Mapeamento do uso do solo para manejo de propriedades rurais

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1 1/45 Mapeamento do uso do solo para manejo de propriedades rurais Teoria Eng. Allan Saddi Arnesen Eng. Frederico Genofre Eng. Marcelo Pedroso Curtarelli

2 2/45 Conteúdo programático: Capitulo 1: Conceitos básicos de cartografia e SIG; Capitulo 2: Fundamento de Sensoriamento Remoto; Capitulo 3: ; Capitulo 4: Técnicas de classificação de imagens e processamento digital; Capiutlo 5: Mapeamento do uso do solo para o manejo de propriedades rurais; Capitulo 6: Validação, extração de informações e estimativas de produção.

3 3/45 Tópicos abordado neste capitulo: Conceitos inicias; Principais sensores utilizados para o mapeamento de áreas agrícolas; Bancos de imagens; Técnicas de processamento de imagens.

4 4/45 Aquisição de imagens Filtros/Difusores; Detectores; Conversão do sinal detectado; Armazenamento interno e envio do sinal; Preprocessamento dos dados.

5 5/45 Aquisição de imagens Imagens com níveis de cinza (Nível Digital DN); ND resolução radiométrica; - p. ex. 8 bits = 256 níveis. Uma imagem ND para cada banda; Imagem ND pode ser utilizada em algumas aplicações; Necessidade de processamento.

6 6/45 Missão Landsat Conceitos iniciais Uma das mais importantes missões de observação da Terra; Possibilitou o desenvolvimento de novas aplicações de imagens de satélite para fins de monitoramento ambiental; Primeiro satélite da série lançado na década de 70 (1972); Atualmente está em operação o satélite Landsat-8, lançado em 2013.

7 7/45 Missão Landsat Timeline Fonte: NASA,

8 8/45 Missão Landsat Características dos satélites Plataforma Período de Resolução espacial Altitude da plataforma Resolução temporal Sensores operação (m) (km) (dias) Landsat 1 23/7/1972 RBS 80 1/6/1978 MSS Landsat 2 22/1/1975 RBS 80 25/2/1982 MSS Landsat 3 5/3/1978 RBS 80 31/3/1983 MSS Landsat 4 16/7/1982 MSS 80 08/1993 TM 30, Landsat 5 1/3/ MSS 80 TM 30, Landsat 6 5/10/1993 5/10/1993* ETM 15, 30 e Landsat 7 15/4/ ETM+ 15, 30 e Landsat Atual OLI 15 e 30 TIRS Fonte: NASA, /

9 9/45 Missão Landsat Sensor Thematic Mapper (TM) Operou a bordo dos satélites americanos da série Landsat (4-5); Um dos sensores mais bem sucedidos da história do SR; Série histórica de imagens de todo o globo terrestre ; Aplicações em diversas áreas (ambiental e agrícola).

10 10/45 Sensor TM Principais características Especificações Técnicas do Sensor Thematic Mapper (TM) Período de operação Julho/ (Landsat 4) ; Março/ (Landsat 5) Tipo de órbita Resolução espacial Resolução temporal Número de bandas Resolução radiométrica Largura da cena imageada Vida útil Polar, Sol síncrona, 705 km, 9:45 a.m. 30 m (bandas visível) 120 m (banda termal) 16 dias 7 bandas (6 visível; 1 termal) 8 bits 185 km 5 anos Fonte: NASA,

11 11/45 Sensor TM Bandas Espectrais # banda Intervalo espectral (nm) Resolução espacial (m) Fonte: NASA,

12 12/45 Sensor TM Exemplo de imagem Áreas com solo exposto Vegetação esparsa Água Vegetação mais densa e inundada Exemplo imagem TM Composição colorida RGB 342

13 13/45 Missão Landsat Enhanced Thematic Mapper Plus (ETM+) Operou a bordo do satélite Landsat 7; Um dos sensores mais bem sucedidos da história do SR; Série histórica de imagens ; Melhorias em relação ao TM: resolução espacial da câmara termal e inclusão da banca pancromática.

14 14/45 Sensor ETM+ Principais características Especificações Técnicas do Sensor Enhanced Thematic Mapper Plus (TM+) Período de operação Tipo de órbita Resolução espacial Resolução temporal Número de bandas Resolução radiométrica Largura da cena imageada Vida útil Julho (problemas no espelho) Polar, Sol síncrona, 705 km, 10:00 a.m. 15 m (banda pancromática); 30 m (bandas multiespectrais); 60 m (banda termal) 16 dias 8 bandas (1 pan; 6 visível; 1 termal) 8 bits 185 km 5 anos Fonte: NASA,

15 15/45 Sensor ETM+ Bandas Espectrais # banda Intervalo espectral (nm) Resolução espacial (m) Fonte: NASA,

16 16/45 Sensor ETM+ Exemplo de imagem Água Área urbana Estrada Vegetação Exemplo imagem ETM+, fusão banda pancromática e bandas espectrais

17 17/45 Missão Landsat Operational Land Imager (OLI) e Thermal Infrared Sensor (TIRS) Abordo do satélite Landsat 8; Lançado recentemente (11/02/2013); Imagens disponíveis a partir de Julho/2013; Melhorias em relação TM e ETM+: número de bandas e resolução radiométrica.

18 18/45 Sensor OLI e TIRS Principais características Especificações Técnicas Sensores OLI e TIRS Período de operação Tipo de órbita Resolução espacial Resolução temporal Número de bandas Resolução radiométrica Largura da cena imageada Vida útil Fevereiro Atual Polar, Sol síncrona, 705 km, 10:00 a.m. 15 m (pancromática); 30 m (multiespectrais); 100 m (termais) 16 dias 11 bandas 12 bits 170 km 185 km 5 anos Fonte: NASA,

19 19/45 Comparação OLI e TIRS ETM+ resolução espectral Fonte: NASA,

20 20/45 Sensor OLI Exemplo de imagem Área cultivada Vegetação Ocupação antrópica Sombra de nuvem Água Nuvens Solo exposto Imagem OLI composição cor verdadeira obtida no dia 6 de Maio de 2013

21 21/45 Moderate Resolution Imaging Spectroradiometer (MODIS) Abordo das plataformas Terra e Aqua; Aquisição de duas imagens por dia (10:30 e 13:30); Oferece dados na forma de produtos padronizados; Composições 8 e 16 dias; Séries temporais de imagens 2000 até atual.

22 22/45 Sensor MODIS Cobertura Fonte: USGS, https://lpdaac.usgs.gov

23 23/45 Sensor MODIS Principais características Especificações Técnicas Sensor MODIS Período de operação Tipo de órbita 1999 (Terra) e 2000 (Aqua) - Atual Polar, Sol síncrona, 705 km, 10:30 a.m. (Terra) ou 1:30 p.m. (Aqua) Resolução espacial 250 m (bands 1-2); 500 m (bands 3-7); 1000 m (bands 8-36) Resolução temporal Número de bandas Resolução radiométrica Largura da cena imageada Vida útil 1 dia 36 bandas 12 bits ~1100 km 6 anos Fonte: NASA,

24 24/45 Comparação MODIS TM e ETM+ resolução espectral e espacial Fonte: MundoGeo,

25 25/45 Comparação MODIS TM e ETM+ resolução espectral e espacial Fonte: MundoGeo,

26 26/45 Produtos MODIS Produtos disponibilizados por diferentes grupos: land, oceans e cryosphere Produtos grupo land (https://lpdaac.usgs.gov): - Mais de 50 produtos oferecidos Diferente resoluções; - Produtos combinados (Terra e Aqua); - Composições: anual, mensal, 16 dias, 8 dias, 4 dias, 1 dia; - Disponibilizados em Tiles.

27 27/45 Produtos MODIS Tiles Fonte: USGS, https://lpdaac.usgs.gov

28 28/45 Produtos MODIS https://lpdaac.usgs.gov Descrição dos produtos

29 29/45 Produtos MODIS MOD09 e MYD09 (Reflectância Aparente)

30 30/45 Produtos MODIS MOD013 e MYD13 (Índices de Vegetação)

31 31/45 Bancos de imagens Banco de Imagens do INPE: Glovis/USGS: Repositório NASA:

32 32/45 Principais arquivos de imagens Catálogo INPE Escolha do sensor Período de busca Quantidade de nuvens Busca por município

33 33/45 Principais arquivos de imagens GLOVIS - USGS Escolha sensor Área de interesse Informação se a imagem está disponível para download Data das imagens

34 34/45 Principais arquivos de imagens REVERB - NASA Login Produto solicitado Área de interesse Período de busca Resultado da busca

35 35/45 Processamento Digital de Imagens Correção Geométrica; Registro; Transformação Radiométrica Correção Atmosférica Técnicas de preprocessamento Composições coloridas; Segmentação; Classificação. Técnicas de processamento

36 36/45 Processamento Digital de Imagens Correção Geométrica Importância: Fontes de distorções Eliminação de distorções sistemáticas; Estudos multi-temporais; Integração de dados em SIG. Requerimentos: Conhecimento das distorções existentes; Escolha do modelo matemático adequado; Avaliação e validação de resultados.

37 37/45 Processamento Digital de Imagens Registro Utilizado para ajustar duas ou mais imagens em uma mesma referência; Pode ser realizado manualmente ou automaticamente. Imagens registradas Pontos de controle TM (18/07/94) Ajuste TM (09/09/90) Referência

38 38/45 Processamento Digital de Imagens Transformação radiométrica Converte o valor do ND para radiância no topo da atmosfera; Cada sensor e imagem possui coeficientes próprios para realizar a transformação; Coeficientes fornecidos nos metadados ou pelas agências espaciais; Missões de calibração.

39 39/45 Processamento Digital de Imagens Correção Atmosférica Modelagem dos processos de espalhamento e absorção na atmosfera; Converte o valor de radiância no topo da atmosfera para radiância de superfície e reflectância real (parâmetro biofísico); Processo crítico para algumas aplicações de SR; Modelos empíricos X modelo físicos: DOS; 6S; ModTran; Flaash.

40 40/45 Processamento Digital de Imagens Correção Atmosférica Comparação entre imagens originais e imagens com correção atmosférica (banda 1 - TM) utilizando o método DOS

41 41/45 Processamento Digital de Imagens Composição Colorida Associa bandas espectrais aos canais RGB; Composição cor verdadeira ; Composição falsa cor ; Depende do objetivo do estudo.

42 42/45 Processamento Digital de Imagens Segmentação Subdivide uma imagem nos objetos (regiões) que a constituem; Nível de subdivisão depende do problema; Deve parar quando os objetos de interesse estiverem isolados; Contexto espacial é utilizado na definição dos objetos; Três abordagens principais: detecção de descontinuidades, detecção de imilaridades e espaço de atibutos.

43 43/45 Processamento Digital de Imagens Segmentação Exemplo de segmentação de imagens: Banda TM 3 e segmentos derivados da imagem

44 44/45 Processamento Digital de Imagens Classificação Técnica utilizada para mapear alvos de interesse em imagens de sensoriamento remoto;

45 45/45 Próxima aula... Detalhamento de técnicas utilizadas em classificação de imagens de satélite.

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