Indici di Vegetazione Radar Bi-Polarimetrici per il Monitoraggio delle Colture: Un Caso di Studio sulla Stima da Satellite della Biomassa nei Vigneti

Multi-polarized Synthetic Aperture Radar (SAR) technology has earned increasing popularity in agricultural context. Thanks to favourable revisit frequency, day-and-night and all-weather operation, SAR sensors offer unique capabilities for various agricultural applications. This Thesis presents a case study on the use of an innovative radar vegetation index leveraging the polarimetric potential of SAR data. This dual-polarimetric radar vegetation index (DpRVI) is applied, for the first time, to the study of vineyards, a peculiar crop characterized by its non-isotropic response due to row orientation. First, DpRVI is compared to other optical vegetation indices to assess possible relationships between radar and optical data. The lack of significant correlation that emerged can be explained by the different aspects of the vineyards to which radar and optical indices relate. Next, DpRVI is analyzed to assess whether it serves as a good descriptor of vineyard biomass. The analysis discovered a parabolic trend for DpRVI during the growing season, and a link with biomass estimated on the basis of the Winkler Index. This suggests that, whereas optical indices typically relate to vegetative activity, DpRVI relates to biomass growth; probably both relate to different vineyard phenological phases. Finally, an attempt to use DpRVI as a parameter to discriminate vineyards from other types of crops was done, which yielded optimistic results, albeit preliminary.

La tecnologia Radar ad Apertura Sintetica (SAR) multi-polarizzazione è sempre più utilizzata nelle applicazioni agricole. Grazie alla frequenza di rivisita, al funzionamento diurno e notturno e in qualunque condizione meteorologica, i sensori SAR offrono prestazioni uniche per diverse applicazioni agricole. Questa Tesi presenta un caso di studio sull'uso di un innovativo indice di vegetazione radar che sfrutta il potenziale polarimetrico dei dati SAR. Questo indice di vegetazione radar a doppia polarizzazione (DpRVI) viene applicato, per la prima volta, allo studio dei vigneti, una coltura particolare caratterizzata da un comportamento anisotropo dovuto all'orientamento dei filari. In primo luogo, il DpRVI viene confrontato con altri indici di vegetazione ottici per valutare possibili relazioni tra i dati radar e ottici. L’analisi ha dimostrato un'assenza di correlazione che può essere spiegata dal fatto che gli indici radar e ottici si riferiscono ad aspetti diversi dei vigneti osservati. Successivamente, il DpRVI viene analizzato per valutare se sia un buon descrittore della biomassa dei vigneti. L'analisi ha rivelato un andamento parabolico del DpRVI durante la stagione di crescita, e l'esistenza di un legame con la biomassa stimata sulla base dell'Indice di Winkler. Ciò suggerisce che, mentre gli indici ottici si relazionano tipicamente con l'attività vegetativa, il DpRVI si relazione con la crescita della biomassa; probabilmente entrambi riflettono le diverse fasi fenologiche del vigneto. Infine, è stato fatto un tentativo di utilizzare il DpRVI come parametro per discriminare i vigneti da altri tipi di colture, ottenendo risultati che, seppur preliminari, portano a un certo ottimismo.