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Telerilevamento e osservazione della Terra/Misure geofisiche e meteorologiche
01HGPNF
A.A. 2024/25
Telerilevamento e osservazione della Terra/Misure geofisiche e meteorologiche (Misure geofisiche e meteorologiche)
L’orientamento “Gestione dei rischi naturali” (LM in Ingegneria per l’Ambiente e il Territorio) è volto a formare una figura professionale in grado di analizzare e comprendere i fenomeni naturali e i rischi antropici derivanti da alluvioni, frane, terremoti ed eventi climatici estremi, progettare interventi di adattamento e mitigazione, sistemi di monitoraggio. In questo contesto, l’insegnamento "Misure geofisiche e meteorologiche" tratta i fondamenti teorici e applicativi di metodi geofisici e meteorologici per la caratterizzazione e il monitoraggio di elementi geologici e antropici esposti a rischi naturali e per la previsione e la gestione degli stessi.
Telerilevamento e osservazione della Terra/Misure geofisiche e meteorologiche (Telerilevamento e osservazione della Terra)
L’insegnamento di telerilevamento e osservazione della Terra per Ingegneria Ambientale fornisce le conoscenze teoriche e le competenze operative relativamente ai fenomeni fisici alla base del telerilevamento, ai sistemi di acquisizione dei dati e al trattamento delle immagini acquisite da sensori a bordo di piattaforme aeree e satellitari. Particolare attenzione verrà posta al telerilevamento ottico multispettrale satellitare finalizzato all’analisi territoriale e alla generazione di mappe con tematismi di natura ambientale. Particolare attenzione verrà data alla conoscenza e all’utilizzo di dati satellitari gratuiti a media risoluzione spaziale utili per indagini alla scala territoriale e di paesaggio.
Telerilevamento e osservazione della Terra/Misure geofisiche e meteorologiche (Misure geofisiche e meteorologiche)
The course focuses on the theory and application of geophysical and meteorological measurements in the context on natural hazards (i.e. characterization and monitoring techniques, support to the forecast and risk management).
Telerilevamento e osservazione della Terra/Misure geofisiche e meteorologiche (Telerilevamento e osservazione della Terra)
The course of Remote sensing and Earth Observation for Environmental Engineering provides theoretical knowledge and operational skills related to the physical phenomena underlying remote sensing, to the data acquisition systems and the processing of images acquired by sensors on board airborne and satellite platforms. Particular attention will be given to multispectral optical remote sensing aimed at territorial analysis and at generating classified maps (e.g. land cover and land usage maps). Particular attention will be given to the knowledge and use of free satellite data at medium spatial resolution useful for investigations at the territorial and landscape scale.
Telerilevamento e osservazione della Terra/Misure geofisiche e meteorologiche (Misure geofisiche e meteorologiche)
Al termine dell’insegnamento, gli studenti e le studentesse avranno una buona conoscenza dei fondamenti di teoria riguardanti le varie metodologie geofisiche/meteorologiche, delle proprietà dei materiali e dei principi fisici coinvolti nei vari metodi d’indagine. Saranno inoltre in grado di: - Selezionare e dimensionare le misure geofisiche/meteorologiche più adatte al contesto applicativo richiesto; - Elaborare i dati derivanti dalle diverse misure geofisiche/meteorologiche con apposite metodologie, software e/o codici sviluppati durante le lezioni/esercitazioni; - Interpretare i risultati per le diverse problematiche ambientali, a supporto di interventi di monitoraggio, adattamento e mitigazione dei rischi naturali.
Telerilevamento e osservazione della Terra/Misure geofisiche e meteorologiche (Telerilevamento e osservazione della Terra)
Alla fine di questo insegnamento lo/la studente sarà in grado di: • Conoscere i presupposti teorici legati al telerilevamento e all’osservazione della Terra; • Formulare un giudizio sulla tipologia e qualità dei dati telerilevati; • Individuare la tipologia di dato necessario per uno specifico scopo e flusso di lavoro; • Usare i principali algoritmi per l’elaborazione di immagini satellitari; • Cercare e ottenere immagini multispettrali da piattaforme web open-access; • Interpretare i dati telerilevati ed estrarre informazione ad alto valore aggiunto; • Creare mappe di classificazione e valutarne l’accuratezza.
Telerilevamento e osservazione della Terra/Misure geofisiche e meteorologiche (Misure geofisiche e meteorologiche)
Al termine dell’insegnamento, gli studenti e le studentesse avranno una buona conoscenza dei fondamenti di teoria riguardanti le varie metodologie geofisiche/meteorologiche, delle proprietà dei materiali e dei principi fisici coinvolti nei vari metodi d’indagine. Saranno inoltre in grado di: - Selezionare e dimensionare le misure geofisiche/meteorologiche più adatte al contesto applicativo richiesto; - Elaborare i dati derivanti dalle diverse misure geofisiche/meteorologiche con apposite metodologie, software e/o codici sviluppati durante le lezioni/esercitazioni; - Interpretare i risultati per le diverse problematiche ambientali, a supporto di interventi di monitoraggio, adattamento e mitigazione dei rischi naturali.
Telerilevamento e osservazione della Terra/Misure geofisiche e meteorologiche (Telerilevamento e osservazione della Terra)
Alla fine di questo insegnamento lo studente dovrà: • conoscere i principali presupposti teorici legati all’osservazione della Terra; • conoscere i principali algoritmi legati all'elaborazione di dati telerilevati; • conoscere le principali procedure legate all'utilizzo del telerilevamento nei diversi domini di applicazione. Alla fine di questo insegnamento lo studente saprà: • descrivere e interpretare correttamente dati telerilevati in forma numerica e cartografica; • raccogliere ed elaborare autonomamente dati telerilevati; • aver acquisito gli strumenti e le adeguate competenze per l'interpretazione dei dati e l'estrazione di informazione da dati telerilevati. Alla fine di questo insegnamento lo studente saprà formulare un giudizio: • sulla qualità dei dati telerilevati; • sulle informazioni relative ai principali aspetti del telerilevamento. Alla fine dell'insegnamento lo studente dovrà sapere: • usare un linguaggio corretto e adeguato per la comunicazione di informazioni estratte da dati telerilevati. Alla fine di questo insegnamento lo studente avrà: • le capacità di studio minimo autonomo del telerilevamento; • la capacità di approfondire in modo autonomo gli aspetti principali del telerilevamento.
Telerilevamento e osservazione della Terra/Misure geofisiche e meteorologiche (Misure geofisiche e meteorologiche)
Conoscenze di base in matematica (trigonometria, funzioni, derivate, equazioni differenziali), fisica (meccanica ed elettromagnetismo) e geologia (proprietà dei geomateriali), acquisite nel percorso di laurea triennale.
Telerilevamento e osservazione della Terra/Misure geofisiche e meteorologiche (Telerilevamento e osservazione della Terra)
Benché nessuna propedeuticità sia prevista in modo formale, è auspicabile che lo/la studente affronti il modulo avendo conoscenza di base dei fondamenti di Analisi Matematica, di Fisica (elettromagnetismo e ottica), e di Topografia/Cartografia e GIS.
Telerilevamento e osservazione della Terra/Misure geofisiche e meteorologiche (Misure geofisiche e meteorologiche)
Conoscenze di base in matematica (trigonometria, funzioni, derivate, equazioni differenziali), fisica (meccanica ed elettromagnetismo) e geologia (proprietà dei geomateriali), acquisite nel percorso di laurea triennale.
Telerilevamento e osservazione della Terra/Misure geofisiche e meteorologiche (Telerilevamento e osservazione della Terra)
Nessuno
Telerilevamento e osservazione della Terra/Misure geofisiche e meteorologiche (Misure geofisiche e meteorologiche)
MISURE GEOFISICHE (4 CFU, 40 h) - Introduzione alla geofisica applicata. Richiamo delle proprietà fisiche e meccaniche dei materiali e dei fluidi geologici. Introduzione ai metodi inversi in geofisica (4 h). - Fondamenti di analisi del segnale (4 h). - Metodi sismici attivi e passivi (16 h): richiamo dei fondamenti teorici sulla propagazione delle onde sismiche, sismica a rifrazione, analisi delle onde superficiali, monitoraggio con sismica passiva, leggi petrofisiche, applicazioni dei vari metodi alla caratterizzazione e al monitoraggio di rischi naturali. - Metodi elettrici (8 h): richiamo dei fondamenti teorici, leggi petrofisiche, tomografie di resistività elettrica e applicazione alla caratterizzazione e al monitoraggio dei rischi naturali. - Metodi elettromagnetici (8 h): richiamo dei fondamenti teorici di elettromagnetismo, ground-penetrating radar e applicazioni ai rischi naturali. MISURE METEOROLOGICHE (2 CFU, 20 h) - Introduzione alla meteorologia ed alle principali grandezze meteorologiche (temperatura, pressione, umidità relativa, precipitazione, venti), (4 h). - Metodologie per la misura in-situ di grandezze meteorologiche (sensori per radiosondaggi, stazioni meteorologiche), (4 h). - Fondamenti di telerilevamento: propagazione e backscattering di onde elettromagnetiche (4 h). - Metodi di telerilevamento attivo e passivo di grandezze meteorologiche: tecniche lidar, radar e radiometriche per il profilamento di temperatura, precipitazioni, nubi, venti, umidità (8 h).
Telerilevamento e osservazione della Terra/Misure geofisiche e meteorologiche (Telerilevamento e osservazione della Terra)
• Introduzione al Telerilevamento: definizione, storia, vantaggi e applicazioni. • Energia elettromagnetica: definizione e leggi fisiche fondamentali. • Interazioni tra energia elettromagnetica e atmosfera: finestre atmosferiche e fenomeni di assorbimento e diffusione. • Interazione tra energia elettromagnetica e superfici: riflessione, assorbimento e trasmissione. • Firme spettrali e indici spettrali. • Cenni di percezione visiva e colorimetria. • Caratteristiche dei sistemi di osservazione per l’osservazione della Terra. • Caratteristiche operative dei dati: scala e risoluzione. • I sensori digitali per l’osservazione della Terra: sensori attivi e passivi. • Tipologie di satelliti per l'Osservazione della Terra. • Le immagini e le loro caratteristiche: i pixels, le bande, gli istogrammi di frequenza, gli scatterogrammi. • Fondamenti di fotointerpretazione. • Tecniche di elaborazione delle immagini: miglioramento radiometrico, pre-processamento geometrico e pre-processamento radiometrico. • I programmi satellitari con dati ad accesso libero (Landsat, Copernicus, …). • Classificazione delle immagini: mappa di uso del suolo e valutazione dell’accuratezza.
Telerilevamento e osservazione della Terra/Misure geofisiche e meteorologiche (Misure geofisiche e meteorologiche)
MISURE GEOFISICHE (4 CFU) - Introduzione alla geofisica applicata. Richiamo delle proprietà fisiche e meccaniche dei materiali e dei fluidi geologici. Introduzione ai metodi inversi in geofisica. - Fondamenti di analisi del segnale. - Metodi sismici attivi e passivi: richiamo dei fondamenti teorici sulla propagazione delle onde sismiche, sismica a rifrazione, analisi delle onde superficiali, monitoraggio con sismica passiva, leggi petrofisiche, applicazioni dei vari metodi alla caratterizzazione e al monitoraggio di rischi naturali. - Metodi elettrici: richiamo dei fondamenti teorici, leggi petrofisiche, tomografie di resistività elettrica e applicazione alla caratterizzazione e al monitoraggio dei rischi naturali. - Metodi elettromagnetici: richiamo dei fondamenti teorici di elettromagnetismo, ground-penetrating radar e applicazioni ai rischi naturali. MISURE METEOROLOGICHE (2 CFU) - Introduzione alla meteorologia ed alle principali grandezze meteorologiche (temperatura, pressione, umidità relativa, precipitazione, venti). - Metodologie per la misura in-situ di grandezze meteorologiche (sensori per radiosondaggi, stazioni meteorologiche). - Fondamenti di telerilevamento: propagazione e backscattering di onde elettromagnetiche. - Metodi di telerilevamento attivo e passivo di grandezze meteorologiche: tecniche lidar, radar e radiometriche per il profilamento di temperatura, precipitazioni, nubi, venti, umidità.
Telerilevamento e osservazione della Terra/Misure geofisiche e meteorologiche (Telerilevamento e osservazione della Terra)
Programma • Introduzione al Telerilevamento: definizioni e leggi fisiche fondamentali • Interazioni tra energia elettromagnetica e atmosfera: finestre atmosferiche e fenomeno della diffusione • Interazione tra energia elettromagnetica e superfici: caratteristiche geoemtriche e fisico-chimiche • Cenni di percezione visiva e calorimetria • Tipologie di satelliti per l'Osservazione della Terra: geostazionari ed elio-sincroni; Principali missioni. Schema di sensore; L'immagine digitale: definizione numerica e caratteristiche operative (concetto di risoluzione) • Processamento dell'immagine: istogramma di frequenza, contrasto, scatterogrammi, filtri digitali e operatori matriciali: indici spettrali • Cenni di fotointerpretazione • Preprocessamento radiometrico delle immagini: calibrazione in radianza e riflettanza, dark subtraction • Preprocessamento geometrico: la georeferenziazione delle immagini • La classificazione delle immagini: assistita e automatica; principali algoritmi • Verifica dell'accuratezza della classificazione: matrice d'errore e parametri statistici di accuratezza
Telerilevamento e osservazione della Terra/Misure geofisiche e meteorologiche (Misure geofisiche e meteorologiche)
Telerilevamento e osservazione della Terra/Misure geofisiche e meteorologiche (Telerilevamento e osservazione della Terra)
Telerilevamento e osservazione della Terra/Misure geofisiche e meteorologiche (Misure geofisiche e meteorologiche)
Telerilevamento e osservazione della Terra/Misure geofisiche e meteorologiche (Telerilevamento e osservazione della Terra)
Telerilevamento e osservazione della Terra/Misure geofisiche e meteorologiche (Misure geofisiche e meteorologiche)
L’insegnamento prevede 60 ore di didattica (6 CFU). 40 ore sono dedicate al modulo di Misure Geofisiche e 20 ore sono relative al modulo di Misure Meteorologiche. Entrambi i moduli prevedono lezioni frontali introduttive (25 ore per MG – 14 ore per MM) seguite da esercitazioni in aula e in laboratorio (15 ore per MG - 6 ore per MM). Durante le esercitazioni, gli studenti/le studentesse affronteranno in maniera pratica, multimetodologica e multidisciplinare l’acquisizione, l’elaborazione e l’interpretazione di dati geofisici e meteorologici relativi a uno o più casi di studio riguardanti rischi naturali (es. frane, alluvioni, eventi climatici estremi e relativa interazione con le infrastrutture esistenti).
Telerilevamento e osservazione della Terra/Misure geofisiche e meteorologiche (Telerilevamento e osservazione della Terra)
L’insegnamento è organizzato in lezioni teoriche ed esercitazioni svolte mediante l’utilizzo del software Envi. Le prime sono dedicate alla presentazione degli aspetti teorici e metodologici dei fenomeni presi in esame; le seconde sono finalizzate a comprendere, dal punto di vista operativo, le modalità di gestione, processamento ed estrazione di informazione da dati acquisiti da sensori posti a bordo di piattaforme satellitari.
Telerilevamento e osservazione della Terra/Misure geofisiche e meteorologiche (Misure geofisiche e meteorologiche)
L’insegnamento prevede 60 ore di lezione (6 CFU). 40 ore sono dedicate al modulo di Misure Geofisiche e 20 ore sono relative al modulo di Misure Meteorologiche. Entrambi i moduli prevedono lezioni frontali introduttive (34 ore per Misure Geofisiche – 14 ore per Misure Meteorologiche) seguite da esercitazioni in aula e in laboratorio (6 ore per ciascun modulo). Durante le esercitazioni, gli studenti/le studentesse affronteranno in maniera pratica, multimetodologica e multidisciplinare l’acquisizione, l’elaborazione e l’interpretazione di dati geofisici e meteorologici relativi a uno o più casi di studio riguardanti rischi naturali (es. frane, alluvioni, eventi climatici estremi e relativa interazione con le infrastrutture esistenti).
Telerilevamento e osservazione della Terra/Misure geofisiche e meteorologiche (Telerilevamento e osservazione della Terra)
L’insegnamento è organizzato in lezioni e attività operative sviluppate mediante l’ausilio del software Envi. Le prime sono dedicate alla presentazione degli aspetti teorici e metodologici dei fenomeni presi in esame; le seconde sono finalizzate a comprendere, dal punto di vista operativo, le modalità di gestione, processamento ed estrazione di informazione da grosse quantità di dati acquisiti da sensori posti a bordo di piattaforme aeree e satellitari.
Telerilevamento e osservazione della Terra/Misure geofisiche e meteorologiche (Misure geofisiche e meteorologiche)
Il materiale didattico è fornito dai docenti (slide delle lezioni e materiale integrativo, estratti di articoli scientifici riguardanti l'applicazione di metodi geofisici/meteorologici trattati ai rischi naturali in esame). Per approfondimenti e supporto ai contenuti teorici, sono disponibili libri di testo di riferimento presso la biblioteca di dipartimento (DIATI). A titolo di esempio: - W.M. Telford, L.P. Geldart e R.E.Sheriff: Applied geophysics, Cambridge University Press - M.B. Dobrin, C.H. Savit: Introduction to geophysical prospecting, McGraw-Hill
Telerilevamento e osservazione della Terra/Misure geofisiche e meteorologiche (Telerilevamento e osservazione della Terra)
• “Fundamentals of Remote Sensing”, by Canada Center for Remote Sensing, 2000, https://natural-resources.canada.ca/sites/www.nrcan.gc.ca/files/earthsciences/pdf/resource/tutor/fundam/pdf/fundamentals_e.pdf • “Principi e metodi di telerilevamento”, Brivio, Lechi, Zilioli, Città studi editore, 2006, ISBN: 88-251-7293-1 • “Remote Sensing”, A. J. Knudby, Ecampus Ontario, 2016, https://ecampusontario.pressbooks.pub/remotesensing/ • “Remote Sensing of the Environment: An Earth Resource Perspective”, J. R. Jensen, Pearson editore, 2006. • “Telerilevamento - Informazione territoriale mediante immagini da satellite”, Dermanis, Biagi, Zanichelli editore, 2002. • “Extraction of Geospatial Information from High Resolution Optical Satellite Sensors”, Atti di simposio ISPRS, 2006, https://www.isprs.org/education/tut_goa.aspx • “Elementi di Geomatica”, M.A. Gomarasca, ASITA editore, 2004. Sarà reso disponibile il seguente materiale: • Dispense discusse e presentate durante le lezioni. • Dati e materiali per lo svolgimento delle esercitazioni.
Telerilevamento e osservazione della Terra/Misure geofisiche e meteorologiche (Misure geofisiche e meteorologiche)
Il materiale didattico è fornito dai docenti (slide delle lezioni e materiale integrativo, estratti di articoli scientifici riguardanti l'applicazione di metodi geofisici/meteorologici trattati ai rischi naturali in esame). Per approfondimenti e supporto ai contenuti teorici, sono disponibili libri di testo di riferimento presso la biblioteca di dipartimento (DIATI). A titolo di esempio: - W.M. Telford, L.P. Geldart e R.E.Sheriff: Applied geophysics, Cambridge University Press - M.B. Dobrin, C.H. Savit: Introduction to geophysical prospecting, McGraw-Hill
Telerilevamento e osservazione della Terra/Misure geofisiche e meteorologiche (Telerilevamento e osservazione della Terra)
Saranno disponibili sin dall'inizio delle lezioni seguenti materiali: • dispense della parte teorica dell'intero corso • dispense della parte pratica dell'intero corso • presentazione, in formato PDF, di ogni singola lezione teorica • videolezioni di tutte le lezioni teoriche (sia in lingua italiana che inglese) • videolezioni di tutte le esercitazioni pratiche di laboratorio (sia in lingua italiana che inglese) • dati e materiali inerenti lo svolgimento delle esercitazioni di laboratorio
Telerilevamento e osservazione della Terra/Misure geofisiche e meteorologiche (Misure geofisiche e meteorologiche)
Slides; Esercizi; Materiale multimediale ;
Telerilevamento e osservazione della Terra/Misure geofisiche e meteorologiche (Telerilevamento e osservazione della Terra)
Slides;
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Lecture slides; Exercises; Multimedia materials;
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Lecture slides;
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Modalità di esame: Prova scritta (in aula);
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Modalità di esame: Prova orale obbligatoria; Elaborato scritto individuale; Elaborato scritto prodotto in gruppo;
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Exam: Written test;
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Exam: Compulsory oral exam; Individual essay; Group essay;
Telerilevamento e osservazione della Terra/Misure geofisiche e meteorologiche (Misure geofisiche e meteorologiche)
L’esame prevede una prova scritta volta ad accertare il livello di raggiungimento dei risultati di apprendimento sopra esposti. La prova scritta ha una durata di 2 ore ed è organizzata in 3 esercizi e 2 domande aperte. Gli esercizi riguardano il dimensionamento di indagini geofisiche o meteorologiche, l’elaborazione e l’interpretazione dei dati in maniera analoga a quanto sviluppato nel corso delle esercitazioni (5-7 punti/esercizio). Le domande aperte, una per ogni modulo, sono volte a verificare l’apprendimento dei fondamenti teorici e metodologici trattati nelle lezioni (max 6 punti/domanda). Durante la prova, gli studenti e le studentesse avranno a disposizione un formulario fornito dai docenti che potrà essere liberamente consultato. Il voto finale, espresso in trentesimi, è dato dalla somma dei punti totalizzati negli esercizi e nelle domande aperte della prova scritta. Per la registrazione dell'insegnamento, tale voto verrà infine mediato con il voto finale dell'insegnamento accorpato (Telerilevamento e osservazione della Terra, 6 CFU).
Telerilevamento e osservazione della Terra/Misure geofisiche e meteorologiche (Telerilevamento e osservazione della Terra)
L’esame è finalizzato a verificare le conoscenze nell’affrontare un problema di natura ambientale o territoriale utilizzando tecniche di elaborazione di dati telerilevati di osservazione della Terra, per estrarre informazioni ad alto valore aggiunto. La parte teorica verrà valutata mediante un esame orale, mentre la parte sperimentale verterà sulla presentazione e discussione di una relazione connessa all’elaborazione di immagini telerilevate che analizzino una tematica specifica su un’area liberamente scelta.
Telerilevamento e osservazione della Terra/Misure geofisiche e meteorologiche (Misure geofisiche e meteorologiche)
Exam: Written test;
Telerilevamento e osservazione della Terra/Misure geofisiche e meteorologiche (Telerilevamento e osservazione della Terra)
Exam: Compulsory oral exam; Individual essay; Group essay;
Telerilevamento e osservazione della Terra/Misure geofisiche e meteorologiche (Misure geofisiche e meteorologiche)
L’esame prevede una prova scritta volta ad accertare il livello di raggiungimento dei risultati di apprendimento sopra esposti. La prova scritta ha una durata di 2 ore ed è organizzata in 3 esercizi e 2 domande aperte. Gli esercizi riguardano il dimensionamento di indagini geofisiche o meteorologiche, l’elaborazione e l’interpretazione dei dati in maniera analoga a quanto sviluppato nel corso delle esercitazioni (5-7 punti/esercizio). Le domande aperte, una per ogni modulo, sono volte a verificare l’apprendimento dei fondamenti teorici e metodologici trattati nelle lezioni (max 6 punti/domanda).
Telerilevamento e osservazione della Terra/Misure geofisiche e meteorologiche (Telerilevamento e osservazione della Terra)
L’esame è finalizzato a verificare il raggiungimento di una sufficiente autonomia nell’affrontare un problema di natura ambientale utilizzando tecniche di elaborazione di dati di osservazione della Terra utili ad estrarre informazioni ad alto valore aggiunto. La parte teorica verrà valutata mediante un esame scritto in cui lo studente dovrà rispondere ad almeno tre quesiti inerenti i diversi temi proposti durante il corso. La parte sperimentale verterà sulla redazione di una relazione basata sull’elaborazione di dati di osservazione della Terra basata su una tematica e su un’area liberamente scelta dallo studente. Gli studenti e le studentesse con disabilità o con Disturbi Specifici di Apprendimento (OSA), oltre alla segnalazione tramite procedura informatizzata, sono invitati a comunicare anche direttamente al/la docente titolare dell’insegnamento, con un preavviso non inferiore ad una settimana dall'avvio della sessione d'esame, gli strumenti compensativi concordati con l'Unità Special Needs, al fine di permettere al/la docente la declinazione più idonea in riferimento alla specifica tipologia di esame.