Utilizzo delle bande dell’Infrarosso Termico in tecniche di remote sensing per applicazioni in ambito urbano

Il presente studio si concentra sulle diverse applicazioni del telerilevamento termico in ambito urbano. Vengono inizialmente descritti la radiazione infrarossa e le sue interazioni con l’atmosfera terrestre, le leggi principali che regolano lo scambio di calore per irraggiamento, le caratteristiche dei sensori e le diverse applicazioni di termografia. Successivamente sono trattati nel dettaglio gli aspetti caratteristici della termografia da piattaforma satellitare, finalizzata principalmente alla valutazione del fenomeno dell'Urban Heat Island; vengono descritti i sensori disponibili, le metodologie di correzione per gli effetti atmosferici, per la stima dell'emissività delle superfici e per il calcolo della temperatura superficiale dei pixels. Viene quindi illustrata la sperimentazione effettuata sull'area di Bologna mediante immagini multispettrali ASTER: i risultati mostrano come sull'area urbana sia riscontrabile la presenza dell'Isola di Calore Urbano, anche se la sua quantificazione risulta complessa. Si procede quindi alla descrizione di potenzialità e limiti della termografia aerea, dei suoi diversi utilizzi, delle modalità operative di rilievo e degli algoritmi utilizzati per il calcolo della temperatura superficiale delle coperture edilizie. Tramite l’analisi di alcune esperienze precedenti vengono trattati l’influenza dell’atmosfera, la modellazione dei suoi effetti sulla radianza rilevata, i diversi metodi per la stima dell’emissività. Viene quindi introdotto il progetto europeo Energycity, finalizzato alla creazione di un sistema GeoWeb di supporto spaziale alle decisioni per la riduzione di consumi energetici e produzione di gas serra su sette città dell'Europa Centrale. Vengono illustrate le modalità di rilievo e le attività di processing dei datasets digitali per la creazione di mappe di temperatura superficiale da implementare nel sistema SDSS. Viene infine descritta la sperimentazione effettuata sulle immagini termiche acquisite nel febbraio 2010 sulla città di Treviso, trasformate in un mosaico georiferito di temperatura radiometrica tramite correzioni geometriche e radiometriche; a seguito della correzione per l’emissività quest’ultimo verrà trasformato in un mosaico di temperatura superficiale.

This study is focused on various applications of thermal remote sensing in urban environments. Infrared radiation is described first, with the main laws governing the exchange of heat by radiation, the characteristics of infrared sensors and several applications of thermography. Then thermography from satellite platforms is discussed in detail, with particular emphasis on the assessment of the Urban Heat Island phenomenon. The available sensors and different methods for the atmospheric corrections, the estimation of emissivity and the calculation of the surface temperature are subsequently dealt with. Afterwards an experimentation performed over the urban area of Bologna using VNIR and TIR images from ASTER sensor is described: the results show the presence of an Urban Heat Island in the study area, although its magnitude is difficult to estimate. This is followed by the description of potentials and limitations in aerial thermography, of its various applications and of the algorithms used for calculating the roof temperature of buildings. The analysis of some previous experiences allows to highlight the influence of the atmosphere, the modelling of its effects on detected radiance and the different methods to assess emissivity. The Energycity European Project - aimed at developing a GeoWeb spatial decision support system for reducing energy consumption and greenhouse gas production in the seven cities involved across Central Europe - is later introduced, describing the procedures for aerial and ground surveys and the processing workflow of digital datasets to create maps of surface temperature to be implemented in the SDSS system. Finally you will find an experiment performed on the thermal images acquired in February 2010 on the urban area of Treviso, with the creation of a georeferenced mosaic of brightness temperature by means of both geometric and radiometric corrections; after the correction for emissivity it will be transformed into a surface temperature mosaic.