SAR4BAT
SAR data fusion per le rilevazioni batimetriche
dei fondali marini costieri e di siti
archeologici sottomarini
BANDO PERIODICO RISERVATO ALLE P.M.I.
BANDO TEMATICO N. 02
“OSSERVAZIONE DELLA TERRA”
Roma, 13 Luglio 2011
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Sintesi del Progetto
Le caratteristiche topografiche dei fondali marini influenzano le immagini SAR
della superficie del mare (fondamentalmente alcuni tipi di onde superficiali legate
al fondale incidono direttamente sulla luminosità risultante nell’immagine SAR) e
questa informazione, opportunamente trattata, permette di ottenere misurazioni
batimetriche con valori, documentati, pari a 30 cm di accuratezza verticale fino a
circa 30 m di profondità (dati ERS-1 e Radarsat-1).
Pur ipotizzando un ovvio ventaglio di applicazioni di tale prodotto in ambito sia
della sicurezza della navigazione da diporto sia della gestione del territorio,
questa proposta intende esplorare un settore applicativo di particolare
rilevanza, specialmente in un paese tanto ricco di patrimonio storico-culturale
come il nostro, come l’archeologia marina, proponendo di utilizzare tale tecnica
per la ricerca, individuazione e caratterizzazione di siti
archeologici sommersi localizzati in prossimità delle coste.
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Team di Progetto ed Organizzazione
Agenzia Spaziale
Italiana
Responsabile
Tecnico
KELL
Responsabile
Tecnico
Lit Com
Responsabile
Scientifico
Univ.Napoli
Team di Supporto
KELL
Consorzio
ALI
Team di Supporto
Lit Com
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Presentazioni Società
Kell s.r.l. è una PMI italiana, specializzata nello Sviluppo di Software, interamente
finanziata da azionisti privati e nata nel 1997 come spin-off di un gruppo di lavoro già attivo
nel settore dal 1990; membro fondatore dell'ASAS, Associazione Confindustria per i Servizi,
le Applicazioni e le tecnologie ICT per lo Spazio, costituitasi nel 2004, dal gennaio 2011
l’azionariato si è esteso ad una partecipazione con la ERREEFFE di Arezzo.
Principali Aree di competenza
• Sviluppo e gestione di progetti per conto di Agenzie Spaziali, principalmente ESA, ASI
ed della CE.
• Analisi e sviluppo di algoritmi. Kell è in grado di realizzare lo studio e lo sviluppo di
algoritmi innovativi di elaborazione dei dati, basati su metodi fisici e matematici, per
l’estrazione di informazioni geofisiche dalle misure telerilevate per una vasta gamma di
applicazioni.
Osservazione della Terra
• Telerilevamento satellitare ed aereo.
• Sistemi software per elaborazione della telemetria,
Produzione ed elaborazione delle immagini
telerilevate, ottiche e SAR,
• Fusione e geo-localizzazione.
Telemedicina e Tele-Educazione
Integrazione di Software e TLC con l’impiego di
reti terrestri e satellitari, in particolare per
Telemedicina e Tele-Educazione
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Presentazioni Società
Lit Com è una società giovane, fondata nel gennaio 2009, ha sede a Lacco Ameno (Isola d'Ischia) ed
opera nel settore dell’ingegneria di supporto logistico.
Il Team è formato da ingegneri ed autori tecnici esperti nel supporto al prodotto e nella realizzazione
della documentazione tecnica di prodotto, grazie al background maturato in precedenti esperienze
lavorative.
Mission: affiancare il Cliente nel supporto di Sistemi con lo sviluppo di documentazione standard e/o
IETM e di soluzioni training ed e-learning.
Core business: supporto alle attività operative e manutentive di sistemi/apparati, realizzazione della
documentazione di Sistema/Prodotto in base alle esigenze del Cliente ed alle normative da
applicare (es. US MIL-STD, S1000D, UK DEF STD, ECSS, AER.P, ecc.).
Principali Aree di competenza
Documentazione Tecnica
Addestramento
● Manuali operativi, manuali di manutenzione e
● Documentazione per l'addestramento
cataloghi illustrati dei componenti
● Materiali multimediali per l'addestramento
● Product & Software User Manual
● Realizzazione di contenuti per sistemi di gestione
dell'apprendimento (LMS/LCMS/ SCO)
● User guides & Help-on-line
● Istruzioni di uso di apparati e macchine
● Realizzazione di contenuti per addestramento
al computer (CBT/WBT)
● Manuali elettronici interattivi IETM
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Presentazioni Società
ALI - Aerospace Laboratory for Innovative components è una Società Consortile senza
scopo di lucro tra società campane, e non, che operano nei settori della progettazione,
ingegnerizzazione, prototipizzazione e realizzazione di componentistica aerospaziale
innovativa, ground segment per il controllo in remoto di piattaforme scientifiche e
tecnologiche
Principali Aree di competenza
Progettazione: L’organico destinato alla progettazione, proveniente da professionalità TeS, Euro.Soft,
MARS/Telespazio Programmi Scientifici, SRS ed ITS è di 1000 risorse, con competenze in Scienza dei Fluidi,
Controllo da remoto di piattaforme spaziali e realizzazione di S/W per il Knowledge Management, Health Monitoring
& Management, modellizzazione numerica, simulazione e testing di apparati scientifici e tecnologici.
Ingegnerizzazione: L'organico destinato ai sistemi di ingegnerizzazione, di competenza Euro.soft, MARS/Telespazio
Programmi Scietifici, SRS, TeS, è di 100 risorse.
Protopizzazione: Le competenze destinate alla prototipizzazione, di competenza Euro.Soft, ASTRO Ind., è di 30 unità.
Realizzazione: Le competenze destinate alla realizzazione, di competenza ASTRO Ind., TeS Aermec Sud è di circa 100
unità.
Ricerca e Formazione: Le competenze destinate alle attività di ricerca e formazione, di competenza Euro.Soft,
Associazione Space Camp Italia, MARS/Telespazio Programmi Scientifici, NAOS, STT e ITS è di 100 unità.
Finanza Agevolata: L'organico destinato alla finanza agevolata e di progetto, di competenza NAOS è di 40 unità.
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Presentazioni Società
• UniNa Group is part of the Department of Aerospace Engineering (DIAS) of
the University of Naples “Federico II”
• Teaching activity conducted in different fields, including Remote Sensing,
Space Systems and Avionics.
• Research activity carried out in the same fields under both private and
institutional funding, and in cooperation with national and international
universities and research centers (including JPL, Goddard Space Research
Center, Harvard-Smithsonian Observatory, ASI, Thales Alenia Space)
• Research results published in distinguished international journals (IEEE, AIAA,
ESA J.) and reported annually in national and international conferences, often as
invited papers
• Various activities on airborne and spaceborne SAR focusing, geo-radiometric
calibration, data processing and correction, funded by ASI (since 1990)
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Caratteristiche Innovative del Progetto
Basic Principle (1/2)
• Bathymetry aims at measuring the morphology of sea floor and producing
relevant digital elevation models
• Microwaves emitted by SAR can
penetrate into seawater only to a
depth which is small in comparison to
the electromagnetic wavelength (mm
scale), but..
• …underwater bottom topography is
imaged by real and synthetic aperture
radar (Alper and Hennings, 1984)
Topography sensed indirectly
via surface effects
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Caratteristiche Innovative del Progetto
Basic Principle (2/2)
• The estimate of water depth is essentially based on the observation of
hydrodynamic processes
1. Current speed higher over the
ridge than before or after, due to
the law of conservation of mass
2. Spatial current gradients affect
the roughness of the surface by
small-scale Bragg waves which
are responsible for the radar
backscatter of the sea surface
( Alpers et al. 2004)
• Only relative spatial changes of the bottom relief can be estimated up to 30-50
m depth
• Reference points from external data required to compute absolute bathymetric
DEMs
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Caratteristiche Innovative del Progetto
State-of-the-art
• BAS (Bathymetry Assessment System) is the only commercial system for SARbased bathymetry (Calkoen et al. 2001):
- Sub-meter accuracy demonstrated
- Optimized for the region of interest
(coastal monitoring in Netherlands)
- Only linear 1-D effects modeled
- Not a fully automatic system
- Dense external calibration grid
required
• Current research activities deal with the overcoming of the limitations of
traditional approaches (2-D/3-D flux modeling, non-linearity in SAR imaging, multipolarization enhancements)
• Most of the experimentations conducted on coarse resolution SAR systems
(ENVISAT, ERS), only limited experiences on present generation high resolution
SAR sensors (e.g. COSMOSkyMed , Radarsat-2, TerraSAR-X)
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Caratteristiche Innovative del Progetto
Rilevanza e Potenziali Applicazioni
Why coastal bathymetry?
• Monitoring and control of geo-morphological risk
in coastal regions (warp analysis, flooding effects
forecast)
• Underwater Archeology
• Supporting measurements for marine pollution
monitoring
Why SAR-based coastal-bathymetry?
• Shorter update time and larger coverage
than conventional bathymetric survey based
on ship-borne acoustic echo-sounder
Parco archeologico
sommerso di Baia (NA)
• Better performance than optical sensors
(underwater reflections not required, larger
maximum depth, independence from weather
condition and water limpidity)
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Caratteristiche Innovative del Progetto
Data Processing
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Attività di Progetto e Milestones
Pacco di Lavoro
Trimestri
Azienda
Anno
1
WP 1001
Stato dell'arte
Kell
WP 1002
Definizione Algoritmi batimetrici
SAR based
Kell
WP 1003
Algoritmi siti Archeologici
sottomarini
WP 1004
Utilizzo integrato con altri sensori
di telerilevamento
WP 1005
Validazione Algoritmi
Kell
WP 2001
Gestione del programma
LitCom
WP 2002
Selezione Dati
Kell
WP 2003
Definizione requisiti Utente
LitCom
WP 2004
Definizione requisiti di sistema
Kell
WP 2005
Definizione dell'architettura di
sistema
Kell
WP 2006
Implementazione Software
Kell
WP 2007
Integrazione in ambiente GIS
LitCom
WP 2008
Validazione sistema
LitCom
2
Anno
3
4
1
2
3
4
Kell
Kell
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WBS di Progetto
Bando Tematico 02
Progetto SAR4BAT
Nodo 1000
Ricerca Industriale
WP 1001
Stato dell’Arte
KELL
WP 1002
Definizione Algoritmi
Batimetrici SAR-based
KELL
WP 1003
Algoritmi Siti
Archeologici Sottomarini
KELL
WP 1004
Utilizzo Integrato
Altri Sensori
KELL
WP 1005
Validazione Algoritmi
KELL
Nodo 2000
Sviluppo Sperimentale
WP 2001
Gestione del Programma
LIT COM
WP 2002
Selezione Dati
KELL
WP 2003
Definizione Requisiti
Utente
LIT COM
WP 2004
Definizione Requisiti
Sistema
KELL
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WP 2005
Definizione Architettura
Sistema
KELL
WP 2006
Implementazione SW
KELL
WP 2007
Integrazione Ambiente
GIS
LIT Com
WP 2008
Validazione Sistema
LIT Com
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Conclusioni
(1/2)
L’utilizzo dei dati SAR per la rilevazione delle batimetriche dei fondali marini
costieri ed il monitoraggio dei fondali e di siti archeologici sottomarini è di grande
interesse, ad es., per le attività del Museo Archeologico che ha sede a Lacco
Ameno, considerando le notevoli preesistenze archeologiche presenti sui fondali
costieri dell’Isola d’Ischia.
Per questo il progetto SAR4BAT sarà senz’altro di grande ausilio alle attività di
studio e di ricerca, anche del campo dell’archeologia marina.
Lo sviluppo dell’applicazione GIS con l'integrazione dei dati SAR reali COSMOSkyMed selezionati con la mappatura dei siti pilota potranno permettere la
ricostruzione delle batimetriche con l'identificazione di possibili aree di interesse
archeologico per confronto con informazioni da fonti differenti (es. l'area
sommersa antistante la baia di Citara a Forio, l'area antistante la marina di Lacco
Ameno, l'area antistante la baia di Cartaromana ad Ischia).
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Conclusioni
(2/2)
L’output dell’applicazione consentirà la mappatura dei fondali delle
aree selezionate e la mappatura delle possibili aree di interesse
archeologico con il conseguente trasferimento di informazioni di
enorme interesse agli enti e agli studiosi del settore che operano
abitualmente sull’Isola d’Ischia.
Immagine dell’Isola d’Ischia dal satellite
Mappa di Pithecusa (odierna Lacco Ameno, Isola d’Ischia)
la più antica colonia greca di Occidente, VIII secolo a.C
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