CAPITOLO 5: CLASSIFICAZIONI
5.2 Classificazioni
5.2.1 Confronto multitemporale su base mensile
La disponibilità di più di un’immagine per anno, escluso il 2004, consente di verificare se e come avviene il riconoscimento delle colture nelle diverse fasi del ciclo fenologico. A tale scopo, molto utile risulta l’andamento della firma spettrale che, come appare nelle figure successive, viene influenzata diversamente a seconda del momento della crescita della pianta considerato.
Come anticipato nel Capitolo 3, la classificazione per pixel è stata realizzata con l’algoritmo della Massima Verosimiglianza, previsto anche dal software Idrisi. La classificazione ad oggetti invece ha previsto l’uso del Neighrest Nieghbord del software eCognition: la scelta dei parametri (
h
shape=0.7;h
compact =0.1;h
smooth=0.9) è stata condizionata da numerose prove e da riferimenti bibliografici (in particolare Gusella et al., 2005).Di seguito si riportano alcuni esempi dei risultati ottenuti con i due metodi, suddivisi per anno.
ANNO 2005
Anche se, cronologicamente, il 2005 si trova a metà del periodo studiato, si è scelto di analizzarlo per primo, perché è l’anno nel quale sono state eseguite più acquisizioni non influenzate negativamente dai vari fattori esterni. In particolare, sono stati analizzati i dati del 26/05/05, del 11/06/05, del 29/07/05 e del 30/08/05. Di seguito si riportano alcuni risultati ottenuti dalla classificazione per pixel.
Fig. 5.15 – Campioni di verità a terra delle colture di mais, soia e bietola
Tra le colture in gioco, l’attenzione è stata concentrata su tre, MAIS, SOIA E BIETOLA, i cui cicli di maturazione hanno una durata sufficientemente lunga da coprire l’intero periodo di acquisizione considerato. In Fig. 5.15 sono riportati i campioni delle verità a terra delle tre colture.
MAIS: dopo la semina che avviene generalmente ad aprile, le piante di mais subiscono tempestivamente la fase di emergenza del terreno e, a fine maggio (Fig. 5.16), si trovano già nel pieno dell’attività fotosintetica, durante la quale accumulano le sostanze nutritive necessarie all’accrescimento. La firma spettrale si avvicina già all’andamento tipico noto in bibliografia, che è
0 50 100 150 200
banda 1 banda 2 banda 3 banda 4 banda 5 BANDE
D
H
MAIS SOIA BIETOLA
Fig. 5.16 – Dato acquisito il 26/05/05. In alto: risultato della classificazione per pixel (Massima Verosimiglianza). In basso: firme spettrali delle colture MAIS, SOIA E BIETOLA
0 50 100 150 200
banda 1 banda 2 banda 3 banda 4 banda 5 BANDE
D
N
MAIS SOIA BIETOLA
Fig. 5.17 – Dato acquisito il 11/06/05. In alto: risultato della classificazione per pixel (Massima Verosimiglianza). In basso: firme spettrali delle colture MAIS, SOIA E BIETOLA
0 50 100 150 200
banda 1 banda 2 banda 3 banda 4 banda 5 BANDE
D
N
MAIS SOIA BIETOLA
Fig. 5.18 – Dato acquisito il 29/07/05. In alto: risultato della classificazione per pixel (Massima Verosimiglianza). In basso: firme spettrali delle colture MAIS, SOIA E BIETOLA
0 20 40 60 80 100
banda 1 banda 2 banda 3 banda 4 banda 5 BANDE
D
N
MAIS SOIA BIETOLA
Fig. 5.19 – Dato acquisito il 30/08/05. In alto: risultato della classificazione per pixel (Massima Verosimiglianza). In basso: firme spettrali delle colture MAIS, SOIA E BIETOLA
meglio rappresentato in Fig. 5.17: nel verde (banda 1) la riflettività è legata alla clorofilla e ai pigmenti in genere, che raggiungono il valore massimo a fine luglio (Fig. 5.18), mentre la struttura fogliare è responsabile del comportamento spettrale della piante nell’infrarosso vicino (banda 3). A fine agosto – inizio settembre (Fig. 5.19) livelli più alti si hanno in corrispondenza delle bande 4 e 5, nelle quali l’influenza maggiore è data dal contenuto d’acqua.
SOIA: la soia invece non è presente sul terreno fino alla seconda decade di giugno. Infatti nelle classificazioni di Fig. 5.16 e Fig. 5.17 non è riconosciuta e le firme spettrali individuate non appartengono a questa coltura. Una volta entrata nella fase di emergenza, la pianta cresce rapidamente per raggiungere la maturazione piena a fine agosto (Fig. 5.19), e anche l’andamento della sua firma cambia.
BIETOLA: la bietola, invece, viene riconosciuta nelle prime tre immagini (Fig. 5.16, Fig. 5.17 e Fig. 5.18), con una firma che varia di poco tra maggio e luglio, mentre nel dato di fine agosto viene confusa con la classe ZONA INDUSTRIALE. Molto probabilmente era già provveduto alla raccolta, essendo stato già raggiunto il massimo accumulo di saccarosio nella radice.
ANNO 2002
Le immagini disponibili per il 2002 sono state acquisite il 23/04/02 e il 19/06/02. Gli esempi riportati sotto provengono da classificazioni ad oggetti.
0 20 40 60 80 100 120 140
banda 1 banda 2 banda 3 banda 4 banda 5 BANDE
D
N
GRANO
Fig. 5.20 – Dato acquisito il 23/04/02. In alto: risultato della classificazione object-oriented (Nearest Neighbor). In basso: firma spettrale della coltura del GRANO
0 20 40 60 80 100 120
banda 1 banda 2 banda 3 banda 4 banda 5 BANDE
D
N
GRANO
Fig. 5.21 – Dato acquisito il 19/06/02. In alto: risultato della classificazione object-oriented (Nearest
Neighbor). In basso: firma spettrale della coltura del GRANO
Appartenendo ai cereali autunno-vernini, le piante di GRANO, nella seconda metà di aprile, hanno già subito la prima fioritura e si trovano a metà della loro altezza totale (70-80 cm): infatti, questa è una delle poche colture di cui è possibile discriminare la firma in questo periodo (Fig. 5.20). A metà giugno invece, una volta prodotti i loro semi, le piante cominciano a terminare il loro ciclo vitale diventando marroni e seccandosi: di conseguenza si nota un abbassamento della riflettività nell’infrarosso e un leggero aumento nella banda del rosso (Fig. 5.21). Appena i semi sono sufficientemente secchi, la raccolta può avere inizio.
ANNO 2006
Le immagini disponibili per il 2006 sono state acquisite il 13/05/06 e il 14/06/06.
Anche per il GIRASOLE è stato possibile studiare l’evoluzione della firma spettrale. Tra le due estratte (Fig. 5.22 e Fig. 5.23), quella significativa è quella relativa al 14/06/06, quando ormai la pianta è entrata nella fase di fioritura. La suddivisione dello stesso appezzamento in numerosi oggetti ottenuta dalla segmentazione è dovuta alla presenza all’interno della piantagione di un sito archeologico, parzialmente coperto da una tettoia, e di zone nelle quali la vegetazione è più rada, come visibile nel color composite di Figura 5.24.
Gli esempi mostrati provengono da classificazioni ad oggetti.
0 20 40 60 80 100 120 140 160
banda 1 banda 2 banda 3 banda 4 banda 5 BANDE
D
N
GIRASOLE
Fig. 5.22 – Dato acquisito il 13/05/06. In alto: risultato della classificazione object-oriented (NN). In basso: firma spettrale della coltura del
L’area archeologica è stata classificata correttamente come AREA URBANA solo nell’immagine del 13/05/05. 0 50 100 150 200
banda 1 banda 2 banda 3 banda 4 banda 5 BANDE
D
N
GIRASOLE
Fig. 5.23 – Dato acquisito il 14/06/06. In alto: risultato della classificazione object-oriented (N N). In basso: firma spettrale della coltura del GIRASOLE.