A DISCIPLINA SENSORIAMENTO REMOTO NOS CURSOS DE PÓS- GRADUAÇÃO EM GEOGRAFIA DA UNIVERSIDADE FEDERAL DE UBERLÂNDIA ABSTRACT

Transcrição

1 A DISCIPLINA SENSORIAMENTO REMOTO NOS CURSOS DE PÓS- GRADUAÇÃO EM GEOGRAFIA DA UNIVERSIDADE FEDERAL DE UBERLÂNDIA Tema do Trabalho: Sensoriamento Remoto na Pós-Graduação (Especialização, Mestrado e Doutorado) Jorge Luís Silva Brito Universidade Federal de Uberlândia Instituto de Geografia Av. João Naves de Ávila, 2121, Campus Santa Mônica, Bloco 1H, CEP , Uberlândia (MG) jbrito@ufu.br ABSTRACT This work describes a number of experiences which occurred along the ministration of the subject named "remote sensing" between 1999 and The subject mentioned is part of the master's and doctor's courses in Geography held by the Instituto de Geografia at UFU (Universidade Federal de Uberlândia). The above referred subject is composed of two modules. The first module comprehends topics such as physical principles of remote sensing, sensing systems and data visual interpretation; and the second module comprehends the techniques for digital processing of images, along with an introduction for the application SPRING (which stands for Sistema de PRocessamento de INformações Georreferenciadas, or Geo-referred Information Processing System). As their final work in the course, the students produce land use maps using the conventional method for visual interpretation of images and the supervised and non-supervised classifying methods made available by SPRING. 1. INTRODUÇÃO A enorme quantidade de dados da superfície terrestre coletada pelos sistemas de coleta de dados espaciais, com resoluções espaciais, radiométricas, temperorais e espectrais variadas, tem levado ao incremento do uso das técnicas de sensoriamento remoto nas mais variadas áreas do conhecimento, o que tem levado prelecionais de diversas áreas a procurarem conhecer e aperfeiçoar os seus conhecimentos na área de sensoriamento remoto. Paralelamente, os avanços tecnológicos tem tornado cada mais acessíveis os equipamentos e softwares para processamento digital dessas imagens de satélite, aumento ainda mais o seu uso. Deste modo, surge também à necessidade do conhecimento das técnicas de processamento digital de imagens, cuja finalidade é manipulação numérica de imagens digitais visando melhorar o poder de discriminação dos alvos. O processamento de imagens está relacionado com a correção de distorções, degradações e ruídos introduzidos na imagem durante o processo dessas imagens de satélite mais acessíveis. imageamento. Dentre as técnicas de processamento de imagens tipicamente usadas podemos citar: transferência da imagem da fita magnética para o disco rígido, visualização temporária e produção de cópias em papel, análises estatísticas, processamento de imagens, realce de imagens e classificação de imagens. Deste modo, cabe aos cursos de pós-graduação nas áreas de geografia, agronomia e engenharia oferecer a disciplina sensoriamento remoto, visando preparar esses profissionais, capacitando-os para utilizar, de forma produtiva e eficiente, os produtos de sensoriamento remoto e os sistemas de processamento digital de imagens, disponíveis no mercado. Neste sentido, Este trabalho descreve um relato de experiências obtidas na disciplina sensoriamento remoto dos cursos de mestrado e doutorado em Geografia do instituto de Geografia da Universidade Federal de Uberlândia, ministradas nos anos de 1999 a São mostradas aqui as experiências, seus resultados favoráveis e desfavoráveis, referentes ao ensino da disciplina e ao publico diversificado durante o curso. 2. O CURSO DE SENSORIAMENTO REMOTO O Programa de Pós-Graduação em Geografia da Universidade Federal de Uberlândia possui uma estrutura dinâmica e flexível que procura atender tanto à demanda de profissionais geógrafos, bem como os de áreas de

2 interface com a Geografia. Neste sentido, o curso tem recebido alunos das mais diversas áreas do conhecimento. A disciplina sensoriamento remoto, ministrada nesse programa também tem recebido alunos de diversas áreas e principalmente das seguintes áreas: geografia, agronomia, engenharia civil e biologia. Como conseqüência dessa gama de profissionais de áreas variadas, temos como um dos principais problemas encontrado na disciplina a falta de conhecimentos cartográficos básicos por parte de um grupo de alunos, tais como sistemas de projeções, sistemas de coordenadas e de escala. A disciplina é oferecida pelo instituto de geografia que possui uma área de geotecnologias onde estão lotadas as disciplinas da graduação de cartografia, sensoriamento remoto e geoprocessamento. O curso é ministrado nos laboratórios Geoprocessamento, cartografia e sensoriamento remoto. Estes laboratórios contam com 12 microcomputadores, plotter, scanner, um conjunto 300 de cartas topográficas, escala 1: a 1: , imagens dos satélites SPOT, LANDSAT, IKONOS E CBERS, em papel e meio digital, além de fotografias aéreas de áreas urbanas, na escala 1:2000 e 1:8000, e de áreas rurais na escala 1: O livro de introdução ao sensoriamento remoto (Rosa, 2001) é utilizado como livro texto na disciplina. Os softwares disponíveis no laboratório de geoprocessamento são os seguintes: -GRASS 4.l - O Geographic Resouces Analysis Support System é um SIG desenvolvido pelo corpo de engenheiros do exército americano, desenhado para uso em atividades de planejamento ambiental e gerenciamento de recursos naturais. É um SIG interativo baseado no formato raster e vetorial, com funções voltadas para a análise de imagens, análise estatística e banco de dados. -MAPINFO trata-se de um SIG destinado a estudos urbanos (cartografia) e banco de dados, desenvolvido pela Mapping Information Systems Corporation (EUA) para trabalhar com sistema operacional DOS em equipamentos compatíveis com IBM PC/AT E ps/2. -SPRING (Sistema de PRocessamento de Informação Geo-referenciadas) - Trata-se de um sistema para geoprocessamento que inclui um banco de dados geográficos, desenvolvido pela Divisão Espaciais (INPE). O SPRING permite adquirir, armazenar, combinar, analisar e recuperer informações codificadas espacial e não-espacialmente. É um sistema que combina funções de processamento de imagens, análise espacial e modelagem numérica de terreno, em um único ambiente interativo. -IDRISI- é um SIG desenvolvido pela Graduate School of Geography at Clark University, Massashussets, baseado no formato raster de representação dos dados para microcomputadores compatíveis com a linha IBM PC/AT e PS/2. O usuário pode desenvolver programas específicos de forma a atender novas aplicações. Utiliza banco de dados externo com interface para o dbase. Permite a migração de dados para o ERDAS e para o ARC/INFO. Este sistema é indicado para atividades de ensino, pois trata-se de um sistema que tem praticamente todas as funções que são normalmente encontradas em um SIG de maior porte. -MICROSTATION 5- é um software de cartográfica digital desenvolvido por Bentley Systems, Incorporate (EUA). Roda sob o sistema operacional MS-DOS em microcomputadores PC 486. Comprende modeladores 2D e 3D, gerador de imagens renderizadas, gerador de animações, interface com banco de dados e linguagens de programação. -ARCVIEWGIS- desenvolvido pela ESRI (EUA) para computadores compatíveis com a linha IBM-PC e que opera sobre o ambiente Windows. Trabalha com dados vetorias e raster, possibilita a captura de dados via digitalização e permite a customerização pela linguagem de programação Avenue. É aplicado sobretudo no meio urbano. -AutoCAD MAP- software de cartografia digital, que possui algumas funções típicas de SIG. Funciona em computadores compatíveis com a linha IBM-PC em ambiente do Windows 95 ou Windows NT. Possui ferramenta de digitalização, edição e impressão, possibilita a integração das estruturas aplicado no meio rural e urbano. Para as aulas práticas de processamento digital é utilizado o sistema de geoprocessamento SPRING3.4. Ele foi escolhido por ser de distribuição gratuita, o que facilita a disseminação da tecnologia para outras instituições. 3. MATERIAIS E METODOLOGIA Os recursos materiais utilizados na disciplina sensoriamento remoto, disponíveis no Laboratório de cartografia e sensoriamento remoto o Instituto de Geografia da Universidade Federal de Uberlândia (LACAR/IGUFU/UFU). são: Produtos analógicos: o Imagens TM/landsat órbita/ponto 221/073, do município de Uberlândia, escalas 1: e 1: o Fotografias aéreas pancromáticas e coloridas nas escalas 1:8000 e 1: da área urbana e rural. o Cartas topográficas nas escalas 1:25000 e 1: (IBGE, 1972; Brasil, 1985).

3 Produtos Digitais: o Imagens TM5/Landsat órbita/ponto 221/073 de 1997 e 2001, bandas 1, 2, 3, 4, 5 e 6,. o Imagem ETM7/Landsat 221/073 de 2001 bandas 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7 e 8. o Imagem Ikonos pancromática do município de Montes Claros, Equipamentos: o Mesa digitalizadoras Vangog, formato a1 o Três GPS s de navegação o 12 microcomputadores Pentium 3 e 4, com 256Mb memória RAM, 20 gb de disco rígido. Para o ensino das técnicas de processamento digital de imagens, utiliza-se o SPRING. A escolha do software SPRING baseou-se nas experiências obtidas desde a versão 1.0 de 1993 (Brito, 2001). Este software tem a facilidade de ser escrito em português e de ser de domínio público, o que facilita a sua aplicação no meio acadêmico. O SPRING foi desenvolvido pelo INPE (Instituto Nacional de Pesquisas Espaciais), pela EMBRAPA (Empresa Brasileira de Pesquisa Agropecuária) e pela IBM. O SPRING é um sistema para processamento em ambiente UNIX e Windows, que inclui um banco de dados geográficos, o qual permite adquirir, armazenar, combinar, analisar e recuperar informações codificadas espacial e não espacialmente, ou seja, é um sistema que combina funções de processamento de imagens, análise espacial e modelagem numérica do terreno, em um único software (Câmara et. al. 1996; INPE, 2004). As principais funções disponíveis no SPRING são : Entrada de dados - O SPRING lê imagens dos satélites Landsat, Spot, ERS-1 e NOAA e realiza registro imagem-mapa e imagemimagem, através da localização interativa de pontos de controle. Mapas Temáticos podem ser digitalizados em tabletes, editados e rotulados de forma interativa. A topologia das entidades espaciais vetoriais é criada e armazenada no sistema. O sistema fornece doze padrões de projeção cartográfica para satisfazer as variadas necessidades dos usuários de Geoprocessamento; Modelagem Digital do Terreno- Cálculos de modelagem digital de terreno incluem a determinação de grades regulares a partir de pontos esparsos, plotagem de contornos, fatiamento, geração de mapas de declividade e aspecto, determinação de volumes e perfis e visualização 3D; Análise Espacial e acesso a Banco de Dados - As funções de análise do SPRING 0.4 incluem operações espaciais (como reclassificação, superposição de mapas temáticos, mapas de distância, tabulação cruzada, ponderação de temas) e acesso ao banco de dados; Processamento de Imagens - As funções de realce e tratamento de imagens multiespectrais incluem: manipulação de histograma, filtragem espacial, operações aritméticas, classificadores de máxima verossimilhança e de segmentação, transformação IHS-RGB e análise de componentes principais; Produção de mapas - A produção de mapas de alta qualidade é assegurada por funções para composição gráfica interativa, incluindo o gerenciamento de uma biblioteca de símbolos (no formato DXF) e a geração automática de legendas e grades. A metodologia aplicada, através das aulas teóricaspráticas tem por objetivo explicar os princípios físicos que interferem na obtenção de dados de sensoriamento remoto, as características básicas dos dados adquiridos frente ao comportamento dos alvos presentes na paisagem, os principais sistemas sensores ora disponíveis e a importância da utilização na Geografia. Ao final da disciplina o aluno deverá estar apto a interpretar imagens e fotografias aéreas e elaborar mapas de uso do solo e cobertura vegetal natural utilizando o sistema de geoprocessamentospring3.4. O curso é oferecido sempre no segundo semestre, com uma carga horária total de 90 horas, sendo 45 horas teóricas e 45 horas práticas, sendo ministrado em dois módulos: Modulo 1 Introdução ao Sensoriamento remoto Conhecer os elementos envolvidos na fase de aquisição de dados de sensoriamento remoto; Entender de que forma as imagens de satélite e fotografias aéreas são obtidas; Conhecer o comportamento espectral dos minerais/rochas, solos, vegetação e água, quando da interação com a radiação eletromagnética; Conhecer os sistemas sensores ora disponíveis, bem como as características de cada um deles; Saber interpretar imagens de satélite e fotografias aéreas, de forma a obter informações de caráter geográfico; Dominar às técnicas de processamento digital de imagens: correção, realce e classificação.

4 Modulo II Processamento digital de Imagens utilizando o software SPRING Apresentação do Sistema SPRING Principais Passos para operar o SPRING Leitura de imagens através do módulo IMPIMA Registro de imagens Operação de contraste e geração de composição colorida Classificação de imagens (supervisionada e não supervisionada) por pixels e por regiões (segmentação) Importação de arquivos dxf Geração de cartas no módulo SCARTA Exemplo: Geração de um mapa de uso da terra Impressão de mapas no módulo iplot. A avaliação da disciplina consiste em uma prova teórica, onde são testados o aprendizado sobre os conceitos fundamentais de sensoriamento remoto, a apresentação de um seminário sobre os sistemas satélites, onde os alunos tem a oportunidade de conhecer a grande maioria dos sistemas satélites existentes e os futuros sistemas. Finalmente, os alunos produzem um artigo, contendo mapas de uso da terra e cobertura vegetal elaborados nos sistema de geoprocessamento SPRING, onde são comparadas as técnicas de interpretação visual com as técnicas de classificação de imagens. 4. RESULTADOS Como resultados, os alunos têm produzido mapeamentos do uso do solo e cobertura vegetal, onde são utilizadas as técnicas de interpretação visual de imagens e classificação digital, utilizando os métodos disponíveis no SPRING4.0. A seguir é mostrado um exemplo de um trabalho desenvolvido no curso em 2003 (Bezerra et. al, 2003). Bezerra et. al. durante a disciplina de sensoriamento remoto do mestrado em Geografia (turma de 2003), utilizaram as técnicas interpretação visual, classificação por MAXVER e segmentação de imagens para a elaboração do mapa de uso da terra microbacia do córrego Lamarão (tabela 1, Figuras 1 e 2)) e concluíram que o reconhecimento de campo foi fundamental na avaliação do desempenho dessas três técnicas. Segundo o autor, os mesmos alvos apresentam comportamentos espectrais distintos em função das diferentes datas de plantio, épocas do ano e diferenças nos tipos de solos. Esses detalhes somente podem ser elucidados com um bom controle de campo. Além disso, as classes de Mata de Galeria e cerradão não apresentaram problemas nas suas delimitações em nenhuma das técnicas utilizadas, o que não foi o caso da separação entre pastagem cultivada e Campo Sujo. TABELA 1 - CLASSES DE USO DA TERRA E COBERTURA VEGETAL NATURAL DA MICROBACIA DO CÓRREGO LAMARÃO, DF, OBTIDAS PELA INTERPRETAÇÃO VISUAL, CLASSIFICAÇÃO POR MAXVER E SEGMENTAÇÃO DE UMA IMAGEM DO LANDSAT ETM+. Classes de Cobertura do Solo Interpretação Visual (ha) MaxVer (ha) Segmentação (ha) Cerrado Campo Sujo Mata de Galeria Pastagem Reflorestamento Agricultura Solos Expostos Cerradão Agricultura Irrigada Cultura Perene Água Pivô Central Área Total FONTE: Bezerra et; al. (2003).

5 Pivo Central Água Cultura Perene Agric. Irrigada Cerradao Solo Exposto Agricultura Reflorestamento Pastagem Mata Campo Sujo Cerrado Segmentação MaxVer Interpretação Visual Fig. 1 - Quantificações de áreas (em hectares) das classes de cobertura do solo da bacia do córrego Lamarão, obtidas pelos métodos de interpretação visual, MaxVer e técnica de segmentação. FONTE: Bezerra et. al. (2003) Agricultura Agricultura Irrigada Água Campo Sujo Cerradão Cerrado Cultura Perene Mata Pastagem Pivô Central Reflorestamento Solo Exposto N km Fig. 2 - Mapa de cobertura do solo da microbacia do córrego Lamarão, elaborado a partir das técnicas de segmentação (limiar = 15, tamanho do pixel = 10 metros, Sistema de Processamento de Informações Georreferenciadas SPRING) e de classificação por Isoseg (limiar de aceitação = 95%). Fonte: Bezerra et. al (2003).

6 5. CONSIDERAÇÕES FINAIS As experiências da aplicação desta metodologia, considerando as aulas teóricas e as práticas, foram satisfatórias. No entanto, devido ao perfil dos alunos, de diversas áreas, percebeu-se uma de conhecimentos cartográficos básicos por parte dos mesmos, tais como sistemas de projeções, sistemas de coordenadas e de escala. O uso do SPRING4..0 apresentou como vantagem principal a facilidade de aquisição do software, que possibilita o seu uso nas instituições de ensino/empresas de origem dos alunos, porém apresentou como principal desvantagem a dificuldade dos alunos em dominar os conceitos de modelagem espacial dos dados no SPRING. Além disso, a Um dos principais problemas encontrado no curso é a falta de conhecimentos cartográficos básicos por parte dos alunos, tais como sistemas de projeções, sistemas de coordenadas e de escala. A adoção do sistema de geoprocessamento SPRING para as aula práticas apresentou como principais vantagens a facilidade de ser escrito em português e de ser de domínio público, o que possibilita o uso do software nas instituições de origem dos alunos, divulgando assim, a tecnologia. 6. REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS Brito, J.L.S, Adequação das potencialidades do uso da terra na bacia do Ribeirão bom Jardim, no Triângulo Mineiro: Ensaio de Geoprocessamento. FFLCH/USP (Tese de doutorado), São Paulo, 184 páginas. Bezerra, H.S; Sano, E.E; Brito, J.L..; Rosa, R, Comparação entre três métodos de elaboração de mapas de uso da terra: caso da microbacia do córrego Lamarão, Distrito Federal, In Anais do II Simpósio Regional de Geografia, Uberlândia, Minas Gerais, Brasil, pp Câmara, G.; Souza, R.C.M.; Freitas, U.M.; Garrido, J SPRING integrating remote sensing and GIS by object-oriented data modelling. Computer & Graphics, Vol.20, n.3, pp INPE. Instituto Nacional de Pesquisas Espaciais. Manual do SPRING. Disponível no site Acesso em 20 de novembro de Rosa, R., Introdução ao sensoriamento remoto. 5ª ed., Edufu, Uberlândia, 238 páginas.