terminal fan. The morphological monotony of the distal part of the fan, clashes with the complexity of the interactions between the processes that regulate their evolution. The appropriate use of both the methodologies, followed by the validate on terrain, can give a substancial contribute to the geomorphological study of alluvial plains.
Le pianure alluvionali si caratterizzano per la debole inclinazione e le morfologie fluviali che le costituiscono risultano difficilmente percepibili sul terreno. In questa ricerca, due metodologie sono applicate allo studio gemorfologico della pianura veneto-friulana e di quella del Murghab (Tukmenistan): l’analisi di DEM e di immagini telerilevate, da piattaforma satellitare e aerea. I DEM costituiscono l’input fondamentale del terrain modeling ma il loro quadro di riferimento teorico è relativamente poco definito. Nell’applicazione di un metodo (DEM) dove l’incertezza è sempre latente, si sente il bisogno di fornire una sintesi dei modelli concettuali adottati in questa ricerca. L’analisi morfometrica condotta sul DEM della pianura veneta, adeguatamente preparato, consente la classificazione automatica delle morfologie con un buon grado di coerenza. L’analisi statistica delle curvature dimostra il loro forte significato geomorfologico e si rivela d’ausilio per caratterizzare i processi che nel tempo hanno generato le diverse superfici che costituiscono la pianura. L’acquisizione e l’elaborazione di dati telerilevati di dettaglio nella bassa pianura venetofriulana attraversata dalla via Annia (di epoca romana), che congiungeva le principali città dell’Alto Adriatico, ha portato buoni risultati. I cropmark rivelano con straordinaria chiarezza “frammenti” della millenaria interazione tra dinamiche naturali e antropiche in questa porzione di territorio. Entrambi i metodi si sono rivelati efficaci nello studio dell’evoluzione geomorfologica del terminal fan del Murghab. La monotonia morfologica che caratterizza le pianure contrasta con la complessità delle interazioni tra i processi che ne controllano l’evoluzione. Un adeguato utilizzo incrociato di entrambe le metodologie, seguito dalla validazione sul terreno, può fornire un sostanziale contributo allo studio geomorfologico delle pianure alluvionali.

La tesi si occupa dell’uso e della elaborazione di dati telerilevati multispettrali nell’ambito dell’agricoltura di precisione, all’interno di un progetto dall’approccio multidisciplinare. L’elaborato descrive le differenti attività che sono state condotte nel corso della sperimentazione di tesi: è stata analizzata la direttiva INSPIRE per la gestione di metadati di differente tipologia, sono state condotte campagne di rilievo sul campo ed elaborazioni di georeferenziazione, sono state acquisite ed analizzate immagini satellitari multispettrali, elaborati indici vegetazionali multitemporali e gestiti diversi dati multidisciplinari in ambiente GIS. Particolare attenzione è stata dedicata al calcolo e all’analisi di diversi indici vegetazionali, per un grande numero di immagini satellitari acquisite in un arco temporale di tre anni da due diverse piattaforme: Sentinel-2 e Landsat 8. L’obiettivo è riuscire a meglio caratterizzare e comprendere lo stato delle colture negli appezzamenti analizzati, al fine di valutare anche il potenziale utilizzo integrato di dati provenienti da differenti sensori.

A partire dalle osservazioni effettuate oggi dai moderni sensori satellitari, nelle regioni del visibile e del vicino infrarosso dello spettro elettromagnetico, è possibile estrarre informazioni sullo stato fenologico delle colture e caratteristiche proprie della chioma della vegetazione che, combinate all’uso di dati agro-metereologici, e seguendo opportune metodologie, consentono di ricavare mappe di fabbisogno idrico delle colture. Facendo convergere all’interno di un Sistema Informativo Geografico immagini satellitari ad alta risoluzione opportunamente elaborate, informazioni agrometeorologiche provenienti da stazioni di misura a terra e dati vettoriali contenenti i confini del territorio, è oggi pensabile l’implementazione di sistemi di supporto all’irrigazione che siano in grado di produrre informazioni, per la singola azienda agricola, sull’utilizzo ottimale dei volumi d’acqua irrigui necessari alle diverse colture.

Negli ultimi anni, l'aumento del traffico stradale sembra essere uno dei maggiori problemi nelle aree urbane e sub-urbane. Di conseguenza, attività legate al rilevamento dei flussi, alla individuazione di criticità legate a congestioni e/o ingorghi o all’osservazione del grado di riempimento dei parcheggi, diventano sempre più importanti. Le operazioni che consentono il monitoraggio dei flussi di traffico richiedono l’adozione di strumenti evoluti che la tecnologia mette a disposizione. Se, da un lato, le tecniche tradizionali di gestione e controllo del traffico sembrano rispondere adeguatamente in ambiti autostradali, capire l’evoluzione dei deflussi in ambito urbano può risultare complesso, a meno di non limitarsi all’analisi di tronchi stradali specifici senza effettuare un’analisi più ampia dell’intera area cittadina. L’acquisizione di immagini di una più ampia area, rappresentanti l'intera rete stradale, tramite sensori montati su velivoli, aerei e satelliti, potrebbe dunque garantire un servizio continuo ed esteso di monitoraggio. Si tratta tuttavia di tecniche e tecnologie ancora in fase di evoluzione, per quanto rapida. Le metodologie di analisi di immagini sono sempre più evolute e possono consentire il riconoscimento di oggetti e situazioni con ottime performance. Un caso analizzato nella tesi è stata la sperimentazione di metodi di classificazione object-oriented su una immagine satellitare ad alta risoluzione per l’individuazione dei veicoli in sosta. Obiettivo principale del lavoro è stata la valutazione di fattibilità dei diversi metodi per gestire e monitorare il traffico stradale su larga scala, e in continuo, tramite tecniche di telerilevamento, con la prospettiva di trasmettere in tempo reale informazioni sulla mobilità alle agenzie preposte al controllo e gestione del traffico ed alle utenze.

Scopo del presente lavoro di tesi è di contribuire allo sviluppo di metodologie per l’indagine dei fenomeni di inquinamento nelle aree minerarie della Sardegna con un approccio che integra le conoscenze mineralogiche con dati telerilevati. Tale finalità è stata perseguita attraverso lo studio di alcune aree minerarie del distretto minerario piombo-zincifero di Montevecchio - Ingurtosu - Gennamari, in cui problemi ambientali sono noti e studiati da tempo (Fanfani,1996; Da Pelo, 1998; Caboi e al., 1999, Biddau e al., 2001). In particolare, si è preso in considerazione: l’area del bacino di sterili di Piccalinna, in cui si ritrovano abbancati gli sterili di trattamento e coltivazione stimati approssimativamente in 5 milioni di metri cubi (Da Pelo,1998), e il bacino idrografico del Rio Naracauli, all’interno del quale si rinvengono notevoli quantità di materiali di scarto accumulati nei piazzali e nei bacini di decantazione. Dopo un attenta ricerca bibliografica e un esame dei vari tipi di immagini satellitari disponibili sul mercato si è deciso di utilizzare le immagini del sensore Aster (Advanced Spacerborne Thermal Emission and Reflection Radiometer), che ben si prestano agli studi di carattere ambientale e per il monitoraggio dell’ambiente, in particolare negli intervalli VNIR(visibile-infrarosso vicino, 0,52 – 0,86 μm) e SWIR (infrarosso a corta lunghezza d’onda,1,60 – 2,43 μm). Più esattamente, nell’intervallo VNIR è possibile l’identificazione di minerali in cui sono presenti metalli di transizione come il ferro, mentre nell’intervallo SWIR ricadono le bande di riflettanza caratteristiche di minerali come carbonati, solfati, ossidi e idrossidi. Per tarare e validare opportunamente gli spettri da satellite, sono stati acquisiti con lo spettroradiometro da campo modello Macam SR-9050, in dotazione nel Dipartimento di Scienze della Terra dell’Università di Cagliari presso il laboratorio Telegis, in grado di acquisire sia valori di riflettanza e/o d’irradianza in un intervallo di 400-2500 nm. In ogni punto in cui sono state fatte le acquisizioni con lo spettroradiometro, sono stati prelevati dei campioni di suolo al fine di determinare i minerali presenti mediante analisi per diffrazione dei raggi X. Il confronto tra tutti questi dati ha permesso di trarre delle conclusioni sulle possibili applicazioni dell’interpretazione delle immagini da satellite per il telerilevamento ambientale in aree minerarie

Progetto IoT di telerilevamento degli impianti industriali. Nella seguente tesi si propone un prototipo basato su una scheda a microcontrollore Arduino, affidabile, versatile, altamente riusabile e aperto a numerose implementazioni nel campo del monitoraggio industriale per la risoluzione di svariati problemi pratici. Nella tesi verrà trattato nel dettaglio un esempio di analisi dei consumi energetici. Il nodo sensore è composto da un modulo di comunicazione seriale industriale Modbus RTU basato sul protocollo di linea RS485, un datalogger ed un sensore di temperatura. Il sistema consente, tramite l'apposito modulo wireless integrato, di inviare i dati raccolti su piattaforma cloud per l'elaborazione ed il monitoraggio real time.

Coastal environments are facing constant changes over time due not only to their dynamic nature but also to geological, geomorphological, hydrodynamic, biological, climatic and anthropogenic factors. Nowadays, erosion phenomena exceed those of accretion. For these reasons, the monitoring of these areas is crucial for the safeguarding of the cultural heritage and the populations living there. Knowledge of shoreline dynamics helps to understand and study a wide range of coastal area studies and, in general, its management and planning. The focus of this research is based on the integration between optical and SAR data for shoreline extraction. High (Sentinel-1 SAR and Sentinel-2 optical) and very high (WorldView-2 optical) resolution satellite images were used. Two coastal sites, Ortona (Chieti, Italy) and Castelldefels (Barcelona, Spain) were detected. After pre-processing, necessary for geometric and radiometric corrections, enhancement techniques were applied in order to increase the readability of the data. Several indices, algorithms and filters were tested. The experimentation critically analysed algorithms already commonly used in literature and led to the study of new algorithms within the world of artificial intelligence. The innovation has conducted to their experimentation on the case studies taken into account in this thesis. These algorithms are the ACM Systems (Active Connection Matrix), which were compared to the common ones considering, as ground truth, once the shoreline manually extracted by visual inspection and once by GPS measurements. The results showed that the ACM Systems, and in particular the Contractive Maps and the J-Net Dynamic, provide a better definition and extraction of the shorelines, which were closer to the reference ones, compared to the most common methodologies. They reached, in most of the tests, a sub-pixel/pixel accuracy. Moreover, one of the aim of this work was to develop a semi-automatic methodology for instantaneous shoreline extraction, mainly using Sentinel images as part of Copernicus programme, which provide full, open and free-of-charge data, in addition to ease of access and use. Through the aforementioned study, it was also demonstrated that the ACM Systems make the best of SAR data, because they were found to be less sensitive to the speckle effect. The new methodology can quickly extract the shorelines of images taken in different time periods and, therefore, evaluate any occurred change. In this way, a concrete possibility of an appropriate intervention plan can be developed by institutions to preserve the environment.

Il telerilevamento rappresenta un efficace strumento per il monitoraggio dell’ambiente e del territorio, grazie alla disponibilità di sensori che riprendono con cadenza temporale fissa porzioni della superficie terrestre. Le immagini multi/iperspettrali acquisite sono in grado di fornire informazioni per differenti campi di applicazione. In questo studio è stato affrontato il tema del consumo di suolo che rappresenta un’importante sfida per una corretta gestione del territorio, poiché direttamente connesso con i fenomeni del runoff urbano, della frammentazione ecosistemica e con la sottrazione di importanti territori agricoli. Ancora non esiste una definizione unica, ed anche una metodologia di misura, del consumo di suolo; in questo studio è stato definito come tale quello che provoca impermeabilizzazione del terreno. L’area scelta è quella della Provincia di Bologna che si estende per 3.702 km2 ed è caratterizzata a nord dalla Pianura Padana e a sud dalla catena appenninica; secondo i dati forniti dall’ISTAT, nel periodo 2001-2011 è stata la quarta provincia in Italia con più consumo di suolo. Tramite classificazione pixel-based è stata fatta una mappatura del fenomeno per cinque immagini Landsat. Anche se a media risoluzione, e quindi non in grado di mappare tutti i dettagli, esse sono particolarmente idonee per aree estese come quella scelta ed inoltre garantiscono una più ampia copertura temporale. Il periodo considerato va dal 1987 al 2013 e, tramite procedure di change detection applicate alle mappe prodotte, si è cercato di quantificare il fenomeno, confrontarlo con i dati esistenti e analizzare la sua distribuzione spaziale.
Remote sensing is an effective tool for environmental monitoring, due to sensors that regularly acquire large areas of Earth's surface. Multi/hyperspectral images are able to provide information about different topics. This study focuses on soil sealing: this subject is highly relevant, given its impact on phenomena such as urban runoff, habitat fragmentation and agricultural land take. A unique definition about soil sealing, and a unique method for its measure, does not still exist; the study proposed in this thesis deals with everything that involves soil removing. The area of study is the Province of Bologna that covers 3,702 km2 and is characterized by the Po Valley on the north and the Apennines chain on the south. According to data provided by ISTAT for Italian Provinces, Bologna had the fourth higher soil sealing value between 2001 and 2011. In order to map the phenomenon, five Landsat images have been classified with a pixel-based technique. Even if they have a medium spatial resolution, and thus they are not able to map small objects, they are suitable for large areas; furthermore they provide the opportunity for longer time series. The analyzed period goes from 1987 to 2013 and, through change detection procedures applied to the produced maps, this study has tried to quantify the phenomenon, also comparing it with existing data, in order to understand its spatial distribution.

Il telerilevamento rappresenta un efficace strumento per il monitoraggio dell’ambiente e del territorio, grazie alla disponibilità di sensori che riprendono con cadenza temporale fissa porzioni della superficie terrestre. Le immagini multi/iperspettrali acquisite sono in grado di fornire informazioni per differenti campi di applicazione. In questo studio è stato affrontato il tema del consumo di suolo che rappresenta un’importante sfida per una corretta gestione del territorio, poiché direttamente connesso con i fenomeni del runoff urbano, della frammentazione ecosistemica e con la sottrazione di importanti territori agricoli. Ancora non esiste una definizione unica, ed anche una metodologia di misura, del consumo di suolo; in questo studio è stato definito come tale quello che provoca impermeabilizzazione del terreno. L’area scelta è quella della Provincia di Bologna che si estende per 3.702 km2 ed è caratterizzata a nord dalla Pianura Padana e a sud dalla catena appenninica; secondo i dati forniti dall’ISTAT, nel periodo 2001-2011 è stata la quarta provincia in Italia con più consumo di suolo. Tramite classificazione pixel-based è stata fatta una mappatura del fenomeno per cinque immagini Landsat. Anche se a media risoluzione, e quindi non in grado di mappare tutti i dettagli, esse sono particolarmente idonee per aree estese come quella scelta ed inoltre garantiscono una più ampia copertura temporale. Il periodo considerato va dal 1987 al 2013 e, tramite procedure di change detection applicate alle mappe prodotte, si è cercato di quantificare il fenomeno, confrontarlo con i dati esistenti e analizzare la sua distribuzione spaziale.
Remote sensing is an effective tool for environmental monitoring, due to sensors that regularly acquire large areas of Earth's surface. Multi/hyperspectral images are able to provide information about different topics. This study focuses on soil sealing: this subject is highly relevant, given its impact on phenomena such as urban runoff, habitat fragmentation and agricultural land take. A unique definition about soil sealing, and a unique method for its measure, does not still exist; the study proposed in this thesis deals with everything that involves soil removing. The area of study is the Province of Bologna that covers 3,702 km2 and is characterized by the Po Valley on the north and the Apennines chain on the south. According to data provided by ISTAT for Italian Provinces, Bologna had the fourth higher soil sealing value between 2001 and 2011. In order to map the phenomenon, five Landsat images have been classified with a pixel-based technique. Even if they have a medium spatial resolution, and thus they are not able to map small objects, they are suitable for large areas; furthermore they provide the opportunity for longer time series. The analyzed period goes from 1987 to 2013 and, through change detection procedures applied to the produced maps, this study has tried to quantify the phenomenon, also comparing it with existing data, in order to understand its spatial distribution.

This document summarizes all the outcome of the three years PhD programme at the University of Pavia. As suggested by the title, the focus is on mutual combination of remote sensing and crowdsourcing for vulnerability estimation and damage assessment. In particular, collected pre-event information should be used to integrate and improve seismic damage extraction from satellite data. 2015 was the year of the Sendai framework for Disaster Risk Reduction (2015-2030). In this framework, the proposed work contributes in the enhancement of disaster prevention by producing relevant risk information and in the enhancement of effectiveness, meaning a quick response in the aftermath of the event. Chapter 1 gives a brief introduction to all the concepts included in the document (e.g. risk, vulnerability) and the phases of the disaster cycle. Datasets used are also described, including spectral and spatial features. Chapter 2 is related to information extracted before a disaster. In particular, the focus here is on the contribution provided by remote sensing. First, a list of indicators derived during the SENSUM project and linked to vulnerability is presented. Next, a set of algorithms is proposed in order to process satellite data and extract those indicators. Built-Up Area extraction is one of the main topics and different methods are proposed; the underlying assumption is that, due to different environmental and spectral conditions, it is really difficult to define a one-size-fits-all method capable of considering all the possible variations involved. A tailored and improved version of the algorithm is also available as service in the ESA GPOD system and directly linked with Landsat 8 and Sentinel-2 repositories. Another proposed workflow takes care of the results obtained from each single processed year and produces a map of the evolution in time of the area of interest. Other algorithms are also explained, focusing for example on the extraction of building footprints and their density, therefore requiring very high resolution optical data as input. Crowdsourcing is addressed in chapter 3 where a generic framework for the collection of geo-tagged reports is proposed. The basic idea is that the great diffusion of smartphones has created a large and dense network of observers; data provided by volunteers can actively integrate what is derived from remote sensing. Two different examples are proposed. The first one, called SEGUICI Vegetation report, was created in the framework of the SEGUICI project to collect data related to different crops and their stage of growth in order to feed a water consumption and requirements model. The app is released on the Google Play store. The second mobile app, called CLOOPSy (Copernicus Land cOver crOwdsourcing Platform for Sentinel-based mapping) has been developed in the framework of the MyGEOSS contest and is designed to collect data related to land cover for validation purposes. The product is available from the Google Play store and soon it will be available on the Apple App store. Chapter 4 gives an insight on the methods developed to extract seismic damage from SAR imagery. In particular, two different approaches have been investigated: the first one uses post-event-only VHR SAR data combined with pre-event information. The other one is based on change detection, a widely used technique to extract damage from different sensors; different attempts were made in order to determine the sensitivity to different spatial resolutions and sensors. The combination with pre-event data has also been defined and tested. Conclusions are illustrated in chapter 5.

Il telerilevamento basato su aeromobile a pilotaggio remoto (APR) è stato utilizzato per high-throughput phenotyping (HTP) dei tratti di canapa e miscanto. Il telerilevamento da APR, tramite l’acquisizione di immagini multispettrali ed il calcolo di diversi indici di vegetazione, permette di stimare i tratti delle colture. In questa tesi, i tratti stimati per la canapa sono stati l'indice di area fogliare e il contenuto di clorofilla fogliare, mentre per il miscanto sono stati l'intercettazione della luce, l'altezza della pianta, la biomassa delle foglie verdi, la biomassa epigea e il contenuto di umidità. La stima dei tratti è stata effettuata utilizzando algoritmi di machine learning e l’inversione del modello PROSAIL. L'HTP di canapa e miscanto è stata effettuata applicando il modello additivo generalizzato (GAM) alle serie temporali dei valori dei tratti stimati dai voli APR. Il telerilevamento da APR ha permesso di analizzare le dinamiche dei tratti durante la stagione di crescita. La combinazione di modelli di stima e modellazione GAM, applicata alle serie temporali dei valori dei tratti stimati da più immagini multispettrali acquisite da voli APR, si è rivelata un potente strumento per l'HTP.
Unmanned aerial vehicle (UAV) based remote sensing platform was used for high-throughput phenotyping (HTP) of hemp and miscanthus traits. UAV remote sensing, through the acquisition of multispectral images and the calculation of different vegetation indices, is able to estimate the crop traits. In this thesis, the crop traits estimated were leaf area index and leaf chlorophyll content for hemp, while light interception, plant height, green leaf biomass, standing biomass, and moisture content for miscanthus. The estimation of the traits was carried out using machine learning algorithms and the inversion of the PROSAIL model. The HTP of hemp and miscanthus was carried out by applying the generalized additive model (GAM) to the time series of traits values estimated from UAV flights. UAV remote sensing enabled to analyse of the traits' dynamics during the growing season. Combining estimation models and GAM modelling applied to time series of crop trait values estimated from multiple multispectral images of UAV flights proved to be a powerful tool for HTP.

Comprensione delle formulazioni analitiche e dei metodi tradizionali per il calcolo puntuale dello Sky View Factor (SVF), un parametro adimensionale in grado di esprimere con un singolo valore l’influenza dei fattori morfologici sulla porzione di volta celeste visibile da un punto. Valutazione delle performance dei software di mappatura dello SVF in area urbana al variare di tipologia e qualità del dato di input e dei parametri utilizzati. Al fine di studiare degli aspetti algoritmici dei modelli esistenti, è stato sviluppato uno script in linguaggio MATLAB per apportare miglioramenti alle tecniche esaminate.

L’evoluzione dei sensori multispettrali e la prospettiva di sviluppo dei sensori iperspettrali nel campo del telerilevamento ottico offrono nuovi strumenti per l’indagine del territorio e rinnovano la necessità di ridefinire potenzialità, limiti e accuratezza delle metodologie tradizionali. Nel caso delle immagini iperspettrali, in particolare, l’elevatissima risoluzione spettrale apre nuove possibilità di sviluppo di modelli fisicamente basati per correlare grandezze radiometriche con indicatori fisico-chimici caratteristici delle superfici osservate, a prezzo però di maggiori oneri nella gestione del dato. Il presente lavoro mira appunto ad esaminare, per alcune applicazioni di carattere ambientale e attraverso casi di studio specifici, le criticità del problema del rilevamento da remoto nel suo complesso: dai problemi di correzione radiometrica delle immagini, all'acquisizione di dati di calibrazione sul campo, infine all'estrazione delle informazioni di interesse dal dato telerilevato. A tal fine sono stati sperimentati diversi modelli di trasferimento radiativo ed è stata sviluppata un’interfaccia per la gestione del modello 6SV. Per quest’ultimo sono state inoltre sviluppate routine specifiche per il supporto dei sensori Hyperion e World View 2. La ricerca svolta intende quindi offrire un contributo alla definizione di procedure operative ripetibili, per alcune applicazioni intimamente connesse all’indagine conoscitiva ed al monitoraggio dei processi in atto sul territorio. Nello specifico, si è scelto il caso di studio dell’oasi del Fayyum, in Egitto, per valutare il contenuto informativo delle immagini satellitari sotto tre diversi profili, soltanto in apparenza distinti: la classificazione della litologia superficiale, la valutazione dello stato di qualità delle acque ed il monitoraggio delle opere di bonifica. Trattandosi di un’oasi, le aree coltivate del Fayyum sono circondate dai suoli aridi del deserto libico. La mancanza di copertura vegetale rappresenta una condizione privilegiata per l’osservazione della litologia superficiale da remoto, auspicabile anche per la scarsa accessibilità di alcune aree. Il fabbisogno idrico dell’oasi è garantito dall’apporto di acque del fiume Nilo attraverso una rete di irrigazione che ha, come recettore finale, il lago Qarun, situato nella porzione più depressa dell’oasi. Questo lago, privo di emissari, soffre enormi problemi di salinizzazione, visto il clima iper-arido in cui si trova, e di inquinamento da fertilizzanti agricoli. Il problema della sostenibilità ambientale dello sfruttamento agricolo intensivo dell’oasi è un problema di deterioramento della qualità dell’acqua e della qualità dei suoli. È un problema che richiede una adeguata conoscenza del contesto geologico in cui questi terreni sono inseriti ed una capacità di monitoraggio degli interventi di bonifica ed estensione delle coltivazioni in atto; entrambe conoscenze necessarie alla definizione di un piano di sviluppo economico sostenibile. Con l’intento di contribuire ad una valutazione delle effettive potenzialità del telerilevamento come strumento di informazione territoriale, sono state sperimentate tecniche di classificazione di immagini multispettrali ASTER ed iperspettrali Hyperion di archivio per discriminare la litologia superficiale sulle aree adiacenti al lago Qarun nell’oasi del Fayyum. Le stesse immagini Hyperion di archivio più altre appositamente acquisite sono state utilizzate, assieme ad immagini multispettrali ALI, per la valutazione qualitativa e quantitativa di parametri di qualità delle acque, attraverso l’applicazione di modelli empirici di correlazione. Infine, per valutare l’ipotesi che il deterioramento della qualità delle acque possa essere correlato ai processi di bonifica ed estensione delle coltivazioni in atto negli ultimi decenni, le immagini dell’archivio Landsat sono state utilizzate per analisi di change detection. Per quanto riguarda il problema della validazione dei risultati, si è fatto uso di alcuni dati di verità a terra acquisiti nel corso di un survey preliminare effettuato nell’Ottobre 2010. I campioni di roccia prelevati e le misure di conducibilità elettrica delle acque del lago, benché in numero estremamente limitato per la brevità della missione e le ovvie difficoltà logistiche, consentono alcune valutazioni preliminari sui prodotti ottenuti dalle elaborazioni. Sui campioni di roccia e sabbie sciolte, in particolare, sono state effettuate misure di riflettività in laboratorio ed analisi mineralogiche dettagliate. Per la valutazione della qualità delle acque, più precisamente delle concentrazioni di clorofilla, la metodologia utilizzata per il caso di studio egiziano è stata applicata anche sul tratto costiero adriatico antistante le foci dei fiumi Tronto e Salinello. In questo sito sono state effettuate misure in situ di conducibilità elettrica ed il prelievo di campioni di acqua per la determinazione in laboratorio delle concentrazioni di clorofilla. I risultati ottenuti hanno evidenziato le potenzialità offerte dall’informazione spettrale contenuta nelle immagini satellitari e consentono l’individuazione di alcune pratiche operative. D’altro canto hanno anche messo in luce le carenze dei modelli attualmente esistenti, nonché le criticità legate alla correzione atmosferica delle grandezze radiometriche rilevate.

L’evoluzione dei sensori multispettrali e la prospettiva di sviluppo dei sensori iperspettrali nel campo del telerilevamento ottico offrono nuovi strumenti per l’indagine del territorio e rinnovano la necessità di ridefinire potenzialità, limiti e accuratezza delle metodologie tradizionali. Nel caso delle immagini iperspettrali, in particolare, l’elevatissima risoluzione spettrale apre nuove possibilità di sviluppo di modelli fisicamente basati per correlare grandezze radiometriche con indicatori fisico-chimici caratteristici delle superfici osservate, a prezzo però di maggiori oneri nella gestione del dato. Il presente lavoro mira appunto ad esaminare, per alcune applicazioni di carattere ambientale e attraverso casi di studio specifici, le criticità del problema del rilevamento da remoto nel suo complesso: dai problemi di correzione radiometrica delle immagini, all'acquisizione di dati di calibrazione sul campo, infine all'estrazione delle informazioni di interesse dal dato telerilevato. A tal fine sono stati sperimentati diversi modelli di trasferimento radiativo ed è stata sviluppata un’interfaccia per la gestione del modello 6SV. Per quest’ultimo sono state inoltre sviluppate routine specifiche per il supporto dei sensori Hyperion e World View 2. La ricerca svolta intende quindi offrire un contributo alla definizione di procedure operative ripetibili, per alcune applicazioni intimamente connesse all’indagine conoscitiva ed al monitoraggio dei processi in atto sul territorio. Nello specifico, si è scelto il caso di studio dell’oasi del Fayyum, in Egitto, per valutare il contenuto informativo delle immagini satellitari sotto tre diversi profili, soltanto in apparenza distinti: la classificazione della litologia superficiale, la valutazione dello stato di qualità delle acque ed il monitoraggio delle opere di bonifica. Trattandosi di un’oasi, le aree coltivate del Fayyum sono circondate dai suoli aridi del deserto libico. La mancanza di copertura vegetale rappresenta una condizione privilegiata per l’osservazione della litologia superficiale da remoto, auspicabile anche per la scarsa accessibilità di alcune aree. Il fabbisogno idrico dell’oasi è garantito dall’apporto di acque del fiume Nilo attraverso una rete di irrigazione che ha, come recettore finale, il lago Qarun, situato nella porzione più depressa dell’oasi. Questo lago, privo di emissari, soffre enormi problemi di salinizzazione, visto il clima iper-arido in cui si trova, e di inquinamento da fertilizzanti agricoli. Il problema della sostenibilità ambientale dello sfruttamento agricolo intensivo dell’oasi è un problema di deterioramento della qualità dell’acqua e della qualità dei suoli. È un problema che richiede una adeguata conoscenza del contesto geologico in cui questi terreni sono inseriti ed una capacità di monitoraggio degli interventi di bonifica ed estensione delle coltivazioni in atto; entrambe conoscenze necessarie alla definizione di un piano di sviluppo economico sostenibile. Con l’intento di contribuire ad una valutazione delle effettive potenzialità del telerilevamento come strumento di informazione territoriale, sono state sperimentate tecniche di classificazione di immagini multispettrali ASTER ed iperspettrali Hyperion di archivio per discriminare la litologia superficiale sulle aree adiacenti al lago Qarun nell’oasi del Fayyum. Le stesse immagini Hyperion di archivio più altre appositamente acquisite sono state utilizzate, assieme ad immagini multispettrali ALI, per la valutazione qualitativa e quantitativa di parametri di qualità delle acque, attraverso l’applicazione di modelli empirici di correlazione. Infine, per valutare l’ipotesi che il deterioramento della qualità delle acque possa essere correlato ai processi di bonifica ed estensione delle coltivazioni in atto negli ultimi decenni, le immagini dell’archivio Landsat sono state utilizzate per analisi di change detection. Per quanto riguarda il problema della validazione dei risultati, si è fatto uso di alcuni dati di verità a terra acquisiti nel corso di un survey preliminare effettuato nell’Ottobre 2010. I campioni di roccia prelevati e le misure di conducibilità elettrica delle acque del lago, benché in numero estremamente limitato per la brevità della missione e le ovvie difficoltà logistiche, consentono alcune valutazioni preliminari sui prodotti ottenuti dalle elaborazioni. Sui campioni di roccia e sabbie sciolte, in particolare, sono state effettuate misure di riflettività in laboratorio ed analisi mineralogiche dettagliate. Per la valutazione della qualità delle acque, più precisamente delle concentrazioni di clorofilla, la metodologia utilizzata per il caso di studio egiziano è stata applicata anche sul tratto costiero adriatico antistante le foci dei fiumi Tronto e Salinello. In questo sito sono state effettuate misure in situ di conducibilità elettrica ed il prelievo di campioni di acqua per la determinazione in laboratorio delle concentrazioni di clorofilla. I risultati ottenuti hanno evidenziato le potenzialità offerte dall’informazione spettrale contenuta nelle immagini satellitari e consentono l’individuazione di alcune pratiche operative. D’altro canto hanno anche messo in luce le carenze dei modelli attualmente esistenti, nonché le criticità legate alla correzione atmosferica delle grandezze radiometriche rilevate.

Questa ricerca si è concentrata sullo sviluppo di metodologie per determinare la biomassa aerea nelle specie di alberi e arbusti nella parte centrale e meridionale del Cile, dalle equazioni su base allometrica agli approcci di telerilevamento. L'intenzione principale era quella di costruire equazioni di biomassa per componenti dell'albero, come il legno del fusto, la corteccia del fusto, il fogliame e la biomassa totale aerea in Araucaria araucana (Mol.) K. Koch nel Cile meridionale, applicando un campionamento distruttivo, che include l'abbattimento e la pesatura degli alberi sul campo. D'altra parte, approcci simili sono stati utilizzati in 14 specie di arbusti nella macchia mediterranea nel Cile centrale. Una parte delle equazioni della biomassa, anche le proprietà fisiche del legno sono state determinate in A. araucana e nelle 14 specie di arbusti, come il contenuto di umidità (%) e la densità di legno (Mg m-3), essendo un passo fondamentale per determinare i pesi secchi nella biomassa pesata sul campo. Inoltre, l'allocazione della biomassa è stata determinata per capire la distribuzione della biomassa attraverso i diversi componenti degli alberi. Nel caso delle specie arbustive, queste potrebbero essere divise in solo due componenti, essendo queste componenti la biomassa legnosa e quella fogliare. Per fornire modelli accurati di biomassa in A. araucana, abbiamo testato diverse variabili esplicative oltre al diametro al petto (DBH), come l'altezza totale, il diametro della corona, la lunghezza della corona, l'età, l'area basale e la densità del legno per valutare se aggiungendo altre covariate gli errori nella previsione della biomassa possono essere ridotti. A causa delle dimensioni limitate del campione, abbiamo applicato una validazione incrociata k-fold, considerando che dividere il dataset per formare e testare 33 alberi non era sufficiente. Le metriche utilizzate per convalidare i modelli per stimare la biomassa totale aerea e i modelli allometrici specifici per i componenti degli alberi sono stati il coefficiente di determinazione (R2), l'errore quadratico medio (RMSE) e l'errore percentuale medio assoluto (MAPE). Inoltre, i parametri delle stime sono stati valutati attraverso il Percentage Relative Standard Error (PRSE) per vedere l'incertezza nei modelli dei coefficienti. L'approccio utilizzato nelle specie arbustive è stato diverso rispetto a A. araucana perché un singolo diametro del fusto da un multi-fusto non è rappresentativo per l'intera pianta. Pertanto, le principali variabili esplicative utilizzate per le specie arbustive erano l'area della corona e il volume della corona come variabile principale predittiva. I modelli forniti erano specifici per le 14 specie di arbusti, ma anche un modello multispecie è stato sviluppato come modello generale. La convalida includeva le stesse metriche utilizzate in A. araucana. Tuttavia, il modello multispecie è stato valutato anche attraverso il criterio di informazione di Akaike (AIC) a causa della variabilità dei dati tra le diverse specie e le due zone geografiche. I modelli di biomassa in A. araucana sono stati utilizzati per sviluppare metodologie per stimare la biomassa forestale aerea utilizzando dati satellitari, in particolare, dati SAR (Synthetic Aperture Radar). D'altra parte, gli stessi modelli allometrici sono stati utilizzati per addestrare e testare i dati Sentinel-2 per rilevare il degrado della foresta in 12 particelle nel sud del Cile, dove l'alterazione della foresta è stata classificata in quattro livelli, essendo questi i) nessuno, ii) basso, iii) medio e iv) alto. La biomassa misurata sul campo è stata confrontata con i valori NDVI forniti da un totale di 60 immagini su 12 mesi (da giugno 2019 a giugno 2020) da entrambi i vettori Sentinel-2.
This research was focused on developing methodologies to determine aboveground biomass in tree and shrubs species in the central part and southern Chile from allometric basis equations to remote sensing approaches. The main intention was to build biomass equations by tree components, such as stem wood, stem bark, foliage and, total aboveground biomass in Araucaria araucana (Mol.) K. Koch in southern Chile, applying a destructive sampling, which includes felling and weighing the trees on the field. On the other hand, similar approaches were used in 14 shrubs species in the Mediterranean shrubland in central Chile. A part of the biomass equations, also physical wood properties were determined in A. araucana and in the 14 shrub species, such as moisture content (%) and basic wood density (Mg m-3), being a crucial step to determine dry weights in the biomass weighed in the field. In addition, biomass allocation was determined to understand the biomass distribution through different tree components. In the case of shrub species, these could be divided only into two components, being these components the woody and foliage biomass. To provide accurate biomass models in A. araucana, we tested several explanatory variables in addition to the diameter at breast height (DBH), such as total height, crown diameter, crown length, age, basal area and wood density to assess whether adding other covariates the errors in the biomass prediction can be reduced. Due the restricted sample size, we applied a k-fold cross validation, considering that to split the dataset to train and test for 33 trees were not enough. The metrics used to validate the models to estimate the total aboveground biomass, and to the specific allometric models by tree components were the coefficient of determination (R2), the root mean square error (RMSE) and the mean absolute percentage error (MAPE). In addition, the estimates parameters were assessed through the Percentage Relative Standard Error (PRSE) to see the uncertainty in the coefficient models. The approach used in shrub species was different compared to A. araucana because a single stem diameter from a multi-stem is not representative for the whole plant. Therefore, the main explanatory variables used for the shrub species were the crown area and the crown volume as a principle variable predictor. The models provided were species- specific for the 14 shrub species, but also a multi-species model was developed as a general model. The validation included the same metrics used in A. araucana. However, the multi-species model was assessed also through the Akaike information criterion (AIC) due the data variability between the different species and the two geographical zones. The biomass models in A. araucana were used to develop methodologies to estimate aboveground forest biomass using satellite data, specifically, Synthetic Aperture Radar (SAR) data. On the other hand, the same allometric models were used to train and test Sentinel-2 data to detect forest degradation in 12 forest stands in southern Chile, where the forest alteration was categorized in four levels, being these i) none, ii) low, iii) medium and iv) high. The biomass measured in the field was compared to the NDVI values provided by a total of 60 images over 12 months (from June 2019 to June 2020) from both Sentinel-2 vectors. The results indicated that Sentinel-2 data can distinguish the four alteration levels, but medium and high alterations obtained similar NDVI distributions, being not easy to distinguish both categories through satellite data.

Questa ricerca si è concentrata sullo sviluppo di metodologie per determinare la biomassa aerea nelle specie di alberi e arbusti nella parte centrale e meridionale del Cile, dalle equazioni su base allometrica agli approcci di telerilevamento. L'intenzione principale era quella di costruire equazioni di biomassa per componenti dell'albero, come il legno del fusto, la corteccia del fusto, il fogliame e la biomassa totale aerea in Araucaria araucana (Mol.) K. Koch nel Cile meridionale, applicando un campionamento distruttivo, che include l'abbattimento e la pesatura degli alberi sul campo. D'altra parte, approcci simili sono stati utilizzati in 14 specie di arbusti nella macchia mediterranea nel Cile centrale. Una parte delle equazioni della biomassa, anche le proprietà fisiche del legno sono state determinate in A. araucana e nelle 14 specie di arbusti, come il contenuto di umidità (%) e la densità di legno (Mg m-3), essendo un passo fondamentale per determinare i pesi secchi nella biomassa pesata sul campo. Inoltre, l'allocazione della biomassa è stata determinata per capire la distribuzione della biomassa attraverso i diversi componenti degli alberi. Nel caso delle specie arbustive, queste potrebbero essere divise in solo due componenti, essendo queste componenti la biomassa legnosa e quella fogliare. Per fornire modelli accurati di biomassa in A. araucana, abbiamo testato diverse variabili esplicative oltre al diametro al petto (DBH), come l'altezza totale, il diametro della corona, la lunghezza della corona, l'età, l'area basale e la densità del legno per valutare se aggiungendo altre covariate gli errori nella previsione della biomassa possono essere ridotti. A causa delle dimensioni limitate del campione, abbiamo applicato una validazione incrociata k-fold, considerando che dividere il dataset per formare e testare 33 alberi non era sufficiente. Le metriche utilizzate per convalidare i modelli per stimare la biomassa totale aerea e i modelli allometrici specifici per i componenti degli alberi sono stati il coefficiente di determinazione (R2), l'errore quadratico medio (RMSE) e l'errore percentuale medio assoluto (MAPE). Inoltre, i parametri delle stime sono stati valutati attraverso il Percentage Relative Standard Error (PRSE) per vedere l'incertezza nei modelli dei coefficienti. L'approccio utilizzato nelle specie arbustive è stato diverso rispetto a A. araucana perché un singolo diametro del fusto da un multi-fusto non è rappresentativo per l'intera pianta. Pertanto, le principali variabili esplicative utilizzate per le specie arbustive erano l'area della corona e il volume della corona come variabile principale predittiva. I modelli forniti erano specifici per le 14 specie di arbusti, ma anche un modello multispecie è stato sviluppato come modello generale. La convalida includeva le stesse metriche utilizzate in A. araucana. Tuttavia, il modello multispecie è stato valutato anche attraverso il criterio di informazione di Akaike (AIC) a causa della variabilità dei dati tra le diverse specie e le due zone geografiche. I modelli di biomassa in A. araucana sono stati utilizzati per sviluppare metodologie per stimare la biomassa forestale aerea utilizzando dati satellitari, in particolare, dati SAR (Synthetic Aperture Radar). D'altra parte, gli stessi modelli allometrici sono stati utilizzati per addestrare e testare i dati Sentinel-2 per rilevare il degrado della foresta in 12 particelle nel sud del Cile, dove l'alterazione della foresta è stata classificata in quattro livelli, essendo questi i) nessuno, ii) basso, iii) medio e iv) alto. La biomassa misurata sul campo è stata confrontata con i valori NDVI forniti da un totale di 60 immagini su 12 mesi (da giugno 2019 a giugno 2020) da entrambi i vettori Sentinel-2.
This research was focused on developing methodologies to determine aboveground biomass in tree and shrubs species in the central part and southern Chile from allometric basis equations to remote sensing approaches. The main intention was to build biomass equations by tree components, such as stem wood, stem bark, foliage and, total aboveground biomass in Araucaria araucana (Mol.) K. Koch in southern Chile, applying a destructive sampling, which includes felling and weighing the trees on the field. On the other hand, similar approaches were used in 14 shrubs species in the Mediterranean shrubland in central Chile. A part of the biomass equations, also physical wood properties were determined in A. araucana and in the 14 shrub species, such as moisture content (%) and basic wood density (Mg m-3), being a crucial step to determine dry weights in the biomass weighed in the field. In addition, biomass allocation was determined to understand the biomass distribution through different tree components. In the case of shrub species, these could be divided only into two components, being these components the woody and foliage biomass. To provide accurate biomass models in A. araucana, we tested several explanatory variables in addition to the diameter at breast height (DBH), such as total height, crown diameter, crown length, age, basal area and wood density to assess whether adding other covariates the errors in the biomass prediction can be reduced. Due the restricted sample size, we applied a k-fold cross validation, considering that to split the dataset to train and test for 33 trees were not enough. The metrics used to validate the models to estimate the total aboveground biomass, and to the specific allometric models by tree components were the coefficient of determination (R2), the root mean square error (RMSE) and the mean absolute percentage error (MAPE). In addition, the estimates parameters were assessed through the Percentage Relative Standard Error (PRSE) to see the uncertainty in the coefficient models. The approach used in shrub species was different compared to A. araucana because a single stem diameter from a multi-stem is not representative for the whole plant. Therefore, the main explanatory variables used for the shrub species were the crown area and the crown volume as a principle variable predictor. The models provided were species- specific for the 14 shrub species, but also a multi-species model was developed as a general model. The validation included the same metrics used in A. araucana. However, the multi-species model was assessed also through the Akaike information criterion (AIC) due the data variability between the different species and the two geographical zones. The biomass models in A. araucana were used to develop methodologies to estimate aboveground forest biomass using satellite data, specifically, Synthetic Aperture Radar (SAR) data. On the other hand, the same allometric models were used to train and test Sentinel-2 data to detect forest degradation in 12 forest stands in southern Chile, where the forest alteration was categorized in four levels, being these i) none, ii) low, iii) medium and iv) high. The biomass measured in the field was compared to the NDVI values provided by a total of 60 images over 12 months (from June 2019 to June 2020) from both Sentinel-2 vectors. The results indicated that Sentinel-2 data can distinguish the four alteration levels, but medium and high alterations obtained similar NDVI distributions, being not easy to distinguish both categories through satellite data.

Analyses of ground displacements can help to define the evolution of areas affected by instability phenomena and identify their triggering factors. To this end, Synthetic Aperture RADAR (SAR) satellite data can be used to collect direct measurements of superficial deformations in instability-prone areas. Results from remote sensing analyses can be then compared with outcomes from numerical simulations, and in particular with displacement or velocity fields, to validate numerical modeling and eventually recalibrate the simulation of instabilities, predisposing and triggering conditions. Numerical simulations allow reproducing slope behavior under some hypotheses but their accuracy is strongly connected to the amount of available input data. Most of the required parameters can be set based on reasonable assumptions that consequently can be verified through classical field tools and geological survey or remote sensing techniques. Direct or remote sensing techniques can be used to characterize and monitor ground deformation phenomena, and particularly to identify surface displacements. These information can be used to verify the suitability of numerical model predictions and the adequacy of preliminary hypotheses. An innovative approach could consider a surface displacement map, as the starting point to re-create a model of instability phenomena. This application requires precise velocity data characterized by an adequate resolution, depending on the phenomenon analyzed. Recently this method was applied to earthquakes with satisfying results (Wright at al., 2006). This work is aimed to determine which is the contribution of SAR satellite data in investigating instabilities phenomena, in particular landslides and sinkholes. This methodological approach was tested in different conditions to understand its applicability and how to optimize the results overcoming some of the observed limits. Satellite remote sensing techniques have shown to lead to accurate large-scale surface displacement mapping. Specifically “Interferometric Synthetic Aperture RADAR” (InSAR) technique allows to measure accurate land displacement. Furthermore, not only deformation but even the evolution of displacements can be estimated, combining InSAR information from a large number of SAR images and analyzing changes on the signal phase. This technique is defined D-InSAR (Differential Interferometric SAR) and PS InSAR (Ferretti et al., 2001) and SBAS techniques (Berardino et al., 2002) represent the main methodology proposed. But D-InSAR techniques have some limits of applicability. For example, due to high RADAR viewing angles, the current space-borne systems can detect only a fraction of the horizontal component of the movement. In fact not every geometrical configurations and slope exposition can be surveyed. Further problems are connected with the presence of dense vegetation. In these situations amplitude can be exploited to identify surface deformations (Casu et al., 2011). Applying the above mentioned techniques it is possible to observe deformation patterns and surface movements. Comparing displacement obtain from monitoring stage with results from numerical modeling, let to understand if numerical prevision is satisfying and the evolution of deformations is correct. The contribution of SAR data in numerical simulation of ground deformations was tested in landslide, subsidence and sinkhole - prone areas, located in the piedmont sector of North-Eastern Italian Alps and in the Jordanian coast of the Dead Sea. The first case study is Val Maso landslide, located in Valli del Pasubio municipality, which was triggered by an exceptional flood event occurred in November 2010. A back stability analysis was carried out to evaluate the geotechnical properties of the involved materials. Then, parameters from back analysis were used in a uncoupled seepage and slope stability analysis of the area behind the main scarp to forecast the effects of hydrological conditions due to different rainfall depths, i.e. to identify the minimum rainfall threshold for triggering the retrogression of the phenomenon. Some more information about this phenomenon have been searched, analysing a stacking of RADAR satellite images. Because of the dense vegetation and the aspect of the area, outcomes of PS and SBAS DInSAR technique were not satisfying. That is why SAR data were analyzed concentrating on amplitude changes of the signal instead on studying the phase. A stack of nine COSMO-SkyMed images, acquired over the 2010 event, were used. Amplitude changes were evaluated. Results showed it is possible to detect the effect of ground deformations from the data analyzed and to define the boundary of the landslide. The second case study is Cischele landslide, located in Recoaro Terme municipality, which caused severe damages on the buildings and on the Provincial street after the rainfall event of November 2010. This phenomenon is related to a reactivation of a instability whose behavior seems to be connected to climatic conditions. Data obtained from field and laboratory analyses were used on the creation of a numerical model. Ground displacements of the slope were evaluated analyzing data obtained from PS available for Cischele area, obtained processing SAR images acquired by ERS and ENVISAT satellites, from May 1995 to May 2000 and from September 2004 to June 2010, respectively. Ground velocity and displacements are measured along the line of sigh of the satellites. Only information obtained from descending orbits are available. Furthermore, InSAR images acquired by COSMO-SkyMed satellites over the event were analyzed. SBAS techniques was applied. Interferograms were generated using InSAR images and a 90 meters resolution Digital Elevation Model (DEM), SRTM DEM. 14 descending images were available from April 2010 to September 2012. Unfortunately, variation in surface condition between two different acquisitions produces loss of coherence. This effect is strongly connected to the presence of vegetation in the area. It was possible to overcome this problem through an accurate calibration of the filtering parameters, extending the coverage of the final displacement map. Results showed a maximum velocity component of 12 mm/year. Finally, DInSAR techniques were applied to investigate sinkholes affecting the Jordanian coast of the Dead Sea. The Dead Sea is a hyper saline terminal lake located in a pull-apart basin, which is one of the major components of the Jordan Dead Sea Transform fault system. Most of the area is characterized by highly karstic and fractured rock formations that are connected with faults. Karstic conduits extend from the land into the sea. Since the 1960s, the Dead Sea level is dropping at an increasing rate: from about 60 cm/yr in the 1970s up to 1 m/yr in the 2000s. From about the mid-1980s, sinkholes appeared more and more frequently over and around the emerged mudflats and salt flats. Strong subsidence and landslides also affect some segments of the coast. Nowadays, several thousands of sinkholes attest that the degradation of the Dead Sea coast is worsening. The deformation analysis is focused on Ghor Al Haditha area, located in the South-Eastern part of the lake coasts. SAR data acquired by three different sensors, ERS, ENVISAT and COSMO-SkyMed were processed. 70 ERS images from 1992 to 2009 and 30 ENVISAT images from 2003 to 2010 were processed. SBAS technique were applied to define surface velocity and displacement maps. Because of the resolution of these sensors, consisting on 25 m2, it was possible to clearly define areas affected by subsidence but the single sinkholes could not be detected because of the small size of each punctual event, that is generally varying from few meters to a hundred meters diameter. Furthermore, SBAS was applied to 23 COSMO-SkyMed SAR satellite images from December 2011 to May 2013. The high resolution of these data (3m x 3m) and the short revisiting time allowed to have precise information of the displacement of punctual sinkholes beyond the overall subsidence of the coast. A specific sinkhole was considered to understand its temporal evolution. On the basis of the results from D-InSAR processing, a simplified analytical model was implemented. Vertical and horizontal components of the surface displacement field obtained from analysis of SAR images have been used as input data to derive geometric parameters of the source and in particular to estimate the volumetric strain of the phenomenon. Position, dimension and mechanism were obtained. The gained experience proved that space-borne SAR data allow to obtain important information about the dynamics of instability phenomena, which degree of precision depends on several factors, as vegetation density and surface velocity. The applicability of D-InSAR methods in different conditions was tested to obtain useful information to re-create the phenomena through numerical modeling. When rapid displacements overcome the maximum detectable surface velocities between two consecutive SAR acquisitions and changing in land cover produces a complete coherence loss, the amplitude of the signal can be analyzed instead of the phase. In the Val Maso landslide, a rapid mapping of surface deformation was possible, providing important hints to manage post-event emergency situations. Despite the dense vegetation in Cischele area, SBAS technique could assess a component of the landslide displacement, through an accurate calibration of some processing parameters. Thanks to the flat morphology of the site and the almost absent vegetation covering, analysis of sinkholes in Jordan Dead Sea coast gave precise information about ground deformation and helpful data to model a sinkhole and to define its geometry and volume reduction. In these favorable conditions, SAR data allow one to predict the occurrence of geological instabilities, characterize their extension, model their evolution and define an early warning system to prevent catastrophic events.
L’analisi degli spostamenti superficiali del terreno permette di ottenere importanti informazioni sull’evoluzione di un fenomeno di instabilità geologia e identificarne i fattori di innesco. A questo scopo, i dati RADAR ad apertura sintetica (SAR) satellitari possono essere utilizzati per raccogliere misure indirette relativamente alle deformazioni superficiali di aree affette da dissesti geologici. I risultati ottenuti tramite tecniche di telerilevamento SAR possono poi essere confrontati con i risultati di simulazioni numeriche: il raffronto tra campi di spostamento e velocità consente di validare e calibrare il modello numerico. Le simulazioni numeriche sono probabilmente lo strumento più diffuso per la riproduzione un dissesto sotto specifiche ipotesi, la cui esattezza è fortemente connessa alla quantità di dati di input disponibili. Spesso molti dei parametri necessari a costruire un modello devono essere stabiliti attraverso ragionevoli assunzioni, che possono essere verificate grazie a misure sul campo e monitoraggi con tecniche classiche, o attraverso tecniche di telerilevamento. Un diverso approccio, applicato nella creazione di un modello, consiste nel considerare una mappa di spostamenti superficiali quale punto di partenza per modellare un fenomeno di instabilità e le caratteristiche della sorgente. Tale approccio necessita della disponibilità di precisi valori di velocità di spostamento, ad una risoluzione spaziale adeguata al fenomeno che si sta analizzando. Il presente lavoro è finalizzato a determinare il contributo dei dati SAR satellitari nello studio dei dissesti geologici, con particolare riferimento a frane e sinkholes. L’approccio metodologico è stato utilizzato in diverse condizioni per capirne l’applicabilità e ottimizzarne i risultati ottenuti, superando alcuni dei limiti del dato SAR. Le tecniche di telerilevamento RADAR satellitare, ed in particolare la tecnica InSAR (Synthetic Aperture RADAR Interferometry), considerano le variazioni di fase tra il segnale trasmesso e la componente retrodiffusa che torna al ricevitore, e restituiscono accurate mappe di spostamento superficiale su larga scala. Tra l’altro è possibile stimare non solo le deformazioni, ma tutta l’evoluzione degli spostamenti, utilizzando informazioni derivanti da diversi interferogrammi ottenuti da numerose immagini SAR, combinandoli ed analizzando i cambiamenti di fase del segnale. Queste tecniche sono definite D-InSAR (Differential Interferometric SAR) e i principali algoritmi proposti in quest’ambito sono denominati PS InSAR (Ferretti et al., 2001) ed SBAS (Berardino et al., 2002). Ma le tecniche D-InSAR hanno delle limitazioni nella loro applicazione: possono rilevare solo una componente dello spostamento complessivo; non tutte le geometrie sono visibili al satellite ed è quindi importante valutare l’esposizione dell’area che si analizza; anche la presenza di fitta vegetazione genera delle limitazioni. In questi casi è possibile utilizzare l’ampiezza del dato, anziché la fase, per identificare superfici soggette a deformazioni (Casu et al., 2011). Le tecniche menzionate sono state applicate a tre casi reali: • due frane manifestatesi nella zona prealpina della Provincia di Vicenza nel 2010; • subsidenza e sinkholes che affliggono la costa Giordana del Mar Morto. Entrambe le frane analizzate, la frana di Contrada Cischele e la frana di Val Maso, sono state innescate da un evento di pioggia eccezionale che ha colpito la Provincia di Vicenza nell’autunno 2010. La frana che ha interessato Contrada Cischele, nel Comune di Recoaro Terme, è caratterizzata da velocità di deformazione contenute, dovute alla riattivazione del versante in frana in stretta connessione con gli eventi di pioggia e quindi l’innalzamento della falda. La frana si è manifestata causando danni alle abitazioni presenti, alla strada Provinciale ed al muro di contenimento che la delimita. Grazie alle indagini in situ e alle prove di laboratorio effettuate sui materiali è stato possibile riprodurre un modello di stabilità globale del versante. L’analisi del dissesto con dati SAR è avvenuta inizialmente attraverso la valutazione dei dati PS storici nell’archivio del Ministero dell’Ambiente, verificando la presenza di spostamenti precedenti all’evento del 2010. Successivamente è stata applicata la tecnica SBAS utilizzando 14 immagini COSMO-SkyMed acquisite a cavallo dell’evento piovoso. La presenza di vegetazione nel versante, che è causa di una decorrelazione temporale tra i dati, ha reso particolarmente complesso il processamento. Attraverso un’attenta calibrazione dei parametri di filtraggio dei dati è stato possibile definire il campo di spostamenti nell’area indagata. La frana in località Val Maso, nel Comune di Valli del Pasubio, è caratterizzata da dinamiche molto diverse rispetto al precedente caso. A seguito delle eccezionali piogge del Novembre 2010, il versante è collassato con un movimento rototraslativo al coronamento, che è evoluto in colata. L’evento si è sviluppato molto rapidamente ed ha coinvolto circa 200'000 m3 di materiale asportato; la superficie di scivolamento si è localizzata a circa 20 m di profondità. Una back analysis della stabilità del versante ha permesso di definire con maggiore accuratezza le proprietà geotecniche dei materiali coinvolti. Poi, i parametri ottenuti sono stati utilizzati per un’analisi disaccopiata di filtrazione e stabilità globale dell’area a monte del coronamento di frana, per valutare l’entità della minima intensità di pioggia in grado di innescare la retrogressione del fenomeno. Ulteriori informazioni sulla frana sono state ricercate tramite l’utilizzo di dati SAR satellitari. A causa della densa vegetazione e degli evidenti cambiamenti morfologici indotti dalla frana, le tecniche PS ed SBAS non sono risultate applicabili. Si è pertanto analizzata l’ampiezza del dato, anziché la fase, utilizzando 9 immagini COSMO-SkyMed, acquisite prima e dopo l’evento. La valutazione dei cambiamenti di ampiezza ha permesso di perimetrare l’area in frana. Infine la tecnica SBAS è stata utilizzata per indagare l’evoluzione dei sinkholes che interessano la costa Giordana del Mar Morto, con particolare attenzione alla porzione sud-orientale della costa, denominata Ghor Al Haditha. Grazie ai numerosi riferimenti bibliografici relativi a quest’area (Bartov et al., 2000; Closson et al., 2007, 2009; Abou Karaki et al., 2005; Abelson et al., 2006; Akawwi et al., 2009; Ezersky et al., 2013) sono chiare le ragioni del verificarsi di questi dissesti e della subsidenza lungo tutta la costa del lago. L’innesco è connesso all’ingente sfruttamento, a scopo civile ed industriale, delle acque del Mar Morto, il cui livello si sta abbassando di circa 1 m/anno. La conseguenza di questo sfruttamento è una sostituzione dell’acqua salina, presente in profondità, con acqua dolce di falda, la quale causa la dissoluzione degli strati salini presenti nel terreno. L’area è stata analizzata utilizzando immagini ERS, Envisat e COSMO-SkyMed. I primi due dataset hanno evidenziato la subsidenza che affligge le coste, senza permettere di isolare gli spostamenti dovuti ai singoli sinkhole, a causa della risoluzione spaziale di 25 m di questi dati SAR. L’utilizzo dei dati COSMO ha invece permesso di identificare gli spostamenti dovuti ai sinkholes in modo molto dettagliato, grazie all’alta risoluzione spaziale di questi dati (3m x 3m) e al breve tempo di rivisitazione del satellite. Uno specifico sinkhole è stato individuato ed analizzato studiandone l’evoluzione temporale. Sulla base dei risultati ottenuti dal processamento SBAS è stato definito un modello analitico: partendo dal campo di spostamenti superficiali sono stati derivati i parametri geometrici della sorgente e stimata la variazione di volume associata al fenomeno. Le esperienze fatte hanno evidenziato come i dati SAR satellitari permettano di ottenere importanti informazioni riguardo le dinamiche dei fenomeni di instabilità. Il grado di dettaglio di tali informazioni dipendono da diversi fattori, quali la risoluzioni spaziale del dato, la numerosità e la vicinanza temporale dei dati analizzati, la presenza di vegetazione più o meno fitta, la velocità degli spostamenti. La possibilità di utilizzare i dati SAR per ottenere informazioni utili alla creazione di un modello numerico è stata testata in diverse condizioni. In presenza di movimenti molto rapidi, che superano il valore massimo di velocità rilevabile, e cambiamenti netti della copertura vegetativa provocano una perdita di coerenza, è possibile analizzare l’ampiezza del segnale anziché la fase. Nel caso della frana in località Val Maso, è stato possibile mappare la superficie soggetta a deformazioni, fornendo un possibile strumento fondamentale per la gestione dell’emergenza post-evento. Nonostante la presenza di vegetazione nel versante in frana, in località Cischele, la tecnica SBAS ha permesso di stimare una componente dello spostamento superficiale, grazie all’attenta calibrazione di alcuni parametri del processamento. La morfologia pianeggiante della costa del Mar Morto, in località Ghor Al Haditha, e la scarsa presenza di vegetazione, hanno permesso di ottenere precise informazioni relativamente alle deformazioni superficiali indotte dal subsidenza e sinkholes, tanto da poter generare un modello analitico del fenomeno, utile alla creazione di un sistema di early warning, sulla base dei movimenti che precedono un possibile evento catastrofico.

The study aims to offer a clarification and a recognition of the general international and European regulation of remote sensing and, meanwhile, to point out the special regime applicable to remote sensing programs carried out for the prevention, mitigation and management of natural disasters, and to the sensed images relevant in the same field. This hermeneutic method guides the analysis, which aims to propose a fair balance between two opposite demands: on the one hand the promotion of the development of the remote sensing sector through private investment, and on the other hand the proper protection of the public interest in the field of disaster management lato sensu, with the corollary of the prevalence of the logic of solidarity with the one of profit. After introducing fundamental concepts such as remote sensing, natural disaster, outer space, taking into account the relevant regulation, the legal questions arising from the launch of the satellite to the diffusion and use of sensed images are identified and analysed in depth, using the general principles of international space law and international environmental law and examining the praxis shaped by space operators and humanitarian organizations. The research focuses on the unique international instrument specifically dedicated to remote sensing, the General Assembly Resolution 41/65 of 1986. Therefore its correspondence to general international law is scrutinized principle by principle. Next the research explores the international cooperation that has developed in the field of natural disaster management through remote sensing and in particular the system created by the International Charter on Space and Major Disasters on the global level and by the European Union on the regional level. Furthermore, concerning the rules applicable to the access of sensed data, the study analyses how the restrictions to access and diffusion foreseen by national space legislations, even the recently adopted ones, can be conciliated with the unconditioned duty of early warning and of the assistance that international law provides for natural disasters. The conclusion is in a sense that, whenever sensed data are relevant in the sector of natural disasters, all the imposed exceptions and restrictions fall down. Finally, with regard to the legal instruments of protection of remote sensing satellites and of sensed data, during the downlink phase and on fixed support, their gaps and the need of clarification are stressed. Even if it is necessary to guarantee an adequate degree of protection of intellectual property for sensed data, whatever their level of elaboration is, the study supports the thesis that protection should be ignored if data are relevant for natural disaster management, in order to increase their diffusion. In short in the study the access to data relevant for natural disaster management is treated as a public service (servizio pubblico, offentiche Aufgaben, service public) of the international community and as an essential element of a gradually evolving system founded in solidarity among all States participating in the remote sensing chain and on the principle of common benefit for which the exploration and use of outer space shall be carried out according to art. I of the Outer Space Treaty.
Il presente lavoro mira ad offrire una chiarificazione e ricognizione della disciplina generale internazionale ed europea del remote sensing e nel contempo ad individuare il regime speciale applicabile ai programmi di remote sensing condotti per la prevenzione, la mitigazione e la gestione dei disastri naturali e alle immagini telerilevate rilevanti nello stesso ambito. Tale opera ermeneutica, che ne costituisce il filo conduttore ed unificante le varie parti, è animata dall’obiettivo di proporre un equo bilanciamento fra due esigenze contrapposte: quella di promuovere lo sviluppo del settore del remote sensing stimolando l’investimento privato e quella di tutelare adeguatamente l’interesse pubblico in materia di gestione, in senso lato, dei disastri naturali con il corollario della prevalenza, in tale ambito, della logica della solidarietà su quella del profitto. Dopo una parte introduttiva dedicata alla definizione, alla stregua della normativa rilevante, di alcuni concetti fondamentali come telerilevamento, disastro naturale, spazio extra-atmosferico, vengono enucleate e sviscerate le questioni giuridiche che il remote sensing pone durante tutto il suo svolgimento, dal lancio del satellite da telerilevamento fino al momento della diffusione e dell’utilizzo delle immagini telerilevate, facendo ampio appello ai principi generali di diritto internazionale spaziale e dell’ambiente ed esaminando la prassi che si sta sviluppando ad opera degli operatori spaziali e delle organizzazioni di carattere umanitario. In questa parte viene dedicata particolare attenzione all’unico strumento internazionale dedicato in modo specifico al remote sensing, la risoluzione dell’Assemblea Generale 41/65 del 1986, la cui corrispondenza al diritto internazionale generale viene pertanto vagliata principio per principio. L’indagine si concentra poi sulla cooperazione internazionale che si è sviluppata nel settore della gestione tramite remote sensing dei disastri naturali, prendendo in esame più da vicino il sistema messo a punto a livello globale dall’International Charter on Space and Major Disasters e, a livello regionale, dall’Unione Europea. E’apparso poi necessario analizzare la disciplina applicabile all’accesso ai dati telerilevati in particolare per verificare come le restrizioni all’accesso e alla diffusione previste da tutte le legislazioni spaziali nazionali, anche di recente adozione, interagiscono e possono essere conciliate con l’incondizionato obbligo di avviso (early warning) e di soccorso che il diritto internazionale pone in caso di disastri naturali concludendo nel senso che, quando i dati telerilevati sono rilevanti nel settore dei disastri naturali, cadono tutte le eccezioni e le restrizioni eventualmente imposte. Passando infine a considerare gli strumenti utilizzabili a protezione dei satelliti da telerilevamento e degli stessi dati telerilevati, nella fase di downlink o su supporto fisso, ne vengono messe in evidenza le lacune e viene sottolineata l’esigenza di chiarificazione che permea la materia. Ferma la necessità di garantire una adeguata protezione della proprietà intellettuale ai dati telerilevati, quale sia il loro livello di elaborazione, si ritene che tale protezione dovrebbe venir meno se i dati sono rilevanti nella gestione dei disastri naturali, a tutto vantaggio della loro più ampia condivisione. In sintesi nel presente lavoro l’accesso ai dati telerilevati rilevanti nella gestione dei disastri naturali viene configurato come un servizio pubblico (public service, offentiche Aufgaben, service public) della comunità internazionale e si pone come elemento essenziale di un sistema in corso di progressiva definizione fondato sulla solidarietà fra tutti gli Stati partecipanti alla catena della attività telerilevanti e sul principio del beneficio comune cui debbono essere finalizzate, ai sensi dell’art. I del Trattato sullo spazio, l’esplorazione e l’utilizzazione dello spazio extra-atmosferico.

2012 - 2013
L’obbiettivo di questa tesi di dottorato è la creazione di modelli digitali delle altezze derivati da immagini stereoscopiche acquisite da sensori satellitari ad altissima risoluzione, la valutazione delle accuratezze planoaltimetriche raggiungibili, nonché le possibili applicazioni. Grazie alle risoluzioni geometriche raggiunte, i satelliti ottici di ultimissima generazione sono paragonabili, in determinati ambiti applicativi, alla più costosa ed impegnativa fotogrammetria classica da aeromobile. Poiché l’utilizzo di tali immagini è piuttosto recente, le informazioni relative agli impieghi e alla adattabilità in scale cartografiche più o meno spinte provengono da lavori di ricerca specifici sia in ambito scientifico che privato. Tra i diversi impieghi risulta di maggior interesse la possibilità di produzione di modelli digitali delle altezze (DEM) da immagini ad alta risoluzione con accuratezze paragonabili alle metodiche classiche di rilievo. Proprio in questo ambito va a porsi la prima parte di questo lavoro di tesi utilizzando le immagini satellitari Geoeye-1 con risoluzione spaziale di 50 cm e in modalità stereo nonché le problematiche riscontrate. La seconda parte di questo lavoro di tesi si focalizza sulla possibilità di utilizzare il DEM prodotto da immagini satellitari in ambito geomorfologico, producendo da essi degli indici geomorfometrici per la valutazione di corpi di frana. Il primo capitolo di questo lavoro di tesi introduce le peculiarità del telerilevamento satellitare, riporta le caratteristiche del sensore Geoeye-1 e le particolarità delle immagini utilizzate. Il secondo capitolo tratta dei modelli matematici implementati nei software Geomatica della PCI Geomatics e SOCET SET della BAE System e le diversità tra essi. Il terzo capitolo riporta le modalità di acquisizione e diffusione dei dati geografici, le accuratezze posizionali da raggiungere per utilizzare tali prodotti in ambito cartografico. Il quarto capitolo è interamente centrato sulla produzione dei DEM. La prima parte è dedicata alla campagna GPS per il rilievo dei punti di controllo a terra (GCP), utilizzati poi per la fase di georeferenziazione delle immagini satellitari. La parte centrale affronta le problematiche riscontrate e i test di accuratezza effettuati per i prodotti generati. Infine sono riporte le comparazioni tra il DEM creato e prodotti certificati. Il quinto capitolo è dedicato alla creazione di indici geomorfometrici per un ambito di frana. Utilizzando tali indici e curve di livello derivate dal DEM prodotto, sono stati creati i contorni di frana. La parte conclusiva del capitolo invece riporta la valutazione dei movimenti avvenuti tra il 2004 e il 2012. [a cura dell'autore]
XII n.s.

Le alluvioni sono tra le principali catastrofi che gli stati europei hanno dovuto affrontare negli ultimi anni. In questo contesto, le tecniche di osservazione della Terra sono diventate strumenti essenziali per la gestione di questo tipo di rischio. Il telerilevamento satellitare consente infatti l’individuazione delle aree allagate e fornisce preziose informazioni sull'intensità, sull’evoluzione degli allagamenti. Le immagini SAR e le immagini ottiche costituiscono dunque il mezzo più efficiente e rapido per la raccolta dei dati utili ad analisi in pre- e post-evento. Il programma di osservazione della Terra “Copernicus”, gestito dalla Commissione Europea, è stato concepito per fornire informazioni accurate, aggiornate e facilmente accessibili al fine di una corretta gestione dell’ambiente e di situazioni di emergenza di origine naturale o antropica. I satelliti della missione Sentinel sono stati creati per raggiungere gli obiettivi del programma fornendo immagini multispettrali e radar di alta qualità e liberamente scaricabili. Il presente elaborato di tesi presenta un’analisi dell’evento alluvionale che ha colpito la regione Emilia-Romagna nel dicembre 2017. Tra il 10 e l’11 dicembre, piogge eccezionali hanno causato esondazioni e tracimazioni di alcuni corsi d'acqua. Lungo il fiume Enza, l’onda di piena ha danneggiato in tre punti l’argine provocando l’esondazione nella frazione di Lentigione (RE), coinvolgendo l’abitato e la campagna limitrofa. Alcune tracimazioni del Parma sono state registrate nella cittadina di Colorno (PR). L’obiettivo dello studio è la delineazione degli allagamenti causati dagli eventi eccezionali sopra descritti, attraverso l’utilizzo dei dati Sentinel. Sono state analizzate sia immagini radar della missione Sentinel-1, sia immagini multispettrali della missione Sentinel-2, sia per mappare l’area colpita durante l’evento che per monitorare gli effetti del disastro nel periodo successivo all’evento.

A partire dalla rivoluzione industriale, la rapida crescita della popolazione globale e gli intensi processi di urbanizzazione hanno portato a un eccessivo sfruttamento delle risorse naturali e hanno rimodellato la superficie terrestre. Secondo il rapporto IPCC Climate Change 2021, le attività umane hanno causato un riscaldamento globale: il sistema climatico ha sperimentato cambiamenti diffusi e rapidi, e la probabilità di eventi meteorologici estremi composti è aumentata notevolmente. Pertanto, il monitoraggio tempestivo delle attività umane e dell'ambiente naturale è di grande importanza per lo sviluppo sostenibile della società. Poiché ci sono diverse limitazioni alle soluzioni di monitoraggio a terra comunemente usate, le piattaforme di telerilevamento, che possono ottenere rapidamente informazioni regionali e persino globali sui processi di superficie, sono diventate uno strumento essenziale per le osservazioni della terra. Così, questa tesi mira ad esplorare l'integrazione del telerilevamento diurno e notturno per tracciare le dinamiche delle impronte delle attività umane e dell'eco-ambiente, e per valutare quantitativamente le interazioni tra loro: tutti questo è di grande importanza per la promozione degli Obiettivi di Sviluppo Sostenibile. Per raggiungere questo obiettivo, è stata implementata una serie di attività di ricerca sia nell'elaborazione dei dati che nell'esplorazione delle applicazioni. In primo luogo, sono stati sviluppati i modelli di calibrazione per i fenomeni di saturazione e turbolenza interannuale presenti nei dati NTL. In secondo luogo, è stato proposto un metodo basato sui dati più avanzati di Black Marble Suite, per le immagini mensili NTL composte in tempo quasi reale, il quale ha fornito un importante supporto per il rilevamento degli effetti degli eventi a breve termine. Inoltre, sono stati prodotti e resi open source i livelli di riferimento di qualità per i dati ENTL, attualmente molto utilizzati . Infine, le attività umane e le dinamiche ecoambientali a scala locale, regionale e globale sono state valutate e discusse attraverso i dati NTL e i modelli RSEI. Anche se questi lavori meritano di essere avanzati e raffinati, i risultati riportati in questa tesi hanno portato ad alcune nuove scoperte intellettuali. Alcuni dei modelli e dei prodotti di dati sviluppati nella tesi sono stati applicati da altri studiosi a studi regionali in diversi contesti, il che è incoraggiante. In conclusione, il lavoro in questa tesi espande la prospettiva dell'osservazione della Terra e dà un contributo positivo per aiutarci a capire le interazioni uomo-ambiente in modo più preciso.
Since the Industrial Revolution, rapid global population growth and intense urbanization processes have led to overexploitation of natural resources and reshaped the land surface. According to the IPCC Climate Change 2021 report, human activities have caused global warming, the climate system has experienced widespread and rapid changes, and the probability of compound extreme weather events increased significantly. Therefore, timely monitoring of human activities and the natural environment is of great importance to the sustainable development of human society. Since there are several limitations to the commonly used ground-based monitoring solutions, remote sensing platforms, which can quickly obtain regional and even global information on surface processes, have become an essential tool for Earth observations. Thus, this thesis aims to explore the integration of daytime and nighttime remote sensing to track the dynamics of human activity footprints and eco-environment, and to quantitatively assess the interactions between them, which is valuable for promoting SDGs. To achieve this objective, a series of efforts both in data processing and application exploration were implemented. First, the calibration models for saturation phenomena and interannual turbulence present in NTL data were developed. Second, based on the most advanced Black Marble Suite data, a method for near real-time composited monthly NTL images was proposed, which provided an important support for short-term period event effect detection. In addition, the quality flag layers for the widely used ENTL data today have been produced and open sourced. Finally, human activities and eco-environmental dynamics at local, regional and global scales were assessed and discussed through NTL data and RSEI models. Although these efforts deserve to be advanced and refined, the works in this thesis has led to some new intellectual discoveries. Some of the models and data products developed in the thesis have been applied by other scholars to regional studies in different contexts, which is encouraging. In conclusion, the work in this thesis expands the perspective of Earth observation and makes a positive contribution to help us understand human-environment interactions more precisely.

Questo lavoro di tesi analizza i parametri geologici, morfologici e le velocità di spostamento di corpi franosi, che sono stati rilevati da remoto attraverso la tecnica di analisi inSAR, della Regione Emilia-Romagna che si sono riattivati o attivati per la prima volta nel periodo di studio che va da aprile-2015 a maggio-2019. Questi corpi sono disposti lungo la catena dell'Appennino Settentrionale all'interno di aree di studio che sono a loro volta collocate all'interno di 10 bacini idrografici della Regione stessa. Attraverso diversi grafici si è analizzato quali sono i parametri geomorfologici e i fattori ambientali che regolano l'attivazione o meno di frane lungo i versanti dell'erogene Appenninico.

The aim of this research is to characterize the spectral signatures of granitoid rocks in visible and infrared wavelengths regions and find effective methodologies to discern and map granitoid plutons using ASTER (Advanced Spaceborne Thermal Emission and Reflectance Radiometer) multispectral satellite images in different environmental contexts. Despite satellite remote sensing analysis has been extensively used for geological mapping, it is not considered readily applicable to the mapping of igneous terrains, where lithological contacts are less predictable. For this reason several plutons in two different geological contexts have been taken into account: i) Anti-Atlas - Morocco Edyacarian and Cryogenian plutons (Eastern Sagrho) and ii) Himalaya - Tertiary plutons (Dolpo). Particular attention has been given to the pre-processing of the ASTER L1A and L1B images. Level-1B data have been generated performing the radiometric calibration and geometric resampling of Level-1A products. In this way radiance at sensor (W/m2/sr/μm) is obtained from the DN (Digital Number). Subsequently, ASTER images have been corrected for the crosstalk effect, resampled at the same spatial resolution (15m/pixel), georeferenced and orthorectified. Finally, radiance at sensor values have been converted to ground reflectance applying atmospheric correction and, where necessary, the topographic effects on spectra has been reduced performing a topographic normalization. In order to compare ASTER spectra with the minerals and rocks ones, ASTER Spectral Library version 2.0 (Baldridge et al., 2009) have been considered. This library includes contributions from the Jet Propulsion Laboratory (JPL), Johns Hopkins University (JHU) and the United States Geological Survey (USGS) (Christensen et al., 2000, Clark et al., 1993, 2007). In addition, forty-five samples of granitoid rocks collected in the field, were analyzed in the VIS/SWIR spectral range at the DEI (Department of Information Engineering - Università  di Padova) using the VARIAN-CARY5000R spectrophotometer in a wavelength range spanning from 0.35µm to 2.5µm at a 1nm sampling step. High-resolution spectral signatures were resampled simulating the ASTER bands filter. This transformation drastically decrease the discerning capability of spectral signatures since the 2150 laboratory "bands" are reduced to the 9 bands obtained by the ASTER filters in the VIS/SWIR range. The remote sensing elaboration in Morocco was challenging in discriminating Ediacarian granitoid bodies, that are characterized by very similar compositions and a widespread desert varnish coating. Using false color composites, band ratios, spectral angle mapper (SAM) and supervised maximum-likelihood (MLL) classifications on ASTER bands, we were able to discriminate and map four calc-alkaline plutons. The analytical comparison of ASTER TIR (Thermal Infrared Region) and VNIR/SWIR (Visible Near Infra Red Region, Short Wave Infrared Region) data has demonstrated that the latter are very effective in the distinction of granitoids, although with very similar silica content. This because secondary effects like hydrothermal and surface alterations which may depend respectively on the magmatic evolution and on the texture and modal composition of the plutonic body, can be quite easily recognized. The remote sensing elaborations in Himalayan case study, point out that detailed lithological discrimination of heavily vegetated and topographically rough areas, requires advanced digital image processing techniques. A good approach consists on masking no -"bedrock" pixels through a classification based filter which excludes water, snow, vegetation and clouds. Subsequently we were able to cluster "rocky" pixel reflectance values into a few end-members, each with a specific mean spectral signature. Indeed, these "rocky" pixels have shown signatures constituted by a non-linear mixing of rocks and lichens. In particular, granitoid rocks of the Higher Himalayan Granitoid form an acid substrate influencing the distribution of acidophilic lichens species which can be diagnostic of such rocks. Consequently, the effect of these lichens on rock spectra along with muscovite absorption bands can be used as a proxy for the presence of leucogranitic rocks in mid latitude alpine environment. The image analysis were carried out on SWIR wavelengths using false color composites of band ratios and PCAs (Principal Component Analysis) studied under the light of this new finding. In this way the image analysis provided the detection and the geological map of a new 110 km2 granitoid body (Buraburi Granite-BG) in the Dolpo region. Results point out that the pre-processing and processing steps necessary to geological remote sensing application must be chosen in function of the specific scene characteristics (season and the environments). Moreover, has been highlighted the important role of the indirect proxies, such as desert varnish and acidophilic lichens, in the granitoid rocks spectral discrimination, based on satellite signature.
La presente ricerca ha lo scopo di sperimentare tecniche di telerilevamento multispettrale atte alla discriminazione e mappatura di plutoni granitici e caratterizzare la risposta spettrale di rocce granitoidi nelle lunghezze d'onda del visibile, vicino e medio infrarosso e infrarosso termico. Nonostante il telerilevamento satellitare sia stato ampiamente applicato alla geologia, le potenzialità del sensore ASTER (Advanced Spaceborne Thermal Emission and Reflectance Radiometer) non sono state mai applicate alla cartografia di corpi granitici. In questo lavoro si sono così presi in considerazione numerosi plutoni in due diversi contesti geologici ed ambientali: i) plutoni di età  Ediacariana e Cryogeniana presenti nell'Anti-Atlas Orientale (Sagrho orientale - Marocco) e ii) plutoni Terziari dell'Himalaya meridionale (Dolpo - Nepal occidentale). Nelle analisi delle immagini ASTER si è prestata una particolare attenzione alle fasi di pre-processing, dove si sono applicate le calibrazioni e correzioni radiometriche e geometriche necessarie ad ottenere un dato valido, sia dal punto di vista spettrale che spaziale.. I dati di ASTER di livello 1a, attraverso la calibrazione radiometrica, sono stati così trasformati da DN (Digital Number) in radianza al sensore (W/m2/sr/μm), ottenendo un dato di livello 1b. Questo è quindi stato corrette per l'effetto di crosstalk, ricampionato alla stessa risoluzione spaziale (15m/pixel), georeferenziato e ortoretificato. Infine, attraverso l'applicazione della correzione atmosferica, i valori di radianza al sensore sono stati convertiti in valori di riflettanza al suolo. Nell'immagine dell'area Himalayana, caratterizzata da un'alta energia di rilievo, si è inoltre applicata la correzione topografica. Le firme spettrali ricavate dall'immagine satellitare sono state confrontate con quelle ad alta risoluzione di minerali, misurate in laboratorio e presenti nella libreria spettrale ASTER Spectral Library v.2.0 (Baldridge et al., 2009). A queste firme si sono aggiunte quelle di minerali e rocce di oltre 45 campioni di granitoidi raccolti nelle aree di studio ed analizzati con lo spettrofotometro VARIAN-CARY5000R nell'intervallo di lunghezze d'onda tra 0.35µm e 2.5µm (visibile -medio infrarosso) con una risoluzione di 1nm. Le firme spettrali ad alta risoluzione (circa 2150 bande) sono state così ricampionate secondo la risoluzione delle 9 bande ASTER. Le analisi di telerilevamento dell'area marocchina hanno consentito la distinzione di quattro plutoni calc-alcalini di età  Ediacariana, caratterizzati da una composizione molto simile e da una diffusa copertura di vernice del deserto sulla superficie degli affioramenti. La discriminazione di queste rocce granitoidi è stata effettuata grazie allo studio delle immagini in scala di grigi e combinazioni RGB a falsi colori di bande ASTER, rapporti tra bande ASTER e classificazioni di tipo supervised, quali maximum-likelihood (MLL) e spectral angle mapper (SAM). I dati dei sistemi ASTER VNIR/SWIR (Visible Near Infra Red Region, Short Wave Infrared Region) si sono comunque mostrati più efficaci di quelli del sistema TIR (Thermal Infrared Region), nella discriminazione delle rocce considerate. Questo è principalmente dovuto alla presenza di alterazioni idrotermali e superficiali, caratterizzate da assorbimenti diagnostici nella regione VNIR-SWIR, che di fatto dipendono dall'evoluzione magmatica, dalla tessitura e dalla composizione del litotipo indagato. Le analisi di telerilevamento dell'area Himalayana, caratterizzata dalla presenza di vegetazione, nuvole, neve e ghiaccio ha richiesto l'utilizzo di tecniche più complesse di quelle utilizzate nell'area Marocchina, caratterizzata da una buona esposizione degli affioramenti. Il mascheramento dei pixel non rocciosi si è così mostrato un buon approccio in aree con clima alpino. Le firme spettrali da satellite degli affioramenti leucogranitici analizzati, si mostrano influenzate dalla presenza di un'associazione di roccia e licheni. Poichè le rocce granitiche sviluppano substrati acidi, la presenza di specie licheniche acidofiliche è diagnostica della composizione della roccia sottostante. La presenza congiunta di assorbimenti caratteristici dei licheni acidofilici e della muscovite negli spettri da satellite possono quindi essere interpretati come proxy della presenza di rocce leucogranitiche. Si sono quindi analizzate le immagini in scala di grigi e composizioni a fasi colori di rapporti tra bande, assorbimenti relativi di banda e componenti principali, mirate ad enfatizzare gli assorbimenti di licheni e muscovite. In questo modo, le elaborazioni di telerilevamento, unite alle analisi spettrali hanno portato alla scoperta di un corpo granitico di 110 km2 (Buraburi Granite-BG) nella regione del Dolpo (Nepal occidentale). I risultati portano a concludere che le fasi di pre-processing e processing mirate alle applicazioni geologiche del telerilevamento, devono essere scelte e pesate in base agli specifici contesti ambientali e stagionali. Infine si è dimostrata l'importanza dei proxies quali licheni acidofilici e vernice del deserto, nel riconoscimento indiretto, da satellite, di rocce granitiche.

Nel corso della sua storia, l’uomo ha sempre cercato nuovi modi per superare i suoi limiti naturali di osservazione e di percezione visiva. Il Telerilevamento (TLR) può essere considerato una tappa di questo cammino verso una visione più completa e complessiva dell’ambiente in cui vive. Sfruttando le conoscenze dei fenomeni d’interazione tra la radiazione elettromagnetica e i corpi naturali, il TRL permette di avere informazioni accurate sullo stato fisico di un corpo a partire dalla misura della radiazione emessa dalla sua superficie. Nel caso specifico del telerilevamento satellitare, l'osservazione su un'ampia scala spaziale permette di ottenere informazioni estremamente dettagliate su vaste aree geografiche e su parametri atmosferici di notevole interesse meteorologico come le precipitazioni. Le precipitazioni infatti rappresentano uno dei parametri meteorologici di maggiore importanza per la sua diretta interazione col sistema climatico planetario e le attività antropiche. La comprensione e la previsione del tempo e del clima richiede dei buoni dati relativi alle precipitazioni ed è proprio qui che entrano in gioco le microonde che, lavorando su ampie lunghezze d’onda, sono in grado di fare un sondaggio della parte interna della nube. Tutto ciò è possibile, in particolare, grazie all'uso di piattaforme (come aerei o satelliti) che consentono di riprendere a distanza più o meno ravvicinata il territorio, e di sensori che ne scrutano le caratteristiche e le condizioni.

Lo studio approfondito delle caratteristiche geometriche ed idrologiche dei corsi d’acqua viene intrapreso solo nei paesi più economicamente sviluppati dati gli elevati costi delle campagne d’indagine. Con l’avvento della fotogrammetria aerea, ed in seguito lo sviluppo del remote sensing, nascono le prime analisi basate sul telerilevamento fluviale. Per quanto riguarda la batimetria, le metodologie adoperabili per la rilevazione da remoto presentano limiti di accuratezza principalmente nella ricostruzione della sezione sommersa. Un DEM (Digital Elevation Model) che permette di ricavare l’andamento plano-altimetrico di un corso fluviale è SRTM (Shuttle Radar Topography Mission), a scala globale e disponibile in rete. Lo scopo di questo lavoro è la correzione della geometria fluviale ricavabile da SRTM, usando i dati provenienti da misure batimetriche in sito o da LiDAR (Ligth Detection and Ranging) per un confronto immediato. Si presentano due casi studio differenti: il primo fa riferimento al tratto di Po compreso tra Borgoforte e l’incile di Po di Goro; data la disponibilità di numerosi dati per la calibrazione, viene condotta anche la modellazione numerica. Si dispone di un DEM LiDAR, un SRTM 30 e un SRTM 90, con risoluzione di 2, 30 e 90 metri rispettivamente. La seconda area di indagine comprende un tratto del fiume Limpopo (Mozambico) per il quale si ha a disposizione solamente il DEM SRTM 30. Il codice BEST (Bathymetry Estimation from Satellite) proposto è in grado di stimare l’abbassamento necessario applicabile al fondo d’alveo SRTM, per raggiungere le profondità effettive, permettendo inoltre la valutazione dell’area e del perimetro bagnato delle sezioni fluviali. I risultati di questo studio sottolineano il potenziale dell’SRTM e dell’approccio di correzione dei dati da esso ricavabili per la stima della batimetria fluviale.

CAPITOLO 1 INTRODUZIONE Il lavoro presentato è relativo all’utilizzo a fini metrici di immagini satellitari storiche a geometria panoramica; in particolare sono state elaborate immagini satellitari acquisite dalla piattaforma statunitense CORONA, progettata ed impiegata essenzialmente a scopi militari tra gli anni ’60 e ’70 del secolo scorso, e recentemente soggette ad una declassificazione che ne ha consentito l’accesso anche a scopi ed utenti non militari. Il tema del recupero di immagini aeree e satellitari del passato è di grande interesse per un ampio spettro di applicazioni sul territorio, dall’analisi dello sviluppo urbano o in ambito regionale fino ad indagini specifiche locali relative a siti di interesse archeologico, industriale, ambientale. Esiste infatti un grandissimo patrimonio informativo che potrebbe colmare le lacune della documentazione cartografica, di per sé, per ovvi motivi tecnici ed economici, limitata a rappresentare l’evoluzione territoriale in modo asincrono e sporadico, e con “forzature” e limitazioni nel contenuto informativo legate agli scopi ed alle modalità di rappresentazione delle carte nel corso del tempo e per diversi tipi di applicazioni. L’immagine di tipo fotografico offre una rappresentazione completa, ancorché non soggettiva, dell’esistente e può complementare molto efficacemente il dato cartografico o farne le veci laddove questo non esista. La maggior parte del patrimonio di immagini storiche è certamente legata a voli fotogrammetrici che, a partire dai primi decenni del ‘900, hanno interessato vaste aree dei paesi più avanzati, o regioni di interesse a fini bellici. Accanto a queste, ed ovviamente su periodi più vicini a noi, si collocano le immagini acquisite da piattaforma satellitare, tra le quali rivestono un grande interesse quelle realizzate a scopo di spionaggio militare, essendo ad alta risoluzione geometrica e di ottimo dettaglio. Purtroppo, questo ricco patrimonio è ancora oggi in gran parte inaccessibile, anche se recentemente sono state avviate iniziative per permetterne l’accesso a fini civili, in considerazione anche dell’obsolescenza del dato e della disponibilità di altre e migliori fonti di informazione che il moderno telerilevamento ci propone. L’impiego di immagini storiche, siano esse aeree o satellitari, è nella gran parte dei casi di carattere qualitativo, inteso ad investigare sulla presenza o assenza di oggetti o fenomeni, e di rado assume un carattere metrico ed oggettivo, che richiederebbe tra l’altro la conoscenza di dati tecnici (per esempio il certificato di calibrazione nel caso delle camere aerofotogrammetriche) che sono andati perduti o sono inaccessibili. Va ricordato anche che i mezzi di presa dell’epoca erano spesso soggetti a fenomeni di distorsione ottica o altro tipo di degrado delle immagini che ne rendevano difficile un uso metrico. D’altra parte, un utilizzo metrico di queste immagini consentirebbe di conferire all’analisi del territorio e delle modifiche in esso intercorse anche un significato oggettivo che sarebbe essenziale per diversi scopi: per esempio, per potere effettuare misure su oggetti non più esistenti o per potere confrontare con precisione o co-registrare le immagini storiche con quelle attuali opportunamente georeferenziate. Il caso delle immagini Corona è molto interessante, per una serie di specificità che esse presentano: in primo luogo esse associano ad una alta risoluzione (dimensione del pixel a terra fino a 1.80 metri) una ampia copertura a terra (i fotogrammi di alcune missioni coprono strisce lunghe fino a 250 chilometri). Queste due caratteristiche “derivano” dal principio adottato in fase di acquisizione delle immagini stesse, vale a dire la geometria panoramica scelta appunto perché l’unica che consente di associare le due caratteristiche predette e quindi molto indicata ai fini spionaggio. Inoltre, data la numerosità e la frequenza delle missioni all’interno dell’omonimo programma, le serie storiche di questi fotogrammi permettono una ricostruzione “ricca” e “minuziosa” degli assetti territoriali pregressi, data appunto la maggior quantità di informazioni e l’imparzialità associabili ai prodotti fotografici. Va precisato sin dall’inizio come queste immagini, seppur rappresentino una risorsa “storica” notevole (sono datate fra il 1959 ed il 1972 e coprono regioni moto ampie e di grandissimo interesse per analisi territoriali), siano state molto raramente impiegate a scopi metrici. Ciò è probabilmente imputabile al fatto che il loro trattamento a fini metrici non è affatto semplice per tutta una serie di motivi che saranno evidenziati nei capitoli successivi. La sperimentazione condotta nell’ambito della tesi ha avuto due obiettivi primari, uno generale ed uno più particolare: da un lato il tentativo di valutare in senso lato le potenzialità dell’enorme patrimonio rappresentato da tali immagini (reperibili ad un costo basso in confronto a prodotti simili) e dall’altro l’opportunità di indagare la situazione territoriale locale per una zona della Turchia sud orientale (intorno al sito archeologico di Tilmen Höyük) sulla quale è attivo un progetto condotto dall’Università di Bologna (responsabile scientifico il Prof. Nicolò Marchetti del Dipartimento di Archeologia), a cui il DISTART collabora attivamente dal 2005. L’attività è condotta in collaborazione con l’Università di Istanbul ed il Museo Archeologico di Gaziantep. Questo lavoro si inserisce, inoltre, in un’ottica più ampia di quelle esposta, dello studio cioè a carattere regionale della zona in cui si trovano gli scavi archeologici di Tilmen Höyük; la disponibilità di immagini multitemporali su un ampio intervallo temporale, nonché di tipo multi sensore, con dati multispettrali, doterebbe questo studio di strumenti di conoscenza di altissimo interesse per la caratterizzazione dei cambiamenti intercorsi. Per quanto riguarda l’aspetto più generale, mettere a punto una procedura per il trattamento metrico delle immagini CORONA può rivelarsi utile all’intera comunità che ruota attorno al “mondo” dei GIS e del telerilevamento; come prima ricordato tali immagini (che coprono una superficie di quasi due milioni di chilometri quadrati) rappresentano un patrimonio storico fotografico immenso che potrebbe (e dovrebbe) essere utilizzato sia a scopi archeologici, sia come supporto per lo studio, in ambiente GIS, delle dinamiche territoriali di sviluppo di quelle zone in cui sono scarse o addirittura assenti immagini satellitari dati cartografici pregressi. Il lavoro è stato suddiviso in 6 capitoli, di cui il presente costituisce il primo. Il secondo capitolo è stato dedicato alla descrizione sommaria del progetto spaziale CORONA (progetto statunitense condotto a scopo di fotoricognizione del territorio dell’ex Unione Sovietica e delle aree Mediorientali politicamente correlate ad essa); in questa fase vengono riportate notizie in merito alla nascita e all’evoluzione di tale programma, vengono descritti piuttosto dettagliatamente gli aspetti concernenti le ottiche impiegate e le modalità di acquisizione delle immagini, vengono riportati tutti i riferimenti (storici e non) utili a chi volesse approfondire la conoscenza di questo straordinario programma spaziale. Nel terzo capitolo viene presentata una breve discussione in merito alle immagini panoramiche in generale, vale a dire le modalità di acquisizione, gli aspetti geometrici e prospettici alla base del principio panoramico, i pregi ed i difetti di questo tipo di immagini. Vengono inoltre presentati i diversi metodi rintracciabili in bibliografia per la correzione delle immagini panoramiche e quelli impiegati dai diversi autori (pochi per la verità) che hanno scelto di conferire un significato metrico (quindi quantitativo e non solo qualitativo come è accaduto per lungo tempo) alle immagini CORONA. Il quarto capitolo rappresenta una breve descrizione del sito archeologico di Tilmen Höyuk; collocazione geografica, cronologia delle varie campagne di studio che l’hanno riguardato, monumenti e suppellettili rinvenute nell’area e che hanno reso possibili una ricostruzione virtuale dell’aspetto originario della città ed una più profonda comprensione della situazione delle capitali del Mediterraneo durante il periodo del Bronzo Medio. Il quinto capitolo è dedicato allo “scopo” principe del lavoro affrontato, vale a dire la generazione dell’ortofotomosaico relativo alla zona di cui sopra. Dopo un’introduzione teorica in merito alla produzione di questo tipo di prodotto (procedure e trasformazioni utilizzabili, metodi di interpolazione dei pixel, qualità del DEM utilizzato), vengono presentati e commentati i risultati ottenuti, cercando di evidenziare le correlazioni fra gli stessi e le problematiche di diversa natura incontrate nella redazione di questo lavoro di tesi. Nel sesto ed ultimo capitolo sono contenute le conclusioni in merito al lavoro in questa sede presentato. Nell’appendice A vengono riportate le tabelle dei punti di controllo utilizzati in fase di orientamento esterno dei fotogrammi.

The project related to the present PhD thesis aims to provide a new characterization and interpretation of the main features related to the geomorphology and geodiversity of the Sierra de Grazalema (southwestern Andalusia, Spain). To this end, we attempted to obtain objective evidences of discrimination (morphometric characterization, parameterization of spatial variables, detailed maps, etc..), as well as to refine existing models of morphological evolution related to the karstic massifs of the study area, the Grazalema Massif and the Libar Massif. On that latter point, it was important to try to define connections between the geological and morphostructural evolution of the two Massifs and the development of the local karstic and fluvial systems. The study area is characterized by an extraordinary amount, variety and spatial distribution of morphogenetic evidences (almost exclusively) associated to a morphodynamic karstic system. New instruments of representation and innovative collection of spatial data were necessitated by this large quantity of geodiversity features, in particular through the design and implementation of a structured database related to the elements relevant to geological and geomorphological interest (Sierra de Grazalema Database). In this way we tried to reach an improved, enriched (if compared to literature data) and, above all, spatially georeferenced awareness of active processes and forms which are present in the study area. The ultimate goal of this operative process relies on the inventorying of the elements of geodiversity and on supporting it with reliable and of high representative impact reconstructions, based on a careful modeling of the geomorphological processes that have contributed to increasing its value. The preliminary in-depth analysis of bibliographic references has shown that the Serrania de Grazalema area has already been the subject of investigations related to very different fields of study. In detail, the level of knowledge relating to the geological and paleogeographic framework of this sector of the Western Betic Ranges is very well developed; on the contrary, the interpretation of the karstic landscape morphodynamics revealed to be limited and not exhaustive. For this reason, the main elements of the climatic, biogeographical and pedological framework of the area were initially tested and revised. These elements provide qualitative and quantitative data useful for the assessment of the variables that affect the current processes on karst massifs. In addition, the definition of a stratigraphical and structural outline has proved useful for the general purposes of the project, especially considering the geological and tectonic complexity of this sector belonging to the Subbetic Outer Zones (also known as Penibetic). Once defined this multidisciplinary general framework we passed to the high morphometrical detail inventorying of the meso- to macroscale exokarstic landforms of the study area. Given the significant extension of the zone (about 285 km ²), an appropriate methodology of detection was adopted to get an almost complete coverage of the massifs. In this sense, the carrying out of this task was possible by using the most recent Remote Sensing techniques or by their original application. In detail, by interpolating the thematic layers (corresponding to the GIS features designed) with a DTM of adequate resolution (10 meters), the modeling of the spatial distribution and the assessment of morphometric parameters of the sinkholes and polje (which characterize both the Grazalema and the Libar Massifs) was obtained, as well as an indirect numerical information extremely valuable to the definition of the extent of karst morphodynamics of some sectors (rates of lowering of lateral corrosional surfaces of the Sierra Libar polje, analysis of distribution of sinkholes, etc..). The parametric measurements obtained, together with the revision of literature data relating to competing factors in triggering and developing karst morphogenetical features, have been properly treated in order to produce a map of the susceptibility to surface karstification. After presenting a reasoned inventory of the main karstic caves of the area and of the related endokarstic networks, some considerations on the evolution of the massifs of the Serrania de Grazalema were put forward. As there are no absolute datings nor evidences of undisturbed Quaternary deposits in the zone, we attempted to show how, by combining literature validated data and correctly georeferenced data with some morphological evidence, the relative chronology of the most important karstic systems in the area can be reconstructed, as well as, the accurate relationships between the structural and geological evolution of the massifs and the progression of the networks of local rivers can be inferred. Finally, through the design of a proper WebGIS application (GeoDIV), developed by using Open Source software, was presented the applicability of an innovative and near-to-zero cost system to promote and manage the geodiversity of the area of the Parque Natural de la Sierra de Grazalema.

Airborne remote sensing is so far one of the most important application in the general field of remote sensing. Since from the first aircrafts, different film cameras were used to acquire images lately treated by a photogrammetric approach. The airborne remote sensing potentials are generally opposed to the high cost normally associated to this activity and to the need of high specialized operators for fieldwork and laboratory processing. In the last years, several factors have allowed an increase in the number of users of airborne remote sensing data; among these, it is important to mention the development of processing techniques based on Computer Vision (CV) and the Structure from Motion (SfM) algorithms, the increase of simplicity and power of the remote sensing software, the exponential growth of computing power, and the relative low price of modern workstations. Main goals of this PhD research project are: 1) the development and optimization of a manned prototypal aircraft agile, economical and functional for multi-parametric scientific survey; 2) the acquisition, processing, presentation and accuracy validation of different datasets acquired thanks to the developed aircraft. The device is, technically, an autogyro called “RadGyro” for its initial use in natural radioactivity survey. The autogyro is extremely agile, quite inexpensive, and with a high load capacity (actual maximum payload reaches about 100 kg). In the first phase, during the construction and optimization of the RadGyro, the scientific instrumentation, used in the second phase of the project, was implemented. The second phase was carried out by testing potentials and limits of the system through the experience derived from the most significant case studies. The focus was on the photogrammetric sub-system, but lateral activity has concerned the use of a thermo-camera and of a hyperspectral visible/near infrared pushbroom scanner. The photogrammetric sub-system was assessed trough different case studies in order to check the quality of the processed products; by the creation of Digital Elevation Models (DEM), Digital Terrain Models (DTM) and ortophotos, it was possible to update the existing maps also minimizing the operator interpretation of landforms thanks to a high resolute and spatially continuous acquisition. The RadGyro and the SfM techniques allowed reducing to few days fieldwork activities necessary for traditional topographic survey by GNSS (Global Navigation Satellite System) and Total Station. It is impossible, for the traditional topographic survey to reach a 3D point clouds density as high as the one reachable by the application of image matching techniques, except using terrestrial or airborne LIDAR (Light Detection and Ranging). However, to obtain high positional accuracy, the survey with geodetic instrument of well distributed GCPs (Ground Control Points) still remains indispensable. The class of the Inertial Measurement Unit (IMU) and GPS (Global Positioning System) receivers affects the quality of the acquired data: this accuracy can be considered sufficient in navigation, surveying and pre-processing phases, but when centimetric accuracy is requested (quite typical for an photogrammetric flight), at least a post-processing correction or a field topographic acquisition of GCPs are needed. Aerial photogrammetry by means of RadGyro and SfM gave worthy results also in multi-temporal monitoring, with the big plus that the survey of many sites of interest has been possible only by a single low-altitude flight. The actual configuration of the RadGyro can be used, with good results, in areas where surface ranges between some square kilometres to many dozens of square kilometres. This is especially true when the costs and acquisition times required of a UAV (Unmanned Aerial Vehicle) flight are too high or when the accessibility of the site is complicated for traditional terrestrial surveys. Beside the validation of the photogrammetric sub-system, also sensors operating in the thermal and visible-near infrared range are now operative in the RadGyro thanks to parallel activities that allowed to develop ad hoc software, to make test flights and to complete the implementation of a workflow relative to data processing. At the end of the PhD research project, all these sensors are integrated and operational on board.

Negli ultimi anni è stato registrato un forte incremento del numero di catastrofi naturali: tra le varie tipologie, le inondazioni sono considerate il fenomeno più devastante e ricorrente, con il maggior numero di vittime. Per poter far fronte a questa calamità occorrono piani di gestione del rischio efficaci, che partano dal monitoraggio del territorio e da interventi con funzione di prevenzione fino alla fase di ricostruzione dopo l’evento stesso. In ognuna di queste fasi il Telerilevamento può ricoprire un ruolo di grande importanza. In questo contesto si inserisce il presente lavoro di tesi: a partire da immagini satellitari radar, acquisite dal satellite Sentinel-1 del programma spaziale europeo Copernicus, è stato mostrato come esse siano particolarmente efficaci nel riconoscimento di corpi d’acqua e, in particolare, nel monitoraggio di un evento alluvionale, in quanto non influenzate dalla presenza di copertura nuvolosa, tipica per questa calamità naturale. La sperimentazione è stata effettuata considerando come caso di studio l’alluvione avvenuta nella regione indiana Tamil Nadu tra Novembre e Dicembre 2015. Sono state generate mappe di allagamento a partire da quattro immagini di periodi temporali differenti, ottenendo risultati più che soddisfacenti in fase di validazione. I risultati ottenuti sono stati quindi incrociati con dati di land cover, al fine di ottenere statistiche sulle tipologie di copertura del suolo più colpite. I buoni risultati ottenuti hanno evidenziato come il dato radar possa essere impiegato in maniera efficace sia per la mappatura e il monitoraggio di questo tipo di evento sia per la stima dei danni causati.

Gli esperimenti di radio occultazione sono una tecnica di telerilevamento che consente di ottenere i profili verticali delle proprietà atmosferiche e ionosferiche dei corpi celesti. L'obiettivo principale di questo elaborato è l'applicazione di un algoritmo per l'analisi dei profili ionosferici per mezzo di radio occultazioni two-way, single frequency. Sono stati ricavati i profili ionosferici di Titano relativi ad un'occultazione della sonda Cassini del satellite. I risultati sono stati confrontati con i profili, della stessa occultazione, ricavati con analisi two-way, multi-frequency, presenti in letteratura e ricavati dal Radio Science and Planetary Exploration Laboratory dell’Alma Mater Studiorum - Università di Bologna.

Lo studio utilizza dati a media risoluzione e ad alta risoluzione per analizzare la condizione di stress a cui viene sottoposta la vegetazione a seguito del fenomeno dell'intrusione salina nell'acquifero sottostante.

In this report it was designed an innovative satellite-based monitoring approach applied on the Iraqi Marshlands to survey the extent and distribution of marshland re-flooding and assess the development of wetland vegetation cover. The study, conducted in collaboration with MEEO Srl , makes use of images collected from the sensor (A)ATSR onboard ESA ENVISAT Satellite to collect data at multi-temporal scales and an analysis was adopted to observe the evolution of marshland re-flooding. The methodology uses a multi-temporal pixel-based approach based on classification maps produced by the classification tool SOIL MAPPER ®. The catalogue of the classification maps is available as web service through the Service Support Environment Portal (SSE, supported by ESA). The inundation of the Iraqi marshlands, which has been continuous since April 2003, is characterized by a high degree of variability, ad-hoc interventions and uncertainty. Given the security constraints and vastness of the Iraqi marshlands, as well as cost-effectiveness considerations, satellite remote sensing was the only viable tool to observe the changes taking place on a continuous basis. The proposed system (ALCS – AATSR LAND CLASSIFICATION SYSTEM) avoids the direct use of the (A)ATSR images and foresees the application of LULCC evolution models directly to „stock‟ of classified maps. This approach is made possible by the availability of a 13 year classified image database, conceived and implemented in the CARD project (http://earth.esa.int/rtd/Projects/#CARD).The approach here presented evolves toward an innovative, efficient and fast method to exploit the potentiality of multi-temporal LULCC analysis of (A)ATSR images. The two main objectives of this work are both linked to a sort of assessment: the first is to assessing the ability of modeling with the web-application ALCS using image-based AATSR classified with SOIL MAPPER ® and the second is to evaluate the magnitude, the character and the extension of wetland rehabilitation.

Le torbiere, nonostante rappresentino importanti riserve di carbonio organico, svolgendo quindi un ruolo essenziale nella mitigazione al cambiamento climatico, sono considerate tra gli habitat maggiormente a rischio, la cui tutela risulta fondamentale. Il presente elaborato, attraverso l’identificazione delle principali torbiere presenti in parte del territorio regionale del Trentino-Alto Adige, si pone due obiettivi: (i) lo sviluppo e l’analisi di una metodologia per la mappatura delle torbiere alpine e (ii) la stima, attraverso l’esaminazione di campioni prelevati nella zona dell’Alta Val Rendena, della quantità di carbonio organico da esse immagazzinato. Tramite l’uso del software QGIS sono state mappate 71 torbiere, la cui presenza sul territorio è stata certificata dalla consultazione di diverse fonti di dati. Queste torbiere sono state utilizzate come classe di “verità a terra”, che, in aggiunta ad altre classi, ovvero acqua, suolo, prato, roccia, seminativo 1-2-3-4, urbano, bosco e neve, hanno permesso di effettuare, attraverso il software SNAP, una classificazione Random Forest, applicata ad alcune immagini satellitari Sentinel-2. La seconda attività, svoltasi a Madonna di Campiglio, ha previsto il campionamento della torba presente in quattro torbiere. I risultati mostrano che la classificazione Random Forest causa una sovrastima delle aree di torba, specialmente nelle zone coperte da seminativo, prato e bosco. Dai risultati delle analisi svolte in laboratorio si evince che la densità apparente secca ha valori maggiori a profondità di campionamento comprese tra 50 e 100 cm. Il contenuto di carbonio organico immagazzinato per volume di suolo, invece, presenta valori medi meno variabili. Le quantità di carbonio organico più elevate si trovano all’interno dei campioni prelevati a profondità comprese tra i 50 e 180 cm.

La popolazione e la domanda di cibo ed energia sono destinate a raddoppiare entro il 2050 con conseguente crescita competitiva tra le risorse. Inoltre, dove viene praticata la rotazione agronomica i suoli permangono improduttivi in determinati periodi causando lisciviazione dei nutrienti, erosione ed accelerazione del consumo di materia organica. I dati telerilevati sono cruciali per l'agricoltura di precisione (droni) e per la caratterizzazione e il monitoraggio del suolo (satelliti) al fine di aumentarne la resa, la sostenibilità e limitarne il degrado. Sebbene sia nota la presenza temporanea di "suolo nudo" (SN) entro la superficie agricola utilizzata (SAU), non esistono studi atti a fornire un quadro regionale dedicato da sollevare la problematica. Questa tesi mira a mappare i SN in determinati periodi dell'anno tramite immagini satellitari definendone l'estensione areale e temporale. Inoltre, è stato proposto uno scenario per l’ottimizzazione della produzione di biomassa energetica, con colture no food. La metodologia applicata prevede l’elaborazione di immagini Sentinel-2 con risoluzione spaziale al suolo di 20 m acquisite nel 2017. Le immagini, pre-processate con SIAM™, sono state elaborate su QGIS e convalidate tramite ground truth fornite da Agrea. I risultati mostrano che circa il 15% della SAU è in condizioni di SN in marzo-giugno e luglio-ottobre. A livello dimensionale, il 30% dei SN ha dimensioni superficiali superiori a 3 ha sufficienti da giustificarne lo sfruttamento agronomico. Nello scenario in cui il sorgo da biomassa è coltivato da marzo a giugno e da luglio a ottobre, potrebbe essere prodotta una quantità totale di energia pari al 20% dei consumi regionali del settore trasporti attuali. Questo studio ha proposto una procedura per mappare i SN, ha suggerito e quantificato i benefici di un potenziale sfruttamento e ha posto le basi per nuove politiche agricole in grado di avviare percorsi a breve termine per la riduzione delle emissioni di CO2

Lo scopo di questa tesi è la caratterizzazione in campo di attributi relativi ad un cluster di rock glaciers in Val di Solda (Provincia Autonoma di Bolzano), partendo da una mappatura preesistente effettuata tramite tecniche di telerilevamento. In sito sono state analizzate 9 strutture, su un totale di 67 unità presenti in Val di Solda. Le forme periglaciali sono state selezionate in base alla loro collocazione e al loro grado di accessibilità. Gli attributi su cui si è basata l’analisi in campagna sono: grado di attività, grado di copertura vegetazionale, connessione della fronte al reticolo idrografico, morfologia della fronte, alimentazione, pendenza della fronte e caratterizzazione del materiale detritico. Delle 6 classi di attributi precedentemente citate, solo 2, una volta portata a terminare l’analisi in sito, hanno mostrato delle incongruenze rispetto ai dati degli studi precedenti. Questo studio, oltre a una caratterizzazione geomorfologica tramite analisi in campo, mette in relazione il grado di attività delle unità con le valutazioni effettuate da telerilevamento, quali: quota minima (fronte del rock glacier) ed esposizione.

La presente tesi riguarda l’uso dei dati raccolti da una nuova stazione di video monitoraggio, denominata SGS allo scopo di accrescere la conoscenza dei processi idro-morfodinamici caratteristici di una spiaggia sabbiosa naturale tipica della costa Adriatica, in prossimità di un estuario. La stazione è stata installata all’interno del porto di Senigallia e ogni ora registra un video di dieci minuti a 2Hz. In questa tesi, sono stati elaborati i video raccolti dal 2015 al 2017. Le immagini derivanti sono state utilizzate in due differenti analisi: 1) lo studio della capacità di stimare la batimetria applicando il codice cBathy (un algoritmo ampiamente utilizzato per la valutazione della profondità dell’acqua tramite analisi inversa) ai dati ottici provenienti dalla stazione e 2) lo studio della dinamica di un sistema di barre sommerse. La stima della profondità dell’acqua varia, in termini di qualità, in funzione della posizione spaziale e delle condizioni ondose e si è osservata una generale sottostima della profondità in gran parte del dominio. Si è quindi eseguita una dettagliata analisi per comprendere il motivo di tale risultato. La causa principale è stata attribuita al grande angolo presente tra l’asse ottico della telecamera e la direzione di propagazione delle onde incidenti. Dei test sintetici sono stati usati per analizzare più in profondità questo aspetto. La procedura utilizzata può essere applicata anche per il progetto di nuove stazioni di video-monitoraggio. Per quanto riguarda la seconda analisi, le immagini disponibili permettono di ben identificare la complessa variabilità 3D (commutazione e biforcazione) del sistema di barre sommerse, sottolineando la capacità della stazione SGS di monitorare le caratteristiche del fondale dell’area oggetto di studio. Tre principali ordini di barre sono stati identificati in accordo con gli studi precedenti basati su dati raccolti da indagini in situ e la loro migrazione è stata correlata con il clima ondoso. Durante il periodo analizzato, è stata riscontrata una generale stabilità del sistema di barre in risposta a eventi di tempesta con onde provenienti da NNE, mentre è stato osservato un netto movimento delle barre verso il largo durante l’unica tempesta con onde provenienti da ESE. Il diverso comportamento è stato collegato alla diversa orientazione delle onde e alla riflessione delle onde provenienti da ESE dal molo del fiume.
The present thesis concerns the application of the data coming from a new video-monitoring station, called SGS, to improve knowledge of the hydro-morphodynamic processes on a typical natural sandy beach near an estuary along the Adriatic coast (Italy). The SGS station was installed in the Senigallia harbour and collects ten minutes of full-frame images at 2Hz each hour. In this work, the videos of the period 2015-2017 have been post-processed. The elaborated images have been used to perform two different analyses: 1) the study of the capability of the SGS data to estimate the water depth using cBathy (a widely used algorithm for depth-inversion) and 2) the study of the dynamics of a multiple sandbars system. The results of the first analysis varied in quality as a function of the location and wave conditions and a general underestimation of the depth has been found in a large portion of the domain. A detailed debugging analysis was carried out to find the reasons of this poor performance. The main source of error was found to be the large angle between the camera viewing direction and the direction of propagation of the incident waves. A synthetic analysis was performed to analyse in depth this aspect. The synthetic procedure can be applied also to design future shore-based video monitoring stations. With reference to the second analysis, the complex 3D-variability (switching and bifurcation) of the multiple sandbars system has been recognized from the images, this highlighting the capability of the SGS station to monitor the seabed features of the study field. Three orders of bars have been identified, in agreement with previous studies based on data collected by in-situ surveys and their motion has been correlated with the wave climate. In the analysed period, a general stability of the bar system in response to storm events with waves coming from NNE has been found, while a net offshore migration has been observed under the only storm with waves coming from ESE. The different behaviour has been related to the wave direction and to the reflection of the ESE waves off the wall of the nearby river pier.

Nella seguente tesi si è trattato di come l'archiviazione, elaborazione e analisi dei dati geografici, ottenuti tramite la tecnica del telerilevamento satellitare, riesca a restituire un modello che espliciti le forme geomorfologiche dell'area di studio. La Cordillera de la Sal nel Deserto di Atacama (Cile) rappresenta un contesto estremamente arido, privo di vegetazione e dotata di morfologie macroscopiche ben evidenti, dove la tecnica di telerilevamento satellitare può esprimere a pieno tutte le sue potenzialità. Sono state costruite delle carte geomorfologiche che mirano a mettere in evidenza la relazione tra idrografia superficiale e quella sotterranea.

Il telerilevamento ha reso possibile l’applicazione di tecnologie in grado di ridurre gli impatti sull’ambiente. Tra queste, la missione Sentinel-2 di ESA è in grado di fornire informazioni per contrastare il cambiamento climatico. In questo elaborato, l’utilizzo di una action cam per il monitoraggio di appezzamenti agricoli correlata all’utilizzo di bande Sentinel-2 e degli indici NDVI e NDWI hanno permesso di valutare l’andamento fenologico in una serie di appezzamenti della Provincia di Ravenna. Il primo risultato è stato quello di ottenere ground truth (GTs) a basso costo che potessero integrarsi al successivo utilizzo del satellite attraverso il software Google Earth Engine. Secondariamente, le GTs accoppiate al dato satellitare hanno permesso di identificare alcune fasi fenologiche (maturazione e fioritura) nel mais, girasole, soia e sorgo. Gli indici NDVI e NDWI descrivono bene la curva di crescita delle piante e in particolare la loro deviazione standard appare utile per identificare alcune variazioni di fenologia legata ad un non omogeneo accrescimento delle piante. L’applicazione di una tecnica di Machine Learning, attraverso il Random Forest Classifier, per creare un modello predittivo delle colture ha permesso di tentare l’identificazione delle colture nell’intera provincia di Ravenna. Le colture sono risultate ben riconosciute nell’area di raccolta delle GTs, mentre l’assenza di verità a terra nell’area vasta non ha permesso di validare i risultati della classificazione. I risultati ottenuti pongono le basi per integrare la conoscenza a terra ottenuta con metodi di rilievo a basso costo con l’informazione del programma Copernicus, per proseguire verso una precoce identificazione delle colture agricole in un’ottica di gestione sostenibile delle produzioni e dei loro sottoprodotti.

La tesi ha l'obbiettivo di testare le capacità del software Google Earth Engine nel telerilevamento satellitare del dissesto e più precisamente nell'individuazione di frane. L'analisi svolta considera frane recenti note avvenute nella provincia di Forlì-Cesena e cerca di riconoscerne l'attivazione attraverso il confronto di immagini satellitari Sentinel nel tempo. Lo scopo è definire le caratteristiche (tipologia, dimensioni) dei fenomeni effettivamente riconoscibili con questa tecnologia, nella prospettiva che essa possa trovare applicazione in ambiti quali lo studio dell'occorrenza delle frane e il loro monitoraggio.

The object of this study is the history of the landscape, namely the history of the evolution of the relationship between man and land, as we can investigate it through the methods of landscape archaeology, with an approach defined as "global archaeology". The region studied, located in the municipal territories of Barrali and Pimentel, on the southern edge of the Trexenta area, is a natural crossroads between the historic regions of Parteolla, Campidano and Trexenta. The anthropic history of the region is characterised by a stable human presence which dates back at least to the fourth millennium BC, without interruption until the present day. This has meant that, despite the large amount of historical and archaeological evidence in the area, a relatively small number of archaeological emergencies remained in a good state of preservation. The historical-archaeological research work has been completed by the analysis of the current situation (intended uses underlined by urban plans and evaluation of specific risk factors) with the aim to understand the archaeological potential of the territory and to attempt an archaeological risk assessment. In this study, entirely conducted with open source software equipment (GIS QGIS software and SQLite/SpatialLite spatial database on Linux/Ubuntu platform), remote sensing and aerial photo-interpretation techniques and have been applied to the analysis of satellite images and aerial photographs, together with GIS methodologies for data archiving and analysis, with the creation of a spatial database and a matrix for the measurement of the potential and the archaeological risk from which thematic maps have been derived. Where possible, ground surveys were carried out for the integration of bibliographic, archive and remote sensing data, which provided information needed for the improvement of the reliability of the assessment of the potential and risk. In total, 46 sites have been catalogued for a period between the Neolithic and the Middle Ages, many of them were known through brief archive notes. The density of the sites shows a remarkable continuity of the settlement over the millennia and a prosperity derived by the solid agricultural economy of the region, traditionally centred around the cultivation of cereals. With the exception of a few particularly difficult times (such as the period between the end of the Judicial age and the Aragonese rule, and then later in the XVII century) which were marked by depopulation with the consequent abandonment of the settlements and the demographic crisis, the picture that comes out is that of small agricultural villages which were thoroughly and fairly uniformly spread in the flatter and more suitable areas for this type of economy. If we unfortunately don't know about any Neolithic settlements in the study area, except for an important site (Su Martaxiu) whose purpose cannot be interpreted with certainty, and we have to mainly refer to the necropolis data (among which the most important is that of S'Acqua Salida) in order to assess the density of the occupation of the territory. With regards to the Eneolithic period we have a single site (Is Pranus) that can be interpreted as a settlement. For the Nuragic period there are ruins of several nuraghis, that display the sophisticated control system of the territory and roads that is linked to an economy which is not only agricultural but also of a strong pastoral nature. Today, very little remains of the valleys' nuragic settlements with an agricultural economy, although several not yet archaeologically investigated examples are known (nuragic villages near the nuraghis of Santu Filippu and Santu Pedru). During the Punic and Roman periods, the area was densely populated. During the Punic age people used to live in small rural villages and farms, while in the Roman age also rustic villas became widespread in the countryside. The remains of these settlements have been completely dismantled as a consequence of the introduction of modern agricultural techniques, leaving only superficial dispersion. In this regard, ground surveys conducted near Barrali authorise to think about a settlement of considerable importance, and probably of remarkable continuity (the pottery found can be dated between the nuragic age and early Middle Ages). The research therefore has allowed to collect and synthesise in a diachronic way and to organise into a coherent framework a considerable amount of information on the area of study. Understanding the relationship between land, landscape and cultural heritage is in fact necessary in order to implement conscious and sustainable choices for territorial and urban planning and for preserving and promoting cultural heritage.