Sensoriamento Remoto Aplicado a Administração Ambiental

Geotecnologias Aplicadas Administrao Ambiental

Prof. Dr. Fabrcio Brito Silva Universidade CEUMA

Introduo s Geotecnologias

Antes de tudo....

O que Geoprocessamento?

O que Sensoriamento Remoto?

Para que servem?

Antes de tudo....



Para que servem?

Qual o objeto de estudo?


Antes de tudo....



Para que servem?

Qual o objeto de estudo?

Espao Geogrfico


Espao Geogrfico Como representar os dados geogrficos no computador?

A origem do termo remonta ao sculo XIII,

chamando-se reprsentation aos manequins

de cera exibidos junto ao cadver dos reis

franceses e ingleses durante as cerimnias

funerrias (Ginzburg, 2001). (re + prsentation)

(r apresentao)

Assim, desde a sua origem a palavra representao est associada a

uma forma abstrata de descrio do mundo.


Geoprocessamento Sensoriamento Remoto

Transformao do conceito abstrato de espao geogrfico

espao computacionalmente representado

Ou seja...

MAPEAR


Geoprocessamento Senoriamento Reomoto

Afinal, hoje, o que mapear?


Exemplos de problemas comumente abordados:

Uma ecloga pretende estudar os remanescentes florestais da Mata Atlntica,

atravs de estudos de fragmentao obtidos a partir de interpretao de imagens

de satlite (Pardini et al., 2005).

Uma pedloga pretende determinar a distribuio de propriedades do solo numa

rea de estudo, a partir de um conjunto de amostras de campo (Bnisch et al.,

2004)

Mas... o que mais pode ser mapeado?


Caractersticas e PROCESSOS

Mas... o que mais pode ser mapeado?

A grande evoluo

O que significa mapear processos? Qual a diferena?


Caractersticas e PROCESSOS

Caractersticas da superfcie terrestre Ex: uso e cobertura da terra

Mapa de uso e cobertura da terra Paragominas/PA.

1991

2008

Quantificao das reas das classes de uso e cobertura da terra.

(Silva et al., 2011)

Mapeamento do uso e cobertura da terra em reas desflorestadas no municpio de Paragominas - PA nos anos de 1991 e 2008.


Caractersticas


Mapa de uso e cobertura da terra dos municpios de Tucuru, Novo Repartimento e Jacarand PA.

1996

2001

(Vasconcelos e Novo, 2004)

Mapeamento do uso e cobertura da terra a partir da segmentao e classificao de imagensfrao solo, sombra e vegetao derivadas do modelo linear de mistura aplicado a dados do sensor TM/Landsat5, na regio do reservatrio de Tucuru PA. Acta Amaz. vol.34 no.3 Manaus July/Sept. 2004


Fluxograma da gerao e validao dos cenrios de potencialidade a incndios.

Caractersticas

Caractersticas da superfcie terrestre outros exemplos

Mapa geoecolgico de potencialidade a ocorrncia de incndios no parque nacional do Itatiaia/RJ. Revista Brasileira de Cartografia n 61/03, 2009.

Susceptibilidade a ocorrncia de incndios

Fluxograma da gerao do mapa de susceptibilidade a ocorrncia de incndios. Fluxograma da gerao do mapa de risco de deflagrao de incndios.

Risco de deflagrao de incndios

(Silva et al., 2009)

Mapa geoecolgico de potencialidade a ocorrncia de incndios do PARNA do Itatiaia.


Caractersticas


(Maral e Guerra, 2004)

Indicadores ambientais relevantes para a anlise da suscetibilidade eroso dos solos em Aailndia (MA). Revista Brasileira de Geomorfologia, Ano 5, N 1 (2004) 01-16.

Mapa sntese de reas sucetveis eroso no alto curso da bacia do rio Aailndia. Mapa sntese de reas suscetveis eroso no alto curso da bacia do rio Aailndia.


Caractersticas


(Martins et al., 2002)

Diagnstico ambiental no contexto da paisagem de fragmentos florestais naturais "ipucas" no municpio de lagoa da confuso, Tocantins. Rev. rvore vol.26 no.3 Viosa May/June 2002.

Caractersticas avaliadas: Histrico de Perturbao rea Permetro Forma Tipos de vizinhana

fragmentos florestais naturais, denominados regionalmente


Caractersticas


(Pinhati, 2002)

Geoprocessamento aplicado avaliao de pastagens em terras Indgenas: o caso da Terra Indgena Badjnkre. Revista de Estudos e Pesquisas, FUNAI, Braslia, v.2, n.2, p. 145-170, dez. 2005.

Polgonos utilizados como treinamento para classificao automtica da imagem.


Mapeamento de Processos


Processos

Fenmenos resultantes da interao entre componentes ambientais Ex: fotossntese ecossistmica

(Silva, 2013)

Modelagem da Produtividade Primria Bruta na Amaznia. Tese de doutorado. Instituto Nacional de Pesquisas Espaciais (INPE). So Jos dos Campos-SP, 2013.

PPB mdia anual entre os anos de 2003 a 2010.

(Hedin et al., 2008) (Sombroek, 2001)

(Malhi et al., 2006) (Teer Steeg, 2006)

Gradiente de Fertilidade

Gradiente de Biomassa Gradiente de Leguminosas

Interao entre componentes ambientais


Processos


(Silva, 2013)

Modelagem da Produtividade Primria Bruta na Amaznia. Tese de doutorado. Instituto Nacional de Pesquisas Espaciais (INPE). So Jos dos Campos-SP, 2013.

PPB mdia anual entre os anos de 2003 a 2010.

Introduo ao Geoprocessamento

Processos

Fenmenos resultantes da interao entre componentes ambientais Ex: fenologia florestal

(Silva, 2013)

Large-scale heterogeneity of Amazonian phenology revealed from 26-year long AVHRR/NDVI time-series. Environmental Research Letters. 2013.


Processos

Fenmenos resultantes da interao entre componentes ambientais Outros exemplos


Fenmenos atmosfricos

Wyoming Basin Ecoregional Assessment Precipitation. http://www.esrl.noaa.gov/psd/people/brant.liebmann/data/wyoming-rea/index.page.html

Processos


(Silva, 2013)

Large-scale heterogeneity of Amazonian phenology revealed from 26-year long AVHRR/NDVI time-series. Environmental Research Letters. 2013.


O grande desafio da atualidade em estudos ecossistmicos que envolvem geoprocessamento e

sensoriamento remoto a INTEGRAO DE DADOS:

kW/m2/h

Mdia mensal (1983 a 2005) da radiao global incidente na superfcie. a) fevereiro perodo chuvoso; b) setembro - perodo seco.

Dados de precipitao TRMM

Dados de balano de radiao

NDVI LAI

SRTM MDE

QuikSCAT Umidade da vegetao

JERS-1 Heterogeneidade da

vegetao, biomassa e Cobertura da terra

Dados de Campo


O grande desafio da atualidade em estudos ecossistmicos que envolvem geoprocessamento e

sensoriamento remoto a INTEGRAO DE DADOS:

Diferentes Fontes

Sistemas de Informaes Geogrficas


Primeira parte da avaliao:

- Formao de grupos

- Pesquisa de um artigo cientficos que relacione geoprocessamento e sensoriamento remoto

- Um artigo por grupo

- O temas sero:

Degradao ambiental

Recursos hdricos

Desmatamento

Mudanas climticas

Monitoramento agrcola

- Apresentao resumida do artigo escolhido pela equipe (sorteio)

- Roteiro da apresentao:

- Ttulo

- Problema abordado

- Pergunta ecolgica

- Abordagem geral do tema

- Resumo do mtodo

- Resumo dos resultados e discusso

- Concluses

- Dia da apresentao?


Comeando a representar o mundo real no universo digital



Sistemas de Informao Geogrfica (SIG) Sistemas que realizam o tratamento computacional de dados geogrficos.

O que so dados geogrficos?



O que so dados geogrficos? - Latitude - Longitude

Geoinformao



Arquitetura de sistemas de informao geogrfica.


Traduzir a informao geogrfica para o computador

Problema fundamental da Geoinformao

PARADIGMA DOS QUATRO UNIVERSOS

1. Universo do mundo real 2. Universo matemtico ou conceitual 3. Universo de representao 4. Universo de implementao

(Guptill,1991)


Traduzir a informao geogrfica para o computador

Problema fundamental da Geoinformao


Universo do mundo real: contm os objetos do mundo real que se pretende estudar. Universo matemtico ou conceitual: contm uma descrio matemtica formal dos objetos do mundo real e incorpora somente as propriedades consideradas relevantes para o estudo. a conceptualizao humana dos objetos do universo do mundo real. Universo de representao: contm descries simblicas e finitas associadas a componentes do universo matemtico. Neste nvel feito o mapeamento dos objetos conceituais para representaes geomtricas. Universo de implementao: conjunto de regras que especifica a implementao do modelo dentro de um ambiente computacional. neste nvel que acontece a codificao. Vrias estruturas de dados podem ser implementadas para um mesmo modelo conceitual, baseado em consideraes como desempenho, capacidade do equipamento, da massa de dados.



Qual a importncia dessa fundamentao terica?



Qual a importncia dessa fundamentao terica?

Evitar o equvoco de construir modelos estruturais da paisagem que no se conectam ou que geram falsas

explicaes sobre os fenmenos estudados.

Ou seja, antes de coletar os dados, de criar uma base de dados geogrfica, de pensar em mapas, antes mesmo de comear o estudo... o que deve ser feito?

Sistemas de Informaes Geogrficas Ou seja, antes de coletar os dados, de criar uma base de dados geogrfica, de penar em mapas, antes mesmo de comear o estudo... o que deve ser feito?

A velha ladainha do conhecimento cientfico: Pensar no problema Pensar na pergunta Elaborar uma hiptese Criar um modelo conceitual Os problemas que envolvem estudos ecossistmicos possuem diferentes naturezas. Devemos entender a natureza do problema estudados, para definir a escala na qual se encaixa. A partir da escala, possvel determinar o escopo do estudo e listar os elementos que constituiro a abordagem de estudo.

Ento, esperamos um pouco... o que escala?

Sistemas de Informaes Geogrficas Estudo de caso: Recuperao de uma mata ciliar

O que poderia ser feito em cada nvel?

Universo do mundo real: contm os objetos do mundo real que se pretende estudar. Universo matemtico ou conceitual: contm uma descrio matemtica formal dos objetos do mundo real e incorpora somente as propriedades consideradas relevantes para o estudo. a conceptualizao humana dos objetos do universo do mundo real. Universo de representao: contm descries simblicas e finitas associadas a componentes do universo matemtico. Neste nvel feito o mapeamento dos objetos conceituais para representaes geomtricas. Universo de implementao: conjunto de regras que especifica a implementao do modelo dentro de um ambiente computacional. neste nvel que acontece a codificao. Vrias estruturas de dados podem ser implementadas para um mesmo modelo conceitual, baseado em consideraes como desempenho, capacidade do equipamento, da massa de dados.


Estudo de caso: Recuperao de uma mata ciliar

Universo do mundo real: contm os objetos do mundo real que se pretende estudar. O que poderia ser feito neste nvel? - Delimitao dos limites - Clculo da rea - Levantamento scio-econmico - Levantamento da rea degradada - ... Conhecimento e delimitao do mundo real.


Um simples estudo de caso: Recuperao de uma mata ciliar

Universo matemtico ou conceitual: contm uma descrio matemtica formal dos objetos do mundo real e incorpora somente as propriedades consideradas relevantes para o estudo. a conceptualizao dos objetos do universo do mundo real. O que poderia ser feito neste nvel? - Quais as causas da degradao? - Quais os agentes biticos e abiticos integram as reas degradadas e no degradadas? - Existem espcies especficas aos microambientes presentes (fertilidade, topografia, umidade...)? Quantificao das causas e efeitos e agentes que integram o fenmeno.



Universo de representao: contm descries simblicas e finitas associadas a componentes do universo matemtico. Neste nvel feito o mapeamento dos objetos conceituais para representaes geomtricas. O que poderia ser feito neste nvel? - O que precisa ser mapeado? - Quais dados precisam ser coletados em campo? - ... Descrio dos dados e aes necessrias e seus respectivos objetivos?



Universo de implementao: conjunto de regras que especifica a implementao do modelo dentro de um ambiente computacional. neste nvel que acontece a codificao. Vrias estruturas de dados podem ser implementadas para um mesmo modelo conceitual, baseado em consideraes como desempenho, capacidade do equipamento, da massa de dados. O que poderia ser feito neste nvel? - Mapeamento da microbacia - Mapeamento do uso e cobertura da vegetao - Desenho amostral - Amostragem georreferenciada de dados - ... Mo na massa!


Tipos ou modelos de dados em Geoprocessamento: Universo estrutural

Mo na massa!



Mo na massa!

Vetoriais

Matriciais

Imagens (raster)

Imagem

Linhas

Linhas

Pontos

Exemplos:

Modelos de Dados



Mo na massa!

Modelos de Dados Vetoriais Pontos, Linhas e Polgonos

Estratos de uso do solo na regio de estudo e localizao dos segmentos amostrados.

Rede hidrolgica

reas Demogrficas

Pontos Linhas Polgonos



Mo na massa!

Pontos

Linhas

Polgonos

Modelos de Dados Vetoriais Pontos, Linhas e Polgonos



Mo na massa!

Modelos de Dados Vetoriais Pontos, Linhas e Polgonos... Dados hidrolgicos Dados de delimitao de reas de preservao permanente Mapas de estados, municpios, meso e microregies (IBGE) Alm de criar, como acessamos esses dados, como devemos solicitar esses dados?

O famoso shapefile!



Mo na massa!

Modelos de Dados Matricial

uma representao formada por uma unidade numrica, possuindo uma unidade de rea (clula) podendo ser representada por linhas e colunas. usado para classificar o espao geogrfico em uma determinada caracterstica.

Vegetao

rea Urbana

gua



Mo na massa!

Modelos de Dados Imagem ou Raster

Semelhante ao matricial, o modelo de dados raster possuir uma representao onde cada nmero (nmero digital) corresponde a um nvel de cinza (cor). utilizado na representao de imagens de satlite.

Fundamentos de Cartografia


O que cartografia?

Cartografia

(do grego chartis = mapa + graphein = escrita)

Cincia que trata da concepo, produo, difuso, utilizao e estudo dos mapas.


Primeiro Atlas (1570)

Abraham Ortelius

Cartografia tambm arte!

Antes de tudo...

O que escala?

Escala

a relao entre a medida real de um objeto e a medida desse mesmo objeto em uma representao grfica.


Escala Ex:

Tamanho Real: 50 m

Qual o tamanho da ponte em um mapa cuja escala grfica 1:100.000?


Tamanho no mundo real: 50 m

Tamanho na imagem: 0.0005 m * 1000 = 0.5 mm

Escala Grfica: 1:100.000

Escala Ex:


1m no mapa 100.000m no mundo real X 50m

X = 50 / 100.000

1:50.000 1:100.000

(a) (b) Qual a maior escala?

Escala


Em qual escala percebemos mais detalhes?

Escala

1

50.000

1

100.000 = 0.00002 = 0.00001

1:50.000 1:100.000

(a) (b) Qual a maior escala?

A escala depende do tipo de dado!

Cada tipo de dado me proporciona trabalhar em uma dada escala.

QuickBird LANDSAT MODIS

Escala


Produtos Cartogrficos

Mapa

Carta

Planta


Mapa Definio (Dicionrio Cartogrfico):

Caractersticas dos mapas: - Representao plana; - Geralmente contm poucos detalhes; - rea delimitada por acidentes naturais (bacias, planaltos, chapadas, etc). - Destinado a fins temticos, culturais ou ilustrativos.



Mapa Hipsomtrico



Definio (Dicionrio Cartogrfico):

Carta

Caractersticas das cartas: - Representao plana; - Desdobramento em folhas articuladas de maneira sistemticas; - Destinada avaliao precisa de direes, distncias e localizaes de pontos, reas e detalhes.



Carta DSG (Diretoria do Servio Geogrfico - Exrcito Brasileiro)




Planta

Definio (Dicionrio Cartogrfico):

Caracterstica da planta: - Normalmente as plantas so cadastrais ou topogrficas; - No se utiliza projeo cartogrfica em sua confeco.

Planta Topogrfica



Ou seja, o que diferencia esses produtos cartogrficos?



Representao Matemtica da Terra

Sistemas de Coordenadas Geogrficas


As Perspectivas da superfcie terrestre: a Terra bem redondinha?

Sistemas de Coordenadas Geogrficas As Perspectivas da superfcie terrestre: a Terra bem redondinha?

Segundo GAUSS (1777-1855), a forma do planeta, em uma definio mais rudimentar, representada pela superfcie delimitada pelo nvel mdio dos mares, no perturbados por ventos e correntezas, j que estes, ocupam aproximadamente 72% da superfcie do planeta. Esta superfcie denominada GEIDE. GEIDE definido como o slido formado pelo nvel mdio dos mares supostamente prolongado por sob os continentes.

Geide

O satlite GOCE, da ESA, agncia espacial europeia, mapeou a gravidade da Terra com detalhamento sem precedentes. Agora, os cientistas tm acesso a um modelo geoide (forma verdadeira da Terra, que no esfrica, mas sim achatada nos polos) mais preciso para que se entenda como o planeta funciona. A imagem mostra a superfcie ideal do oceano, na ausncia de mars e correntes martimas, moldada pela gravidade. Ela serve como referncia para medir a movimentao dos oceanos, a mudana no nvel do mar e a dinmica do gelo e como tudo isso afetado pelas mudanas climticas.


Altitude geoidal representada de forma plana.


As Perspectivas da superfcie terrestre

Formas de representao da Terra:

A criao do modelo elipsoidal proporcionou a elaborao de um sistema de coordenadas que nos permite a localizao de pontos na superfcie terrestre com alta preciso.


Geide Altura ortomtrica:

Pontos Cardeais

Norte, sul, leste, oeste, noroeste...


Norte - North

Sul - South

Leste East Oeste

West

Nordeste Northeast

Sudeste Southeast

Noroeste Northwest

Sudoeste South-west

Pontos Cardeais


Paralelos e Meridianos: so linhas imaginrias pelas quais a Terra foi cortada, e atravs deles possvel estabelecer localizaes precisas em qualquer ponto do planeta.

Diviso Hemisfrica (Paralelos) - Norte - Sul Diviso Meridional (Meridianos) - Leste - Oeste


Latitude: 2 34 41.8S Longitude: 44 16 50.4O


Graus Minutos Segundos Plano Hemisfrico ou Meridional

Notao:

1 Grau = 60 minutos 1 Minuto = 60 segundos


So Lus

Princpios Fsicos de Sensoriamento Remoto

Radiao Eletromagntica - REM

Relembrando, o que sensoriamento remoto?


O que a Radiao Eletromagntica?


Luz e REM so a mesma coisa?


Qual a natureza fsica da percepo das cores, ou seja,

porque percebemos a cor verde da vegetao?

Composio da REM

400nm

700nm

Avaliao da REM

Sensor remoto mais antigo

Avaliao da REM

Mquinas Fotogrficas

Telescpios

Antenas

Sensores a bordo de satlites

Avaliao da REM

Principio do imageamento:

Sol ilumina a fonte

A fonte reflete a REM

Sensor mede a REM refletida

Absoro Transmisso Reflexo

Curvas Espectrais Localizao espectral das imagens produzidas pelo satlite LANDSAT:

Imagens Espectrais LANDSAT5 Sensor TM

Azul Verde Vermelho IV - Prximo

IV - Mdio IV - Distante

Composio Colorida Cor Verdadeira R3, G2, B1


Comportamento Espectral da Vegetao


Azul Verde Vermelho IV - Prximo

IV - Mdio IV - Distante

Absoro gua

Absoro gua Absoro gua Absoro Solo

Reflexo Solo Reflexo Solo

Absoro Vegeta. Absoro Vegeta. Absoro Vegeta.

Onde est a grama sinttica?

Propriedades das Imagens de Satlites

Resolues:

Temporal Espacial

Espectral Radiomtrica



Resoluo Espacial

refere-se ao tamanho do pixel.


Resoluo Espectral

refere-se largura da faixa espectral na qual o sensor capaz de

sentir a REM


Resoluo Radiomtrica

refere-se sensibilidade do sensor em perceber diferenas nos

valores de Radincia.

Resolues: Temporal Tempo de revisita do satlite sobre o mesmo ponto: Landsat 16 dias EOS-TERRA dirio


Alguns programas e misses espaciais

Programa Envisat (Agncia espacial europeia) Programa EOS (NASA, ...)

Landsat 7, QuickScat, Terra (MODIS, ASTER, ...)

Programa IRS Programa Landsat Programa NOAA Programa SPOT Programa EOSAT/SpaceImaging (IKONOS) Programa Quickbird (DigitalGlobe) Programa OrbView

Sensoriamento Remoto e Fotointerpretao Fabrcio Brito Silva

Boa Noite!

Documents

Sensoriamento Remoto Aplicado a Administração Ambiental