Courtesy of NASA/JPL

L’obiettivo della ricerca è duplice.

Per la prima volta si vogliono esplorare le possibilità del Radar ad Apertura Sintetica (SAR) di rilevare dati utili per la gestione e pianificazione di zone urbane.
	Si vuole analizzare la morfostruttura di alcuni territori di cui sono disponibili misure di verità a terra.

Aree urbane

Come funzioni un Radar ad Apertura Sintetica è noto agli specialisti del settore. Per coloro che per la prima volta si avvicinano a questo sensore per il Telerilevamento, il funzionamento del SAR può essere così schematicamente spiegato:

il SAR è un radar che trasmette un segnale elettromagnetico; questo segnale si propaga dal satellite su cui il sensore è posto fino alla zona in osservazione sulla Terra; il segnale, come un'onda marina che incontri una scogliera, viene riflesso dalla zona osservata sulla Terra ed una parte del segnale riflesso torna proprio verso il sensore che lo ha trasmesso.

E' intuitivo pensare che il segnale che torna al sensore conservi traccia, abbia cioè caratteristiche dipendenti dalla configurazione della zona sulla Terra osservata. Perciò ricevendo il segnale di ritorno al sensore ed opportunamente elaborandolo si riescono infatti ad ottenere delle immagini delle scene osservate che possono essere viste come delle "fotografie" a microonde.

Alcuni siti WEB nel mondo sono ricchi di queste fotografie a microonde (NASA, ESA) che mostrano come questo sensore riesca a fornire immagini che mostrano aspetti complementari con le immagini ottiche, ma con risoluzioni molto più interessanti (si possono vedere in proposito le immagini ottiche del sensore Ikonos).

In queste immagini si riconoscono facilmente mari, laghi, fiumi, strade; con più fatica si riescono a riconoscere le montagne con la loro forma; si riconoscono anche i centri abitati, che appaiono molto luminosi, ma l'identificazione dei singoli edifici è assai difficile.

Lo schema precedente ci aiuta a capire perchè : nel caso degli edifici il segnale viene riflesso per due volte. La prima, ad esempio, dalle pareti laterali di ciascun edificio che sono lisce e che rifletteranno il segnale, come uno specchio con un raggio luminoso, verso terra; la seconda riflessione avviene a terra dove, se la pavimentazione è sufficientemente liscia, avviene una seconda riflessione che indirizza quasi tutto il segnale indietro verso il sensore. La doppia riflessione ha quindi il potere di concentrare il segnale quasi tutto nella direzione da cui è stato trasmesso, e questo spiega perchè le zone urbane appaiono molto luminose sulle immagini SAR. Al contempo il segnale ricevuto conserva tracce, purtroppo sovrapposte, dell'edificio e della pavimentazione circostante. Così come se un fotogramma fosse stato esposto due volte su due differenti soggetti, non è facile separare questi due contributi e ricostruire anche una sola delle due immagini originarie.

Lo studio che il gruppo propone vuole proprio cercare di studiare questi effetti di riflessione, cercare di capire le origini dei contributi che si sovrappongono e individuare tecniche che permettano di realizzare immagini a microonde di aree urbane più comprensibili.

Il gruppo è così organizzato: le università di Napoli e di Firenze studiano i meccanismi di interazione fra i segnali SAR e le aree urbane, creano modelli teorici e realizzano simulazioni del tipo di immagini di una città che bisogna attendersi da X-SAR/SRTM; l'Università di Pavia usa i modelli proposti e cerca di estrarre le informazioni sulle zone edficate lavorando sui dati realmente acquisiti da X-SAR/SRTM.

Per chi vuol approfondire

La ricerca nel campo del telerilevamento sarà condotta dalle Università di Napoli, di Firenze e di Pavia. Sarà progettato un modello del segnale elettromagnetico diffratto dagli edifici e sarà inserito in un simulatore del segnale RAW.

I risultati della simulazione saranno usati per definire le informazioni che si possono estrarre dalle immagini SAR e dagli interferogrammi di aree urbane. Si potrà verificare l’identificazione di costruzioni in aree urbane ed inoltre si potrà valutare la qualità dei DEMs in zone edificate.

L’Università di Pavia avrà a disposizione modelli di scattering diretto che utilizzerà per addestrare reti neurali specializzate nell’inversione del campo diffratto. Infatti, saranno progettati tools automatici e semi-automatici per l’inversione di misurazioni interferometriche su aree urbane. Questo per la validazione dei dati X-SAR/SRTM su ambienti densamente edificati, tenendo conto dei materiali, della forma e della densità degli edifici e per ricavare dai dati stessi il maggior numero possibile di informazioni su ambienti complessi e affollati come le città.

Per questo scopo si useranno tools di reti neurali specializzate nell’inversione del campo diffratto e si svilupperanno strumenti per l’interpretazione dell’immagine, sfruttando la correlazione delle misurazioni dei radar per l’individuazione di strutture come edifici e strade. Ci si baserà sui dati della precedente esperienza del gruppo di Pavia in questo campo. L’area test dovrebbe essere proprio la città di Pavia della quale si dispone già della cartografia tridimensionale.

 Morfologia

Quali informazioni morfologiche è possibile ottenere dai dati di X-SAR/SRTM?

Tre saranno le aree geologiche di particolare rilevanza che verranno analizzate:

L’Etiopia del nord, una delle zone con maggior degradazione del territorio dovuto ad elementi naturali e all’insediamento dell’uomo; La zona che va da Scutari (Albania) alla zona Est del Peloponneso (Grecia) per la ricerca del petrolio; Il Vesuvio, zona ad alto rischio vulcanico

Su ciascuna di queste aree saranno rilevati dati geologici in corrispondenza del passaggio di X-SAR/SRTM per verificare quali sono riconoscibili sulle immagini SAR.