Optical and SAR methods analysis for oil tanks height estimation

One of the most interesting and challenging studies in the field of remote sensing is the estimation of some information about man-made constructions on the Earth surface. In particular, this thesis focuses on the analysis and application of specific remote sensing methodologies to oil tanks. Monitoring this type of structures is very important since their content is often dangerous, being easily flammable. In addition, extracting automatically some geometrical parameters of oil tanks by means of remote sensing techniques saves companies time, which otherwise would have to do it by hand. Moreover, these parameters could help to calculate the oil level, through the height of the floating roof which increases or decreases according to it, that is particularly significant for economics and trade. The parameter in analysis will be the height of the tank. In order to achieve this goal, methods based on optical and Synthetic Aperture Radar (SAR) have been exploited. Existing techniques employ High Resolution sensors; with respect to this approach, the proposed methods in this thesis are analysed both for high and low resolution, since these latter types of data are more readily available compared to high resolution and they are also free. For this class of sensors Sentinel-1 and Sentinel-2 images are exploited. A theoretical background useful to understand the most important concepts of the thesis is presented. State of the art existing methods are then described. In particular, algorithms for shadow detection and Super Resolution, pointing out the most performing ones for both of them, that will be used in the thesis,and optical and SAR oil tank geometry. The proposed methods are explained and analysed, highlighting the methodology modifications that are necessary concerning the low resolution with respect to the HR. Distinct techniques for optical and SAR will be presented, together with their relative experimental results, advantages and disadvantages, outliers values analysis, and possible future developments. Finally, a comparison between the two sensors and their accuracy concludes the work.

Uno degli studi più interessanti e stimolanti nell'ambito del telerilevamento è la stima di alcune informazioni riguardo le costruzioni realizzate dall'uomo sulla superficie terrestre. In particolare, questa tesi si concentra sull'analisi e l'applicazione di specifiche metodologie di telerilevamento ai serbatoi di petrolio. Il monitoraggio di questo tipo di strutture è molto importante in quanto il loro contenuto è spesso pericoloso, essendo facilmente infiammabile. Inoltre, l'estrazione automatica di alcuni parametri relativi alla geometria dei serbatoi di petrolio mediante tecniche di telerilevamento fa risparmiare tempo alle aziende, che altrimenti dovrebbero farlo manualmente. Inoltre, questi parametri potrebbero aiutare a calcolare il livello del petrolio, attraverso l'altezza del tetto galleggiante che aumenta o diminuisce in funzione di esso, che è particolarmente significativo in termini economici e di commercio. Il parametro in analisi è l'altezza del serbatoio. Per raggiungere questo obiettivo sono stati impiegati dei metodi basati su dati ottici e Radar ad Apertura Sintetica (SAR). Le tecniche esistenti utilizzano sensori ad alta risoluzione; rispetto a tale approccio, i metodi proposti in questa tesi sono analizzati sia per l'alta che per la bassa risoluzione, poiché questi ultimi tipi di dati sono più facilmente disponibili rispetto all'alta risoluzione e sono anche gratuiti. Per questa classe di sensori sono state utilizzate immagini Sentinel-1 e Sentinel-2. Un background teorico utile a comprendere i concetti più importanti della tesi è stato presentato. Vengono quindi descritti i metodi esistenti allo stato dell'arte. In particolare, gli algoritmi per il rilevamento delle ombre e la Super Risoluzione, indicando per entrambi i più performanti, che saranno utilizzati nella tesi, e la geometria ottica e SAR del serbatoio di petrolio. I metodi proposti sono stati spiegati e analizzati, evidenziando le modifiche metodologiche che sono state ritenute necessarie per la bassa risoluzione rispetto all'alta risoluzione. Sono state presentate tecniche differenti per ottico e SAR, con i relativi risultati sperimentali, i vantaggi e gli svantaggi, un'analisi dei valori anomali e possibili sviluppi futuri. Infine, un confronto tra i due sensori e la loro accuratezza conclude il lavoro di tesi.