Sensoriamento Remoto aplicado ao Monitoramento Ambiental

Transcrição

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

2 2 PROCESSAMENTO DE IMAGENS espectro visível ultravioleta infravermelho O que isso significa? Luz 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

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4 4 Definição O Sensoriamento Remoto é a utilização de sensores para aquisição de informações sobre objetos ou fenômenos sem que haja contato direto entre eles ; os sensores remotos, por sua vez, são sistemas fotográficos ou óptico-eletrônicos capazes de detectar e registrar, sob a forma de imagens ou não, o fluxo de energia radiante refletido ou emitido por objetos distantes (INPE, 2006)

5 5 Definição Novo (1998, p.3), também apresenta Sensoriamento Remoto, como sendo a uma definição de utilização conjunta de modernos sensores, equipamentos para processamentos de dados, equipamentos de transmissão de dados, aeronaves, espaçonaves, etc. com o objetivo de estudar o ambiente terrestre através do registro e da análise das interações entre a radiação eletromagnética e as substâncias componentes do planeta Terra em suas mais diversas manifestações.

6 6 Histórico Uma nova Tecnologia Desde o começo da civilização, a humanidade tem sempre tentado ver o invisível, procurando sobre a superfície da Terra e dos oceanos, e além no espaço sideral. Nem todos os métodos antigos, nem alguns dos posteriores foram bem sucedidos por esta razão: simplesmente faltava a tecnologia...

7 7 Histórico Gaspard Felix Tournachon, também conhecido como NADAR, foi um famoso balonista e fotógrafo francês que carregava suas câmeras volumosas pelos ares. Suas observações aéreas chamaram a atenção dos militares.

8 8 Histórico A Brigada de Balões do Exército Americano (1862) Foi desativada no ano seguinte: possuía a capacidade de atrair fogo inimigo!

9 9 Histórico A Brigada de Pombos da Bavária (1903) Liberar os pombos atrás das linhas inimigas não era uma tarefa fácil.

10 10 Histórico Primeiras fotografias de um aeroplano: Irmãos Wright (1909)

11 11 Histórico A Grande Guerra ( ): os alemães adquiriram fotografias por dia como parte do seu planejamento para a grande ofensiva de 1918, e o Exército Americano imprimiu mais de um milhão de fotografias nos quatro últimos meses da guerra.

12 12 Histórico Primeira Imagem de um Sensor Orbital (1960)

13 13 Histórico Primeiro Satélite Civil de Sensoriamento Remoto (1972) Em 1972, a NASA lançou o primeiro Earth Resources Technology Satellite (ERTS-1). O nome do satélite foi mudado posteriormente para LANDSAT, cujas versões de 2 a 5 forneceram mais dados sobre da Terra do que pode ser analisado. O programa foi tão bem sucedido que continua até hoje, com o recente lançamento em abril de 1999 do LANDSAT-7.

14 14 Histórico O Buraco de Ozônio (1985) Nimbus-7 Total Ozone Mapping Spectometer (TOMS)

15 15 Histórico Desmatamento na Amazônia (1986) Landsat

16 16 Histórico Incêndio nos Campos de Petróleo do Kwait (1991) Landsat

17 17 Histórico Furacão Andrew (1992)

18 18 Histórico Cheia do Rio Mississipi (1993) Landsat

19 Princípios Físicos: Radiação Eletromagnética espectro visível ultravioleta Sol infravermelho O que isso significa? Luz branca = energia visível (faz parte do espectro visível) O que é o espectro? 19 Energia Radiante ou Radiação Solar

20 20 Princípios Físicos: Radiação Eletromagnética energia Quando balançamos uma corda, por exemplo, e transferindo energia para ela, podemos perceber que esta energia vai se propagando em forma de onda. Quanto maior a freqüência, maior será a energia e velocidade, e menor o comprimento da onda. (+) freqüência (-) comprimento da onda (+) velocidade (+) energia Fonte: Andrei Olak Alves Adaptado de Stefffen, 2012 <

21 21 Princípios Físicos: Radiação Eletromagnética energia Quando balançamos uma corda, por exemplo, e transferindo energia para ela, podemos perceber que esta energia vai se propagando em forma de onda. Quanto menor a freqüência, menor será a energia e velocidade, e maior o comprimento da onda. (-) freqüência (+) comprimento da onda (-) velocidade (-) energia Fonte: Andrei Olak Alves Adaptado de Stefffen, 2012 <

22 22 Princípios Físicos: Radiação Eletromagnética energia Diferentes tipos de energia dependem do meio material (como a corda) para se propagar. No entanto, a energia radiante pode se deslocar através do vácuo; neste caso, os físicos dizem que a radiação se propaga através de um meio denominado campo eletromagnético e, por isso, é também denominada Radiação Eletromagnética (REM). Fonte: Andrei Olak Alves Adaptado de Stefffen, 2012 <

23 23 Princípios Físicos: Radiação Eletromagnética A radiação eletromagnética se comporta de acordo com os fundamentos de teoria de onda e consiste em um campo elétrico (E) que varia em magnitude em uma direção perpendicular à direção na qual a radiação está viajando, e um campo magnético (M) orientado em ângulo reto com o campo elétrico. Ambos campos viajam a velocidade da luz: Comprimento de onda curto Comprimento de onda longo Alta freqüência Alta energia Baixa freqüência Baixa energia Fonte: Andrei Olak Alves Adaptado de Stefffen, 2012 <

24 24 Princípios Físicos: Radiação Eletromagnética Os comprimentos de onda da radiação eletromagnética podem ser medidos em metros e em sub-unidades como: - nanometro (1nm = m) ou - micrometro (1mm = m). Por outro lado as freqüências podem ser tão altas que são medidas em: - Gigahertz (1Ghz = de ciclos por segundo) ou - Megahertz (1MHz = de ciclos por segundo). Fonte: Andrei Olak Alves Adaptado de Stefffen, 2012 <

25 25 Princípios Físicos: Radiação Eletromagnética * Raio X: 300 PHz a 60 EHz Fonte:

26 26 Princípios Físicos: Radiação Eletromagnética Fonte:

27 27 Princípios Físicos: Espectro Eletromagnético Espectro Eletromagnético Se organizarmos todo o nosso conhecimento sobre os diferentes tipos de radiação eletromagnética, teremos um gráfico denominado Espectro Eletromagnético, que foi construído com base nos comprimentos de onda (ou freqüências) das radiações conhecidas.

28 28 Princípios Físicos: Espectro Eletromagnético A faixa espectral visível no espectro eletromagnético, denominada LUZ, situa-se entre 400nm e 700nm. Dependendo do comprimento de onda, a luz produz as diferentes sensações de cor que percebemos. Por exemplo, as radiações da banda entre 400nm até 500nm, ao incidir em nosso sistema visual, nos transmitem as várias sensações de azul e cian, as da banda entre 500nm e 600nm, as várias sensações de verde e as contidas na banda de 600nm a 700 nm, as várias sensações de amarelo, laranja e vermelho.

29 29 Princípios Físicos: Espectro Eletromagnético

30 30 Princípios Físicos: Espectro Eletromagnético

31 31 Princípios Físicos: Interação energia-terra espectro visível ultravioleta Sol infravermelho O que isso significa? Luz solar (branca) = energia visível (faz parte do espectro visível) O que é o espectro? 1 Energia Radiante ou Radiação Solar Energia Incidente Energia Refletida Energia Absorvida ou Transmitida

32 32 Princípios Físicos: Interação da Energia com a superfície da Terra Assinatura Espectral

33 33 Princípios Físicos: Interação da Energia com a superfície da Terra - Atmosfera A atmosfera interfere de forma significativa nos dados de SR. Ela absorve ou espalha a radiação de forma diferenciada em função dos comprimentos de onda. De toda a radiação solar que chega à Terra, somente 50% atinge a superfície devido, principalmente, ao efeito atenuante do ozônio e de outros gases ionizados presentes na atmosfera. As partículas presentes na atmosfera, como aerossóis, poeiras, moléculas de diversos gases, com diferentes tamanhos interferem na radiação que chega aos alvos terrestres ou ao sensor.

34 34 Princípios Físicos: Interação da Energia com a superfície da Terra - Atmosfera Quanto maior a camada atmosférica a ser atravessada e quanto mais partículas presentes nela, maior será o efeito atmosférico. A camada atmosférica pela manhã e ao entardecer é bem maior do que ao meio dia e isso está relacionado com o céu vermelho que vemos ao entardecer. Camada atmosférica ao nascer e por do sol Rotação Poente SOL Meio dia Polo Norte Nascente mais afetados (ultravioleta) menos afetados

35 35 Princípios Físicos: Interação da Energia com a superfície da Terra - Atmosfera

36 36 Princípios Físicos: Interação da Energia com a superfície da Terra Quando a radiação solar atinge a superfície terrestre, interage com os diversos objetos, podendo ocorrer: Reflectância, Absortância, Transmitância. A reflexão ocorre quando a radiação que incide sobre um objeto é refletida por ele. Ela pode ser difusa ou especular. Reflexão difusa Reflexão especular

37 37 Princípios Físicos: Interação da Energia com a superfície da Terra Quando a radiação solar atinge a superfície terrestre, interage com os diversos objetos, podendo ocorrer: Reflectância, Absortância, Transmitância. A absorção ocorre quando a radiação não é refletida, mas sim absorvida ou, de alguma forma, transformada pelo objeto. É o que ocorre com as plantas verdes que absorvem a energia fotossinteticamente para realizar o processo da fotossíntese e para os processos de respiração. A energia absorvida é usada para aumentar a temperatura do objeto e posteriormente emitida e também pode ser detectada por SR.

38 38 Princípios Físicos: Interação da Energia com a superfície da Terra Quando a radiação solar atinge a superfície terrestre, interage com os diversos objetos, podendo ocorrer: Reflectância, Absortância, Transmitância. A transmissão ocorre quando a radiação atravessa parcial ou inteiramente um objeto, ou seja, a capacidade de transmitir energia radiante é indicada pela sua transmitância.

39 39 Princípios Físicos: Interação da Energia com a superfície da Terra Quando a radiação solar atinge a superfície terrestre, interage com os diversos objetos, podendo ocorrer: Reflectância, Absortância, Transmitância. EI ( ) = E R ( ) + E A ( ) + E T ( ) EI ( ) = Energia incidente ER ( ) = Energia refletida EA ( ) = Energia absorvida ET ( ) = Energia transmitida

40 40 Princípios Físicos: Interação da Energia com a superfície da Terra Andrei Olak Alves Fonte:

41 41 Princípios Físicos: Interação da Energia com a superfície da Terra

42 42 Princípios Físicos: Interação da Energia com a superfície da Terra Os diversos objetos da Terra interagem com a radiação de formas diferentes, fazendo com que cada objeto possua uma reflectância/resposta espectral com características próprias. Assinatura Espectral

43 43 Princípios Físicos: Interação da Energia com a superfície da Terra Assinatura Espectral

44 44 Princípios Físicos: Interação da Energia com a superfície da Terra

45 45 Sistemas de Sensores e Satélites 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