Distribuidor Erdas e RapidEye no Brasil SENSORIAMENTO REMOTO: CONCEITOS, TENDÊNCIAS E APLICAÇÕES Imagens de Satélites Orbitais Contato: Santiago & Cintra Consultoria E-mail: contato@sccon.com.br Fone: (11) 5543-3433 Santiago & Cintra Consultoria Rua Vieira de Morais, 420 12 Andar - Campo Belo 04617-000 São Paulo/SP (11) 5543-3433
1. Conceitos Sensoriamento Remoto: Conjunto de técnicas que permite a obtenção de informações de um objeto sem necessidade de contato direto com ele, realizado pela detecção da energia eletromagnética dele proveniente, através de um sensor. De acordo com a Resolução 41/65 da ONU (9/12/1986), pode também ser conceituado como obter informações da Terra a partir do espaço, utilizando as propriedades das ondas eletromagnéticas emitidas, refletidas ou difracionadas pelos objetos sensoriados, para melhorar a gestão dos recursos naturais, o uso da terra e a proteção do meio ambiente. Sensoriamento Remoto Orbital: considera o uso de sensores em plataformas orbitais. Os dados de sensoriamento remoto orbital podem ser considerados um dos insumos mais importantes no processo de geração de informações geográficas. Ao longo dos últimos 36 anos, o Brasil consolidou a sua posição como um dos grandes usuários de imagens orbitais do mundo. Sensoriamento Remoto Suborbital: considera o uso de sensores em aeronaves, adquirindo fotografias aéreas (em formato analógico ou digital), videografia, dados LASER ou LIDAR. Espectro electromagnético: É a distribuição da intensidade da radiação eletromagnética com relação ao seu comprimento de onda ou freqüência. Abrange todo o intervalo da radiação eletromagnética: ondas de rádio, microondas, infravermelho, luz visível, raios ultravioleta, raios X e radiação gama. Figura 1. Espectro eletromagnético. (Fonte: Teng, 2008) 2/10
Resolução: refere-se a habilidade que um sistema sensor possui para distinguir objetos na superfície da Terra. Em Sensoriamento Remoto o termo resolução desdobra-se em quatro categorias: resolução espacial, resolução espectral, resolução radiométrica e resolução temporal. Resolução espacial: A resolução espacial é determinada pela capacidade do sensor em distinguir objetos na superfície terrestre. Em geral, a resolução espacial de um detector é expressa em termos do seu campo instantâneo de visada ou IFOV ("instantaneous field of view"), que define a área do terreno focalizada a uma dada altitude pelo instrumento sensor. De uma forma simplificada, o IFOV representa o tamanho do pixel. Figura 2. Ilustração de uma mesma cena coletada por diferentes sensores. (Fonte: Web, não identificada) 3/10
Resolução espectral: A resolução espectral é um conceito inerente às imagens multiespectrais de Sensoriamento Remoto, sendo definida pelo número de bandas espectrais de um sistema sensor e pela amplitude do intervalo de comprimento de onda de cada banda. O sistema óptico (espelhos e lentes) recebe a radiação refletida ou emitida pela superfície terrestre e o detector é responsável pela sensibilidade e pelo intervalo espectral de cada banda. A Figura a seguir apresenta a distribuição das bandas espectrais dos principais satélites utilizados no Brasil. Figura 3. Bandas espectrais dos principais satélites. (Fonte: Santiago & Cintra Consultoria, 2008) Resolução radiométrica: A resolução radiométrica é dada pelo número de valores digitais representando níveis de cinza, usados para expressar os dados coletados pelo sensor. Quanto maior o valor, maior é a resolução radiométrica. O número de níveis de cinza é expresso em função do número de dígitos binários (bits) necessários para armazenar, em forma digital, o valor do nível máximo. Como exemplo, o satélite SPOT 5 têm resolução radiométrica de 8 bits, o que significa o registro de imagens em 256 níveis de cinza, enquanto os satélites RAPIDEYE têm 12 bits, ou 4096 níveis de cinza. A diferença de discriminação entre estes dois sensores é de 16 vezes, exatamente a mesma diferença ilustrada na figura a seguir. Logo depois é apresentado um gráfico com as curvas de comportamento espectral de quatro alvos: solo arenoso, solo argiloso, vegetação e rio turvo. 4/10
Figura 4. Comparação da resolução radiométrica de uma imagem com 1 bit (esquerda) e a mesma imagem (direita) com uma resolução radiométrica de 5 bits. (Fonte: Crosta, 1993) Figura 5. Curvas de comportamento espectral de quatro elementos. (Fonte: Projeto REDIN - Recursos Digitais Integrados) Figura 6. Fatores de reflectância de alguns sensores. Fonte: Galvão, Simpósio de Cartografia (2008) 5/10
Na figura anterior pode-se observar os fatores de reflectância de alguns sensores, verificando-se as diferenças entre os sensores considerados. Resolução temporal: a resolução temporal está relacionada com a capacidade que um sistema sensor tem de voltar a adquirir imagens de um mesmo ponto da Terra. Este tipo de resolução tem assumido uma importância cada vez maior, pois a capacidade com que os dados orbitais são adquiridos e disponibilizados constitui um aspecto fundamental para o sucesso na tomada de decisões para gestão da ocupação do solo, de controle e vigilância das fronteiras, de monitoramento e proteção ambiental e de repressão às atividades ilegais, entre outras. 2. Tendências Aumento da resolução espacial Resoluções mais detalhadas têm sido disponibilizadas numa freqüência cada vez maior: dos 30 m dos anos 80 chegamos a resoluções submétricas no século XXI. Aumento da resolução espectral Cada elemento da natureza apresenta um comportamento espectral próprio, denominado assinatura espectral, o que permite ao usuário discriminar elementos em uma imagem. Quanto maior for a resolução espectral, maior a capacidade de discriminar os elementos. As imagens adquiridas por sensores de alta resolução espectral atualmente disponíveis ou a serem lançados (32 a 242 bandas), denominados hiperespectrais, em diferentes resoluções, tendem a permitir a caracterização de diversos alvos e ecossistemas terrestres, pois coletam dados em dezenas/centenas de bandas espectrais. Através do estudo deste grande número de bandas espectrais, ecossistemas terrestres complexos podem ser imageados e classificados mais precisamente. Aumento da largura da faixa de imageamento Imagens com áreas mais abrangentes permitem minimizar o efeito das condições atmosféricas em cada cena individual. Para exemplificar, o recobrimento de uma área de 250 mil km2 (equivalente ao Estado de São Paulo), exige de 83 cenas de 60x60km ou 49 cenas de 77x77km. 6/10
Melhoria da resolução radiométrica A evolução verificada no hardware e no software de processamento digital de imagens tem sido exponencial. Das imagens de 8 bits dos anos 80 os usuários passaram a dispor de imagens com 11 ou 12 bits, ou até mesmo 16 bits (sensor ALI, do EO-1). Melhoria da Resolução temporal Todo e qualquer planejamento pressupõe o conhecimento da situação atual e a definição dos objetivos a serem atingidos dentro do período considerado, para que se possa definir então como estes objetivos serão efetivamente implementados. Neste sentido, é indiscutível a necessidade de geração de informações precisas e atualizadas sobre o território a ser analisado. A facilidade de acesso às imagens vai permitir aumentar o número de usuários e a quantidade de projetos realizados, permitindo uma melhor compreensão da realidade de cada região. Suporte Técnico Com o aumento da oferta de imagens, o suporte técnico passa a ser uma preocupação do usuário. É preciso dispor de um serviço eficiente de suporte para dirimir as dúvidas e apoiar os usuários na adequada utilização dos produtos. 3. Aplicações das Imagens de Satélite RapidEye Diferenciais importantes para fins de Mapeamento Cartográfico e Temático: O processo de fusão digital de imagens com resoluções espaciais diferentes (banda pancromática + bandas multiespectrais) exige a interpolação dos pixels, o que resulta em perdas da informação radiométrica, uma vez que as imagens reamostradas possuem o inconveniente de terem os valores espectrais originais de cada pixel alterados pela diminuição da resolução espacial, o que prejudica tanto a interpretação visual, como os processamentos de classificação digital subseqüentes. Este processamento (fusão) não é necessário nas imagens RapidEye, pois todas as bandas são adquiridas com a mesma resolução espacial. A tecnologia RapidEye permite a coleta de imagens em bandas multiespectrais com a mesma resolução espacial e possibilita a produção de ortoimagens no padrão de exatidão cartográfica planimétrica compatível com o mapeamento sistemático e temático na escala 1:25.000, sem a necessidade de coleta de 7/10
imagens em bandas pancromáticas, com resolução espacial diferente das demais bandas multiespectrais. Faixas espectrais disponíveis: as imagens RapidEye apresentam cinco bandas espectrais, que cobrem uma grande faixa do espectro. Além disso, dispõe da banda Red Edge, localizada entre o vermelho e o infravermelho próximo, e especialmente incluída para auxiliar na discriminação da vegetação e de corpos aquáticos. Banda Faixa Espectral Azul 400-550 Verde 500-650 Vermelho 600-700 Red Edge 700-750 Infravermelho 750-900 Verifica-se que a informação geográfica tem assumido relevância para tomada de decisões, já que os sistemas de apoio à decisão (sistemas de monitoração do território, de gerenciamento de redes, e outros) são altamente dependentes deste tipo de informação. A qualidade das soluções para planejamento de empreendimentos e sua operação é diretamente influenciada pela qualidade da base de dados utilizada e pelo tempo em que estas soluções são disponibilizadas. A facilidade e a garantia de acesso a dados de 5 m de resolução torna-se uma questão estratégica para o pleno atendimento destas demandas, reduzindo-se significativamente o tempo entre o pedido e a disponibilização do produto ao usuário final. Entre os benefícios decorrentes da utilização dos dados RapidEye tem-se a redução no tempo para aquisição dos dados e seu processamento e a redução no tempo para o planejamento e implantação de programas públicos e privados. 8/10
Figura 7. Disposição da constelação de satélites RapidEye. Figura 8. Capacidade de imageamento do RapidEye. Mosaicos estaduais devem ser compostos por imagens coletadas no período máximo de 6 meses, para não ampliar as desuniformidades naturais da paisagem. Considerando-se a sazonalidade das estações chuvosas e a dinâmica do uso do solo em algumas regiões, a importância deste aspecto fica ainda mais evidenciada, para muitos estados brasileiros. 9/10
Suporte técnico: para oferecer soluções de suporte que atendam as necessidades de qualquer tipo de usuário, a Santiago & Cintra Consultoria está desenvolvendo uma nova abordagem de suporte aos usuários no Brasil. Serão disponibilizadas várias ações de suporte técnico: Fórum RapidEye: acesso a respostas para as dúvidas mais freqüentes; Ajuda e Suporte Santiago & Cintra Consultoria: centro de suporte técnico no Brasil para atendimento rápido e eficiente a todos os usuários RapidEye; e Base de Conhecimento RapidEye: links de projetos realizados e artigos publicados, relacionados a utilização de produtos RapidEye. 10/10