SCELTA IMMAGIN

Il reperimento del dataset di immagini utilizzate è avvenuto nell’ambito di un progetto Category1 avviato nel 2007 con l’Agenzia Spaziale Europea (ESA).

La denominazione Category1 corrisponde ad una delle due modalità di distribuzione dei dati attuate da ESA rispetto alla tipologia di utilizzo: Category1 ricerca, Category2 uso

commerciale.

L’attivazione di un progetto Category1 prevede la presentazione di una proposta di ricerca (proposal) e, nel caso questa sia ritenuta valida, è possibile avere a disposizione un certo numero (quota) di scene ERS ed ENVISAT (nel nostro caso 25 scene ERS, 54 ENVISAT) al prezzo corrispondente al costo di riproduzione.

Una volta raggiunta per ERS la quota inizialmente assegnata è stato necessario richiedere a ESA di incrementarla, richiesta esaudita dietro la valutazione positiva di un report circa lo stato di avanzamento della ricerca.

CRITERI PER LA SCELTA DELLE IMMAGINI

Nella scelta delle immagini si è cercato in primo luogo di comprendere all’interno della stessa scena il maggior numero possibile di vertici VLNDEF in modo da minimizzare il numero di coppie necessarie e quindi risparmiare quota.

Poi si sono anche cercate coppie che presentassero l’overlap maggiore possibile con i DEM Lidar che l’USGS rende disponibili gratuitamente per la Terra Vittoria Meridionale (zona rete TAMDEF).

Questi DEM sono molto accurati, con passo di campionamento 2 m, e consentirebbero uno spianamento efficace anche di baseline piuttosto lunghi e quindi la generazione di DEM interferometrici potenzialmente ancora più accurati.

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Fig. 24.1: finestra del catalogo EOLI-SA utilizzato per effettuare gli ordini, nell’area di ricerca corrispondente alla finestra delimitata dai bordi rosa sono presenti sia i vertici della rete VLNDEF nella Terra Vittoria Settentrionale (in alto) che i DEM Lidar USGS (in basso) nella Terra Vittoria Meridionale.

Si notino nel riquadro in basso a sinistra le possibilità di restringere le condizioni rispetto alle quali effettuare la query.

Per la generazione degli shapefiles si è utilizzato il programma ArcGIS (ESRI), di seguito una breve descrizione degli step principali necessari:

shapefile puntuale vertici VLNDEF

- creazione file di testo con le coordinate geografiche WGS84 dei vertici - importazione in database .mdb

- creazione della geometria puntuale associata alle coordinate - assegnazione esplicita della georeferenziazione

shapefile poligonale DEM Lidar USGS

- download dal sito http://usarc.usgs.gov/lidar_dload.shtml di tutti i 18 DEM Lidar disponibili per la Terra Vittoria Meridionale: si tratta di raster in formato .tif georeferenziati in Stereografica Polare con parallelo standard -71°S e origine delle longitudini 0° E.

- caricamento in ArcGIS dei singoli DEM

- costruzione dei corrispondenti poligoni d’ingombro - Append dei singoli shapefile in modo da averne uno unico

- dato che nel world file .tfw dei raster il tipo di sistema di coordinate non è indicato si rende necessaria l’assegnazione esplicita della georeferenziazione in Stereografica

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Polare allo shapefile append (risulta più conveniente farlo solo ora per un solo .shp piuttosto che per tutti i raster)

- trasformazione da Stereografica Polare a coordinate geografiche WGS84, l’unico sistema di coordinate gestito da EOLISA

Fig. 24.2: screenshot da EOLISA con il totale delle scene ordinate Si consideri che buona parte delle scene ordinate poi non sono state consegnate perché non processabili

dettaglio di uno degli ordini ERS effettuati

Le immagini sono state richieste nei primi ordini in formato raw (Level0) e successivamente già focalizzate (Level1B).

ERS

Inizialmente i primi ordini sono stati effettuati rispetto ad un approccio three-pass

interferometry, cioè una coppia tandem per la generazione del DEM ed un’altra scena nella stessa geometria di acquisizione per l’individuazione degli spostamenti.

Questo perché si presumeva che gli spostamenti che si verificano in una coppia tandem (chiaramente non sui ghiacciai) non introducessero nella fase interferometrica una componente tale da inficiare sensibilmente l’accuratezza del DEM.

Si consideri ad esempio un affioramento roccioso stabile: nonostante a livello macroscopico in un giorno non si verifichino movimenti sensibili è sufficiente il normale scivolamento a valle di un nevaio o piccolo ghiacciaio di versante per introdurre nella fase interferometrica diversi cicli che poi sono erroneamente interpretati come topografia.

Allora si è integrato il dataset già acquisito in modo da arrivare ad avere una coppia a baseline corto e un’altra a baseline lungo, possibilmente acquisite a 35 o 70 gg. l’una

dall’altra (d’ora in avanti si farà riferimento a questa configurazione come coppia di coppie). La coppia a baseline corto è espressione del solo movimento, mentre quella a baseline lungo contiene sia topografia che movimento.

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Assumendo una linearità del movimento è possibile sottrarre la fase interferometrica della coppia a baseline corto da quella a baseline lungo, in modo da isolarne la componente di residuo topografico dalla quale è poi possibile generare un DEM potenzialmente accurato. La descrizione dei dettagli operativi di questa strategia si trova nel cap. Descrizione approccio.

ENVISAT ASAR

Le scene sono state ordinate in modalità wide-swath (dimensione 400 km) in modo da consentire uno studio a livello regionale.

Il tempo di rivisitazione di 35gg di questo satellite comporta che in Antartide le coppie presentino una decorrelazione temporale talmente sensibile da renderle utilizzabili in un approccio two pass interferometry solo se a baseline corto per la generazione di mappe di spostamento.

Negli anni si sono verificati diversi inconvenienti tecnici al funzionamento di EOLISA per quanto riguarda query su ENVISAT nella Terra Vittoria, tutti ogni volta segnalati al servizio ESA che ha in carico la manutenzione di EOLISA (probabilmente si tratta della difficoltà nel gestire la convergenza dei meridiani nelle query spaziali).

Inoltre l’elevato numero di acquisizioni disponibili richiede di restringere l’area di ricerca al poche decine di chilometri per evitare che il server non riesca a gestire la query (processate a volte anche in più di 10 ore).

Per tutti questi motivi il dataset ENVISAT è al momento ancora in fase di costituzione, la prospettiva sarebbe quella di riuscire ad avere le scene necessarie per un approccio four pass interferometry analogo a quello descritto per ERS.

Tra l’altro si ricorda che ENVISAT presenta parametri orbitali notevolmente più accurati rispetto a quelli di ERS, al punto da non necessitare di un punto di controllo per la

georeferenziazione/coregistrazione e questo rappresenta senz’altro un elemento a favore di questo sensore.

UTILIZZO DEI CATALOGHI ESA

Per l’individuazione delle scene si è utilizzato EOLI-SA (EOLI è l’acronimo di Earth Observation Link), un catalogo on line specificatamente sviluppato da ESA: come

architettura è sostanzialmente analogo ad un webgis, l’utente installa il programma in locale come client ed effettua ricerche on line sul server ESA.

Per contenere il più possibile la latenza che spesso si verifica nelle chiamate al server è opportuno restringere la ricerca ad un’area limitata, che è possibile individuare sia graficamente in mappa che indicandone le coordinate del poligono d’ingombro.

Le query possono avvenire rispetto a diversi criteri, quello più significativo è rispetto alla lunghezza del baseline, calcolato da EOLISA con precisione più che accettabile per una finalità di ricerca immagini (la differenza rispetto a quello calcolato da SARscape è di qualche metro).

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La strutturazione delle query rappresenta un aspetto piuttosto delicato perché per quanto si cerchi di ottimizzarle a volte i tempi di risposta del server sono anche di svariate ore,

inconveniente che rende la ricerca senz’altro non agevole, anche perché tra l’altro c’è sempre l’eventualità che il client incorra in un crash, nonostante le ultime release siano più stabili rispetto alle prime.

Per un certo periodo di tempo in EOLI-SA l’informazione inerente il baseline non è stata disponibile e quindi si dovuto utilizzare DESCW (Display Earth remote sensing Swath Coverage for Windows), un catalogo ESA off-line.

Fig. 24.3: finestra principale del catalogo DESCW.

Il principale problema nell’utilizzo di DESCW è che appunto è off-line e quindi statico all’epoca del suo sviluppo (ad esempio la release attualmente disponibile, 4.70, è stata rilasciata il 28.09.2009): mentre EOLISA accede su server a informazioni continuamente aggiornate, DESCW, per forza di cose, non effettua l’eliminazione automatica delle scene che via via sono risultate non processabili negli ordini sottomessi dagli utenti di tutto il mondo.

Quindi data una certa geometria di acquisizione (stessa track stesso frame) si è dovuto prima effettuare una ricerca in DESCW per baseline, e poi verificare in EOLISA che le immagini fossero effettivamente ordinabili.

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Fig. 24.4: finestra DESCW con l’indicazione dei valori di baseline spaziale (entrambe le componenti) e temporale.

In EOLI-SA per quasi tutte le scene è disponibile un’immagine di preview, molto utile per rendersi conto della qualità del dato: capita infatti abbastanza spesso che una scena sia ordinabile ma che poi al momento della produzione risulti non processabile, tipicamente per la presenza di un eccessivo numero di missing lines.

Fig. 24.5: preview di scene ERS1 tratte da Eoli-SA, chiaramente non processabili a causa di missing lines; spesso questo problema è comune a più frames consecutivi di una stessa track.

Il fatto che molte delle scene ordinate poi non siano state consegnate da ESA ha poi

comportato problemi non indifferenti nella gestione degli ordini, con una notevole dilatazione dei tempi inizialmente preventivati per la costituzione del dataset.

Ad esempio è capitato più volte di essere informati che una scena appartenente ad una coppia di coppie non sarebbe stata consegnata perché non processabile quando invece delle altre tre si era già effettuato il download: in una situazione di questo tipo bisogna verificare che questa scena non sia sostituibile con un’altra senza stravolgere il baseline della coppia (senz’altro la configurazione sarà peggiore perché altrimenti la si sarebbe ordinata in prima battuta), e, nel

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caso non la si trovi, informare il prima possibile ESA (prima telefonicamente, poi via mail per formalizzare la richiesta) e chiedere di non contabilizzare (almeno a livello di quota) neanche le tre scene già consegnate perché non più utilizzabili in four pass interferometry. Poi, in ogni caso si procede all’inoltro di un nuovo ordine, che richiede altre ricerche nei cataloghi e quindi dispendio di tempo.

DATASET PROCESSATO

Nonostante inizialmente l’obbiettivo fosse quello di confrontare le misure GPS dell’ intera rete VLNDEF con il dato interferometrico, per diversi motivi non è stato possibile processare accuratamente l’intero dataset acquisito e si è limitata l’analisi al solo ghiacciaio David- Drygalski.

In particolare l’attenzione è stata concentrata su due coppie tandem, appartenenti al frame 5211 della track 228, quindi nella stessa geometria di acquisizione (“coppia di coppie”, cfr. cap. Descrizione approccio), con start time (20.15.18s) e stop time (20.18.32s) identici. Le coppie sono state denominate per comodità rispetto alla lunghezza del baseline:

coppia normal baseline [m] altezza d’ambiguità [m] master

baseline corto 13.07 753.468 09.04.1996

baseline lungo 134.546 73.204 30.01.1996

Per convenzione si è scelto di considerare in entrambe le coppie come master la scena ERS-1, come slave la scena ERS-2: si riporta solo la data della prima essendo la seconda stata

acquisita il giorno successivo.

L’ingombro a terra del frame è visibile in fig. 25.1.

Sempre nell’area del Drygalski si era precedentemente processata anche un’altra coppia di coppie appartenenti però a track differenti, si riporta in tabella anche l’heading (cfr. cap. Mappe di deformazione) per avere un’indicazione della divergenza delle traiettorie:

coppia normal baseline [m] altezza d’ambiguità [m] master track heading [°] b. corto 3.057 3232.046 03.04.1996 139 315.064 b. lungo 177.382 56.611 18.03.1996 411 314.268

La differente geometria d’acquisizione complica il processing comportando la necessità di effettuare la riproiezione della coppia a baseline corto su quella a baseline lungo (nonostante l’angolo tra le track sia talmente piccolo da poter essere considerato almeno in prima battuta trascurabile).

Tra gli sviluppi futuri della ricerca, oltre a processare le rimanenti scene del dataset, c’è anche quello di integrare le mappe di deformazione ottenute considerando altre coppie con geometrie diverse, in modo da avere un’indicazione ancora più attendibile degli spostamenti.

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Per quel che riguarda invece il processing rispetto alla stessa geometria d’acquisizione un’ulteriore incremento del dataset consentirebbe, nonostante non siano disponibili

abbastanza scene da costituire uno stack idoneo per il processing con tecniche tipo SBAS (PS non si presterebbe comunque più di tanto data la bassissima densità di riflettori che possano essere considerati ai fini della tecnica stabili anche in un arco di tempo relativamente breve) anche la possibilità di tentare una stima del contributo atmosferico.

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Capitolo 25