Aquisição de dados. Sistema Modelo de Deteção Remota. Energia Eletromagnética. Espectro Eletromagnético. Interações com a Atmosfera

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1 Aquisição de dados Como recolher informação geográfica? Deteção Remota Fotografia Aérea Métodos topográficos Sistemas de posicionamento por satélite Desenho sobre cartografia já existente Deteção Remota Processo que permite extrair informação de um objeto, área ou fenómeno, através da análise de dados adquiridos por um dispositivo que não esteja em contacto directo com o objeto, área ou fenómeno em estudo. captura da radiação eletromagnética Sistema Modelo de Deteção Remota Energia Eletromagnética FONTE Difusão SENSOR Campo Elétrico Distância Onda Elétrica λ Reflexão e Absorção Energia Refletida FONTE 2 Energia Emitida Superfície Terrestre Campo Magnético Onda Magnética ν c Espectro Eletromagnético Interações com a Atmosfera Janelas Atmosféricas Zonas do espectro da energia EM para as quais a radiação as atravessa sem sofrer alterações significativas. Transmissividade (%) 100 O3 H2O H2O CO2 Janelas Atmosféricas H2O O3 50 CO2 CO (µm) C. de Onda

2 Em deteção remota as imagens podem ser registos contínuos ou discretos. A fotografia aérea é um exemplo de imagem contínua, onde os objetos aparecem representados por uma série de cambiantes de tonalidade, que facilitam a sua interpretação. As imagens obtidas por sensores remotos são registos discretos, nos quais aos objetos correspondem valores numéricos, designados por níveis radiométricos (NR), ou níveis de cinzento. Um sensor é um dispositivo que capta determinadas partes do espectro de energia EM, refletida ou emitida, proveniente dos objetos dispostos sobre a superfície terrestre, e a refletida ou difundida pelas partículas em suspensão na atmosfera, e a converte num sinal numérico. Uma imagem obtida por sensores remotos orbitais é constituída por um conjunto de matrizes de valores numéricos, que registam os níveis radiométricos captados pelo sensor, em cada uma das bandas espectrais. Nivel Radiométrico (NR) Pixel Bandas 4 5 Linhas i j Colunas [NRk] ij (i=1,..., n; j=1,..., m) k Bandas vs Fotografias Aéreas Verticais Extensa área que cobrem (LANDSAT 185km x 172km) Multiespectrais (LANDSAT 3 bandas visível + 4 InfraVerm) Multitemporais (p. ex. LANDSAT 16 dias) Multisensoriais Elevado Nível Radiométrico Imagens Numéricas Band no. µm Resolution m m m m m m m Diferentes Tipos de Sensores Alta cobertura global: 2 a 5 dias, faixas de 800km, baixa resolução espacial (AVHRR). Frequente cobertura global: tipo Landsat, 16dias, resoluções espaciais de 10 a 50m (ETM+, HRVIR). Alta resolução espacial: satélites comerciais, 0,5 a 5m, baixa cobertura (IKONOS). Hiperespectrais: derivam de apliações militares, próximos dos espectrómetros (OrbView-4). Resolução Capacidade que um sistema ótico tem de distinguir dois objetos que estão espacialmente próximos ou que são similares em termos espectrais. São considerados em deteção remota quatro tipos diferentes de resolução: resolução espectral, resolução espacial, resolução temporal e resolução radiométrica.

3 Resolução Espectral Resolução Espectral Dimensão e o número de intervalos do espectro eletromagnético possíveis de registar pelo sensor. Quanto menores forem estes intervalos mais fácil será a discriminação de diferentes tipos de objetos. Banda a 0.59µm Banda a 0.68µm Banda a 0.89µm Há sensores que captam a energia EM de todo o visível, enquanto há outros que a diferenciam e a registam em três bandas espectrais diferentes, correspondendo cada uma delas a uma das seguintes três componentes do visível: azul, verde e vermelho. High spectral resolution: bands Medium spectral resolution: 3-15 bands Low spectral resolution: - 3 bands Resolução Espectral Banda a 0.59µm Banda a 0.68µm Resolução Espacial Banda a 0.89µm Extracto da imagem SPOT XS da zona limítrofe dos concelhos de Lisboa, Oeiras e Amadora, obtida em Junho de Resolução Espacial 10m Extracto Extratodadeimagem imagemspot SPOTXSXSdadezona Lisboa, limítrofe 1991.dos concelhos de Lisboa, Oeiras e Amadora, obtida em Junho de m Terreiro do Paço a 10m de resolução espacial (SPOT PAN) e a 5m de resolução espacial (IRS PAN) Menor ângulo, ou a distância mínima entre dois objetos, que pode ser diferenciada pelo sensor. High spatial resolution: - 0,5 5 m Medium spatial resolution: 5 30 m Low spatial resolution: m Resolução Espacial 2m 1m Terreiro do Paço a 2m de resolução espacial (KVR1000) e a 1m de resolução espacial (IKONOS).

4 Resolução Espacial Resolução Temporal 56mx79m - LANDSAT 1 30mx30m - LANDSAT 4 10mx10m - SPOT 1 10m x 10m - SPOT 1 5.8m x 5.8m - IRS 1C 1m x 1m - IKONOS 61cm x 61cm-QUICKBIRD 30cm x 30cm-WORLDVIEW3 Intervalo que um sensor necessita para voltar a obter imagens sobre a mesma área. Há uma série de fenómenos que, para serem analisados e avaliados, necessitam de imagens obtidas em períodos críticos, p.ex. o acompanhamento do crescimento de certos tipos de plantas, ou da evolução de cheias e marés negras. Resolução Radiométrica Resolução Temporal Sensibilidade de um sensor para diferenciar a intensidade da energia EM captada, seja ela refletida ou emitida. O período orbital do satélite LANDSAT 7 são 98.9 minutos. Em 24 horas percorre 14.5 órbitas, e sobre o Equador o traço desloca-se 2875km para Oeste, ou seja, precisa de 233 órbitas = 16 dias, para passar de novo sobre um dado lugar. Resolução Radiométrica 8bit 5bit 4bit Imagens com 256 níveis radiométricos (8bit (28) - valores de 0 a 255), 32 níveis radiométricos (5bit (25) - valores de 0 a 31), e 16 níveis radiométricos (4bit (24) - valores de 0 a 15). À energia EM captada pelo sensor é atribuído um valor numérico, que regista o nível radiométrico ou nível de cinzento obtido do objeto sobre a superfície terrestre, influenciado ou não pelos objetos que lhe estão próximos, e pelas interações que a energia EM sofreu ao percorrer a atmosfera. Resolução Radiométrica 3bit 2bit 1bit Imagens com 8 níveis radiométricos (3bit (23) - valores de 0 a 8), 4 níveis radiométricos (2bit (22) - valores de 0 a 4), e 2 níveis radiométricos (1bit (21) - valores de 0 e 1).

5 Imagem Pancromática Abrange grande parte do intervalo do EE visível e é a preto e branco. Tem em geral alta resolução espacial. Imagem Multiespectral Com mais que um intervalo espectral. Cada imagem individual cobre a mesma área à mesma escala. Díli, Timor- Leste: 1 m Díli, Timor- Leste: 4 m Definição Processo que permite transformar uma imagem numérica multiespectral - constituída por diferentes bandas -ou multitemporal -formada por uma mesma banda de datas diferentes -numa carta temática, no decorrer do qual os objetos sobre a superfície terrestre são agrupados e identificados, de acordo com as suas características espectrais, espaciais, ou temporais, atribuindo cada pixel a uma determinada classe ou categoria previamente definida. Definição Existem dois grandes tipos de métodos de classificação: os supervisionados, e os não supervisionados. Nos primeiros é necessário o conhecimento prévio da localização de certas áreas áreas treino que correspondem aos tipos de ocupação do solo que se pretendem classificar, e que são obtidos a partir dos dados de campo. Nessas áreas são definidos algoritmos de cálculo baseados em análises estatísticas que caracterizem as classes de ocupação do solo consideradas. Todos os restantes pixels são depois comparados com os valores obtidos de modo a colocá-los numa das categorias previamente definidas. Image Classification Classificação supervisionada Definição Na classificação não supervisionada os pixels são agrupados em classes, de acordo com as suas características, determinadas a partir de cálculos estatísticos. Depois de agrupados é atribuído, a cada conjunto de valores, uma determinada classe ou categoria. Estas classes são por vezes utilizadas para definir as áreas treino da classificação. As áreas teste são também zonas em que é conhecida a ocupação do solo, a partir de informação obtida por dados de campo. Estas áreas só entram na parte final do processo de classificação, para averiguar a qualidade conseguida com os métodos e algoritmos de cálculo considerados.

6 Supervisionada Métodos de Classificação Não supervis. O método mais simples de classificação é o do classificador da distância mínima à média. Neste método, depois de calculado o valor da média de cada classe, calcula-se a distância do pixel que se pretende classificar, às médias anteriormente calculadas, para o atribuir à classe que lhe é mais próxima, caso tenha uma distância inferior a um valor previamente determinado. From O método é eficiente para classes bem definidas espectralmente, espacialmente separadas umas das outras, e com uma pequena variância. Exemplos de Aplicação Exemplos de Aplicação Cartografia Temática Cartografia Temática Legenda Água Rede Viária Estaleiros Floresta 1 Floresta 2 Herbáceas Imagem original multi-espectral SPOT de 1995 (20m de resolução espacial) Urbano Denso Vegetação Seca Aeroporto Exemplos de Aplicação Exemplos de Aplicação Carta Imagem IKONOS Carta Imagem - IKONOS Vectorização de Elementos

7 Pormenor do centro urbano Deteção de Alterações Comparação com os resultados obtidos com a ortofotoplanta novos campos desportivos Deteção de Alterações Comparação com os resultados obtidos com a ortofotoplanta novas edificações Fotografia aérea Novembro 2000 Imagem IKONOS Setembro 2000 Fotografia aérea Novembro 2000 Imagem IKONOS Setembro 2000 Considerações Finais Deteção de Alterações Comparação com os resultados obtidos com a ortofotoplanta novos arruamentos Fotografia aérea Novembro 2000 Imagem IKONOS Setembro 2000 Exemplos de aplicações efectuadas com imagens de satélites de alta resolução espacial, ou com ortofotoplantas obtidas a partir de fotografia aérea convencional, são: observar a evolução da ocupação do solo; verificar a aplicação dos PDM; avaliar a desactualização da cartografia topográfica.

8 Considerações Finais Produzir e actualizar produtos cartográficos, como: plantas topográficas, ortofotoplantas, ou cartas imagem, pode hoje ser efectuada de um modo relativamente simples e rápido. Todos os exemplos apresentados foram efectuados em computadores pessoais com programas de fácil utilização, como PCI Geomatics. SATÉLITES ALTA RESOLUÇÃO Empresas Distribuidoras EROS A1 ImageSat International ( IKONOS Space Imaging ( OrbView 3 Orbimage ( QuickBird Digital Globe ( SPOT 5 Spot Image (

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