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A TERRA VISTA DO ESPAÇO: A DETEÇÃO REMOTA APLICADA À CARTOGRAFIA Lídia Quental, LNEG, [email protected] Apoios: Organização:

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A TERRA VISTA DO ESPAÇO: A DETEÇÃO REMOTA APLICADA À

CARTOGRAFIA

Lídia Quental, LNEG, [email protected]

Apoios: Organização: 

  

• CONCEITOS BÁSICOS CONCEITOS BÁSICOS SOBRE DETEÇÃO REMOTA EXEMPLOS DE APLICAÇÕES CARTOGRÁFICAS

– CARTA GEOLÓGICA E GEOAMBIENTAL DA REGIÃO DA GRANDE BEIRA, MOÇAMBIQUE

– MINEO / HYPMINGEO – e-ECORISK  

  

  

VII Encontro de Professores de Geociências do Alentejo e Algarve – Estremoz, 5 e 6 de abril de 2013  

 

VII Encontro de Professores de Geociências do Alentejo e Algarve – Estremoz, 5 e 6 de abril de 2013  

Dornier 228

VII Encontro de Professores de Geociências do Alentejo e Algarve – Estremoz, 5 e 6 de abril de 2013  

 

Alvo / Objeto

Plataforma

Instrumento / Sensor

Deteção remota informação sem contato direto com o objeto a analisar

SOL

Fonte de energia

Dornier 228

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Espetro resultante da energia electromagnética capturada pelo sensor, emitido ou refletido pelo objeto  

 

Dornier 228

VII Encontro de Professores de Geociências do Alentejo e Algarve – Estremoz, 5 e 6 de abril de 2013  

 

O conceito subjacente à Deteção Remota tem por base a medição de níveis de energia variáveis dos fotões, associados ao parâmetro comprimento de onda.

  

Deteção Remota     

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Quando um material “alvo” é excitado por processos internos ou pela interação com radiação electromagnética incidente, vai emitir ou refletir fotões de comprimento de onda variável, cujas quantidades radiométricas diferem para diferentes comprimentos de onda, de uma forma diagnóstica do material 

 Deteção Remota

    

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   A radiação electromagnética e os movimentos

atómicos envolvidos  Fonte mista adaptada: Short (2009); Campbell (2007); Elachi and Van Zyl (2006) in Quental 2011 

EMR

Processes of Interaction mechanisms with matter

ATOMIC MOTION RELATED REMOTE SENSING APPLICATIONS

Gamma-rays

Atomic

Disruption of atomic nuclei during nuclear fission or fusion reaction

Mapping of radioactive materials

X-rays

Atoms within the source that are bombarded by high energy particles that cause the source electrons to move to an outer orbit and then revert to one further end (back to the ground state).

Ultra-violet Electronic

Transitions of outer electrons to a higher metastable energy level

Presence of H and He in atmospheres

Visible

Electronic, and vibracion molecular Vibracional, vibrational-rotacional

Surface chemical composition, geology, vegetation cover, and biological properties.

Infrared Inter- or intra-molecular vibrations and rotations Thermal infrared (geology)

Radio waves

Scattering, conduction, ionospheric effect

Rapidly oscillating electric current in a conductor

Surface physical properties, subsurfdace sounding, ionospheric sounding / atmospheric constituents, surface temperature, atmospheric precipitation

 

....≈2500nm 

(+ BANDAS TÉRMICAS (8000 a 14000 nm) Domínio dos sensores passivos considerados nesta apresentação  

Domínio dos sensores ativos 

Espetro eletromagnético  

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OBJECTIVOS Temas: geologia, ambiente, extração de parâmetros bio-físico-químicos da Terra, ou da atmosfera Análise temporal: única ou multitemporal, em função da caraterização pretendida do objeto de estudo  

  

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ASPETOS A CONSIDERAR NA UTILIZAÇÃO DA DETEÇÃO REMOTA

 

•Geologia •Ambiente

Estrutural

Geomorfologia

Ordenamento do Território

Hidrogeologia

Recursos geológicos

temporal – tempo necessário que o sistema leva para adquirir imagens consecutivas da mesma região

SELEÇÃO E OBTENÇÃO DE IMAGENS ADEQUADAS EM FUNÇÃO DAS ÁREAS E CARATERÍSTICAS PRETENDIDAS Resolução:

 

ASPETOS A CONSIDERAR NA UTILIZAÇÃO DA DETEÇÃO REMOTA  

pixel

ORGANIZAÇÃO DE UMA IMAGEM DIGITAL

espacial – elemento mais pequeno que pode ser detetado pelo sensor no terreno. Corresponde na imagem ao pixel (picture element) espetral – nº de bandas espectrais de um sistema sensor e pela amplitude do intervalo de comprimento de onda de cada banda radiométrica – nº de valores digitais representando a intensidade da radiação para um determinado comprimento de onda (ex 256,Landsat) dos dados capturados pelo sensor

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Landsat ETM+, Pan‐sharpened  25/05/2003  (6 bandas,  pixel‐15 m) Origem :  Cortesia da NASA 

ASPETOS A CONSIDERAR NA UTILIZAÇÃO DA DETEÇÃO REMOTA

Mina de S.Domingos, Alentejo

COMPARAÇÃO DE ESPETROS MÉDIOS DE IMAGENS COM DIFERENTES RESOLUÇÕES

HymapTM, aerotransportado, 21/08/2000  (126 bandas, pixel‐4,1m) origem: HyVista Corp. 

IMAGENS HIPERESPETRAIS / ESPETROSCOPIA DE IMAGEM 

Adapt.  Quental L, Sousa AJ, Marsh S, Brito G, Abreu MM (2012). REMOTE SENSING FOR WASTE CHARACTERISATION. In FIELD TRIP GUIDEBOOK Multidisciplinary contribution for environmental characterization and improvement at the S. Domingos mining site. MJ Batista, Matos JX, Oliveira D, Abreu MM, Figueiredo MO, Quental L, Africano F, Branquinho C, Pena T, Santana H, Pereira Z, Silva TP, Santana H, Matielli N. 

IMAGENS MULTIESPETRAIS  

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 ASPETOS A CONSIDERAR NA UTILIZAÇÃO DA DETEÇÃO REMOTA 

PADRÕES OU ASSINATURAS ESPETRAIS DO MINERAL CAULINITE OBTIDOS POR DIFERENTES SISTEMAS COM VARIÁVEL RESOLUÇÃO TM- satélite Aviris-aerotransportado Library-medições no laboratório

Adapt.  http://www2.brgm.fr/mineo/RapportFinal/section6.pdf 

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Imagens disponíveis gratuitamente http://glovis.usgs.gov/ ex: Landsat, ALI; HYPERION  

 

(até 2003  imagens LANDSAT  têm boa qualidade,  a partir daí erro SLC )    Landsat 8 (Landsat Data Continuity Misson) Sensor lançado a 11/02/2013, com mais uma banda térmica 

AQUISIÇÃO DE IMAGENS  

     

Imagens disponíveis gratuitamente pela Agência Espacial Europeia (ESA) http://gmesdata.esa.int/web/gsc/home

  

AQUISIÇÃO DE IMAGENS  

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PRÉ-PROCESSAMENTO Correcções: radiométricas, geométricas, atmosféricas ALGORITMOS DE PROCESSAMENTO Técnicas de realce, transformação de bandas, análise

multivariada Classificações de pixel ou subpixel, orientadas por objectos,

rígidas e relaxadas VALIDAÇÃO DOS RESULTADOS Métodos estatísticos, dados de referência de terreno e de

laboratório (espetrais e cartografia)

ASPETOS A CONSIDERAR NA UTILIZAÇÃO DA DETEÇÃO REMOTA

  COMPOSIÇÕES COLORIDAS (RGB) LDCM8, recolhe dados em várias regiões do espetro eletromagnético - primeiras imagens capturadas a 18 de março 2013

Três comprimentos de onda, coloridos no vermelho, verde e azul (VVA ou RGB,) são combinados para produzir uma única imagem, para evidenciar diferentes traços da paisagem. A área ardida reflete fortemente no infravermelho de forma que a cicatriz na imagem é vermelha

Traduzido e adaptado da National Aeronautics and Space Administration  (NASA) http://www.nasa.gov/images/content/736042main_onion‐skin‐still‐detail.jpg 

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COMPOSIÇÃO COLORIDA RGB:321 Origem da imagem Landsat 7 = LE72030332003145EDC00- Cortesia do "U.S. Geological Survey"

pixel 2.4m)

ASPETOS A CONSIDERAR NA UTILIZAÇÃO DA DETEÇÃO REMOTA

EXEMPLO LOCAL

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ANÁLISE MULTIVARIADA Origem da imagem Landsat 7 = Cortesia do "U.S. Geological Survey" ALGORITMO MINIMUM NOISE FRACTION (ENVI 5.0, ENVI, 2004) SEPARAÇÃO DE ELEMENTOS NÃO DISCERNÍVEIS NA COMPOSIÇÃO NATURAL RGB:321 (imagem anterior)

pixel 2.4m)

ASPETOS A CONSIDERAR NA UTILIZAÇÃO DA DETEÇÃO REMOTA

  

EXEMPLOS DE APLICAÇÕES CARTOGRÁFICAS  

      VII Encontro de Professores de Geociências do Alentejo e Algarve – Estremoz, 5 e 6 de abril de 2013  

 

PROJECTO Carta Geológica e Geoambiental da Região da Grande Beira, Moçambique, escala 1:50 000 Coordenação: Doutor J.Tomás Oliveira (conclusão em 2012)

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Oliveira JT, Dias R, Milisse D, Ramalho E, Quental L., Fernandes J, Batista MJ, Ussene U, com a colaboração de Nave S, Rebelo L, Cune G, Manhiça V, Balate G, 2011‐ Projeto: Carta Geológica e Geoambiental da Região da Grande Beira, Moçambique, na escala 1:50000. Relatório Final, Vols. II, III.  

PROJECTO Carta Geológica e Geoambiental da Região da Grande Beira, Moçambique, escala 1:50 000

  CONTRIBUTO DA DETEÇÃO REMOTA 1) Estudos prévios para identificação de classes temáticas,

eventuais factores ambientais problemáticos e apoio a trabalho de campo

2) Geomorfologia / Geologia 3) Carta de Ocupação de Solo 4) Análise multi-temporal

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 60 a 92 € cena 60x60 km    

Gratuitas Cortesia do "U.S. Geological Survey"

Dados: Imagens Landsat 5, 7 e ASTER  

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Identificação de unidades geológicas e caracterização geomorfológica

VII Encontro de Professores de Geociências do Alentejo e Algarve – Estremoz, 5 e 6 de abril de 2013  

Identificação de unidades geológicas e caracterização geomorfológica

Carta Geológica   Dias, R., Oliveira, J. T., Milisse, D., Ussene, U., Pereira, A., Muchibane, A., Cune, G., Manhiça, V., Balate, G. Carta Geológica da Região da Grande Beira, Moçambique, escala 1:50.000 Versão em formato digital. LNEG, 2011 

VII Encontro de Professores de Geociências do Alentejo e Algarve – Estremoz, 5 e 6 de abril de 2013  

Utilização para planeamento de amostragem in situ

Ex: geoquímica Batista et , M.J., Fernandes J., Ramalho, E.,

Quental, L. Dias, R. Milisse, D., Manhiça V., Ussene, U., Cune, G., Daudi, E.X., Oliveira J.T. (2011) Geochemical Characterisation of Soils And Sediments Of The City Of Beira, Mozambique: A Preliminary Approach. In MAPPING THE CHEMICAL ENVIRONMENT OF URBAN AREAS Christopher Johnson, Alecos Demetriades, Juan Locutura And Rolf Tore Ottesen, ISBN:978-0-470-74724-7. ©2011 John Wiley & Sons, Ltd, 547-569.

  

Dinâmica do estuário  

  

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Imagem de satélite multiespectral (ASTER)  

Processamento no software ENVI 4.8. 

OCUPAÇÃO DE SOLO  

Análise quantitativa do estado e tipo dos ecossistemas  naturais e antrópicos, em que se estabelece a distribuição de elementos 

superficiais que constituem a área de estudo 

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Evidenciar aspectos geológicos, de vegetação, zonas urbanas, assim como de dinâmica sedimentar.

Extracção de informação homogénea através de métodos e algoritmos diversos: técnicas de realce

/compressão classificação supervisada e

não supervisada, índices de vegetação, quocientes de bandas, análise textural operadores de morfologia

matemática.

OCUPAÇÃO DE SOLO  

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Nomenclatura utilizada - Corine Land Cover (Bossard et al., 2000; Büttner et al., 2006) adaptada à realidade moçambicana.

Unidade Cartográfica Mínima = 2250 m2 (10 pixéis)

Validação - baseada na interpretação visual de imagens existentes (Landsat, e

ASTER e Google Earth. As classes mais problemáticas em termos de definição

tiveram uma verificação parcial no campo.

OCUPAÇÃO DE SOLO  

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NIVEL I  da nomenclatura  CORINE LAND COVER   (adap. Buttner et.al. 2006)   (%)  1 Zonas  artificializadas  (5,949)  2 Zonas agrícolas  (27,644)  3 Zonas florestais e semi‐ ‐ naturais  (41,714) 

 4 Zonas húmidas (9,964)  5  Corpos  de água (14,789)   

CORINE (Nível I) (%)  CORINE (Nível III) (*adaptado, de Bossard et al. 2000, Buttner et al. 2006)  (%) 

1 Zonas artificializadas (5,949) 

1.1.1 Tecido urbano contínuo   0,329 1.1.2 Tecido urbano descontínuo   4,423 1.2.1 Unidades industriais ou comerciais  0,374 1.2.2 Rede rodoviária ou ferroviária e zonas associadas  0,090 1.2.3 Zonas portuárias  0,389 1.2.4 Aeroportos  0,205 1.3.1 Zonas de extracção mineira  0,050 1.4.1 Zonas verdes urbanas  0,086 1.4.2 Equipamentos de desporto ou lazer  0,003 

2 Zonas agrícolas (27,644) 

2.1.1 Terras aráveis não irrigadas  6,676 2.1.2 Terras permanentemente irrigadas  0,021 2.1.3 Arrozais  0,126 2.2.2 Pomares de árvores de fruto ou de baga  0,004 2.4.2 Sistemas culturais e parcelares complexos  3,717 2.4.3 Zonas principalmente agrícolas com zonas naturais importantes  16,044 2.4.4 Zonas agro‐florestais  1,056 

3 Zonas florestais e semi‐naturais (41,714) 

3.2.1 Prados naturais  26,490 3.2.4 Floresta ou vegetação arbustiva de transição  13,195 3.3.1 Praias, dunas ou areais  0,433 3.3.3 Zonas de vegetação esparsa  1,493 3.3.4 Zonas ardidas  0,103 

4 Zonas húmidas  (9,964) 

4.1.1 Pântanos ou pauis  6,443 4.2.4 Mangal (*)  3,521 

5 Corpos de água (14,789) 

5.1.1 Cursos de água  0,008 5.1.2 Planos de água  0,002 5.2.1 Lagoas costeiras  0,277 5.2.2 Estuários  8,397 5.2.3 Mar ou oceano  6,105 

VII Encontro de Professores de Geociências do Alentejo e Algarve – Estremoz, 5 e 6 de abril de 2013  

1º Congresso de Geologia de Moçambique (2012) 

Fotografias: RUBEN DIAS 

1º Congresso de Geologia de Moçambique (2012)                     Fotografias: RUBEN DIAS 

 

VII Encontro de Professores de Geociências do Alentejo e Algarve – Estremoz, 5 e 6 de abril de 2013  VII Encontro de Professores de Geociências do Alentejo e Algarve – Estremoz, 5 e 6 de abril de 2013  

a) 1991 b) 2001 c) 2007  

Detalhe do rio Pungué (Quental et al., 2009). A Análise em Componentes Principais (ACP) evidenciou o modo de acumulação dos sedimentos sub- aquáticos e a instalação de vegetação para os diferentes anos considerados (azul claro).

2001         1991 

Identificar e prever problemas ambientais devido ao aumento da população e da pressão sobre ecossistemas de grande vulnerabilidade ambiental (ex:mangal a azul a desaparecer por instalação de unidade industrial- passagem a aquacultura

  

EXEMPLOS DE APLICAÇÕES CARTOGRÁFICAS  

      VII Encontro de Professores de Geociências do Alentejo e Algarve – Estremoz, 5 e 6 de abril de 2013  

 

ASPETOS AMBIENTAIS: Diagnóstico, monitorização 

Cartografia temática relacionada com Drenagem Ácida Mineira (DAM) com alta resolução espetral 

 Projecto MINEO (5PQ, 2000‐2003) (http://www2.brgm.fr/mineo/)  Coordenação portuguesa: L. Quental  Projecto HYPMINGEO (6PQ, 2007, www.eufar.net) envolvendo aquisição de 

dados aerotransportados Coordenação: L. Quental   Imagens hiperespectrais, alta resolução espetral, com possibilidade de caraterização das áreas a 

nível químico e mineralógico   Utilização de dados multi‐fonte – indices de correlação ≥ 0.8, 0,9 entre os dados, aplicabilidade 

destes resultados a imagens multi‐espectrais usando dados hiperespectrais.  

 

PROJECTO MINEO

Aplicação genérica a seis sítios teste na Europa

Depósito de Sulfuretos Maciços Polimetálicos (Cu, mas também Pb e Zn), incluído na Faixa Piritosa Ibérica Exploração a longo termo com primórdios pré-romanos e romanos no gossan (Cu, Ag e Au)

PROJECTO MINEO: Mina de S. Domingos

Em tempos recentes para Cu e S, secundariamente Pb, Zn e Au, a céu aberto e exploração subterrânea, durante 109 anos até 1966 Produção de minério superior a 25 Mt (Carvalho, 1979, Barriga e Carvalho, 1997)

Landsat TM7 Agosto 2000 ©T.Tukiniani

Escórias e escombreiras resultantes estão estimadas em vários milhões de toneladas

Drenagem ácida mineira (DAM) significativa durante a exploração e actual (associada a alguns tipos de materiais mineiros)

PROJECTO MINEO: Mina de S. Domingos

AMD waste materials based  on field spectra (adap.  Quental &Brito, 2002)  

Open pit S.Domingos  

Pomarão harbour Achada  do Gamo Telheiro 

In Quental, L. Sousa, A.J, Marsh, S., Brito, G. Abreu, M.M. (2011) IMAGING SPECTROSCOPY ANSWERS TO ACID MINE DRAINAGE DETECTION AT S. DOMINGOS, IBERIAN PYRITE BELT, PORTUGAL. Comunicações Geológicas, 98, 61‐71  CORTESIA das  COMUNICAÇÕES GEOLÓGICAS 

DESENVOLVIMENTO DE METODOLOGIA MULTI‐FONTE    OBJECTIVOS: Minimizar a incerteza associada à utilização de dados de alta resolução espectral assim como problemas de validação, através da convergência de dados de origem distinta e multi‐escala.  Extração de informação mineralógica de dados espetrais desconhecidos por correlação com bibliotecas mineralógicas espetrais      In Quental, L. Sousa, A.J, Marsh, S., Abreu, M.M. (2013): Identification of materials related to acid mine drainage using multi‐source spectra at S. Domingos Mine, southeast Portugal, International Journal of Remote Sensing, 34:6, 1928‐1948 http://dx.doi.org/10.1080/01431161.2012.730154 

MINERALOGICAL CORRELATION (≥ 0.9) MAP OF AMD COPIAPITE-COQUIMBITE-ALUNITE pH < 3 (assinatura exclusiva) 

J-jarosite G-goethite L-lepidocrocite Sc-schwertmannite Qz-quartz I-Illite S-a-smectite K-Kaolinite

Average spectral values of the classes obtained

Adapt. de Quental, L. Sousa, A.J, Marsh, S., Brito, G. Abreu, M.M. (2011) IMAGING SPECTROSCOPY ANSWERS TO ACID MINE DRAINAGE DETECTION AT S. DOMINGOS, IBERIAN PYRITE BELT, PORTUGAL. Comunicações Geológicas, 98, 61‐71                   CORTESIA  DAS COMUNICAÇÕES GEOLÓGICAS 

SPECTRORADIOMETRIC SURVEY

AIRBORNE SURVEY

DATA CAPTURE HYPMINGEO FP6 /EUFAR 21-03-2007

ASDFIELDSPEC / (350-2500nm) Owned and operated by Instituto Superior de Agronomia

Dornier 228 operated by NERC/ARSF

SPECIM EAGLE HAWK 252/237=489 bands 393-2451 nm PIXEL = 2m Spectral width 2.9-8.5nm SNR 450-850:1

Calibration targets Reflectance

Waste materials Reflectance

  

EXEMPLOS DE APLICAÇÕES CARTOGRÁFICAS  

      VII Encontro de Professores de Geociências do Alentejo e Algarve – Estremoz, 5 e 6 de abril de 2013  

 

RISCOS TECNOLÓGICOS Derrames de barragens mineiras 

  

PROJECTO E­ECORISK http://www.e­ecorisk. Info (5PQ)

COORDENAÇAO CIENTÍFICA PORTUGUESA

Doutor Santos Oliveira / Paula Ávila   

Visão pré‐evento catastrófico ‐ caracterização de áreas via detecção remota 

 Dois sítios teste: ALJUSTREL e PANASQUEIRA  

VII Encontro de Professores de Geociências do Alentejo e Algarve – Estremoz, 5 e 6 de abril de 2013  

 

Regional Enterprise Network Decision‐Support System for Environmental Risk  and Disaster Management of Large‐Scale Industrial Spills  http://www.e‐ecorisk.info 

The e‐EcoRisk  concept 

Universitat Politècnica de Catalunya Tratamientos y Proyectos Medioambientales Espartinas (Sevilla), Spain 

Università degli Studi di Cagliari  National Technical  University of Athens  

 Landsat TM5 (204‐32‐92) Origem: Rede de Observação da Terra  

Localização de áreas de interesse, sítios mineiros e respetivas barragens na Panasqueira e na escombreira do Rio e barragem do Cabril na rede hidrográfica 

Visão  sinótica  da área RGB:751  

 

Produtos digitais auxiliares derivados da imagem e da cartografia  de Ocupação de Solo 

 

Area da barragem estimada na imagem ortorretificada   33,522.84 m²  

In Quental 2008 

Visualizações 3‐D 

ESTREMOZ 

BORBA 

Visualização  3D Imagem Landsat: LE72030332003145EDC00 – Cortesia do "U.S. Geological Survey"             RGB:751 Modelo Digital de Terreno derivado de imagens ASTER Sobreelevação 10x 

Obrigada pela vossa atenção 

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Referências e informação adicional 

VII Encontro de Professores de Geociências do Alentejo e Algarve – Estremoz, 5 e 6 de abril de 2013