apostila sensoriamento remoto sem os satélites (1)

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Curso: Gestão do Meio Ambiente Disciplina: Geoprocessamento Ambiental. Prof. Adilson Nalin Luiz INTRODUÇÃO AO SENSORIAMENTO REMOTO

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Page 1: Apostila Sensoriamento Remoto sem os Satélites (1)

Curso: Gestão do Meio AmbienteDisciplina: Geoprocessamento Ambiental.Prof. Adilson Nalin Luiz

INTRODUÇÃO AO SENSORIAMENTO REMOTO

2008

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INTRODUÇÃO AO SENSORIAMENTO REMOTO

Segundo Rosa, “o sensoriamento remoto pode ser definido, de uma maneira ampla, como sendo a forma de se obter informações de um objeto ou alvo, sem que haja contato físico com o mesmo.”

O produto mais antigo de sensoriamento remoto é a fotografia, que pode ser: Panorâmica ampla cobertura lateral; Faixa contínua para rodovias, linhas de transmissão, etc.; Reconhecimento uso militar; Cartográfica confecção de mapas de precisão.

O sensoriamento remoto já foi utilizado por alguns países, como instrumento de espionagem, pois diversas áreas podem utilizá-la para vários fins. No meio científico, estes produtos podem ser trabalhados pela(o):

Agricultura; Análise do meio ambiente; Arqueologia; Cartografia; Floresta Geografia; Geologia; Geomorfologia; Meteorologia Turismo; Outros.

OrigemQuanto à origem, pode-se dividir em dois grandes períodos:

1860 a 1960 (baseado em fotos aéreas) 1960 até nossos dias (multiplicidade de sistemas sensores).

Uso do sensoriamento remotoPodemos considerar como um sistema de aquisição de informações, dois grandes

subsistemas: Coleta de dados; Análise de dados.

Para que haja detecção da radiação proveniente da superfície, é necessário que sejam preenchidas algumas condições em relação à radiação:

1. Deve existir uma fonte de radiação eletromagnética;2. A fonte deve emitir energia que vai “caminhar” pela atmosfera;3. A energia após “caminhar” pela atmosfera, atinge a superfície terrestre;4. Os alvos da superfície interagem com a energia, fazendo com que esta sofra

alterações;5. A energia após sofrer alteração, percorre o caminho de volta até atingir o

sensor.

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Existem diversos sistemas de aquisição de dados que são muito modernos, onde, nenhum é completo por si só. Um satélite ideal para sensoriamento remoto deveria conter:

órbita com altitude elevada, com um azimute suficiente para dar coberturas globais da superfície terrestre com um ciclo de repetitividade de poucas horas;

sensores com as mais diversas finalidades que possuíssem alta qualidade na captação dos sinais;

produção de imagens estereoscópicas de grandes áreas da superfície terrestre; alta resolução espacial; alta resolução espectral; alta resolução radiométrica; facilidade para produção e disseminação dos dados; facilidade para rápida interpretação dos dados obtidos.

Várias são as áreas onde os produtos de sensoriamento remoto podem ser utilizados. A análise da cobertura e uso da terra é uma delas, sendo utilizada para:

. residencial1 - áreas urbanas: . comercial

. industrial

. pastagem2 - áreas agricultáveis: . cultivo

. mista

. decídua3 - áreas florestadas: . mista

. bacias4 - áreas com água: . canais

. lagos . reservatórios

. deserto

5 - área estéril: . contorno de praias

Outras áreas que utilizam imagens:

1. Cartografia- elaboração de mapas e cartas;

2. Arqueologia- descobertas de sítios arqueológicos;- estudos dos sítios;- mapeamento dos sítios.

3. Geografia- monitoramento de uso da terra;- monitoramento de processos geomorfológicos.

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4. Geomorfologia Ambiental- aplicações cartográficas e topográficas;- interpretação geomorfológica completa;- atividades antrópicas que resultam modificações na

geomorfologia.5. Geologia

- mapeamento geológico básico;- pesquisa visando à extração mineral.

6. Florestas- levantamento e caracterização dos tipos de florestas.

SENSORES

Como a visão humana é limitada, o homem precisou desenvolver equipamentos que pudessem coletar diversas faixas do espectro eletromagnético.

Podemos pensar em linhas gerais que um sensor remoto, é um dispositivo capaz de responder à REM, no domínio de sua faixa espectral, registrá-la e fornecer um produto que nos dará subsídios acerca dos alvos.

Um sistema sensor é constituído basicamente por um coletor móvel, um ou mais detetores e uma unidade eletrônica. A energia, na forma de radiação eletromagnética emitida ou recebida por um alvo é inicialmente recebida por um coletor, que pode ser uma lente, espelho ou antena, passa para o detetor e finalmente é encaminhada para a unidade eletrônica, que a transforma num sinal eletrônico que possa ser lido e registrado através de um medidor.

A função básica de um coletor é captar a energia emitida e/ou refletida por um alvo e enviar para o detetor. A unidade eletrônica é constituída basicamente por um processador de sinal que fornece um formato adequado aos dados e por um amplificador que aumenta o nível do sinal, além de uma unidade de potência e um painel de controle (STEFFEN et ali., 1981).

Sabemos que os sistemas sensores podem operar em grandes faixas do espectro, desde o ultra-violeta até o microondas, bastando então definir a faixa espectral mais adequada para o objetivo do sensor.

DetetoresOs detetores possuem a função de transformar a energia eletromagnética em uma outra

forma, comumente um sinal eletrônico diretamente proporcional a radiância. As suas substâncias constituintes, Hg, CdTe, PbS e InSb, normalmente apresentam um efeito fotoelétrico quando da incidência da radiação eletromagnética e podem ser classificados em dois tipos, térmicos e quânticos.

ResoluçãoEm sensoriamento remoto, o termo resolução é de fundamental importância e é

classificado em quatro parâmetros:

resolução espacial - corresponde à medida da menor separação angular ou linear entre dois objetos que o sensor pode identificar;

resolução espectral - é definida pelo número de bandas espectrais que o sistema possui e pela largura que cada banda ocupa ao longo do espectro eletromagnético. Quanto maior for o número de bandas e menor for a largura de cada banda, maior a resolução espectral do sistema sensor;

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resolução temporal - definida como o intervalo de tempo entre duas aquisições consecutivas de dados de uma mesma área;

resolução radiométrica - é a quantidade em níveis digitais, representados através de níveis de cinza, sendo esses valores discretos que o sistema sensor possui. Quanto maior essa quantidade, maior a resolução radiométrica do sistema sensor.

Classificação dos sistemas sensoresOs sistemas sensores podem ser classificados de acordo com a tabela abaixo.

Classificação dos sistemas sensores

Quanto à fonte de radiaçãoAtivos: possuem fonte de energia própria. Exemplo: radarPassivos: não possuem fonte de energia própria, necessitando captar energia de outras fontes como o Sol. Exemplo: Spot

Quanto ao formato do dado produzido

Imageadores: formam imagens. Exemplo: LandsatNão imageadores: apresentam os dados em forma de gráficos ou tabelas que traduzem a resposta espectral dos alvos. Exemplo: espectroradiômetros

Quanto ao processo de formação das imagens

Sistema de quadro: forma imagens por quadros. Exemplo: sistemade TV.Sistema de varredura: varre a imagem de forma mecânica oueletrônica. Exemplo: Landsat e Spot.

Tipos de Sensores

Sistemas Sensores Não-ImageadoresEstes sistemas são aqueles que não produzem imagens e podem se classificar em

radiômetros de banda e espectroradiômetros.

a) Radiômetros de BandaProduzem informação sobre a resposta do alvo em faixas largas do espectro.

b) EspectroradiômetrosOperam em faixas espectrais estreitas.

Sistemas Sensores ImageadoresPodem ser classificados em função do processo de formação da imagem em sensores

fotográficos, de varredura eletro-óptica e radares de visada lateral.

a) Sistemas fotográficosForam os primeiros a serem desenvolvidos e compõem-se basicamente de uma objetiva, um diafragma, um obturador e um corpo onde se aloja o detetor. A objetiva, o diafragma, o obturador e o corpo formam a câmera fotográfica, cuja função é focalizar a energia proveniente do alvo sobre o detetor que, no caso dos sistemas fotográficos, é o filme.Existem diferentes tipos de câmeras fotográficas, mas em sensoriamento remoto em geral, são usadas as câmeras fotográficas aéreas que podem ser divididas em dois grandes tipos: métricas e de reconhecimento. As métricas são utilizadas em cartografia e caracterizam-se pelo alto grau de correção para as distorções geométricas. As de reconhecimento apresentam menores condições de controle das distorções

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geométricas, mas garantem maior fidelidade do registro das características radiométricas da superfície.

b) Sistemas de Imageamento eletro-ópticoNos sistemas de imageamento eletro-óptico, os dados são registrados em forma de sinal elétrico, o que possibilita sua transmissão à distância e os diferencia dos sistemas fotográficos.Todo sistema de imageamento tem dois componentes básicos: o sistema óptico e o detetor. O sistema óptico tem a função de focalizar a energia proveniente da cena sobre o detetor, sendo que o detetor registra a quantidade de energia recebida .O sinal elétrico produzido pelo detetor é então processado e cada nível de radiância é alocado a um conjunto de coordenadas no espaço.A tabela abaixo apresenta os tipos de sistemas imageadores e as características mais importantes de cada tipo.A tabela abaixo mostra as principais vantagens e desvantagens dos sistemas de imageamento eletro-óptico.

Características dos sistemas imageadores eletro-ópticossistemas vidicon varredura eletrônica varredura mecânica

vantagens

. possibilidade de transmissão

. utilizável em sistemas delonga duração

. geometria mais estável

. boa transmissão

. utilizável em missões de longa duração

- alta resolução espectral. possibilidade de transmissão. utilizável em sistema de longaduração

desvantagens. sensibilidade. geometria instável em duas dimensões. resolução espacial limitada

. resolução espacial limitada pela taxa de transmissão dedados

. resolução espacial limitada

. instabilidade geométrica em 1 dimensão

Se observarmos a tabela acima, podemos concluir que todos os sistemas de imageamento eletro-ópticos possuem a vantagem de poderem transformar a energia que chega ao alvo em sinais elétricos transmissíveis a grandes distâncias. Esta vantagem torna esses sistemas particularmente úteis aos programas espaciais de sensoriamento remoto.

c) Sistemas de microondasTodos os sistemas de microondas utilizados em sensoriamento remoto, são sensores ativos, pois produzem sua própria energia, e produzem imagens do terreno. O sistema de imageamento contínuo do terreno.Os radares foram originados dos PPI (plan position indicators) que serviam para auxiliar a navegação aérea. Este sistema não produzia uma imagem do terreno, mas indicava a posição de certos objetos no plano do deslocamento da aeronave.A expressão que deu origem ao termo RADAR foi Radio Detection And Ranging (Detecção e medida de distância por rádio).Os Componentes básicos de um sistema de radar são: antena transmissora/receptora, receptor, detetor e registrador.A antena transmissora produz pulsos de energia na faixa de microondas. Os pulsos são produzidos a intervalos de tempo regulados por um sincronizador com uma potência padronizada por um modulador. Desta maneira, por uma fração de tempo determinado, a antena transmite um “pulso” de energia. Este pulso é enviado a uma direção perpendicular ao deslocamento da plataforma que desloca o sistema sensor. A energia é refletida pela superfície e retorna à antena, que neste instante encontra-se

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sincronizada para receber a energia refletida pela superfície imageada. Esta energia refletida é convertida num sinal passível de ser amplificado. Após esta transformação, o sinal é transferido para o receptor e amplificador, atingindo então o detetor que produz um sinal elétrico passível de ser registrado em filme ou em fitas magnéticas.

Vantagens e limitações dos diferentes sistemas sensores

Cada um dos sistemas sensores tem suas vantagens e desvantagens. Na hora de utilizarmos cada um devemos fazer uma análise das mesmas para vermos se nossa escolha foi a melhor fundamentada. As vantagens estão mais associadas às resoluções espaciais e espectrais atingidas por cada sistema sensor.

Níveis de aquisição de dadosA altitude do sensor em relação ao alvo define o que se convencionou chamar de nível

de aquisição de dados. Eles podem ser classificados em:a) Nível de laboratório/campoTrabalhamos com porções reduzidas da matéria e estudamos seu comportamento espectral quase sem interferência de fatores ambientais.b) Nível de AeronaveA energia registrada pelo sensor não se refere a um determinado objeto, mas a um arranjo de objetos da cena.c) Nível OrbitalEm cada elemento de resolução no terreno a energia registrada é a integração da resposta de diferentes objetos. A figura 4.3 ilustra a idéia desses níveis.

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SISTEMAS SENSORES ORBITAIS

Os sistemas de sensores orbitais e seus respectivos satélites estão disponíveis no site da EMBRAPA:

http://www.sat.cnpm.embrapa.br/

Prof. Adilson Nalin LuizLondrina-PR

Esta apostila é um resumo de:SILVA, Erivaldo A. Sensoriamento Remoto. Presidente Prudente-SP: Mestrado em Ciências Cartográficas da UNESP, 2001. Notas de aula. Mimeografado.

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