Implementazione ed ottimizzazione di algoritmi di processamento ...
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Implementazione ed ottimizzazione di algoritmi di processamento radargrammetrico
ed interferometrico per la produzione di DEM da immagini COSMO SkyMed
AGENZIA SPAZIALE ITALIANA
BANDO PERIODICO RISERVATO ALLE P.M.I.
SECONDO BANDO TEMATICO
“OSSERVAZIONE DELLA TERRA”
Roma, 13 Luglio 2011
Nicola Stella | [email protected]
SINTESI PROGETTO
Mission →
Progetto C.R.E.S.P. → Cosmo Radar Expert System of Processing
Durata del progetto → R&S 24 Mesi
AZIENDE
Geotec Srl → Prime
Applica Mobile Srl → Start-Up
Infosystem → PMI Aggregata
Dipartimento Interateneo di Fisica Bari → Consulente Esterno
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Ottimizzazione ed implementazione ottimale degli algoritmi di processamento
radargrammetrico (StereoSAR) ed interferometrico (InSAR e PSInSAR) in una unica
suite che sia in grado guidare l’utente finale, dalla pianificazione dell’acquisizione
fino alla produzione del DEM finale, datasets acquisite tramite la costellazione
COSMO SkyMed.
La Applica è una start-up i cui soci lavoratori hanno esperienze in ambito di
sviluppo applicazioni tridimensionali oltre ad un lungo curriculum in ambito di
progetti di ricerca industriale per quel che concerne sia il management che
l’implementazione stessa.
Core business aziendale è lo sviluppo e commercializzazione di software nonché
la ricerca industriale e la consulenza informatica alle aziende.
AZIENDE COINVOLTE
La Infosystem s.r.l. è una società che opera nel settore dell’informatica e della
telematica sin dal 1991 che ad oggi vanta la realizzazione di importanti sistemi
informativi nei settori Sanità, Enti pubblici e privati, Industria e P.M.I., nonché una
lunga esperienza nella fornitura di prodotti e servizi nel comparto I.C.T.
La Infosystem ha svolto negli anni numerosi progetti di ricerca e sviluppo in
particolare nell’ultimo triennio.
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PMI presente dal 1994 nel mercato della fotogrammetria, cartografia, GIS/WebGIS e
Remote Sensing in cui vanta competenze in:
• Elaborazione di dati ottici, multispettrali ed iperspettrali
• Elaborazione dati LIDAR.
• Elaborazione dati SAR e sviluppo algoritmi IMage Processing
• Sviluppo di un processore InSAR e DInSAR
• Ricerca e Sviluppo sulle tecniche algoritmiche RADARGRAMMETRICHE
(StereoSAR) e validazione sperimentale delle stesse, in collaborazione con
L’ASI
Attivo da più di un decennio nel settore del telerilevamento satellitare. Tra le più
importanti attività di studio ed approfondimento, si menziona l’elaborazione del dato
SAR con tecniche InSAR, DInSAR e PSInSAR finalizzate all’estrazione
dell’informazione sia di quota topografica che di movimento del terreno. Con
riferimento a questa tematica, il gruppo ha lavorato in numerosi progetti finanziati da
enti ed agenzie nazionali ed internazionali (ASI, ESA, NASA, ENEA, European
Commission). Le attività di ricerca del gruppo hanno portato allo sviluppo di una
catena di processing interferometrico denominata SPINUA-POLIBA
INTRODUZIONE: Digital Elevation Model (DEM)
DEM prodotto fondamentale per Sistemi GIS/WebGIS, Monitoraggio Ambientale, Risk
Management, Cartografia, Ortofoto, Navigazione, Simulatori, Videogames, applicazioni Militari.
Aereofotogrammetria →
Fotogrammetria
Immagini Satellitari
Acquisizioni LIDAR →
SAR
satellite
Alta precisione, vantaggiosa per
produrre DEM/DTM nell’ambito
Nazionale in quanto subordinata alle
problematiche logistiche ed
economiche derivanti dall’utilizzo di un
aereo (tempi, autorizzazioni, condizioni
meteo, ecc..). Un DTM da dati LIDAR
può risultare molto costoso.
Buona alternativa alle precedenti ma fortemente influenzata dalle
condizioni meteo del periodo di acquisizione (es. presenza di nuvole) →
→
→
InSAR
StereoSAR
Un buon compromesso è rappresentato dai DEM generati da elaborazione di dati SAR
Tecnica molto precisa ma affetta dal limite
legato alla applicabilità della tecnica solo in
aree ad elevata coerenza interferometrica
o con presenza di Persistent Scatterers.
Tecnica meno precisa rispetto all’ InSAR
ma più robusta e dai costi computazionali
minori. Essa si basa su tecniche
fotogrammetriche applicate alle immagini
SAR in ampiezza.
Tempi di Rivisita alti,
elusione dei problemi di
copertura nuvolosa,
acquisizioni su scala
mondiale in tempi brevi,
DEM alta precisione
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L’IDEA...
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Radargrammetria
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h
X
1 X
2
θ2
θ
1 p = risoluzione spaziale
Radargrammetria
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InSAR
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La tecnica InSAR sfrutta la differenza di fase tra due acquisizioni per ricavare le mappe di deformazione del terreno: consente di ottenere un quadro completo e dettagliato sul comportamento del terreno nell’area di interesse.
InSAR
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Subsi
denza
tv
r
hB
sin
4
0
Inteferogramma Topografia Movimento SPINUA (Dip. Fisica Bari – GAP)
PS = Ground Control Points per correzione di artefatti nei DEM
Radargrammetrici ed Interferometrici
PSInSAR
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La tecnica dei Persistent Scatterers restituisce, oltre all’informazione di
spostamento, anche l’informazione di quota di ogni singolo Persistent Scatterers
SPINUA: algoritmo sviluppato dal DIF di Bari,
Gruppo Telerilevamento, in grado di generare mappe
di Persistent Scatterers a partire da acquisizioni SAR
in Banda L, C ed X, sperimentato nell’ambito del
progetto Morfeo per ricavare, a partire da acquisizioni
COSMO SkyMed, le mappe di spostamento di alcune
aree con presenza di fenomeni franosi
CRESP
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CRESP
Adattamento, ottimizzato ad acquisizioni SAR COSMO SkyMed, degli algoritmi
di processamento radargrammetrico e interferometrico (InSAR e PSInSAR), in
una suite che sia in grado di guidare l’utente dalla pianificazione dell’acquisizione
fino alla produzione del DEM finale
Il DEM finale è frutto dell’applicazione di una delle due
tecniche o della combinazione delle due (InSAR, StereoSAR) a
seconda degli scenari o delle esigenze dell’utente.
L’elaborazione radargrammetrica ed interferometrica viene
effettuata su data-set SAR che devono essere selezionati dalla
suite in accordo con le specifiche definite dall’utente guidato
da un Sistema esperto di Supporto
Le tecniche InSAR e StereoSAR possono essere
supportate dalla tecnica PSInSAR
Gestione dello storico processamenti, datasets,
metadati, DEM, Acquisizioni
Particolare attenzione sarà rivolta alle tecniche radargrammetriche,
per le quali Geotec Srl vanta un’attività di ricerca e sviluppo biennale che
ha prodotto ottimi risultati (DEM fino a 3 m)
(info → www.geotecweb.com)
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CRESP | DESCRIZIONE
Stereo
SAR
InSAR
PSInSAR
Expert
Sistem
Output
DB
DEM
Other
Product
Input
DB
Acquisisce dall’utente le specifiche del DEM da
generare e fornisce al modulo “Sistema esperto di
supporto” tutte le informazioni di supporto per la
selezione del data-set e delle tecniche da applicare
Guidare l’utente verso la migliore
soluzione adottabile in base alle
sue richieste. Sarà strettamente
interagente con l’archivio di input.
Partendo dalle richieste effettuate,
esso valuterà la migliore tecnica
da adottare con riferimento alle
caratteristiche della scena in
esame. Sulla base delle tecniche
selezionate, il sistema esperto
individuerà, interagendo con
l’archivio di input, i data-set di
acquisizioni SAR da elaborare o in
alternativa produrrà un report con
l’elenco delle specifiche delle
acquisizioni SAR da utilizzare
I tre processori della suite (InSAR,
PSInSAR e StereoSAR) sono in
grado di fornire indipendentemente
dei DEM, ognuno con le limitazioni
tipiche della tecnica utilizzata.
L’utilizzo combinato delle tre
tecniche consente di mitigare le
limitazioni della singola tecnica. In
particolare, è possibile individuare i
seguenti scenari con i relativi
processi incrociati
Il DEM viene infine validato e
collaudato tramite l’ausilio di un
modulo apposito (BLOCCO 15)
in cui sono previste analisi di
comparazione di profili
altimetrici con DEM di
riferimento (ad Es. DEM
SRTM, DEM fotogrammetrici),
analisi delle quote con Punti di
appoggio fotografico, Ground
Control Point, Dati GPS; analisi
statistiche mirate, mappa delle
deviazioni Standard e RMS
L’archivio di output avrà la funzione
di gestire tutti i dati e metadati che
rientrano nell’intero processo di
elaborazione scelto, garantendo
una coazione con l’archivio di input
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PROGETTO | ATTIVITA’
Stato dell’arte, studio scenari, requisiti
Studio di geometrie di acquisizione
ottimali, ottimizzazione di differenti
livelli di acquisizione per la
radargrammetria
Ottimizzazione algoritmica
Radargrammetrica
Progettazione Processori
Studio integrazione delle tecniche
Ricerca e
Sperimentazione
Sviluppo
Prototipo
Management
Dissemination
Definizione del Sistema Esperto
Definizione architettura di sistema
Sviluppo della suite
Sperimentazione, test e
validazione del prototipo
Project Management
Definizione di un Modello di
business e del piano di
disseminazione e dei risultati
di progetto
Milestone 1
Conclusione
delle attività di
ricerca
Milestone 2
Conclusione
delle attività di
sviluppo
Milestone 3
Conclusione delle
attività di
sperimentazione,
test e validazione
del prototipo
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PROGETTO | CRONOGRAMMA E WP
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PROGETTO | TEAM E ATTIVITA’
Ricerca e
Sperimentazione
Sviluppo Prototipo
Ricerca e Sviluppo
StereoSAR, InSAR,
PSInSAR
Consulenza Esterna
PSInSAR
Management &
Dissemination
Prime Contractor
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CRESP | Sperimentazione: Eventuali Test Site
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Come eventuali Test Sites sono stati scelti due siti lucani soggetti a forti rischi ambientali, per
i quali l’utilizzo di un DEM rappresenta la base per il monitoraggio e la gestione del rischio.
Subsidenze
Frane
Gestione reticolo idrografico
Arretramento Costa
CRESP | Eventuali Test Site – Acquisizioni a Catalogo
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PROGETTO CRESP | BENEFICI
COMPETITIVITA’
Alto grado di Innovazione
Produzione di DEM ad alta precisione grazie all’utilizzo incrociato delle diverse tecniche
Minimizza i tempi di decisione da parte dell’utente
Velocizza i tempi di produzione
Predisposizione ai sistemi GIS/WebGIS
INDICAZIONI 2° GENERAZIONE →
MISSIONI PARTNER → Sarà in grado di interfacciarsi con dati provenienti da missioni partner
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Le fasi di ricerca e validazione forniranno utili indicazioni per
la missione COSMO SkyMed di seconda generazione
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