Nuovo articolo su "Computers & Geosciences": il pacchetto R "sen2r"

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sen2r è un pacchetto R sviluppato dall’Istituto per il Rilevamento Elettromagnetico dell’Ambiente (IREA) del CNR per facilitare e velocizzare diversi passaggi comunemente necessari per processare i dati Sentinel-2. Recentemente, un importante riconoscimento alla validità e all’utilità di questo strumento è arrivato dalla rivista internazionale ISI Computers & Geosciences, che ha pubblicato l’articolo scientifico “sen2r”: An R toolbox for automatically downloading and preprocessing Sentinel-2 satellite data.

Fino al 14 maggio 2020, è possibile accedere all’articolo e scaricarlo utilizzando il seguente collegamento: https://authors.elsevier.com/a/1ao0SMMTPaksz.

sen2r flowchart
Fig. 1: schema della catena di elaborazione di sen2r descritta nell’articolo.

L’articolo fornisce una visione d’insieme sulle funzionalità del pacchetto, includendo la descrizione di un caso d’uso all’interno di una Service-Oriented Architecture.

Innanzitutto, viene descritta la sequenza delle elaborazioni condotte in una tipica catena di elaborazione (Fig. 1), che include i seguenti passaggi:

  1. cercare i prodotti disponibili su un’area di interesse e in una determinata finestra temporale;
  2. scaricare i prodotti SAFE richiesti, siano essi di livello 1C (riflettanze Top-Of-Atmosphere) o 2A (riflettanze Bottom-Of-Atmosphere), ordinando su Long Term Archive quelli eventualmente non immediatamente disponibili per lo scaricamento;
  3. eseguire la correzione atmosferica lanciando automaticamente l’algoritmo Sen2Cor sui dati di livello 1C;
  4. ritagliare i prodotti richiesti su un’area specificata (unendo i tile adiacenti appartenenti allo stesso frame);
  5. eseguire le trasformazioni geometriche richieste (es. riproiezione, ridimensionamento);
  6. mascherare i pixel classificati come nuvolosi;
  7. calcolare gli indici spettrali desiderati;
  8. creare immagini RGB a colori dalle riflettanze e anteprime JPEG per tutti i prodotti.

La sezione successiva descrive l’interfaccia grafica (GUI) con la quale è possibile impostare facilmente i parametri dell’elaborazione (Fig. 2). Ciò è utile in particolar modo per gli utenti meno avvezzi all’uso di R, in quanto, usando questo strumento, è sufficiente lanciare il comando sen2r() per aprire la GUI, impostare i parametri desiderati (eventualmente salvandoli in un file JSON per un utilizzo successivo) e avviare l’elaborazione. Utenti più esperti possono invece sfruttare le funzionalità del pacchetto da riga di comando descritte nell’articolo, specificando gli argomenti della funzione principale sen2r() o utilizzando altre funzioni per eseguire specifici passaggi intermedi o utilità accessorie (al riguardo, nell’articolo vengono forniti dei codici riproducibili di esempio). È altresì possibile calendarizzare l’esecuzione di una catena di elaborazione, in modo da mantenere aggiornato in tempo quasi reale un archivio di prodotti.

L’articolo descrive anche come sfruttare le potenzialità del proprio PC attraverso calcolo parallelo sui core del proprio processore, confrontando le prestazioni raggiunte lanciando una catena di elaborazione di esempio su un PC desktop, una workstation e una macchina virtuale su infrastruttura cloud.

sen2r gui
Fig. 2: schede della GUI di sen2r.

L’ultima sezione dell’articolo mostra un caso concreto di utilizzo di sen2r come backend di una Service-Oriented Architecture implementata nell’ambito del progetto SATURNO di cui l’IREA ha fatto parte, volto a realizzare un’infastruttura dimostrativa per l’agricoltura di precisione. Questo caso d’uso mostra come il pacchetto possa essere usato, tramite definizione di un’apposita catena di elaborazione e calendarizzazione della stessa, per ottenere informazioni dal valore aggiunto visualizzabili direttamente dagli utenti finali del progetto. Nel caso specifico, i prodotti generati automaticamente da sen2r sono stati usati dagli agricoltori per effettuare delle concimazioni a rateo variabile. Gli indici di vegetazione sono stati prodotti dai dati Sentinel-2 per identificare l’eterogeneità spaziale delle piante (mappe di prescrizione) e la variabilità temporale nello sviluppo delle colture (indicazioni circa i momenti più adatti per procedere alle fertilizzazioni).

sen2r è rilasciato con licenza GNU GPL-3, liberamente scaricabile e modificabile dagli utenti. Di seguito viene indicata la referenza completa dell’articolo, da utilizzare nei lavori scientifici nei quali è stato usato il pacchetto.

L. Ranghetti, M. Boschetti, F. Nutini, L. Busetto (2020). “sen2r: An R toolbox for automatically downloading and preprocessing Sentinel-2 satellite data”. Computers & Geosciences, 139, 104473. DOI: 10.1016/j.cageo.2020.104473, URL: http://sen2r.ranghetti.info.

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Luigi Ranghetti
Data scientist

My interests include spatial data processing, remote sensing analysis, R programming.