Lavorare con i dati satellitari in Global Mapper

Quando il sole splende, emette radiazioni elettromagnetiche verso la Terra, una parte delle quali viene percepita come luce. Materiali, superfici e caratteristiche diverse riflettono questa energia in modi differenti. La gamma di radiazioni elettromagnetiche più conosciuta è la luce visibile , ovvero la luce che i nostri occhi rilevano e utilizzano per percepire il mondo visibile che ci circonda , con lunghezze d'onda comprese tra 380 e 720 nanometri. L'intero spettro delle radiazioni elettromagnetiche si estende su molte lunghezze d'onda e specifiche gamme di questa energia causano determinati effetti o vengono utilizzate per scopi particolari. Ad esempio, la luce ultravioletta, la luce che causa le scottature solari, ha una lunghezza d'onda compresa tra 300 e 380 nanometri, mentre l'energia utilizzata dai raggi X è ancora più corta, con una lunghezza d'onda compresa tra 0.03 e 300 nanometri. All'altra estremità dello spettro, le radiazioni a microonde hanno una lunghezza d'onda compresa tra circa 1 millimetro e 30 centimetri.

I dati satellitari vengono creati registrando la radiazione elettromagnetica riflessa ed emessa da specifici intervalli di lunghezza d'onda. Quando un satellite in orbita terrestre sorvola una determinata area, sensori avanzati registrano l'energia emessa e riflessa nello spazio dalla superficie terrestre. Questi dati vengono infine forniti in formato raster, dove ogni pixel rappresenta un valore di riflettanza della radiazione variabile.

I dati raccolti dai satelliti suddividono gli intervalli di energia riflessa in base alla lunghezza d'onda, creando livelli di immagine separati per la stessa scena. Ciascuno di questi livelli è chiamato banda e ogni banda può essere un livello raster a sé stante, con un singolo valore associato a ciascun pixel. Una fonte comune di dati satellitari è Landsat 8 (OLI), che utilizza le seguenti designazioni di banda per distinguere la riflettanza di diverse lunghezze d'onda della radiazione elettromagnetica.

Fonte: Quali sono le migliori bande spettrali di Landsat da utilizzare nella mia ricerca?

I dati di Landsat 8 e altri dati satellitari possono essere scaricati da EarthExplorer , un portale di download dati gestito dall'USGS. La finestra di dialogo "Origini dati online" in Global Mapper contiene un collegamento diretto a EarthExplorer nella cartella "Immagini". Collegandosi a questa fonte, si aprirà il sito di download di EarthExplorer dell'USGS in un browser web e si utilizzerà l'area di interesse visualizzata in Global Mapper per il download dei dati, semplificando la ricerca e il download dei dati satellitari per un'area di progetto.

Creazione di immagini multispettrali

La combinazione di dati provenienti da diverse bande in un unico livello multispettrale può mostrare ulteriori dettagli di un'area. Le immagini multispettrali vengono create in Global Mapper caricando le singole bande ed esportandole come un'unica immagine raster multibanda. 

Per ottenere un'immagine dai colori naturali a partire dalle singole bande, è necessario combinare le bande rossa, verde e blu durante l'esportazione. Il risultato è un'immagine dall'aspetto naturale, simile a come percepiremmo il paesaggio in quella zona. 

Le bande rossa, verde e blu, ovvero le bande 4, 3 e 2 dei dati di Landsat 8, vengono combinate per generare un'immagine satellitare a colori naturali. 

Un'ulteriore manipolazione delle bande visualizzate in un'immagine può rivelare caratteristiche specifiche della scena. La sovrapposizione delle bande del vicino infrarosso, del rosso e del verde crea una particolare immagine a falsi colori, spesso definita immagine a colori infrarossi. Poiché è noto che la clorofilla, presente nella vegetazione sana, riflette la luce del vicino infrarosso, questa combinazione di bande è utile per identificare la vegetazione sana. 

Dai dati di Landsat 8, le bande 5, 4 e 3 vengono esportate per generare un'immagine nel vicino infrarosso. In questo risultato, le aree rosse indicano la vegetazione sana. 

Sebbene per visualizzare un'immagine vengano utilizzate solo tre bande di dati, Global Mapper può esportare file di dati multibanda contenenti tutte le bande relative a una determinata area. Esportando sette bande di uso comune in un singolo file multibanda, l'ordine e la visualizzazione delle bande possono essere modificati e configurati nella finestra di dialogo Opzioni layer. 

La scheda Configurazione bande offre numerose combinazioni di bande predefinite per le fonti più comuni di dati satellitari. La combinazione di bande a falsi colori 6, 5 e 4 può essere utile per le analisi agricole, in quanto mostra chiaramente le aree vegetate in verde e le aree di campo spoglio in rosa e magenta. 

 

 

Affilatura della padella

I dati satellitari vengono spesso raccolti a una risoluzione inferiore rispetto alle immagini aeree acquisite a quote più basse. I dati Landsat 8 mostrati sopra hanno una risoluzione spaziale di 30 metri, il che significa che ogni pixel rappresenta una sezione della superficie terrestre di 30 metri per 30 metri. Il satellite Landsat raccoglie anche una banda pancromatica di dati con una risoluzione di 15 metri, che cattura dati di riflettanza per una gamma più ampia di lunghezze d'onda. 

La banda pancromatica ad alta risoluzione viene utilizzata insieme all'immagine a colori naturali nel processo di Pan Sharpening per migliorare il livello di dettaglio e il colore dell'immagine multispettrale. 

 

Calcolo raster

Oltre a sovrapporre i valori delle bande per generare una mappa che mostri caratteristiche e materiali specifici presenti nella scena, le singole bande possono essere utilizzate nel Calcolatore Raster di Global Mapper per estrarre ancora più informazioni. Poiché diversi studi hanno dimostrato come superfici e oggetti diversi interagiscono con le radiazioni elettromagnetiche, è possibile applicare formule utilizzando i valori di riflettanza energetica dei pixel corrispondenti di più bande per ricavare nuovi livelli di dati. 

Il Calcolatore raster offre numerose formule predefinite per i calcoli più comuni, con diverse varianti che riflettono le variazioni nella struttura a bande dei dati di origine. Consente inoltre l'inserimento di formule ed espressioni matematiche personalizzate per creare nuovi layer raster. 

Nell'esempio seguente, le bande del verde e del vicino infrarosso dei dati Landsat 8 vengono utilizzate per calcolare l'indice di differenza normalizzata dell'acqua (NDWI) per una determinata area. Questa formula, ampiamente utilizzata, rileva la presenza di acqua nell'ambiente ed è utile per il monitoraggio e la valutazione delle zone umide fragili. 

La formula NDWI di Landsat 8 selezionata in Global Mapper denomina correttamente queste bande nelle formule B3 e B5.

L'indice NDWI utilizza una scala da -1 a +1 per indicare la presenza di acqua nell'ambiente. I valori positivi, mostrati in blu, indicano la presenza di specchi d'acqua in questa scena. 

Comprendere come le diverse lunghezze d'onda della luce interagiscono con superfici specifiche e come si riflettono su di esse offre l'opportunità di ricavare una vasta gamma di informazioni sulla copertura del suolo e sulla tipologia di superficie da dati satellitari liberamente disponibili. Essendo questi dati basati sui pixel, i layer possono essere utilizzati con tutti gli strumenti di analisi raster offerti da Global Mapper. 

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Riferimenti: 

Quali sono le migliori bande spettrali Landsat da utilizzare nella mia ricerca? , USGS, www.usgs.gov/faqs/what-are-best-landsat-spectral-bands-use-my-research?qt-news_science_products=0#qt-news_science_products.

Campbell, James B., e Randolph H. Wynne. Introduzione al telerilevamento . Quinta edizione, Guilford Press, 2011.