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Oggetto:
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Telerilevamento e difesa del suolo in territori montani

Oggetto:

Remote sensing and soil conservation in mountain areas

Oggetto:

Anno accademico 2021/2022

Codice attività didattica
SAF0248
Docenti
Prof. Enrico Corrado Borgogno Mondino (Affidamento interno)
Prof. Michele Freppaz (Affidamento interno)
Corso di studio
[1708M21-002] SCIENZE E TECNOLOGIE DEI SISTEMI E TERRITORI FORESTALI - curr. Prevenzione e mitigazione dei rischi naturali.
Anno
2° anno
Periodo
Primo semestre
Tipologia
C - Affine o integrativo
Crediti/Valenza
8
SSD attività didattica
AGR/14 - pedologia
ICAR/06 - topografia e cartografia
Erogazione
Mista/Blended
Lingua
Italiano
Frequenza
Facoltativa
Tipologia esame
Scritto più orale obbligatorio
Tipologia unità didattica
corso
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. Tuttavia può risultare di supporto a:
- Protezione dagli incendi boschivi
- Pianificazione pastorale
- Pianificazione faunistica

The teaching is not strictly preparatory for other teachings, however it could support these fields of study:
- Hazard fire protection
- Grazing management planning
- Wildlife management planning
Oggetto:

Sommario insegnamento

Oggetto:

Obiettivi formativi

L'insegnamento integrato 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 ambientali anche all'interno di modelli forestali.  In particolare l'attenzione verrà posta sui dati satellitari gratuiti a media risoluzione spaziale utili per indagini alla scala territoriale e di paesaggio. L'insegnamento intende inoltre fornire conoscenze relative alle caratteristiche e alle modalità d'innesco dei fenomeni erosivi e delle frane superficiali, con particolare riferimento alla presentazione delle corrette strategie di gestione del suolo per ridurne la vulnerabilità all'erosione. Inoltre l'insegnamento ha come obiettivo la presentazione di strumenti per la comprensione dei fattori predisponenti il distacco delle valanghe e delle tecniche utilizzabili per ridurre l'esposizione a tale pericolo naturale (es. Carta di localizzazione probabile delle valanghe, tecniche di distacco artificiale).

 

The course is specifically intended to supply theoretical and operative bases to generate land use/land cover maps and to compute and interpret spectral indices (NDVI, EVI, NDSI etc.). The latter can help forest dynamics comprehension and are often used in forest models.  Particular attention will be paid to free satellite imagery. Moreover, the course provides students with knowledge about the triggering mechanisms of shallow landslides and soil erosion processes, with a special focus on the best soil management practices for the reduction of the erosion risk. It provides also knowledge about the triggering mechanisms of snow avalanches and introduction to the techniques to mitigate snow avalanche hazard (e.g. snow avalanche hazard mapping, artificial triggering of avalanches).

 

Oggetto:

Risultati dell'apprendimento attesi

Conoscenza e capacità di comprensione:

Al termine dell'insegnamento integrato si saranno apprese:

  • le tipologie di missioni, sensori e dati telerilevati esistenti;
  • le tecniche di processamento e interpretazione dei dati
  • le tecniche inferenziali in grado di spazializzare il dato puntuale su area vasta integrando dati di campo con osservazioni remote.

Al termine dell'insegnamento integrato si sarà in grado di:

  • Descrivere i meccanismi alla base dell'innesco dei crolli di roccia, dei fenomeni erosivi, delle frane superficiali e delle valanghe.
  • Identificare le principali tecniche di prevenzione e mitigazione di tali fenomeni.

Capacità di applicare conoscenza e comprensione:

Al termine dell'insegnamento integrato si sarà in grado di:

  • selezionare la tipologia di dato satellitare utile ai fini di una specifica applicazione sula 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 derivata da satellite
  • interpretare i principali indici spettrali derivabili da dati telerilevati
  • generare carte tematiche e valutarne la qualità attraverso l'adozione di classificatori assistiti e automatici
  • interpretare e analizzare i meccanismi alla base dell'innesco dei crolli di roccia, dei fenomeni erosivi, delle frane superficiali e delle valanghe.
  • utilizzare le principali tecniche di prevenzione e mitigazione di tali fenomeni.

Autonomia di giudizio

Alla fine dell'insegnamento integrato si sarà in grado di impostare, in piena autonomia una valutazione del pericolo di innesco di fenomeni erosivi e valanghivi e l’individuazione di misure atte a contenerne gli effetti. Saranno inoltre in grado di descrivere le condizioni ambientali al contorno attraverso l’utilizzo del telerilevamento satellitare e condurre processi di generalizzazione delle deduzioni locali.

Abilità comunicative

Alla fine dell'insegnamento integrato si sarà in grado di sostenere con chiarezza espositiva le scelte adottate ed utilizzare un appropriato vocabolario tecnico e scientifico.

Capacità di apprendere

Le nozioni apprese consentiranno di applicare in autonomia le conoscenze per condurre in modo appropriato valutazioni sulla propensione all’innesco di fenomeni erosivi e valanghivi, e la scelta di misure attive e passive per ridurne gli effetti. La capacità di interpretare le informazioni telerilevate consentirà loro di introdurre nei processi di lettura dei fenomeni la componente conoscitiva relativa alla distribuzione spaziale di proprietà dei suoli/neve e della vegetazione.

 

Knowledge and Understanding:

At the end of the course students’ knowledge will concern:

  • Existing missions, sensors and data for remote sensing;
  • Data processing techniques and data interpretation
  • Inferential technique useful for ground observations spatialization by integrating remotely sensed and field data .

At the end of the course the student will be able to:

  • Describe the triggering mechanisms of rockfall, soil erosion, shallow landslides and snow avalanches.
  • Identify the techniques for prevention and mitigation of such natural hazards.

Applying Knowledge and Understanding:

At the end of the course the student will be able to:

  • select the most suitable satellite data to face a specific application on the basis of their spectral, radiometric, geometric and temporal features;
  • evaluate and define the accuracy (position and content) of generated results;
  • generate and interpret  spectral indices useful to map landscape properties;
  • generate thematic maps by supervised and unsupervised approaches.
  • comment and analyze the triggering mechanisms of rockfall, soil erosion, shallow landslides and snow avalanches.
  • apply the techniques for prevention and mitigation of such natural hazards.

Making judgement

At the end of the course the students will be able to design and perform autonomously an assessment of the soil erosion and snow avalanche hazards. In addition students will be able to select the most appropriate measures to reduce their effects.  Students will also be able to map environmental conditions of the study area by remotely sensed data and generalizing local deductions.

Communication skills

At the end of the course, students will be able: - to support and motivate their choices with a clear exposition; - to acquire a specific technical and scientific vocabulary.

Learning skill

The concepts learned will allow students to apply their knowledge autonomously, in order to conduct a detailed analyses of the areas prone to soil erosion and snow avalanche release as well as the correct selection of the best measures to reduce their impact. Remotely sensed data interpretation will ensure to introduce spatial component while analyzing local phenomena with special concern abou soil/snow and vegetation properties mapping.

Oggetto:

Programma

L'insegnamento integrato fa parte dell'area di apprendimento in Prevenzione e mitigazione dei rischi naturali.

Telerilevamento:

  • Introduzione al Telerilevamento: definizioni e leggi fisiche fondamentali (Ingegneria forestale).
  • Interazione tra energia elettromagnetica e superfici: riflettanza, trasmittanza, assorbanza, emittanza.  Rugosità delle superfici e geometria dell'illuminazione (Ingegneria forestale).   
  • Firme spettrali; interazione tra atmosfera e radiazione elettromagnetica: finestre atmosferiche e diffusione (Ingegneria forestale)
  • Tipologie di satelliti per l'Osservazione della Terra: geostazionari ed elio-sincroni; principali missioni; schema di sensore; immagine digitale: definizione numerica e caratteristiche operative (risoluzioni), (Ingegneria forestale).          
  • Processamento dell'immagine: istogramma di frequenza, contrasto, scatterogrammi, filtri digitali e operatori matriciali; indici spettrali  (Ingegneria forestale).                        
  • Fotointerpretazione del colore: cenni di colorimetria; il flusso di lavoro del telerilevamento (Ingegneria forestale).                                                                                
  • Pre-processamento radiometrico delle immagini: radianza e riflettanza, correzione atmosferica, correzione topografica, (Ingegneria forestale)
  • La georeferenziazione delle immagini, (Ingegneria forestale).
  • La classificazione delle immagini: assistita e automatica; principali algoritmi (Gestione multifunzionale sostenibile delle risorse forestali)
  • Verifica dell'accuratezza della classificazione: matrice d'errore e parametri di prestazione (Gestione multifunzionale sostenibile delle risorse forestali)     

Erosione e frane

  • Classificazione delle frane
  • Valutazione dei fattori predisponenti il distacco di frane superficiali
  • Metodi per la valutazione della vulnerabilità del suolo all'erosione
  • Modelli di stima dell'erosione

Valanghe:

  • Classificazione delle valanghe
  • Il Bollettino Valanghe 
  • Tecniche di riduzione dell'esposizione al pericolo valanghe 

 

 

The course belongs to the Prevention and mitigation of natural risks learning area.

Remote sensing:

  • Introduction to Remote Sensing: definitions and main physical laws - (Forest Engineering)
  • Interaction between surfaces and electromagnetic radiation: reflectance, transmittance, absorbance, emittance.  Surface roughness and geometry of lighting - (Forest Engineering)
  • Spectra; interaction between atmosphere and electromagnetic radiation: atmospheric windows and scattering (Forest Engineering)
  • Satellites for Earth Observation: geostationary and sun-synchronous. Main missions, Sensor scheme, digital image: numerical definition and operational features (resolutions) - (Forest Engineering)                                                  
  • Image processing: histogram, contrast enhancement, scatter plots, digital filters, matrix operators: spectral indices from satellite imagery- (Forest Engineering).
  • Image interpretation: basics of colorimetry; the remote sensing workflow - (Forest Engineering)          
  • Radiometric pre-processing: radiance, reflectance, atmospheric correction, topographic correction - (Forest Engineering).       
  • Image georeferencing - (Forest Engineering)                                                                                                             
  • Image classification: supervised and unsupervised classifiers (Multi-functional and sustainable management of natural resources).
  • Classification Accuracy: confusion matrix and statistical parameters (Multi-functional and sustainable management of natural resources)

Erosion and landislides:

  • Landslides classification
  • Triggering mechanisms of shallow landslides
  • Soil properties influencing erodibility
  • Soil erosion modelling

Snow avalanches:

  • Snow avalanche classification
  • Snow and avalanche bullettin
  • Techniques for the snow avalanche hazard mitigation

Oggetto:

Modalità di insegnamento

L'insegnamento sarà erogato in presenza e in modalità a distanza sincrona.

L'insegnamento integrato si sviluppa per l'intera durata attraverso l'erogazione di lezioni frontali, nel corso delle quali i docenti procedono anche all'esemplificazione pratica dei concetti espressi ed in particolare al processamento dei dati. In questa fase gli studenti vengono addestrati 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 utilizzati come esempio. Sulla base delle competenze acquisite gli studenti, organizzati 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 la difesa del suolo e concordata con il docente del modulo di "Prevenzione dell'erosione del suolo, delle frane e delle valanghe ", in cui il telerilevamento costituisca la metodologia di indagine.  Per le lezioni frontali i docenti si avvalgono di presentazioni multimediali che sono a disposizione degli studenti tramite piattaforma CAMPUSNET e MOODLE. Il corso prevede un’uscita in campo volta alla presentazione di opere per la difesa dalle valanghe e dai fenomeni franosi.

 

 

The teaching activity will be in presence and synchronous on line

Frontal lessons are present theoretical aspects which are coupled with practical examples concerning operational processing of satellite data. Students will be trained on the basic use of free processing software (SAGA GIS and QGIS) useful for the extraction of information from satellite data. Once trained, students will operate in working groups to face a practical application dealing with soil preservation suggested by the lecturer of the module of "PREVENTION OF SOIL EROSION, LANDSLIDES AND SNOW AVALANCHES". They will be required to produce a technical report describing the operational workflow and professional considerations about obtained results. Students will be provided with slides and data that the teacher uses during lessons  through the CAMPUSNET and MOODLE systems. For lectures the teacher makes use of presentations which are available to students on the Campusnet and Moodle Platforms. The field work consists in the presentation of protective measures against soil erosion, rockfalls and snow avalanches.

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 sono invitati a rispondere a domande e sollecitati a proporne. Tale azione non contribuisce alla valutazione finale, ma costituisce un utile strumento per lo studente 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. 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. L'esame sarà condotto congiuntamente con il docente del modulo di "Prevenzione dell'erosione del suolo, delle frane e delle valanghe" per verificare come le nozioni trasmesse siano state recepite e trasferite nell'ambito specifico di intervento territoriale (erosione suolo, frane e valanghe).  Il superamento dell'esame avviene soltanto se si raggiunge la sufficienza in entrambi i moduli. Vengono poste almeno tre domande per ciascun modulo. Il voto finale è la media dei voti dei due moduli.

 

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 based on the use of remotely sensed data. The report has to be sent to professor at least 3 days before exam date. Professor 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.  Oral exam will be done together with the teacher of the module of "PREVENTION OF SOIL EROSION, LANDSLIDES AND SNOW AVALANCHES", to check how information concerning remote sensing is applied to the practical application of soil erosion, landslides and snow avalanches. Exam is passed only if the score is positive for both evaluated modules. The final score is the arithmetic mean of the scores of the 2 teaching modules.

Oggetto:

Attività di supporto

Non sono previste attività di supporto

No support activities are foreseen

Testi consigliati e bibliografia



Oggetto:
Libro
Titolo:  
Soil erosion and conservation
Anno pubblicazione:  
2005
Editore:  
Wiley-Blackwell
Autore:  
Morgan R.P.C.
ISBN  
Obbligatorio:  
No
Oggetto:

Ulteriori testi consigliati:

Principi e Metodi di Telerilevamento (Brivio, Lechi, Zilioli, 2006), Città Studi Edizioni

Elementi di Geomatica, M.A. Gomarasca, Ed. AIT, 2004.

McClung D., Schaerer P. Manuale delle Valanghe, Ed. Zanichelli

 

Testi di approfondimento

Telerilevamento: Informazione Territoriale mediante immagini da satellite,  A. Dermanis, L.Biagi, Casa Editrice Ambrosiana

An Introduction to Soil Mechanics Springer Nature

 

Additional textbooks:

Principi e Metodi di Telerilevamento (Brivio, Lechi, Zilioli, 2006), Città Studi Edizioni

Elementi di Geomatica, M.A. Gomarasca, Ed. AIT, 2004.

McClung D., Schaerer P. Manuale delle Valanghe, Ed. Zanichelli

 Other handbooks for consultation:

Telerilevamento: Informazione Territoriale mediante immagini da satellite,  A. Dermanis, L.Biagi, Casa Editrice Ambrosiana

 An Introduction to Soil Mechanics Springer Nature



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Note

Le modalità di svolgimento dell'attività didattica potranno subire variazioni in base alle limitazioni imposte dalla crisi sanitaria in corso. In ogni caso è assicurata la modalità a distanza per tutto l'anno accademico.

 

 

The teaching activity could be changed because of COVID-19 health emergency. In any case the online didactic will be assured throughout the academic year.

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Moduli didattici

Registrazione
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    Ultimo aggiornamento: 26/08/2021 15:37