Sensoriamento Remoto aplicado ao Monitoramento Ambiental

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1 Disciplina: Monitoramento e Controle Ambiental Prof.: Oscar Luiz Monteiro de Farias Sensoriamento Remoto aplicado ao Monitoramento Ambiental Andrei Olak Alves

2 2 espectro visível ultravioleta Sol infravermelho O que isso significa? Luz solar (branca) = energia visível (faz parte do espectro visível) O que é o espectro? Energia Radiante ou Radiação Solar Energia Incidente Energia Refletida Energia Absorvida ou Transmitida

3 3 Sensores Remotos Os sensores remotos se utilizam da radiação eletromagnética para captura dos dados, que pode ser tanto através de fonte natural (sol) como também por fonte de emissão artificial (radar). Em ambos os casos o sensor capta a energia refletida pelos objetos e armazena assim a resposta espectral de cada objeto à radiação submetida.

4 4 Tipos de Sensores Sensores Ativos (Não-imageadores): Possuem sua própria fonte de radiação eletromagnética, usualmente trabalhando em faixas restritas do espectro eletromagnético. Ex: radares

5 5 Tipos de Sensores Ativos

6 6 Tipos de Sensores - Ativos SRTM (Shuttle Radar Topography Mission) (Missão Topográfica por Radar do Ônibus Espacial) Dados altimétricos - 28/10/2001 SRTM

7 7 Tipos de Sensores - Ativos RADARSAT Principais Aplicações Impacto das atividades humanas sobre o meio ambiente; Monitoramento de fenômenos Andreinaturais. Olak Alves Baía da Guanabara RADARSAT-1

8 8 Tipos de Sensores Sensores Passivos (Imageadores): Não possuem fonte própria de radiação, por isso dependem da radiação solar como energia utilizada na captação da cena. Usualmente, medem radiação solar refletida ou radiação emitida pelos alvos, captando a faixa do espectro que compreende desde o ultravioleta até o infravermelho distante ou termal. Ex: sistemas fotográficos, scanners eletroóticos.

9 9 Tipos de Sensores Passivos (Imageadores)

10 10 Tipos de Sensores Passivos (Imageadores) LANDSAT 7 ETM+ 28/10/2001

11 11 Tipos de Sensores Passivos (Imageadores) CBERS 2 CCD 28/10/2001

12 12 Tipos de Sensores Passivos (Imageadores) IKONOS 28/10/2001

13 13 Tipos de Sensores Passivos (Imageadores) Os sistemas imageadores podem ser divididos em: Sistema de quadro ("framing systems"): adquirem a imagem da cena em sua totalidade num mesmo instante. Ex.: RBV. Landsat 1,2 e 3. Sistema de varredura ("scanning systems"). Ex.: TM, MSS, SPOT. 28/10/2001 Sistema fotográfico: Fácil de operar. Limitada capacidade de captar a resposta espectral (filmes cobrem somente o espectro entre ultravioleta próximo ao infravermelho distante). Limita-se as horas de sobrevôo e devido a fenômenos atmosféricos não permitem freqüentemente observar o solo a grandes altitudes.

14 14 Resolução dos Sensores Resolução Espacial -Resolução Espacial -Resolução Radiométrica -Resolução Espectral -Resolução Temporal

15 15 Resolução dos Sensores Resolução Espacial A resolução espacial é determinada pela capacidade do sensor em distinguir objetos na superfície terrestre. Por exemplo, uma resolução de 30 metros por pixel implica que objetos menores que isso, em geral, não serão discriminados pelo sistema. Enquanto maior a resolução espacial, menor será a área do mundo real abrangida por um pixel, e mais objetos poderão ser discriminados.

16 16 Resolução dos Sensores Resolução Espacial LANDSAT 7 ETM+ - Resolução Espacial 30m 30m

17 17 Resolução dos Sensores Resolução Espacial Tamanho do Pixel: 1m Largura da imagem: 783 pixels Altura da imagem: 524 pixels Tamanho do Pixel: 15m Largura da imagem: 52 pixels Altura da imagem: 35 pixels

18 18 Resolução dos Sensores Resolução Espacial

19 19 Resolução dos Sensores Resolução Radiométrica Está associada à sensibilidade do sistema sensor em distinguir dois níveis de intensidade do sinal de retorno. O número de níveis é comumente expresso em função do número de dígitos binários ( bits ) necessários para armazenar em formato digital o valor do nível máximo. O valor em bits é sempre uma potência do número 2, o que faz com que 6 bits, por exemplo, corresponda a 26 = 64 níveis.

20 20 Resolução dos Sensores Resolução Radiométrica Está associada à sensibilidade do sistema sensor em distinguir dois níveis de intensidade do sinal de retorno. b) 256 (8 bits) Nivel de Cinza (NC) a) 0 Comparação entre duas iamgens iguais, sendo porém uma com 1 bit (a) e a outra com 5 bits (b)

21 21 Resolução dos Sensores Resolução Radiométrica

22 22 Resolução dos Sensores Resolução Espectral É uma medida da largura das faixas espectrais do sistema sensor. Por exemplo, um sensor que opera na faixa de 0.4 a 0.45 um tem uma resolução espectral menor (melhor) do que o sensor que opera na faixa de 0.4 a 0.5 um.

23 23 Resolução dos Sensores Resolução Espectral

24 24 Resolução dos Sensores Resolução Espectral

25 25 Resolução dos Sensores Resolução Espectral LANDSAT 7 ETM+

26 26 Resolução dos Sensores Resolução Espectral B2-B B3-R B4-G

27 27 Resolução dos Sensores Resolução Temporal É o tempo que satélite leva para percorrer e imagear todo o globo terrestre.

28 28 Resolução dos Sensores Resolução Temporal É o tempo que satélite leva para percorrer e imagear todo o globo terrestre.

29 29 Resolução dos Sensores Resolução Temporal É o tempo que satélite leva para percorrer e imagear todo o globo terrestre.

30 30 Resolução dos Sensores Resolução Temporal É o tempo que satélite leva para percorrer e imagear todo o globo terrestre. Resolução Temporal dos Satélites CBERS 2 CCD (20m)...26 dias LANDSAT 7 ETM+ (30m)...15 dias IKONOS (1m)... 3 dias IKONOS (4m)... QUICKBIRD (0,72cm) 1,5 dia 3,5 dias...

31 31 Satélites: órbitas e características Órbita Geoestacionária Os satélites se situam no plano do Equador, a cerca de Km da superfície da Terra, completando um giro em torno da Terra em 24h, coincidindo com o período de rotação. Nesta órbita o satélite estará aparentemente imóvel quando visto da Terra.

32 32 Satélites: órbitas e características

33 33 Satélites: órbitas e características Órbita Heliossíncrona Uma órbita num plano quase polar, inclinado para um pequeno ângulo até ao eixo da Terra, que se processa lentamente no espaço, de modo a que a fase da órbita seja constante relativamente ao Sol. Tal fato permite que um satélite passe sobre um ponto da Terra, praticamente no mesmo tempo e local, todos os dias, independentemente da longitude, numa altitude de aproximadamente 1000km, cruzando o equador, mais ou menos 15 vezes por dia em cada sentido.

34 34 Satélites: órbitas e características

35 35 Satélites: órbitas e características Sensores Orbitais (Landsat)

36 36 Satélites: órbitas e características Sensores Orbitais (SPOT)

37 37 Satélites: órbitas e características Sensores Orbitais (Radarsat)

38 38 Satélites: órbitas e características Sensores Orbitais (Terra ASTER)

39 39 Satélites: órbitas e características Sensores Orbitais (Terra MODIS)

40 40 Satélites: órbitas e características Sensores Orbitais (CBERS)

41 41 Satélites: órbitas e características Sensores Orbitais (IKONOS)

42 42 Satélites: órbitas e características Sensores Orbitais (QuickBird)

43 43 Satélites: órbitas e características

44 44 Recepção, Armazenamento e Distribuição dos Dados Sistema Brasileiro de Coleta de Dados SCD1 CBERS 2 SCD2

45 45 Recepção, Armazenamento e Distribuição dos Dados Sistema Brasileiro de Coleta de Dados Centro de Controle de Satélites de Xian Centro de Controle de Satélites do INPE, em SJ Campos,SP

46 46 Recepção, Armazenamento e Distribuição dos Dados Sistema Brasileiro de Coleta de Dados A Estação Terrena de Cuiabá (ETC) foi instalada no Campus do INPE em 1992, onde já havia a Estação de Recepção e Gravação de Imagens do satélite americano LANDSAT. É a Estação Terrena principal de controle de todos os satélites operados pelo CRC. A ETC abriga, ainda, no seu prédio principal as Estações de Recepção de Carga Útil do satélites americanos NOAA e AQUA e que não são operados pelo CRC.

47 47 Recepção, Armazenamento e Distribuição dos Dados A Estação Terrena de Alcântara (ETA) foi instalada em 1993 dentro do Centro de Lançamento de Alcântara (CLA) do Comando da Aeronáutica do Ministério de Defesa. Foi a primeira Estação Terrena a receber o sinal do primeiro satélite construído e lançado pelo INPE em fevereiro de Em outubro de 2006 uma nova Estação, a ser operada pelo CRC, foi instalada ao lado da ETA. Esta é a Estação de Satélites Científicos (ESC). Sua função é operar em órbita os satélites científicos brasileiros EQUARS e MIRAX a serem lançados em 2008 e 2009, respectivamente. Enquanto isto não ocorrer, sua função é receber os dados dos instrumentos científicos embarcados no satélite francês COROT, em dezembro de lançado Andrei Olak Alves

48 48 Recepção, Armazenamento e Distribuição dos Dados Sistema Brasileiro de Coleta de Dados

49 49 Recepção, Armazenamento e Distribuição dos Dados Sistema Brasileiro de Coleta de Dados Interações entre a infra estrutura de solo

50 50 Recepção, Armazenamento e Distribuição dos Dados Sistema Brasileiro de Coleta de Dados O Segmento de Solo do CBERS apóia as atividades necessárias ao controle dos satélites e ao cumprimento dos objetivos de suas missões de sensoriamento remoto. As estações de recepção de imagens e os centros de processamento, no Brasil e na China, são a cadeia principal de recepção de imagens. Podem ser instaladas estações em outros países para estender a cobertura potencial do CBERS.

51 51 Exemplos de Aplicações Vantagens e Limitações de Diferentes Sensores Sempre será vantajoso trabalhar com dados de sensoriamento remoto, desde que isso atenda o objetivo proposto. De acordo com o objetivo proposto para sua pesquisa/trabalho, escolher-se-á o sensor mais adequado. 1) Para que será utilizada a imagem? Qual o objetivo? 2) Quais sensores/satélites poderão suprir as necessidades? - Qual imagem é a ideal para se trabalhar - Qual imagem é possível de ser adquirida - tempo (data da imagem em catálogo) - custo (preço para adquirir uma imagem) - vantagens (georreferenciada, ortoretificada, etc.)

52 52 Exemplos de Aplicações Monitoramento temporal

53 53 Exemplos de Aplicações Monitoramento temporal

54 54 Exemplos de Aplicações Estereoscopia Análises 3D

55 55 Exemplos de Aplicações Vantagens e Limitações de Diferentes Sensores

56 56 Exemplos de Aplicações Temperatura aparente

57 57 Exemplos de Aplicações Partículas em suspensão - Sedimentos

58 58 Exemplos de Aplicações Monitoramento da vegetação - NDVI

59 59 Exemplos de Aplicações Monitoramento da vegetação - NDVI

60 60 Exemplos de Aplicações Monitoramento da vegetação - NDVI

61 61 Exemplos de Aplicações Monitoramento da vegetação - NDVI

62 62 Exemplos de Aplicações Monitoramento da vegetação - NDVI IVP = reflectância no infravermelho próximo; V = reflectância no vermelho; A = reflectância no azul; C1 = coeficiente de correção dos efeitos atmosféricos para a banda do vermelho; C2 = coeficiente de correção dos efeitos atmosféricos para a banda do azul; L = fator de correção para a interferência do solo; G = fator de ganho.

63 63 Exemplos de Aplicações Monitoramento da vegetação - NDVI NDVI é mais sensível à presença de clorofila e outros pigmentos responsáveis pela absorção da radiação solar na banda do vermelho. EVI é mais sensível à variação da estrutura do dossel, incluindo o Índice de Área Foliar (IAF), a fisionomia da planta e a arquitetura do dossel. Fonte:

64 64 Exemplos de Aplicações Monitoramento da vegetação - NDVI

65 65 Exemplos de Aplicações Crescimento urbano

66 66 Exemplos de Aplicações Poluição do ar

67 67 Exemplos de Aplicações Poluição do ar

68 68 Exemplos de Aplicações Poluição do ar

69 69 Exemplos de Aplicações Poluição do ar

70 70 Exemplos de Aplicações Vantagens e Limitações de Sensores - Exemplos Exemplos trabalhos apresentados no XIII Simpósio Brasileiro de Sensoriamento Remoto, com aplicações voltadas ao meio ambiente.

71 71 Exemplos de Aplicações Vantagens e Limitações de Sensores - Exemplos 1) Áreas de uso e de conflito em APP na microbacia hidrográfica do Córrego Murtinho, Nova Xavantina MT. Heber Queiroz Alves Amintas Nazareth Rossete OBJETIVO: caracterizar e avaliar o uso e cobertura da terra na microbacia hidrográfica do Córrego Murtinho. Área Estudo: km Sat./Sensor: Cbers 2 CCD Metod.: Classificação Digital Software: SPRING 4.2

72 72 Exemplos de Aplicações Vantagens e Limitações de Sensores - Exemplos 1) Áreas de uso e de conflito em APP na microbacia hidrográfica do Córrego Murtinho, Heber Queiroz Alves Amintas Nazareth Rossete Xavantina MT. Nova Não houve necessidade de uma imagem de alta resolução.

73 73 Exemplos de Aplicações Vantagens e Limitações de Sensores - Exemplos 2) Analise temporal do uso da terra no município de Cristalina-GO a partir da utilização de imagens Landsat5TM. Maria Gonçalves da Silva Barbalho Flávia Gonçalves Barbalho et al. OBJETIVO: análise temporal de uso e da terra dos anos de 1989 e 2005, cruzar com dados de caracterização física da região e identificar o grau de comprometimento em que a drenagem da área se encontra e com isso subsidiar o planejamento e gestão do solo e da água. Área Estudo: km Sat./Sensor: Cbers 2 CCD Metod.: Classificação Digital 1989 e 2005 Software: SPRING

74 74 Exemplos de Aplicações Vantagens e Limitações de Sensores - Exemplos 2) Analise temporal do uso da terra no município de Cristalina-GO a partir da utilização de imagens Landsat5TM. Maria Gonçalves da Silva Barbalho Flávia Gonçalves Barbalho et al.

75 75 Exemplos de Aplicações Vantagens e Limitações de Sensores - Exemplos Análise do Clima Urbano Temperatura Aparente. Atlas Ambiental de São Paulo.

76 76 Exemplos de Aplicações Vantagens e Limitações de Sensores - Exemplos Previsão do Tempo CPTEC Centro de Previsão de Tempo e Estudos Climáticos.

77 77 Exemplos de Aplicações Vantagens e Limitações de Sensores - Exemplos - Resolução Espacial x Resolução Espectral. LANDSAT 7 QUICKBIRD BANDA 6 I.V. TERMAL TEMPERATURA QUICKBIRD

78 78 Exemplos de Aplicações Vantagens e Limitações de Sensores - Exemplos - Resolução Espacial x Resolução Espectral. - 1 câmera com 9 sensores; - não possibilita par estéreo. LANDSAT 7-3 câmeras com 5, 3 e 2 sensores, ambos com diferentes resolução espacial; - possibilita par estéreo. CBERS 2

79 79 Exemplos de Aplicações Vantagens e Limitações de Sensores - Exemplos - Resolução Temporal QUICKBIRD LANDSAT 7 CBERS 2 - CCD Tempo de revisita: Tempo de revisita: Tempo de revisita: 16 dias 3 dias 26 dias

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