Sensoriamento Remoto I Engenharia Cartográfica. Prof. Enner Alcântara Departamento de Cartografia Universidade Estadual Paulista

Transcrição

1 Sensoriamento Remoto I Engenharia Cartográfica Prof. Enner Alcântara Departamento de Cartografia Universidade Estadual Paulista 2016

2 Observações sobre o sensoriamento remoto O sensoriamento remoto é uma ciência? Uma ciência é definida como um amplo campo do conhecimento humano com interesse em fatos e princípios. Os cientistas descobrem e testam fatos e princípios por meio do método científico, um sistema ordenado para resolução de problemas. Cientistas reconhecem que, qualquer matéria que possa ser estudada pelo ser humano, por meio do método científico, pode ser chamada de ciência. As ciências incluem: 1) matemática e lógica, 2) ciências físicas, 3) ciências biológicas, e 4) ciências sociais (como a geografia, sociologia e antropologia). Jensen, 2007

3 Observações sobre o sensoriamento remoto O sensoriamento remoto é uma ferramenta ou uma técnica similar à matemática. O uso de sensores para medir a quantidade de radiação eletromagnética que deixa um objeto ou área geográfica (sem que haja contato físico) e então extraindo informações dos dados, utilizando algoritmos com base matemática e estatística, é uma atividade científica. Isto funciona em harmonia com outras técnicas de coleta de dados espaciais ou ferramentas das ciências do mapeamento (GIScience), incluindo a cartografia e o SIG (Clarke, 2001). Jensen, 2009

4 Interação com as ciências Physical Ciências Sciences físicas Levantamento Matemática e lógica Biological Ciências biológicas Sciences SIG Sensoriamento remoto Ciências sociais Cartografia

5 Observações sobre o Sensoriamento Remoto O Sensoriamento Remoto é uma Arte? A interpretação visual de imagens utiliza não só o conhecimento científico, mas também a experiência de vida. A sinergia da combinação entre o conhecimento científico com a experiência do analista sobre o mundo real permite, ao interprete, desenvolver regras de ouro para extrair informações de imagens. Alguns analistas são melhores devido: 1) entendem melhor os princípios científicos, 2) é mais viajado e viu muitas paisagens e áreas geográficas, 3) têm a habilidade de sintetizar princípios científicos e conhecimentos do mundo real para alcançar conclusões lógicas e corretas. Assim, a interpretação de imagens de satélite é tanto uma arte quanto uma ciência.

6 Interpretação - Classificação

7 O Instrumento (sensor) O sensoriamento remoto é realizado usando um instrumento, frequentemente chamado de sensor. A maioria dos instrumentos registram a radiação eletromagnética (REM) que se desloca à velocidade da luz a partir da fonte, diretamente através do vácuo ou, indiretamente, por reflexão ou rerradiação para o sensor. De fato, não conhecemos nada que se desloque mais rápido do que à velocidade da luz. Mudanças na quantidade ou propriedade da REM tornam-se, pela detecção pelo sensor, uma valiosa fonte de dados para interpretar importantes propriedades de um fenômeno em estudo.

8 O Instrumento (sensor) The basic premise in remote sensing data for change detection is that changes in land cover must result in changes in radiance values...(which) must be large with respect to radiance changes from other factors Singh (1989)

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10 Origem do termo sensoriamento remoto A real cunhagem do termo remonta a um artigo não publicado do começo dos anos 1960, feito pelo grupo do The Office of Naval Research and Geography. Evelyn Pruitt era a autora do artigo, em conjunto com Walter Bailey. A fotointerpretação tinha se tornado muito importante na II Guerra Mundial. A era espacial estava apenas começando com os lançamentos do Sputnik (U.R.S.S.) em 1957, do Explorer 1 (EUA) em 1958, e com a coleção de fotografias do então programa secreto CORONA, iniciado em 1960.

11 Origem do termo sensoriamento remoto Evelyn Pruitt escreveu:...todo o campo estava avançando, e era difícil para o Programa de Geografia saber em que direção se mover. O termo fotografia era muito limitado, porque ele não cobria as regiões do espectro eletromagnético além da faixa do visível; e era nessas frequências não visíveis, que parecia estar o futuro da interpretação. Aérea, também estava muito limitada em função do potencial para observar a Terra a partir do espaço. O termo sensoriamento remoto foi promovido durante uma série de seminários entre os anos 1960 e 1970.

12 Sputnik Sputnik foi o primeiro satélite construído pelo homem: lançado pela ex-união Soviética no ano de O Sputnik e seu lançamento inesperado foram responsáveis pela crise entre os Estados Unidos e a ex-união Soviética, que antecipou a corrida espacial em plena Guerra Fria. Sputnik itself provided scientists with valuable information. the density of the upper atmosphere could be deduced from its drag on the orbit, and the propagation of its radio signals gave information about the ionosphere.

13 Sputnik Era uma esfera de aproximadamente 58,5 cm e pesava 83,6 kg; levou 98 minutos (29 mil km/h) para completar uma volta ao redor da Terra. A função básica era emitir um sinal de rádio (beep) que podia ser sintonizado por qualquer rádio amador (22 dias de beep). Ficou em órbita por 3 meses antes de se desintegrar (burned up) na atmosfera.

14 Sputnik A Sputnik provou duas coisas importantes: em primeiro lugar, que era possível colocar artefatos em órbita; e em segundo, e mais importante, que era possível colocar seres vivos no espaço, inclusive humanos. Laika, o primeiro ser vivo a ser lançado ao espaço, a bordo do Sputnik 2 (Novembro de 1957).

15 Corrida Espacial A missão Sputnik 1, junto com o voo de Yuri Gagarin no Vostok 1 (1961), teve um profundo impacto na história da exploração espacial; foram os eventos que desafiaram os EUA e foram a gota d'água para o lançamento do programa espacial Americano, objetivando alcançar a Lua.

16 Órbita da Vostok

17 Filme: A primeira órbita

18 Explorer I O lançamento do Explorer I, em resposta ao lançamento do Sputnik 1, foi realizado em fevereiro de 1958, e pesava 13,97 kg (o Sputnik pesava 83,6 kg). O satélite Explorer I foi desenhado e construído pelo Jet Propulsion Laboratory (JPL) e o foguete lançador foi o Júpiter-c. O Explorer I transmitiu dados por 3 meses e permaneceu em órbita por mais 12 anos.

19 Explorer I O equipamento embarcado consistia: detector de raios cósmicos; sensor interno de temperatura; três sensores externos de temperatura; microfone para registrar o som do impacto de micrometeoritos; um anel de medição da erosão a ser causada por micrometeoritos. Os dados desses instrumentos eram transmitidos para a Terra através de um transmissor de 60 mw (miliwatts) operando na frequência de 108,03 MHz e de um transmissor de 10 mw operando na frequência de 108,00 MHz. Maior descoberta: cinturões de Van Allen!

20 Cinturões de Van Allen São dois anéis de radiação concentrada, produzidas pela interação do campo magnético da Terra com a torrente de partículas carregadas emanada constantemente do Sol.

21 Cinturões de Van Allen

22 Projeto secreto Corona O projeto fez história no cenário espacial de 1958 a 1972: A primeira foto tirada do espaço; O primeiro resgate de um objeto do espaço; O primeiro mapeamento da Terra via espaço; O primeiro programa espacial a voar 100 missões.

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24 Vantagens do Sensoriamento Remoto O sensoriamento remoto é não-intrusivo se o sensor registra passivamente a radiação eletromagnética refletida ou emitida por um objeto de interesse. Os dispositivos de sensoriamento remoto podem ser programados para coletar dados sistematicamente, tal como no interior de uma fotografia aérea vertical. Esse dado coletado sistematicamente pode remover as tendências introduzidas em algumas investigações in situ. Sob condições controladas, o sensoriamento remoto pode proporcionar informação biofísica fundamental, incluindo a localização (x,y), elevação ou profundidade (z), biomassa, temperatura, conteúdo de umidade, etc.

25 Vantagens do Sensoriamento Remoto A informação derivada do sensoriamento remoto é atualmente crítica para uma modelagem de sucesso de numerosas estimativas de processos naturais (ex: estimativa de suprimento de água, estudos de eutrofização, fontes de poluição difusa) e cultural (ex: conversão do uso do solo na periferia urbana, estimativa da demanda por água, estimativa da população).

26 Vantagens do Sensoriamento Remoto Permite o desenvolvimento de relações empíricas entre a intensidade luminosa, densidade populacional e uso da energia.

27 Limitações do Sensoriamento Remoto O maior limitante é que muitas vezes o SR é superestimado. Sensoriamento remoto não é uma panaceia que fornece toda a informação necessária para conduzir pesquisas nas ciências físicas, biológicas e sociais. Fornece alguma informação espacial, espectral e temporal de valor, de uma maneira que acreditamos ser eficiente e econômica.

28 Limitações do Sensoriamento Remoto Os seres humanos selecionam sistemas de sensoriamento remoto apropriados para coletar dados, especificar as várias resoluções de um dado de sensoriamento remoto, calibrar o sensor, selecionar a plataforma que levará o sensor, determinar quando o dado deve ser coletado, e especificar como o dado será processado.

29 O processo do sensoriamento remoto Os cientistas vêm desenvolvendo procedimentos para coletar e analisar dados de sensoriamento remoto por mais de 150 anos. A primeira fotografia a partir de uma plataforma aérea (um balão fixo) foi obtida em 1858 (Arco do Triunfo) pelo francês Gaspar Felix Tournachon (conhecido como Nadar).

30 O processo do sensoriamento remoto Grandes passos na fotografia aérea e outros sistemas de coleta de dados por sensoriamento remoto ocorreram durante as I e II Guerras Mundiais, conflito da Coréia, Crise dos Mísseis de Cuba, Guerra do Vietnã, Guerra do Golfo, Guerra da Bósnia e na Guerra contra o terrorismo. Embora a maioria dos sistemas possa ter sido desenvolvido para aplicações de reconhecimento militar, esses sistemas são largamente usados para o monitoramento dos recursos naturais da Terra.

31 Fofografia aérea Uso de pombos no lugar de balões, em As câmeras tomavam uma foto a cada 30 segundos, no entanto, o voo do pombo era imprevisível.

32 Fofografia aérea

33 Marcos significativos do sensoriamento remoto : Leis básicas da mecânica (Isaac Newton) Primeira fotografia (Joseph Nicephore) Teoria aditiva de cor (James Clerk Maxwell) Primeira fotografia aérea por um balão (Gaspard Felix)

34 Marcos significativos do sensoriamento remoto Teoria da onda eletromagnética (James Clerk Maxwell) Primeira vez que se usou o termo fotogrametria patente da câmera de fotografia (Alfred Maul)

35 Marcos significativos do sensoriamento remoto Sensores de alta resolução - O sensoriamento remoto é fruto de um esforço multidisciplinar que envolveu e envolve avanços na Física, na Físico-química, na Química, nas Biociências, Geociências, Ciência da computação, etc...

36 ...a tecnologia avançou! (WordView-3 40cm)

37 O processo do sensoriamento remoto O dado coletado de sensoriamento remoto e os procedimentos de análise utilizados para aplicações nos recursos terrestres são frequentemente implementados de uma forma sistemática referido como o processo do sensoriamento remoto: estabelecimento do problema; coleta de dados; conversão de dado para informação; e apresentação da informação.

38 Jensen, 2007

39 Coleta de dados de sensoriamento remoto A quantidade de radiação eletromagnética, L (watts m -2 sr -1 ) registrada dentro do IFOV (ângulo de visada instantâneo) de um sistema óptico de sensoriamento remoto é uma função de: L f s, t,,,, x, y, z P Jensen, 2007

40 Coleta de dados de sensoriamento remoto L f s, t,,,, x, y, z P = comprimento de onda; s x,y,z = x, y, z localização do pixel e seu tamanho (x, y) ; t = informação temporal, ex:., quando e com que frequência a informação foi adquirida; θ = conjunto de ângulos que descrevem o relacionamento geométrico entre as fontes de radiação (ex: Sol), o alvo no terreno (ex: um campo de milho), e o sistema de sensoriamento remoto; P = polarização da energia retroespalhada registrada por um sensor; = resolução radiométrica (ex.: 8 bits, 12 bits, 16 bits).

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