Spaceborne imaging spectroscopy as a tool for urban and regional planning and environmental monitoring
Author(s)
Delogu, Gabriele
Date Issued
November 4, 2025
Type
Doctoral Thesis
Abstract
Planning plays a central role in balancing human needs with ecological constraints, integrating environmental protection with socio-economic needs. The effectiveness of planning often depends on timely, reliable, and spatially detailed environmental information. In this context, remote sensing has emerged as a powerful ally, strengthening the planning process. This thesis explores the potential of spaceborne imaging spectroscopy to provide information that supports this process, focusing on data from the Italian hyperspectral mission PRISMA.
With reference to urban, agricultural, and forestry contexts the thesis addresses research questions concerning the discrimination of spectrally similar land cover types, the integration of spectral and spatial detail, the use of hyperspectral data for forest tree classification, and the generalization of classification models across a wide ecological gradient. The findings show that PRISMA data provides detailed information, allowing subtle differences between crops to be identified, supporting forest tree mapping, and improving the classification accuracy of tree species in urban context when combined with panchromatic data. Models trained across multiple sites demonstrated effective generalization, foreshadowing the potential of future hyperspectral missions for large-scale monitoring. Together, these results demonstrate how satellite imaging spectroscopy can support planning needs, from forest management to urban trees inventories and agricultural monitoring. At the same time, challenges persist. Mixed land covers remain difficult to classify, and reliable ground-truth data are often scarce. Meeting these challenges will require multi-temporal and multi-sensor approaches, advanced analytical techniques such as spectral unmixing, and new strategies for collaborative field data collection.
Overall, this thesis demonstrates that PRISMA has moved spaceborne hyperspectral remote sensing beyond experimental applications, showing its capacity to bridge the gap between research and practice. Spaceborne imaging spectroscopy emerges as a central component in the evolving landscape of Earth Observation, with the potential to address pressing environmental challenges and inform sustainable planning at multiple scales.
La pianificazione svolge un ruolo centrale nel conciliare le esigenze umane con i vincoli ecologici, integrando la tutela dell'ambiente con le esigenze socio-economiche. L'efficacia della pianificazione dipende spesso dalla disponibilità di informazioni ambientali tempestive, affidabili e dettagliate dal punto di vista spaziale. In questo contesto, il telerilevamento rappresenta uno strumento di supporto al processo di pianificazione. La presente tesi esplora il potenziale delle immagini iperspettrali satellitari nel fornire informazioni a supporto degli strumenti di pianificazione, concentrandosi sui dati della missione iperspettrale italiana PRISMA.
Con riferimento ai contesti urbani, agricoli e forestali, la tesi affronta domande di ricerca relative alla discriminazione di tipi di copertura del suolo spettralmente simili, all’integrazione di dettagli spettrali e spaziali, all’uso di dati iperspettrali per la classificazione delle coperture forestali e alla generalizzazione dei modelli di classificazione lungo un ampio gradiente ecologico. I risultati mostrano che i dati PRISMA forniscono informazioni dettagliate, consentendo di identificare sottili differenze tra le colture, supportare la mappatura forestale e migliorare l'accuratezza della classificazione delle specie arboree nei contesti urbani, se combinati con dati pancromatici. I modelli di classificazione addestrati su ambiti forestali diversi hanno dimostrato l’effettiva capacità di generalizzazione dei modelli stessi, prefigurando il potenziale delle future missioni iperspettrali per il monitoraggio su larga scala. Nel loro insieme, questi risultati dimostrano come la spettroscopia delle immagini satellitari possa supportare le esigenze di pianificazione, dalla gestione forestale agli inventari degli alberi urbani e al monitoraggio agricolo. Allo stesso tempo, permangono alcune sfide. Le aree con copertura del suolo mista rimangono difficili da classificare e la scarsa disponibilità di dati affidabili rilevati sul campo. Affrontare queste sfide richiederà approcci multi temporali e multi sensore, tecniche analitiche avanzate come la separazione spettrale e nuove strategie per la raccolta collaborativa di dati in campo.
Nel complesso, questa tesi dimostra che la missione PRISMA ha spinto il telerilevamento iperspettrale satellitare oltre le applicazioni sperimentali, colmando il divario tra ricerca e applicazione pratica. La spettroscopia per immagini satellitare emerge come una componente centrale nel panorama in continua evoluzione dei satelliti di osservazione della Terra, permettendo di affrontare le sfide ambientali e fornire dati utili per una pianificazione sostenibile su più scale.
Additional information
Dottorato di ricerca in Engineering for Energy and Environment
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