sensoriamento remoto aplicado à estudos florestais igor narvaes_iii_saef

SENSORIAMENTO REMOTO

APLICADO À ESTUDOS FLORESTAIS

Dr. Igor da Silva Narvaes

Sensoriamento Remoto

“O conjunto de técnicas que permite obter informações de um objeto

sem necessidade de ter contato direto com ele, realizado através da

detecção da energia eletromagnética dele proveniente”.

Radar• Sensores ativos

• Transmitem microondas e registram os ecos recebidos.

Fonte: Baseada em Coimbra (2010).

Ópticos• Sensores passivos

• Fonte de energia (SOL)

Fonte: Baseada em Imagem (2010).

Fonte: Pinto (2010)

Sensores ópticos Radar

• A atmosfera bloqueia abaixo de 0,3 m !

• Somente UV próxima está disponível para SR !

Fonte: Baseada em

Pinto (2010).

Bandas EM utilizadas no SR óptico

• Espectro Visível (0,4 a 0,7 m)

Bandas EM utilizadas no SR radar

Região das microondas:

1mm a 1m

Fonte: Globe SAR Program – CCRS (2001)

Geometria de observação

Fonte: Adaptada de Globe SAR program –CCRS (2001).

Características técnicas da imagem

Resoluções de uma imagem de SR

Espacial

Temporal

Espectral

Radiométrica

RESOLUÇÃO ESPACIAL

Indica o tamanho do menor objeto que é possível representar na

imagem

é função:

• do sistema óptico do sensor

composto por prismas e

espelhos;

• da quantidade e

sensibilidade dos detectores

do sensor e;

• da altitude do satélite.

Óptico Radar

• da altura da plataforma;

• o raio de abertura da

antena e;

• o comprimento de onda

emitido.

RESOLUÇÃO ESPACIAL

RESOLUÇÃO TEMPORAL (Capacidade de revisita)

Tempo para adquirir duas

imagens consecutivas da mesma

região.

• LANDSAT – 16 dias

• CBERS – 26 (nadir), 3 dias ( 32o)

• SPOT – 26 (nadir), 3 dias ( 32o)

Dependem:

• Características da órbita;

• Capacidade de visada lateral

RESOLUÇÃO RADIOMÉTRICA

Define o número de níveis que o sensor dividiu o sinal

Regra: 2n

8 bits (256 níveis de cinza)

Número digital (DN)Medida física (armazenada em bits)

RESOLUÇÃO ESPECTRAL

Refere-se a largura da banda espectral na qual a imagem é adquirida

• N de bandas;

• intervalo de (λ).

Importante:

Radar de abertura sintética (SAR)

Fonte: Globe SAR Program – CCRS (2001).

Geometria de aquisição de dados RADAR

(SAR – Synthetic-aperture radar)

Ângulo de incidência

Fonte: Baseada em Coimbra (2010).

Fonte: Baseada em Coimbra (2010).

Fonte: Baseada em Coimbra (2010).

Influência da superfície na imagem

Aumento do coeficiente de retroespalhamento

Fonte: Baseada em Coimbra (2010).

Coeficiente de retroespalhamento (σ )

Único parâmetro

relacionado com

o alvo.

“A Pr pela antena é diretamente proporcional ao σ .”

Ângulo de incidência (ϴ)

O σ depende:

Polarização de onda eletromagnéticas

Campo elétrico

Fonte: Baseada em Globe SAR program – CCRS (2001).

O σ depende:

HH = Transmite na

horizontal e recebe na

horizontal;

VV = Transmite na

vertical e recebe na

vertical;

HV = Transmite na

horizontal e recebe na

vertical;

VH = Transmite na

vertical e recebe na

horizontal.

Polarizações múltiplas ajudam a distinguir a estrutura

física dos alvos através do retroespalhamento (σ ).

Aleatoriedade do espalhamento (ex: vegetação)

↑ em HV.

↑ em HH.

Alinhamento em relação ao radar (HH versus VV).

Frequências de microondas utilizadas

Fonte: Adaptada de Globe SAR program – CCRS (2001).

“O λ é determinante na interação RADAR-ALVO”

Interação RADAR-ALVO

X

TerraSAR-X

C

RADARSAT

L

PALSAR

Aplicações de Radar em florestas

Saatchi S.; Halligan, K.; Despain, D. G.; Crabtree, R. L. Estimation of Forest Fuel Load From Radar Remote

Sensing. IEEE Transactions on Geoscience and Remote Sensing, v. 45, n 6, p. 1726-1740. 2007.

• Estimativa de biomassa

copa

tronco

Santos, J. R. Savanna and tropical rainforest biomass estimation and spatialization using JERS-1 data.

International Journal of Remote Sensing, v. 23, n. 7, p. 1217-1229, 2002.

• Inventário e monitoramento da cobertura vegetal e da biomassa

28

DAP, altura, % de cobertura de copa e

identificação botânica

•floresta primária

•floresta secundária

DAP > 10 cmTransectos: 2500 m2

DAP > 5 cm

Estimativa de biomassa

(equações alométricas)

Equações alométricas :

Biomassa = 0,044 * (DAP2 * H)0,9719

ln Biomassa = - 2,17 + 1,02 ln (DAP)2 + 0,39 ln H

Transectos: 1000 m2

Corte raso e pesagem do

material do estrato herbáceo e

cálculo da % de exposição do

solo

Corte raso, pesagem e

identificação botânica de

todos os indivíduos de porte

arbóreo e/ou arbustivo

Transectos: 200-500 m2

Trabalho de campo

Inventário Florestal

31

Fatiamento em intervalos de

valores de retroespalhamentoFiltro Gamma 5x5 redução do ruído speckle

0

500

1000

1500

2000

2500

Locação

Val

ore

s na

imag

em

Histograma dos níveis de cinza de

uma secção da imagem amplitude

(caracterização radiométrica da zona

de contato abrupto).

F FSS S

Desvio padrão nos valores de

retroespalhamento devido a:

•Floresta primária: homogeneidade

estrutural entre as amostras;

•Floresta secundária: diferentes idades

de regeneração;

•Savana florestada: composição florística

similar;

•Savanas: condição/composição dos

estratos.

Floresta

Primária

Floresta

Secundária

Área de

Transição

Savana

Arbórea

Savana Parque

e/ou gramíneo

lenhosa

y = 1,714Ln(x) - 14,871

R2

= 0,6719

-16

-14

-12

-10

-8

-6

-4

-2

0

0 50 100 150 200

Biomassa (ton/ha)

Va

lore

s m

éd

ios

de

dB

Relação entre os valores de retroespalhamento e os

valores de biomassa

0

20

40

60

80

100

120

140

Bio

mas

sa( t

on/h

a)

Savana Parquee/ou

gramíneo-lenhosa

Savana

Arbórea

Sucessão

Secundária

Floresta

Primária

Área de

Transição

6,26

54,1445,32

133,24

14,11

Biomassa média das classes analisadas

< 5 ton/ha

5,1 - 10 ton/ha

15,1 - 20 ton/ha

20,1 - 30 ton/ha

10,1 - 15 ton/ha

30,1 - 50 ton/ha

50,1 - 70 ton/ha

> 100 ton/ha

70,1 - 100 ton/ha

Água

Mapa da distribuição de biomassa em intervalos de classes para secções das áreas de estudo nas

zonas de transição em Mucajaí (RR) e Comodoro (MT).

• Relação com as estruturas florestais e estimativa de biomassa

Narvaes, I. S. Avaliação de dados SAR polarimétricos para estimativa de biomassa em diferentes

fitofisionomias de florestas tropicais. 2010 (Tese).

Floresta primáriaSucessão secundária avançada

Grandeza angular (0 a 180 ):

0 = Espalhamento direto (superficial);

0<Φ<180 = Espalhamento volumétrico

180 = Espalhamento double bounce.

Narvaes, I. S.; Silva, A. Q.; Santos, J. R. Evaluation of the interaction between SAR L-band signal

and structural parameters of forest cover. IEEE Transactions on Geoscience and Remote Sensing

Symposium. Proceedings, Barcelona, Espanha, p: 1607-1610. 2007.

Pv (Espalhamento volumétrico);

Pd (Espalhamento double-bounce);

Ps (Espalhamento superficial);

A componente de espalhamento volumétrico

(Pv) obteve a maior contribuição na resposta

do SAR para floresta primária e secundária na

floresta tropical.

Santos, J. R.et al. Airborne P-band SAR applied to the aboveground biomass studies in the Brazilian

tropical rainforest. Remote Sensing of Environment, v.87, p. 482-493, 2003.

Fonte: Santos et all, 2002.

Floresta tropical da Amazônia Brasileira “terra firme”.

• Estimativa de biomassa e classificação florestal

Relação σ x biomassa

Floresta Primária: biomass = 0,004 x (DBH² x H)0,9719

Floresta de Sucessão Secundária:

ln biomass = -2,17 + 1,02 ln(DBH)² + 0,39lnH

Cada tipo de uso está correlacionada σ0 (P-HV)

42Fig.(∆ Primary forest; Secondary

succession).

Funções Polinomiais foram geradas para

correlacionar os dados de espalhamento e

biomassa (melhor ajuste).

Técnica de classificação contextual

(ICM algorithm) – K = 0,834

SENSORIAMENTO REMOTO

APLICADO À ESTUDOS FLORESTAIS

Dr. Igor da Silva Narvaes