- Oggetto:
Earth Observation and GIS for Precision Viticulture
- Oggetto:
Earth Observation and GIS for Precision Viticulture
- Oggetto:
Anno accademico 2024/2025
- Codice attività didattica
- SAF0474
- Docente
- Enrico Corrado Borgogno Mondino (Affidamento interno)
- Corso di studio
- [290511-FOND] SCIENZE VITICOLE ED ENOLOGICHE - curr. Fondamentale
[290511-INTER] SCIENZE VITICOLE ED ENOLOGICHE - curr. International - Anno
- 2° anno
- Periodo
- Annualità singola
- Tipologia
- D - A scelta dello studente
- Crediti/Valenza
- 5
- SSD attività didattica
- AGR/06 - tecnologia del legno e utilizzazioni forestali
- Erogazione
- Convenzionale
- Lingua
- Italiano
- Frequenza
- Facoltativa
- Tipologia esame
- Scritto
- Prerequisiti
-
Benchè nessuna propedeuticità sia prevista in modo formale, è auspicabile che lo studente affronti il modulo avendo conoscenza dei fondamenti di Analisi Matematica (studio di funzione, derivate totali e parziali, integrali), di Fisica (elettromagnetismo e ottica), di Statistica (trattamento delle osservazioni), di geomatica (Sistemi di coordinate, GIS, fotogrammetria).
No requirement is strictly due for this module, but basics of Mathematics (function analysis, derivatives, integrals), Physics (electromagnetism, optics), Statistics (Theory of errors) and Geomatics (Coordinate systems, GIS, photogrammetry) are appreciated. - Propedeutico a
-
L'insegnamento non costituisce propedeuticità per altri insegnamenti.
The teaching is not strictly preparatory for other teachings. - Oggetto:
Sommario insegnamento
- Oggetto:
Obiettivi formativi
Il Telerilevamento costituisce un supporto alla lettura multi-temporale del territorio vitivinicolo per l'estrazione di informazioni semantiche e geometriche utili per la sua caratterizzazione. In particolare l'insegnamento intende fornire le basi teoriche e operative per la produzione di carte tematiche di copertura e uso del suolo e per la derivazione e lettura degli indici spettrali di maggiore interesse (NDVI, EVI, NDSI etc.) da utilizzarsi come indicatori agronomici/fisiologici in ambito viticolturale. In particolare l'attenzione verrà posta sui dati satellitari gratuiti a media risoluzione spaziale utili per indagini alla scala di paesaggio e di vigneto, con particolare riferimento alle missioni Sentinel del programma Europeo Copernicus.
La fruizione dei prodotti del telerilevamento avviene mediante l’utilizzo di sistemi GIS (Sistemi Informativi Geografici) le cui principali funzionalità saranno illustrate nell’ambito di questo insegnamento.
Remote sensing provides support for the multi-temporal analysis of land enabling the extraction of semantic and geometric information useful for its characterization. In particular, the course aims to provide the theoretical and operational basis for the production of land cover/land use thematic maps of and for the derivation and reading of the spectral indices of greatest interest (NDVI, EVI, NDSI etc.) to be used as agronomic/physiological indicators in vineyards. Particular focus will be paid about free satellite data with medium spatial resolution exploitable at landscape and field level, with special concerns about the Sentinel missions of the European Copernicus program.
The operational exploitation of remote sensing products can be achieved through the use of GIS (Geographic Information Systems) whose main functionalities will be explained within the scope of this teaching.
- Oggetto:
Risultati dell'apprendimento attesi
Conoscenza e capacità di comprensione
Al termine dell'insegnamento si saranno apprese:
- le principali tipologie di missioni, sensori e dati telerilevati esistenti e le modalità di accesso ai dati;
- le tecniche di processamento, interpretazione e validazione dei dati telerilevati e dei loro derivati (prevalentemente ottici multispettrali) per l’ottenimento di carte tematiche o di stima di parametri agronomici utili alla gestione del vigneto ed alla comprensione della sua evoluzione nel tempo (software SNAP e SAGA GIS).
- le principali operazioni di gestione e analisi spaziale di dati geografici digitali all’interno del software QGIS;
Conoscenza e capacità di comprensione applicate
Al termine dell'insegnamento integrato si sarà in grado di:
- selezionare la tipologia di dato satellitare utile ai fini di una specifica applicazione in vigneto sulla base delle sue caratteristiche geometriche, spettrali, radiometriche e temporali;
- leggere con competenza tutti i dati di accuratezza (metrica e semantica) che riguardano una carta tematica (o una stima di parametro biofisico) derivata da satellite;
- interpretare i principali indici spettrali derivabili da dati telerilevati;
- generare carte tematiche o di stima e valutarne la qualità attraverso l'adozione di classificatori assistiti e automatici;
- gestire dati geografici digitali nei loro diversi formati (vettoriale, raster, WMS/WFS/WCS,tabelle, etc;)
- definire uno specifico flusso di lavoro all’interno del GIS per rispondere a specifici requisiti di analisi spaziale;
- cercare e ottenere dati geografici digitali che rispondano ai requisiti di progetto;
- strutturare e redigere un report tecnico perla presentazione dei risultati.
Autonomia di giudizio
Gli studenti e le studentesse saranno in grado di definire in modo autonomo una strategia operativa per risolvere problemi spazialmente distribuiti in vigneto, riconoscendo quali dati (cartografici e da telerilevamento) siano i più opportuni in relazione ai requisiti di accuratezza, scala e contenuto. Sapranno inoltre sintetizzare e formalizzare in ambiente GIS problemi interdisciplinari di carattere scientifico per una gestione di “precisione” del vigneto.
Abilità comunicative
Alla fine dell'insegnamento gli studenti e le studentesse saranno in grado di sostenere con chiarezza espositiva le scelte adottate ed utilizzare un appropriato vocabolario tecnico e scientifico nell’ambito del telerilevamento e dei sistemi GIS applicati per la lettura e gestione delle componenti spaziali del vigneto con particolare riferimento ai comparti suolo, spalliera e copertura erbacea.
Capacità di apprendere
Gli studenti e le studentesse acquisiranno le competenze relative alle potenzialità dei dati telerilevati e dei sistemi GIS affrontando problemi pratici di caratterizzazione del vigneto processando i dati in modo autonomo. L’individuazione di soluzioni operative e il processamento dei dati avverrà attraverso il lavoro di gruppo, inteso a favorire la propensione ad un approccio professionale basato sul lavoro di una squadra di esperti.
Knowledge and Understanding
At the end of the course students will have learned about:
- the main types of existing satellite missions, sensors and remotely sensed data and how to access them;
- the main techniques for remotely sensed data processing, interpretation and validation with a special focus on the generation of maps useful for management of vineyards (SNAP and SAGA GIS software);
- basic tools for management and spatial analysis of digital geographic data within the QGIS software;
Applying Knowledge and Understanding
At the end of the course the student will be able to:
- select the proper type of satellite data useful for a specific application based on its geometric, spectral, radiometric, and temporal characteristics;
- consciously evaluate accuracy (metric and semantic) of thematic map from satellite data (or biophysical parameter estimate);
- interpret the main spectral indices that can be derived from remotely sensed data;
- generate thematic maps and assess their quality through the adoption of supervised and unsupervised classifiers;
- manage digital geographic data in their different formats (vector, raster, WMS/WFS/WCS, tables, etc.);
- define a specific workflow within GIS to meet specific spatial analysis requirements;
- search for and obtain digital geographic data to meet project requirements;
- structure and write a technical report for the presentation of results.
Making judgements
Students will be able to independently define an operational strategy for solving spatially distributed problems, recognizing which data (cartographic and remote sensing) are most appropriate in relation to accuracy, scale and content requirements of the analysis. They will also learn about how to synthesize and formalize interdisciplinary scientific problems in a GIS environment to foster a precision viticulture.
Communication skills
At the end of the course, students will be able to discuss and defend the operational choices they made for facing a specific viticoltural problem through remotely sensed data and GIS techniques. The will count on a newly acquired appropriate technical and scientific vocabulary in the context of remote sensing and GIS systems applied to the analysis and management of agricultural, forestry and snow/ice compartments in the mountain landscape.
Learning skills
Students will acquire skills related to the potential of remote sensing data and GIS systems by tackling practical spatial problems and processing data independently. Operational solutions and data processing will be achieved through shared team works, intended to foster a professional approach based on vertical skills from teams of experts.
- Oggetto:
Programma
- Introduzione al Telerilevamento ottico e termografico: definizioni e leggi fisiche fondamentali.
- Interazione tra energia elettromagnetica e superfici: riflettanza, trasmittanza, assorbanza, emittanza. Rugosità delle superfici e geometria dell'illuminazione.Firme spettrali.
- Tipologie di satelliti per l'Osservazione della Terra
- Sensori per il telerilevamento ottico: l’immagine digitale multispettrale.
- Indici spettrali e loro significato operativo: vegetazione, contenuto idrico del suolo e delle viti, fPAR, PAR, GPP, NPP.
- Interpretazione delle immagini multispettrali: operazioni base.
- Calibrazione delle immagini: modelli di trasferimento radiativo e approcci empirici.
- Classificazione assistita e automatica delle immagini per la produzione di mappe di prescrizione in vigneto
- Stima di parametri biofisici in vigneto usando predittori spettrali
- Gli archivi per l’accesso ai dati: principali missioni satellitari (Landsat, MODIS, Copernicus Sentinel, PlanetScope)
- Introduzione ai sistemi GIS
- L’informazione geografica digitale: dati vettoriali, raster e Servizi (WMS, WFS)
- La componente altimetrica nella cartografia digitale e loro ruolo nella qualificazione dei vigneti: DTM, DSM e NHM
- Vestizione ed editing dei layer
- Geoprocessing
- Selezioni
- Processamento dei dati raster e statistiche zonali
- Introduction to optical and thermographic remote sensing: definitions and basic physical laws.
- Interaction between electromagnetic energy and surfaces: reflectance, transmittance, absorbance, emittance. Surface roughness and illumination geometry. Spectral signatures.
- Types of satellites for Earth Observation.
- Sensors for optical remote sensing: the multispectral digital image.
- Spectral indices and their operational meaning: vegetation, soil and vines moisture, fPAR, PAR, GPP, NPP.
- Interpretation of multispectral images: basic operations.
- Image calibration: radiative transfer models and empirical approaches.
- Supervised and unsupervised classification of images for the production of prescription maps in vineyards.
- Data access archives: main satellite missions (Landsat, MODIS, Copernicus Sentinel, PlanetScope)
- Introduction to GIS systems
- Digital geographic information: vector and raster data and Services (WMS, WFS)
- Height in digital cartography and its role in characterizing vineyards: DTM, DSM and NHM
- Symbology and editing of layers
- Geoprocessing
- Selection by attribute and position
- Raster data processing and zonal statistics
- Oggetto:
Modalità di insegnamento
L'insegnamento si sviluppa attraverso l'erogazione di lezioni frontali, nel corso delle quali il docente procede anche all'esemplificazione pratica dei concetti espressi ed in particolare al processamento dei dati. In questa fase gli studenti e studentesse vengono addestrati/e all'utilizzo di software freeware (SNAP, SAGA GIS e QGIS) per l'esecuzione dell'intero flusso di lavoro che permette di estrarre informazioni territoriali dai dati satellitari e di capitalizzarne il contenuto in ambiente GIS. Sulla base delle competenze acquisite, gli studenti e le studentesse, organizzati/e in gruppi di lavoro, procedono, al di fuori dell'orario di lezione, al processamento di dati campione e redigono un report tecnico che illustra una applicazione territoriale attinente all’ambito forestale, difesa del suolo, ambiente alpino, in cui il telerilevamento costituisca la metodologia di indagine. Per le lezioni frontali il docente si avvale di presentazioni multimediali che sono a disposizione degli studenti e delle studentesse tramite piattaforma MOODLE.
Frontal lessons present theoretical aspects which are coupled with practical examples concerning operational processing of satellite and geographical data. Students will be trained on the basic use of free processing software (SNAP, SAGA GIS and QGIS) useful for the extraction of information from satellite data and their exploitation in a GIS environment. Once trained, students will operate in working groups to face a practical application dealing with soil preservation suggested by the lecturer. They will be required to produce a technical report describing the operational workflow and professional considerations about obtained results. For lectures the teacher makes use of presentations which will be made available to students through the Moodle Platform.
- Oggetto:
Modalità di verifica dell'apprendimento
L'efficacia delle lezioni viene verificata procedendo, all'inizio di ciascuna lezione (10 minuti), ad un limitato dibattito riguardante i contenuti della lezione precedente, nel corso del quale gli studenti e le studentesse sono invitati/e a rispondere a domande e sollecitati a proporne. Tale azione non contribuisce alla valutazione finale, ma costituisce un utile strumento per lo studente/la studentessa di autovalutare il proprio grado di apprendimento. L'appello d'esame è subordinato alla redazione di un report tecnico scritto, realizzato per gruppi, relativo ad un caso studio attinente i contenuti del corso e sviluppato con l'utilizzo di dati telerilevati forniti dal docente e con software di settore ottenibili gratuitamente dagli studenti e dalle studentesse. Il docente, a cui il documento verrà consegnato almeno 3 giorni prima dell'appello, procede alla sua valutazione che contribuirà per un terzo a quella finale del modulo. Il report costituisce anche il punto di partenza del colloquio orale che intende verificare le competenze scientifiche e le basi teoriche acquisite.
Effectiveness of lessons is verified by discussing with the students at the beginning of a new lesson (10 minutes), the content of the last preceding one. In this context students are invited to answer some technical questions and proposing their own ones. Final exam can be given only if a technical report, composed by a group of students, concerning a case study. The report has to be sent to professor at least 3 days before exam date. The professor will evaluate it; its weight on final score is one third of the total. During exam the report is the starting point from which theoretical and scientific questions will start.
- Oggetto:
Attività di supporto
Non sono previste attività di supporto
No support activities are foreseen
Testi consigliati e bibliografia
- Oggetto:
- Libro
- Titolo:
- Principi e Metodi di Telerilevamento
- Anno pubblicazione:
- 2006
- Editore:
- Città Studi Edizioni
- Autore:
- Brivio, Lechi, Zilioli
- Obbligatorio:
- No
- Oggetto:
- Libro
- Titolo:
- L’osservazione della Terra - Telerilevamento
- Anno pubblicazione:
- 2011
- Editore:
- Dario Flaccovio
- Autore:
- Niccolò Dainelli
- Obbligatorio:
- No
- Oggetto:
- Libro
- Titolo:
- Basics of Geomatics
- Anno pubblicazione:
- 2009
- Editore:
- Springer
- Autore:
- M.A. Gomarasca
- Obbligatorio:
- No
- Oggetto:
I testi base consigliati per il corso sono:
- dispense e appunti forniti dal docente.
Scientific papers suggested, time by time, by the professor.
- Oggetto:
Note
Sede di Asti.
The location of the course is Asti.
- Oggetto:
