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Definição de Sensoriamento Remoto

É a ciência de obtenção de informações acerca de um objeto, área ou

fenômeno, através da análise dos dados obtidos por instrumentos localizados

à alguma distância desses alvos e relacionados de alguma maneira com os

recursos naturais ou ambiente da Terra.

O efeito mais comumente utilizado para obter essas informações é a energia

eletromagnética que emana dos alvos de interesse, podendo ser medida em uma

ou mais regiões do espectro eletromagnético(bandas espectrais), tais como o

visível e o infravermelho(próximo, médio e termal).

Essa energia é registrada por sensores remotos, não imageadores tais como

espectrofotômetros ou espectroradiômetros, ou imageadores tais como câmeras

fotográficas, varredores eletro-ótico-mecânicos e radares de visada lateral.

Onda eletromagnética

O campo elétrico e o campo magnético são perpendiculares entre si e ambos oscilam

perpendicularmente à direção de propagação da onda, como mostra a figura abaixo,

onde E é o campo elétrico e M o campo magnético.

A velocidade de propagação da onda eletromagnética no vácuo é a velocidade da luz

(3 x 108 m/s).

O número de ondas que passa por um ponto do espaço num determinado tempo

define a freqüência (f) da radiação.

A onda eletromagnética pode também ser caracterizada pelo comprimento de onda

(lâmbda).

•Ondas de rádio: baixas freqüências e grandes comprimentos de onda. São utilizadas para comunicação a longa distância.

•Microondas: faixa de 1mm a 30 cm ou 3x1011 a 3x109 Hz. Pode-se gerar feixes de radiação eletromagnética altamente

concentrados, chamados radares. Por serem pouco atenuados pela atmosfera, ou por nuvens, permitem o uso de sensores de

microondas em qualquer condição de tempo.

•Infravermelho: grande importância para o Sensoriamento Remoto. Engloba radiação com comprimentos de onda de 0,75

m a 1,0 mm. A radiação I.V. é facilmente absorvida pela maioria das substâncias (efeito de aquecimento).

•Visível: Radiação capaz de produzir a sensação de visão para o olho humano normal. Pequena variação de comprimento de

onda (380 a 750 nm). Importante para o Sensoriamento Remoto, pois imagens obtidas nesta faixa, geralmente, apresentam

excelente correlação com a experiência visual do intérprete.

•Ultravioleta: extensa faixa do espectro (10 nm a 400 nm). Películas fotográficas são mais sensíveis à radiação ultravioleta do

que a luz visível. Uso para detecção de minerais por luminescência e poluição marinha. Forte atenuação atmosférica nesta

faixa, se apresenta como um grande obstáculo na sua utilização.

•Raios X: Faixa de 1Aoa 10 nm (1A

o = 10-10 m). São gerados, predominantemente, pela parada ou freamento de elétrons de

alta energia. Por se constituir de fótons de alta energia, os raios-X são altamente penetrantes, sendo uma poderosa ferramenta

em pesquisa sobre a estrutura da matéria.

•Raios-GAMA: são os raios mais penetrantes das emissões de substâncias radioativas. Não existe, em princípio, limite

superior para a freqüência das radiações gama, embora ainda seja encontrada uma faixa superior de freqüência para a radiação

conhecida como raios cósmicos.

Espectro Eletromagnético

Espectro eletromagnético

Comprimentos de onda óticos

Comprimentos de onda óticos

Comprimento de onda ( m)

0.30 0.38 0.72 1.3 3.0 7.0 15.0

RefletidoTermal ouemissivo

IV DistanteIV Médio IVPróximoVisível

Atmosfera terrestre e sua interação com a

radiação solar


radiação Solar

Troposfera

15 a 18km (equador), 2 a 8 km (polos)

80% da massa da atmosfera

Chuva, vento, nuvens, neblina, neve, etc

Temperatura diminui 6 graus a cada 1000 metros

Limitada pela Tropopausa que “aprisiona” as moléculas de água

Estratosfera

Do final da tropopausa até 30km a partir da superfície

Pouco oxigênio e sem umidade

Temperatura aumenta com o aumento da altitude devido à absorção da

radiação ultravioleta (UV) pela camada de ozônio

Limitada pela Estratopausa


radiação Solar

Mesosfera

Início logo após a Estratopausa e pode alcançar 80km a partir da superfície

Rica em ozônio. A temperatura continua aumentando, podendo chegar a 10 graus centígrados aos 50km da superfície, voltando a decrescer acentuadamente até atingir –90 graus no topo da camada

Do ponto de vista de SR é importante porque é nela que ocorre a absorção de quase todas as radiações ultravioleta

Limitada pela Mesopausa

Ionosfera

Espessura aproximada de 600km

Condutividade elétrica alta devido à ionização causada pela radiação ultravioleta

Reflete ondas de rádio (curtas) permitindo comunicação à grandes distâncias


radiação Solar

Exosfera

Zona mais externa da atmosfera

Chega a 1000km de distância da superfície.

Predominância do hidrogênio

Temperatura varia de 2000 graus (dia) a –300 (noite)

Quando a radiação solar penetra na atmosfera terrestre, sofre uma forte

atenuação devido à reflexão, o espalhamento, e a absorção pelos

constituintes atmosféricos, por partículas dispersas e nuvens.

Interações da energia eletromagnética com a atmosfera.

Espalhamento (Scattering) atmosférico é uma difusão aleatória

de radiação por partículas na atmosfera.

Espalhamento Rayleigh (molecular)

Ocorre quando a radiação interage com moléculas atmosféricas e outras partículas minúsculas que são muito

menores em diâmetro do que o comprimento de onda da radiação.

O efeito do espalhamento Rayleigh é inversamente proporcional a quarta potência do comprimento de onda.

Portanto, existe uma tendência mais forte a este tipo de espalhamento para os comprimentos de onda menores do que

para os maiores.

Espalhamento Mie

Ocorre quando o diâmetro das partículas atmosféricas é essencialmente igual ao comprimento de onda da radiação.

Vapor d’água e poeira são as maiores causas do espalhamento Mie.

Este tipo de espalhamento tende a influenciar comprimentos de onda maiores do que o espalhamento Rayleigh..

Espalhamento Não-Seletivo

Ocorre quando o diâmetro das partículas atmosféricas são muito maiores do que os comprimentos de onda da

radiação.

Gotas de água, por exemplo, causam este tipo de espalhamento por possuirem diâmetros entre 5 e 100 m e

espalharem todos os comprimentos de onda do visível e do infravermelho próximo e médio igualmente.

Interações da energia eletromagnética com a atmosfera.Em contraste com o espalhamento, a absorção atmosférica resulta na perda

efetiva de energia para os constituintes atmosféricos.

Vapor d’água, dióxido de carbono e ozônio são os constituintes atmosféricos mais

eficientes na absorção de energia eletromagnética.

Porque estes gases tendem a absorver energia eletromagnética em específicas

bandas do espectro, eles influenciam “onde nos olhamos espectralmente” com

qualquer sistema de sensoriamento remoto.

Janelas Atmosféricas: são regiões do espectro eletromagnético onde a atmosfera é

particularmente transmissiva a energia eletromagnética.

Interações da energia eletromagnética com a

superfície terrestre

E ( ) = E ( ) + E ( ) + E ( )I R A T

E ( ) = Energia refletidaR

E ( ) = Energia transmitidaTE ( ) = Energia absorvidaA

E ( ) = Energia incidenteI

A radiação emitida ao incidir sobre a superfície de outra matéria pode ser

refletida, absorvida ou transmitida. Quando absorvida, a energia é

geralmente reemitida, em diferentes comprimentos de onda.

Geometria da energia refletida

A maneira como a energia é refletida depende da rugosidade da superfície dos

objetos.

Refletores especulares são superfícies planas que refletem como espelhos, onde o

ângulo de reflexão é igual ao ângulo de incidência.

Refletores difusos (ou lambertianos) são superfícies rugosas que refletem

uniformemente em todas as direções.

Ângulo de incidência

Ângulo de reflexão

Refletorespecular

ideal

Refletor

especular

quase perfeito

Refletor

difuso quase

perfeito

Refletor

difuso

ideal(superfície

lambertiana)

Resposta espectral dos alvos naturais

Vegetação

Água de Rio Turvo

Solo Argiloso

Solo Arenoso

Água de Rio Límpido

COMPRIMENTO DE ONDA (MICROMETROS)

50

40

REFLECTÂNCIA

(%)

30

20

10

0

Visível IV Próximo.4 .5 .6 .7 .8 .9 1.0 1.1 1.5 1.6 1.7 1.8

IV Médio IV Médio IV Termal

8.0 9.0 10.0 11.0 12.0 13.0

.5 .6 .7 .8 1.1

4 5 6 7

8.0 12.6

8 (apenas LANDSAT 3)MSS (LANDSAT 1,2,3,4 e 5)

.45 .52 .6

1 2

.76 .9

3 4 TM (LANDSAT 4 e 5)

1.55 1.75

5

2.08 2.35

7

10.3 12.5

6

.48 .52 .68 .69 .83

1 2 3 RBV (LANDSAT 1 e 2)

.51 .75

RBV (LANDSAT 3)

XS

P

SPOT

Resposta espectral da vegetação

Pigmento

da FolhaEstrutura

da Célula Conteúdo de ÁguaFator dominantecontrolando a reflectância

da folha

Absorção de

Clorofila

Absorção

de Água

Bandas primárias de absorção

Comprimento de Onda ( m)

IV Refletido

IV MédioIV Próximo

Região Espectral

Visível

}

}

}

Ref

lect

ân

cia

(%

)

80

70

60

50

40

30

20

10

00.4 0.6 0.8 1.0 1.2 1.4 1.6 1.8 2.0 2.2 2.4 2.6

Fatores que afetam a reflectância da vegetação

Fatores Morfológicos

Densidade da cobertura vegetal

Densidade de plantio

Largura da folha

Distância entre folhas

Inserção foliar

Fatores Fisiológicos

Idade da planta

Déficit Hídrico

Tipo e espessura das folhas

Nutrientes

Conteúdo de água na folha

1. Reflectância efetiva de fundo (background, solo,

rocha, folhas mortas, sombra)

2. Ângulo de iluminação solar

3. Azimute do sol

4. Ângulo de visada

Fatores que afetam a reflectância da vegetação

Outros fatores

Fatores que afetam a reflectância dos solos

1. Umidade (maior umidade causará uma menor reflectânciaatravés da porção refletida do espectro eletromagnético);

2. Conteúdo de matéria orgânica ( um aumento em matériaorgânica causará uma diminuição da reflectância);

3. Quantidade de óxido de ferro (um aumento em óxido deferro causará uma diminuição de reflectância);

4. Porcentagem relativa de argila, silte e areia (umadiminuição do tamanho das partículas aumentará areflectância);

5. Características de aspereza da superfície dos solos (umadiminuição na aspereza da superfície causará um aumento donível de reflectância).


Óxidos de Ferro Em geral, os óxidos de ferro absorvem bastante a energia

eletromagnética da região do infravermelho próximo (com máximo de absorção em torno de 900 nm). A quantidade de energia absorvida depende da quantidade do óxido de ferro. Assim, para solos contendo maiores teores de óxidos de ferro, como os Latossolos Ferríferos e os Latossolos Roxos, os espectros de energia refletida, principalmente, na região do infravermelho próximo, são bastante atenuados em razão da presença do óxido de ferro, que sobrepuja as influências dos demais parâmetros do solo.


Matéria Orgânica A composição e o conteúdo de matéria

orgânica no solo são reconhecidamente fatores de forte influência sobre a reflectância dos solos. À medida que o teor de matéria orgânica aumenta, a reflectância do solo decresce no intervalo de comprimento de onda de 400 a 2500 nm.

Quando o teor de matéria orgânica no solo excede a 2,0 %, ela desempenha um papel importante na determinação das propriedades espectrais do solo. Quando o teor é menor de 2,0%, outros constituintes do solo passam a ser mais influentes no comportamento espectral do solo do que a matéria orgânica.

Na Figura ao lado são mostradas três curvas espectrais, obtidas de solos com materiais orgânicos em diferentes estádios de decomposição; ou seja, materiais sápricos (altamente decompostos), materiais hêmicos (moderadamente decompostos) e materiais fíbricos (fracamente decompostos).


Rugosidade e Formação de Crosta Superficial

Logo nas primeiras pesquisas sobre sensoriamento remoto em solos, foi possível reconhecer a presença de formação de crostas superficiais em áreas desnudas, pela diferença no comportamento espectral dessas áreas em relação às adjacentes do mesmo tipo de solo. A formação de crosta faz com que solos úmidos apresentem um comportamento espectral de solo seco. Solos com presença de crosta apresentam maiores valores de reflectância na região espectral de 430 a 730 nm, em relação àqueles cujas crostas foram desfeitas. Este fato foi mais tarde evidenciado em estudos sobre identificação e mapeamento de solo preparado para plantio, na região de Ribeirão Preto, SP.

Nestes estudos foram utilizados dados do MSS (Multispectral Scanner Sensor) do Landsat, bandas 6 e 7 (visível e infravermelho próximo) e fotografias aéreas falsa cor, escala aproximada 1:20.000. Durante as fases de interpretação dos dados de satélite e de fotografias aéreas, os autores notaram que certas áreas preparadas para plantio apresentaram, nos dados do Landsat (banda 4) dois tons de cinza bastante distintos: um bem escuro, proveniente da maior absorção da radiação nesta faixa, pela presença de óxido de ferro e outro mais claro, embora fosse o mesmo solo. Após a verificação de campo, constataram a presença de crostas no solo exatamente onde a tonalidade de cinza era mais clara. Neste caso, a formação de crostas estava associada à diferença de tempo entre o preparo do solo, nestas áreas, e o período de coleta dos dados do satélite.

Por outro lado, durante o preparo do solo, principalmente no período de aração, é comum a formação de torrões. Este fato, gera sobre o solo uma certa rugosidade do terreno, o que se pressupõe interferir na reflectância do mesmo. Essa rugosidade pode causar efeitos tanto de espalhamento como de sombreamento.


Umidade do Solo

Solos úmidos, em geral,

apresentam uma reflectância

menor que os secos, na faixa

de comprimento de onda de

400 a 2600 nm. Para ilustrar,

na figura ao lado são

mostrados várias curvas

espectrais de solos contendo

diferentes porcentagens de

água. É possível observar

ainda que todas elas

apresentam bandas de maior

absorção pela água em 1400

nm, 1900nm e 2200 nm.


Distribuição do Tamanho de Partículas Conforme consta na Tabela 3.1, os solos são formados por partículas de diferentes

tamanhos. Entretanto, a caracterização textural de um solo é feita em função das frações areia, silte e argila. Observando os valores de areia (2 a 0,05 mm), silte (0,05 a 0,002 mm) e argila (< 0,002 mm), nota-se que cada uma dessas frações pode estar no solo em diferentes tamanhos compreendidos nestes intervalos, consequentemente, um solo pode apresentar reflectância espectral diferente de outro solo da mesma classe por dois motivos: concentração e tamanho das partículas que compõem os solos.

Por outro lado, o arranjo físico e a agregação dessas partículas proporcionam ao solo uma estrutura. A textura e a estrutura são responsáveis pela quantidade e tamanho dos espaços porosos no solo, que são ocupados pela água e o ar. No caso de um solo ideal para cultivo, sem problema com excesso de umidade, o ar ocupa os poros maiores que 5 mm e a água poros menores que 5 mm.

A fração argila é a mais ativa quimicamente e pode ser constituída por minerais secundários, como a caulinita, montmorilonita e por sesquióxidos de alumínio e ferro.

Nota-se que cada constituinte do solo interage com a radiação eletromagnética, diferentemente do outro. Porém, é sempre bom lembrar que no solo esses minerais não ocorrem isoladamente e, sim, formando o complexo solo. Desta forma, fica evidente que a energia refletida por um solo é a soma integrada de todas as energias refletidas pelos diferentes componentes do solo.

Fatores que afetam a reflectância da água

A reflectância da água do rio Tietê é típica de água com elevada concentração de material inorgânico em suspensão, com acentuada reflectância na faixa do vermelho, indicando baixa absorção da energia nesta região espectral.

A água do rio Piracicaba apresenta uma reflectância bastante baixa, com pico de máxima reflectância na região do verde (± 23%). Este fato, é um indicador forte da presença de material orgânico em suspensão.

A reflectância da água, obtida no corpo central do reservatório de Barra Bonita, onde as águas dos dois rios já estão misturadas, mostra claramente a transição entre os dois espectros anteriores.

Assinatura Espectral ou Padrão de Resposta

Espectral

Os processos de emissão, absorção, reflexão e transmissão ocorrem

simultaneamente e suas intensidades relativas caracterizam a matéria em investigação.

Dependendo das características físicas e químicas da mesma, os quatro processos

ocorrem com intensidades diferentes em diferentes regiões do espectro.

Esse comportamento espectral das diversas substâncias tem sido denominado de

assinatura espectral e vem sendo utilizado em Sensoriamento Remoto para

distinguir diversos materiais entre si.

Entretanto, deve ser reconhecido que uma assinatura espectral única e imutável não

existe.

Em vez disso, em qualquer ponto no tempo, numa área geográfica particular, podem

existir padrões de resposta espectral mensuráveis dos vários tipos de vegetação que

são combinações da emitância e reflectância da própria vegetação, do solo, efeitos de

sombra devido a diferenças em densidade ou padrões de cultivo, que no total são

distintivas o bastante para permitir que os vários tipos de vegetação de interesse sejam

identificados.

IFOV DO SENSOR

V

Z

Z

V

= ÂNGULO SOLAR

ZENITAL

=ÂNGULO DE VISADA

= ÂNGULO AZIMUTAL

ZÊNITE

SATÉLITE, ALTITUDE H SOL

Variáveis da geometria de aquisição de dados que

afetam as medidas de reflectância

Fatores que afetam a detectabilidade de feições no terreno

1. Resolução Espacial do Sensor

2. Contraste entre a feição e o seu “background”

3. Orientação da feição em relação as linhas de

varredura

4. Relação sinal-ruído dos detectores

5. Taxa de amostragem do sensor

6. O processo de digitalização

Definição de Campo de Visada Instantâneo

(Instantaneous Field of View - IFOV)

IFOV =

Hd

f

Onde é a altura da órbita do satélite

é o tamanho do detector

é a distância focal do sistema óptico

H f

f

f

H

DETECTOR DETECTOR

ÓTICA IFOVANGULAR

IFOVANGULAR

IFOV IFOV

MEIAAMPLITUDE

FUNÇÃOESPALHAMENTO DE PONTO

GEOMETRIA DO CAMPO DE VISADA INSTANTÂNEA(NA PRÁTICA f<<H)

“ESPALHAMENTO DE PONTO”DO CAMPO DE VISADAINSTANTÂNEA

Constraste Simultâneo

Órbita do Landsat sincronizada com o sol

Espaçamento entre órbitas adjacentes do Landsat

Temporização das órbitas do Landsat

Características dos satélites LANDSAT e SPOT

Landsat 4 e 5 SPOT 1 e 2

Órbita Circular

98,2 graus

heliosíncrono

Circular

98,7 graus

heliosincrono

Período 99 minutos 97 minutos

Altitude 705 km 832 km

Cruzamento 9:45 horas 10:39 horas

Ciclo 16 dias 26 dias

Órbita adj. 172 km 108 km

Órbita suc. 2.750 km 2.700 Km

Características do Satélite LANDSAT - Sensor TM

Canal Faixa Espectral (um) Principais aplicações

10.45 - 0.52

Mapeamento de águas costeiras

Diferenciação entre solo e

vegetação

Diferenciação entre vegetação

coníferas e decíduas

2 0.52 - 0.60 Reflectância de vegetação verde

sadia

30.63 - 0.69

Absorção de clorofila

Diferenciação de espécies

vegetais

40.76 - 0.90

Levantamento de biomassa

Delineamento de corpos d'água

51.55 - 1.75

Medidas de umidade da

vegetação

Diferenciação entre nuvens e

neve

610.4 - 12.5

Mapeamento de estresse térmico

em plantas

Outros mapeamentos térmicos

7 2.08 - 2.35 Mapeamento hidrotermal

Características do Satélite SPOT - Sensor HRV

Canal Faixa Espectral(um) Principais aplicações

1 0.50 - 0.59

Reflectância de vegetação verde

sadia

Mapeamento de águas

2 0.61 - 0.68

Absorção da clorofila

Diferenciação de espécies vegetais

Diferenciação de solo e vegetação

3 0.79 - 0.89 Levantamento de fitomassa

Delineamento de corpos d'água

Pan 0.51 - 0.73 Estudo de áreas urbanas

Padrão de varredura ótica do Thematic Mapper e

projeção do IFOV na superfície terrestre

Sensoriamento Remoto Hiperespectral

Composição de cores

Composição Aditiva de Cores Composição Subtrativa de Cores

Composição colorida de imagens do Landsat-TM

Imagem de radar (SIR) de Manaus

• Prospecção mineral e de petróleo

• Cartografia

• Planejamento e monitoramento do uso do solo

• Manejamento de pastagens e florestas

• Agricultura

• Recursos hídricos

• Controle de poluição

• Monitoramento ambiental

Aplicações Usuais do Sensoriamento Remoto

definiÇÃo de sensoriamento remoto€¦ · eletromagnética que emana dos alvos de interesse,...

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