COMPORTAMENTO ESPECTRAL DE ALVOS

O conhecimento do comportamento espectral de alvos não é importante somente para a extração de informações de imagens obtidas pelos sensores. É também importante à própria definição de novos sensores, tipos de processamento a que devem ser submetidas os dados brutos ou mesmo à definição da forma de aquisição de dados (geometria de coleta dos dados, frequência, altura do imageamento, resolução limite, etc).

Fatores determinantes:

Ângulo de incidência da radiação

Comprimento de onda da radiação

Natureza e composição da natureza  (objeto)

Interface ( ex. rugosidade    --->  comprimento da onda.

Importância

Extração de informações de Sensoriamento Remoto.

Definição para novos sensores.

Definição do tipo de processamento

• Seleção de canais e filtros

Definição da forma de aquisição de dados;

• Resolução limite
•  Altura do imageamento 

As características de refletância dos objetos adjacentes ao alvo de nosso interesse também interfere nas médias de sua refletância. A energia espalhada pela vizinhanças do alvo, pode ter um conteúdo espectral diferente daquele do objeto de interesse e mascarar sua resposta.

Fatores de contexto que interferem no comportamento espectral dos objetos da superfície

Quando analisamos a curva espectral de um objeto individualmente parece fácil transformar dados de refletância em informações sobre as propriedades dos materiais que compõem a superfície terrestre.

Isto não ocorre, entretanto, pois tais objetos estão inseridos num contexto ambiental, sofrendo, portanto, interferências múltiplas, quer oriundas dos objetos adjacentes, quer oriundas do próprio dinamismo interno de suas características.

Exemplo: vegetação

RESOLUÇÕES DO SENSORIAMENTO REMOTO

RESOLUÇÃO ESPACIAL

O detalhe compreensível em uma imagem depende da resolução espacial do sensor e se refere ao tamanho da menor feição possível que pode ser detectada.

Imagens onde somente grandes objetos são visíveis são chamadas de imagens de  baixa resolução.

Em imagens de alta resolução, pequenos objetos podem ser detectados. Sensores  objetos podem ser detectados. Sensores militares por exemplo, são projetados para visualizar o maior detalhe possível, e portanto possuem alta resolução.

Por outro lado, também é possível definir o tamanho da resolução espacial segundo o tipo de informação que se deseja obter, por exemplo:

1 a 5 metros - Permite diferenciar tipos de edificações (casas, forma dos prédios, características dos tetos). Geração de cartografia a escala humana, ou seja, é possível individualizar árvores, carros, ônibus, monumentos e arruamento intraurbano. Identificação de áreas agrícolas menores.

10 – 15 metros - Identificação dos quarteirões de uma cidade, edifícios e ruas principais. Detalhamento de áreas florestais. Identificação de minerações e áreas agrícolas.

20 – 30 metros - Identificação de regiões urbanas, aeroportos, rodovias principais e ferrovias. Identificação de grandes áreas florestais e agrícolas, bacias hidrográficas e caracterização da cobertura do solo.  Identificação de lineamentos geológicos.

80 – 100 metros - Cartografia de estruturas geológicas regionais. Cartografia de grandes bacias hidrográficas e extensas áreas florestais e agrícolas.

RESOLUÇÃO RADIOMÉTRICA

O número de bits utilizado para armazenar os números digitais define a resolução radiométrica de uma imagem. Esta indica a quantidade máxima de níveis de cinza que podem ser utilizados para representar uma imagem.

O número de níveis de cinza está expresso em bits, ou seja, expresso em função do número de dígitos binários necessários para armazenar, em forma digital, o valor do nível máximo de cinza.

O seu valor é sempre em potência de 2, por exemplo 8 bits significam 28 = 256 níveis de cinza.

RESOLUÇÃO ESPECTRAL

A resolução espectral é um conceito inerente às imagens multiespectrais de sensoriamento remoto.

Ela é definida pelo número de bandas espectrais de um sistema sensor e pela largura do intervalo de comprimento de onda coberto por cada banda.

Quanto maior o número de bandas e menor a largura do intervalo, maior é a resolução espectral de um sensor.

A resolução espectral descreve a capacidade  do sensor de definir intervalos de comprimentos de onda.

RESOLUÇÃO TEMPORAL

Representa a frequência com que a área deinteresse é revisitada ou imageada.

SISTEMA SENSOR

Um sistema sensor pode ser definido como qualquer equipamento capaz de transformar alguma forma de energia em um sinal possível de ser convertido em informação sobre o ambiente.

São dispositivos capazes de detectar e registrar a radiação eletromagnética, em determinada faixa no espectro eletromagnético e gerar informações que possam ser transformadas num produto possível de interpretação, seja na forma de imagem, na forma de gráfico ou qualquer outra forma.

SENSORES PASSIVOS

O sol é uma fonte muito consistente de energia para o sensoriamento remoto. A energia do sol é refletida (como é no caso de comprimentos de ondas visíveis), ou é absorvida e então reemitida (como é o caso de comprimentos de ondas termais).

Os sistemas sensores que medem a energia naturalmente disponível são chamados de sensores passivos.

Os sensores passivos dependem que ocorra a iluminação da superfície da Terra pelo sol, porém é possível capturar durante a noite, a energia naturalmente emitida pela Terra (infravermelho termal) desde que exista quantidade suficiente de energia para ser gravada.

SENSORES ATIVOS

Os sensores ativos, por outro lado, possui sua própria fonte para iluminação. O sensor emite radiação que é direcionada para o alvo que se deseja investigar. A radiação refletida do alvo é detectada e medida pelo sensor.

As vantagens destes tipos de sensores incluem a capacidade de obter medida a qualquer momento, sem necessitar do sol.

Os sensores ativos podem ser utilizados para examinar comprimentos de ondas que não são suficientemente fornecidos pelo sol, como as microondas. Porém, os sensores ativos necessitam gerar uma grande quantidade de energia para iluminar adequadamente os alvos.

NÍVEIS DE AQUISIÇÃO DE DADOS

O sensoriamento remoto pode ser em nível terrestre, sub-orbital e orbital.

Os representantes mais conhecidos do nível sub-orbital são as também chamadas fotografias aéreas, utilizadas principalmente para produzir mapas. Neste nível opera-se também algumas câmeras de vídeo e radares.

No nível orbital estão os balões meteorológicos e os satélites. Os primeiros são utilizados nos estudos do clima e da atmosfera terrestre, assim como em previsões do tempo. Já os satélites também podem produzir imagens para uso meteorológico, mas também são úteis nas áreas de mapeamento e estudo de recursos naturais.

Ao nível terrestre são feitas as pesquisas básicas sobre como os objetos absorvem, refletem e emitem radiação. Os resultados destas pesquisas geram informações sobre como os objetos podem ser identificados pelos sensores orbitais.

Desta forma é possível identificar áreas de queimadas numa imagem gerada de um satélite, diferenciar florestas de cidades e de plantações agrícolas e até identificar áreas de vegetação que estejam doentes ou com falta de água.

ESPECTRO ELETROMAGNÉTICO

O espectro eletromagnético é definido como sendo o intervalo que contém todas as radiações eletromagnéticas que vai desde as ondas de rádio até os raios gama. O conhecimento sobre as ondas eletromagnéticas tem evoluído desde a época de Maxwell. Atualmente, sabemos que as mesmas são formadas pela combinação dos campos elétrico e magnético, os quais se propagam perpendicularmente um em relação ao outro. 

As ondas eletromagnéticas, geralmente, se diferem uma das outras quanto ao valor da frequência de propagação e quanto à forma que são produzidas; como por exemplo: os raios ultravioleta, emitidos por átomos excitados, possuem frequências superiores às da região visível do ser humano. Esses raios são denominados radiação ultravioleta.

PRINCÍPIOS FÍSICOS BÁSICOS

Três elementos são fundamentais para o funcionamento de um sistema de sensoriamento remoto: Objeto de estudo, Radiação Eletromagnética e um Sensor.

Pelo princípio da conservação da energia, quando a radiação eletromagnética incide sobre a superfície de um material, parte dela será refletida por esta superfície, parte será absorvida e parte pode ser transmitida, caso a matéria possua alguma transparência. A soma desses três componentes (Reflectância, Absortância e Transparência) é sempre igual, em intensidade, à energia incidente.

O que nossos olhos percebem como cores diferentes são, na verdade, radiação eletromagnética de comprimentos de onda diferentes. A cor azul corresponde ao intervalo de 0,35 a 0,50 µm, a do verde vai de 0,50 a 0,62 µm e a do vermelho, de 0,62 a 0,70 µm (os intervalos são aproximados, e variam segundo a fonte de consulta). Estes intervalos também são conhecidos como "regiões". Abaixo do vermelho, está a região do infravermelho, e logo acima do azul está o ultravioleta.

O PROCESSO DE SENSORIAMENTO REMOTO

Fonte de energia ou iluminação (A) - A primeira necessidade do sensoriamento remoto é possuir uma fonte de energia que ilumina ou fornece energia eletromagnética para os alvos de interesses.

Radiação e atmosfera (B) - Como a energia viaja da sua fonte para o alvo, ela irá ter contato e interagir com a atmosfera. Esta interação pode ocorrer uma segunda vez quando a energia viaja do alvo para o sensor

Interação com o alvo(C) - Uma vez que a energia faz seu caminho para o alvo através da atmosfera, ela interage com o alvo, conforme as propriedades do alvo e a radiação.

Registro da energia pelo sensor (D) - Após a energia ter sido espalhada pelo alvo, ou emitida pelo alvo, um sensor (remoto -não em contato físico com o alvo) coleta e registra a radiação eletromagnética eletromagnética.

Transmissão, recepção e processamento (E) - A energia registrada pelo sensor tem que ser transmitida, sempre na forma eletronica, para uma estação de recepção e processamento na Terra onde os dados são processados e uma imagem é gerada (em papel ou meio digital).

Interpretação e análise (F) - A imagem processada é interpretada, visualmente e/ou digitalmente ou eletronicamente, para extrair informações sobre os alvos que foram iluminados.

Aplicação (G) - O último elemento do processo de sensoriamento remoto é a aplicação da informação extraída das imagens para melhor entende-la, para revelar alguma nova informação ou auxiliar na solução de algum problema particular.

Histórico do SR

A história do SR pode ser dividida em dois períodos principais: 

•1860 a 1960 –– SR baseado no uso de SR baseado no uso de fotografias;

Principais eventos:

1822 - Desenvolvimento da teoria da luz

• Newton: decomposição da luz branca
• Utilização de uma câmara primitiva

1839 - Desenvolvimento de equipamentos ópticos

• Pesquisas de novas substâncias fotosensíveis

1859 - Utilização de câmaras fotográficas a bordo de balões

1903 - Utilização de fotografias aéreas para fins cartográficos

1909 - Tomadas de fotografias aéreas a bordo de aviões

1930 - Coberturas sistemáticas do território para fins de levantamento de recursos naturais

1940 - Desenvolvimento de equipamentos para radiometria sensíveis à radição infravermelha

• Utilização de filmes infra vermelho na II Guerra Mundial, para detecção de camuflagem

1944 - Primeiros experimentos para utilizar câmaras multi-espectrais

1954 - Desenvolvimento de radiômetros de microondas

• Testes iniciais visando a construção de radares de visada lateral

•1960 em diante – Caracterização pela multiplicidade de sistemas sensores, principalmente os sistemas orbitais, gerando imagens digitais da superfície terrestre.

Principais eventos:

1961 - Desenvolvimento de processamentos ópticos e digitais

• Primeiros radares de visada lateral

1962 - Desenvolvimento de veículos espaciais tripulados e não-tripulados

• Lançamento de satélites meteorológicos
• Primeira fotografia orbital MA-4-Mercury

1972 - Fotografias digitais tiradas pelo programa Gemini

• Surgem outros programas espaciais envolvendo satélites de recursos naturais: SEASAT, SPOT, ERS, Landsat

1983 - Lançamento do Landsat 4, SIR-A, SIR-B, MOMS

1999 - Lançamento do CBERS-1

1991 - Lançamento do ERS-1

2003 - Lançamento do CBERS-2

2007 - Lançamento do CBERS-2B

2008 - Lançamento da constelação RapidEye

Imagens do satélite Landsat:

Sensoriamento remoto

Sensoriamento remoto é o conjunto de técnicas que possibilita a obtenção de informações sobre alvos na superfície terrestre (objetos, áreas, fenômenos), através do registro da interação da radiação eletromagnética com a superfície, realizado por sensores distantes, ou remotos. Geralmente estes sensores estão presentes em plataformas orbitais ou satélites, aviões e a nível de campo.

DEFINIÇÃO

Segundo Novo (2008) SR é a utilização conjunta de sensores, equipamentos para processamento de dados, equipamentos de transmissão de dados colocados a bordo de aeronaves, espaçonaves ou outras plataformas, com o objetivo de estudar eventos, fenômenos e processos que ocorrem na superfície do planeta Terra a partir do registro e da análise das interações entre a radiação eletromagnética e as substâncias que o compõem em suas mais diversas manifestações.

Por não haver contato físico, a forma de transmissão dos dados (do objeto para o sensor) só pode ser realizada pela Radiação Eletromagnética, por ser esta a única forma de energia capaz de se propagar pelo vácuo. Considerando a Radiação Eletromagnética como uma forma de energia, o Sensoriamento Remoto pode ser definido com maior rigor como uma medida de trocas de energia que resulta da interação entre a energia contida na Radiação Eletromagnética de determinado comprimento de onda e a contida nos átomos e moléculas do objeto de estudo.

Mapas gerados pela ferramenta ArcMap

Sistema de informação geográfica

Um Sistema de Informação Geográfica (SIG ou GIS - Geographic Information System) é um sistema de hardware, software, informação espacial e procedimentos computacionais que permite e facilita a análise, gestão ou representação do espaço e dos fenômenos que nele ocorrem.


Modelos
Existem vários modelos de dados aplicáveis em SIG (Sistemas de Informação Geográfica). Por exemplo, o SIG pode funcionar como uma base de dados com informação geográfica (dados alfanuméricos) que se encontra associada por um identificador comum aos objectos gráficos de um mapa digital. Desta forma, assinalando um objecto pode-se saber o valor dos seus atributos, e inversamente, selecionando um registro da base de dados é possível saber a sua localização e apontá-la num mapa.

O Sistema de Informação Geográfica separa a informação em diferentes camadas temáticas e armazena-as independentemente, permitindo trabalhar com elas de modo rápido e simples, permitindo ao operador ou utilizador a possibilidade de relacionar a informação existente através da posição e topologia dos objectos, com o fim de gerar nova informação.

Os modelos mais comuns em SIG são o matricial e o modelo vetorial. O modelo de SIG matricial centra-se nas propriedades do espaço, compartimentando-o em células regulares (habitualmente quadradas, mas podendo ser rectangulares, triangulares ou hexagonais). Cada célula representa um único valor. Quanto maior for a dimensão de cada célula (resolução) menor é a precisão ou detalhe na representação do espaço geográfico. No caso do modelo de SIG vectorial, o foco das representações centra-se na precisão da localização dos elementos no espaço. Para modelar digitalmente as entidades do mundo real utilizam-se essencialmente três formas espaciais: o ponto, a linha e o polígono.

Utilização

Os SIG permitem compatibilizar a informação proveniente de diversas fontes, como informação de sensores espaciais (detecção remota / sensoriamento remoto), informação recolhida com GPS ou obtida com os métodos tradicionais da Topografia.

Entre as questões em que um SIG pode ter um papel importante encontram-se:

1. Localização: Inquirir características de um lugar concreto
2. Condição: Cumprimento ou não de condições impostas aos objetos.
3. Tendência: Comparação entre situações temporais ou espaciais distintas de alguma característica.
4. Rotas: Cálculo de caminhos ótimos entre dois ou mais pontos.
5. Modelos: Geração de modelos explicativos a partir do comportamento observado de fenómenos/fenômenos espaciais.
6. Material jornalístico. O Jornalismo online pode usar sistemas SIG para aprofundar coberturas jornalísticas onde a espacialização é importante.

Os campos de aplicação dos Sistemas de Informação Geográfica, por serem muito versáteis, são muito vastos, podendo-se utilizar na maioria das atividades com um componente espacial, da cartografia a estudos de impacto ambiental ou vigilância epidemiológica de doenças, de prospeção de recursos ao marketing.

Conceito e histórico do Geoprocessamento

Geoprocessamento pode ser definido como o conjunto de ciências, tecnologias e técnicas empregadas na aquisição, armazenamento, empregadas na aquisição, armazenamento, gerenciamento, manipulação, cruzamento, exibição, documentação e distribuição de dados e informações geográficas.

Componentes do Geoprocessamento: 

Para se realizar o geoprocessamento são necessários cinco elementos, sendo eles:  

• os dados geográficos,  
• recursos humanos,  
• equipamentos,  
• programas computacionais e  
• métodos de trabalhos.

Todos esses elementos devem ser modelados ou especificados, de acordo com a aplicação do geoprocessamento que se deseja alcançar, uma que se deseja alcançar, uma aplicação de geoprocessamento em meio ambiente necessita de um conjunto de dados, pessoas, equipamentos, programas computacionais e métodos de trabalhos.

Histórico

As primeiras tentativas de automatizar parte do processamento de dados com características espaciais aconteceram na Inglaterra e nos Estados Unidos, nos anos 50, com o objetivo principal de reduzir os custos de produção e manutenção de mapas. Dada a precariedade da informática na época, e a especificidade das aplicações desenvolvidas (pesquisa em botânica, na Inglaterra, e estudos de volume de tráfego, nos Estados Unidos), estes sistemas ainda não podem ser classificados como “sistemas de informação”.

Os primeiros Sistemas de Informação Geográfica surgiram na década de 1960, no Canadá, como parte de um programa governamental para criar um inventário de recursos naturais. Estes sistemas, no entanto, eram muito difíceis de usar: não existiam monitores gráficos de alta resolução, os computadores necessários eram excessivamente caros, e a mão de obra tinha que ser altamente especializada e caríssima. Não existiam soluções comerciais prontas para uso, e cada interessado precisava desenvolver seus próprios programas, o que demandava muito tempo e, naturalmente, muito dinheiro.

Além disto, a capacidade de armazenamento e a velocidade de processamento eram muito baixas. Ao longo dos anos 70 foram desenvolvidos novos e mais acessíveis recursos de hardware, tornando viável o desenvolvimento de sistemas comerciais. Foi então que a expressão Geographic Information System foi criada. Foi também nesta época que começaram a surgir os primeiros sistemas comerciais de CAD(Computer Aided Design, ou projeto assistido por computador), que melhoraram em muito as condições para a produção de desenhos e plantas para engenharia, e serviram de base para os primeiros sistemas de cartografia automatizada. Também nos anos 70 foram desenvolvidos alguns fundamentos matemáticos voltados para a cartografia, incluindo questões de geometria computacional. No entanto, devido aos custos e ao fato destes proto-sistemas ainda utilizarem exclusivamente computadores de grande porte, apenas grandes organizações tinham acesso à tecnologia.

A década de 1980 representa o momento quando a tecnologia de sistemas de informação geográfica inicia um período de acelerado crescimento que dura até os dias de hoje. Até então limitados pelo alto custo do hardware e pela pouca quantidade de pesquisa específica sobre o tema, os GIS se beneficiaram grandemente da massificação causada pelos avanços da microinformática e do estabelecimento de centros de estudos sobre o assunto. Nos EUA, a criação dos centros de pesquisa que formam o NCGIA - National Centre for Geographical Information and Analysis (NCGIA, 1989) marca o estabelecimento do Geoprocessamento como disciplina científica independente.