Santiago & Cintra Consultoria

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SENSORIAMENTO REMOTO: CONCEITOS,

TENDÊNCIAS E APLICAÇÕES

Imagens de Satélites Orbitais

Contato: Santiago & Cintra Consultoria E-mail: contato@sccon.com.br

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Distribuidor Erdas e RapidEye no Brasil

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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)

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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)

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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.

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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)

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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.

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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

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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.

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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.

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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.