Sensoriamento remoto aplicado a ecologia: fundamentos.
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Sensoriamento remoto Sensoriamento remoto aplicado a ecologia: aplicado a ecologia:
fundamentos.fundamentos.
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SENSORIAMENTO REMOTO:
é a ciência que estuda as propriedades físicas e químicas dos alvos da superfície terrestre, sem ter contato físico com os mesmos, baseando-se somente na interação destes alvos com a radiação eletromagnética.
Esta interação é medida pela sua: reflectância, emitância ou retroespalhamento, e pode ser imageada ou não. Quando imageada, interpreta-se esta imagem a partir do comportamento espectral que cada alvo apresenta, em cada faixa espectral.
As faixas espectrais mais comuns são as do óptico - reflectância, do termal - emitância e das microondas - retroespalhamento.
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ReflectânciaReflectância
Propriedade fPropriedade fíísica do alvo de refletir a sica do alvo de refletir a radiaradiaçção eletromagnão eletromagnéética (REM) aptica (REM) apóós a s a interainteraçção.ão.
VisVisíível vel –– faixas dofaixas do azul, verde e vermelhoazul, verde e vermelho
Não visNão visíível vel –– infravermelho prinfravermelho próóximo e mximo e méédiodio
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RaiosGama Raios-X
RaiosUltravioleta
RaiosInfravermelho
Radar FM TV
ondascurtas
AM
Visível
400 500 600 700
10-14 10-12 10-10 10-8 10-6 10-4 10-2 1 102 104 108
Comprimento de onda (nm)
Comprimento de onda (nm)
RaiosGama Raios-X
RaiosUltravioleta
RaiosInfravermelho
Radar FM TV
ondascurtas
AM
Visível
400 500 600 700
10-14 10-12 10-10 10-8 10-6 10-4 10-2 1 102 104 108
Comprimento de onda (nm)
Comprimento de onda (nm)
Espectro Eletromagnético
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RadiometriaRadiometria e Imagens de Sate Imagens de Satéélitelite
RadiometriaRadiometria: registro da intera: registro da interaçção da REM ão da REM com cada material ou alvo na forma de com cada material ou alvo na forma de curvas curvas = assinatura espectral= assinatura espectral
Imagens de SatImagens de Satéélitelite: registro das : registro das assinaturas espectrais dos materiais ou assinaturas espectrais dos materiais ou alvos da superfalvos da superfíície da Terra na forma de cie da Terra na forma de imagensimagens
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RadiometriaRadiometria
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Absolute Reflectance
0.0
10.0
20.0
30.0
40.0
50.0
350 550 750 950
Wavelength (nm)
Ref
lect
ance
Lado mais liso
Lado mais rugoso
1.1 − Lado mais liso 1.2 − Lado mais rugoso:
Alga vermelha(Rodofícea)
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Red algae
0
5
10
15
20
25
30
35
40
45
350 550 750 950
Wavelength (nm)
Refle
ctan
ce (%
)
OsmundariaGracilaria caudataSpyridiaGracilaria mamilarisCentroceras clavulatumDichotomaria marginataDichotomaria oblongataSolieriaGimnogongrus grifthiseBostrychia radicansGracilaria domingensisChondrophycus papillosusHypnea musciformisCoraline algae (probably Jania)Laurencia filiformis
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Green algae
0
10
20
30
40
50
60
350 550 750 950
Wavelength (nm)
Ref
lect
ance Codium isthnocladium
Caulerpa racemosa
Ulva fasciata
Halimeda cuneata
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Blue green alga
0
2
4
6
8
10
12
14
16
350 550 750 950
Wavelength (nm)
Ref
lect
ance
(%)
Cyanobacteria
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Brown algae
0
5
10
15
20
25
30
35
40
350 550 750 950
Wavelength (nm)
Refle
ctan
ce (%
)
Padina gymnosporaSargassumZonaria tournefortiiDictyota dichotomaDictyota cervicornis
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Reflectância Absoluta de macrófitas
0
10
20
30
40
50
60
70
80
90
100
450 500 550 600 650 700 750 800 850 900
Comprimento de Onda
Ref
lect
ânci
a A
bsol
uta
E. crassipesEichornnia azureaP. stratiotesH. reniformisN. mexicanaL. laevigatumS. molestaM. brasiliensisC. beckettiEc. bletreriEg. densaHy. polysperma
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Resposta espectral média de Indivíduos e Folhas de Pistia stratiotes
0
10
20
30
40
50
60
400 450 500 550 600 650 700 750 800 850 900
Comprimento de onda (nm)
Ref
lect
ânci
a (%
)
Indivíduos
Folhas
Assinatura espectral obtida com o Ocean Optics USB2000
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Imagens de SatImagens de Satéélitelite
Sistemas PassivosSistemas PassivosDependentes de fontes naturais de REMDependentes de fontes naturais de REM
óópticos pticos –– obedece obedece àà leis da leis da óópticapticavisvisíível, infravermelho prvel, infravermelho próóximo e mximo e méédio dio ReflectânciaReflectância
não não óópticos pticos –– obedece a outras leisobedece a outras leisMicroondas Microondas Temperatura de BrilhoTemperatura de BrilhoTermal Termal Emitância Emitância TemperaturaTemperatura
Sistemas AtivosSistemas AtivosGerador de sua prGerador de sua próópria fonte de REMpria fonte de REM
não não óópticospticosMicroondas Microondas ííndice de espalhamento (ndice de espalhamento (retroespalhamentoretroespalhamento))
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RESOLUÇÃO ESPACIALTamanho da área mínima no terreno correspondente a cada cela naimagem (pixel). Pode variar de 50cm a 1100m - conforme o sistemasensor.
RESOLUÇÃO ESPECTRALNúmero de faixas espectrais de cada sistema sensor tem à bordoda plataforma. Pode variar de 1 faixa até o limite tecnológico– conforme a plataforma.
RESOLUÇÃO RADIOMÉTRICANúmero de níveis de Energia que o sistema é capaz de distinguir. O Número Digital (ND) pode variar de 6 bits (26 = 64 níveis de energia), 8 bits (256) e 12 bits (4096) - conforme o sistema sensor.
RESOLUÇÃO TEMPORALO tempo entre uma tomada de dados e outra. Pode ser repetitíveou programável - conforme a plataforma.
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RESOLUÇÃO ESPACIAL
Tamanho da área mínima no terreno correspondente a cada cela na imagem (pixel).
Pode variar de 50cm a 1100m
Exemplos mais comuns:WORLDVIEW-2 – 0,50x0,50m IKONOS - 4x4m (multiespectral) e 1x1m (Pan)ALOS – 10x10m (Avnir) e 2,5x2,5m (Prism) SPOT - 20x20m (multi) e 2,5x2,5m (Pan)ASTER - 15x15mCBERS - 20x20m (CCD) e 2,5x2,5m (Pan)LANDSAT - 30x30m (ETM)NOAA – 1100x1100m (AVHRR)
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RESOLUÇÃO ESPECTRAL
Número de faixas espectrais de cada sistema sensor tem à bordoda plataforma.
• Pode variar de 1 faixa até o limite tecnológico
• Faixas do visível (azul, verde e vermelho)
• Faixas do infravermelho (próximo, médio e termal)
• Faixas de microondas (bandas C, L e P)
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Espectro Eletromagnético
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Side view of Source
Area, A
Projected Source Area =
Normal to Surface Radiant flux, Φ
Solid Angle, Ω
θ
L λ
Concept of Radiance
A Cos θ θ Ω
A Cos θ
O que o detector registra é a Radiância (L)
L = ( ρ E ζ ) seno α
ρ=reflectânciado alvo
E=irradiância
ζ=transmitância
α=ângulo de elevação solar
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0
10
20
30
40
50
60
0.4 0.6 0.8 1.0 1.2 1.4 1.6 1.8 2.0 2.2 2.4 2.6
Comprimento de Onda (um)
Ref
ectâ
ncia
(%)
vegetação -herbáciovegetação -arbóreoágua turva
água limpa
solo argiloso
solo arenoso
µµ µ
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0
127
255
Brightness value range
(typically 8 bit)Associated gray-scale
10 15 17 20
15 16 18 21
17 1820
22
1820
22 24
12
3
4
1 5432Columns ( j)
Bands (k )
1
2
3
4
X axis Picture element (pixel) at location Line 4, Column 4, in Band 1 has a Brightness Value of 24, i.e., BV4,4,1 = 24 .
black
gray
white21
23
22
25
Lines or rows (i)
RESOLUÇÃO RADIOMÉTRICA
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RESOLUÇÃO TEMPORAL
Considerar se seu problema ecológico é compatível como tipo de repetição:
- Repetição automática
- Repetição programada
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Os Os sensoressensores podempodem ser PASSIVOS (SOL ser PASSIVOS (SOL ouou TERRA TERRA comocomo fontefonte de de energiaenergia))
LANDSAT, ASTER, MODIS, IKONOS e WorldView2 (LANDSAT, ASTER, MODIS, IKONOS e WorldView2 (americanosamericanos))SPOT (SPOT (francêsfrancês))CBERS (CBERS (satsatéélitelite sinosino--brasileirobrasileiro))ALOSALOS--AvnirAvnir e Prism (e Prism (japonêsjaponês))
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Os Os sensoressensores podempodem ser ATIVOS (ser ATIVOS (usamusam fontesfontes ARTIFICIAIS)ARTIFICIAIS)
ERS ERS –– bandabanda C (C (europeueuropeu))JERS JERS –– bandabanda L (L (japonesjapones))RADARSAT RADARSAT –– bandabanda C (C (canadensecanadense))ALOSALOS--PalsarPalsar ((bandabanda L L polarizapolarizaççãoão: : hhhh, vv, , vv, vhvh, , hvhv))FuturoFuturo prpróóximoximo –– bandabanda PP
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![Page 34: Sensoriamento remoto aplicado a ecologia: fundamentos.](https://reader034.fdocumentos.tips/reader034/viewer/2022051714/58750ff81a28ab5a368bf1f3/html5/thumbnails/34.jpg)
Solar irradiance
Reflectance from study area,
Various Paths of Satellite Received Radiance
Diffuse sky irradiance
Total radiance at the sensor
L L
L
Reflectance from neighboring area,
1
2
3
Remote sensor
detector
Atmosphere
5
4 1,3,5
θ
θ
E
L
90Þ
θ0T
θv T
0
0
v
p T
S
I
λ nr λ r
Ed
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O processo de sensoriamento remoto envolve 7 etapas, sendo elas : Fonte de energia ou iluminação (A); Radiação e atmosfera (B); Interação com o alvo (C); Registro da energia pelo sensor (D); Transmissão, recepção e processamento (E); Interpretação e análise (F); e Aplicação (G).
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Largura das órbitas do CBERS:
CCD 113kmIRMSS 120kmWFI 890km
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![Page 38: Sensoriamento remoto aplicado a ecologia: fundamentos.](https://reader034.fdocumentos.tips/reader034/viewer/2022051714/58750ff81a28ab5a368bf1f3/html5/thumbnails/38.jpg)
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Satélite CBERS
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Imagem CBERSPixel 20x20m Florianópolis
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ImagemSistema WFISatélite CBERS
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Absolute Reflectance
0.0
10.0
20.0
30.0
40.0
50.0
350 390 430 470 510 550 590 630 670 710 750 790 830 870 910 950 990
Wavelength (nm)
Ref
lect
ance
Lado mais liso
Lado mais rugoso
Faixas dos Satélites CBERS e MERIS
CCD1 CCD2 CCD3
* * *
Assinatura espectral de uma alga vermelha (Rodolito)
* * *
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Intensidade Intensidade MMéédia na dia na
Faixa Faixa espectralespectral
Reflectância Absoluta de macrófitas
0
10
20
30
40
50
60
70
80
90
100
450 500 550 600 650 700 750 800 850 900
Comprimento de Onda
Ref
lect
ânci
a A
bsol
uta
Ei. crassipesEi. azureaP. stratiotesH. reniformisN. mexicanaL. laevigatumS. molestaM. brasiliensisC. beckettiEc. bletreriEg. densaHy. polysperma
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Picos de Picos de reflectância em reflectância em
cada faixacada faixa
Reflectância Absoluta de macrófitas
0
10
20
30
40
50
60
70
80
90
100
450 500 550 600 650 700 750 800 850 900
Comprimento de Onda
Ref
lect
ânci
a A
bsol
uta
Ei. crassipesEi. azureaP. stratiotesH. reniformisN. mexicanaL. laevigatumS. molestaM. brasiliensisC. beckettiEc. bletreriEg. densaHy. polysperma
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Reflectância média nas Faixas espectrais
0
5
10
15
20
25
30
35
40
45
50
55
60
65
Azul Verde Vermelho IVP
Faixas
Ref
lect
ânci
a ab
solu
taEi. crassipesEi. azureaP. stratiotesS. molestaH. reniformisN. mexicanaM. brasiliensisL. laevigatumEg. DensaC. beckettiEc. BletreriHy. Polysperma
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Reflectância média nas Faixas espectrais
0
5
10
15
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Azul Verde Vermelho IVP
Faixas
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Ei. crassipesEi. azureaP. stratiotesS. molestaH. reniformisN. mexicanaM. brasiliensisL. laevigatumEg. DensaC. beckettiEc. BletreriHy. Polysperma
Reflectância Absoluta de macrófitas
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Comprimento de Onda
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E. crassipesEichornnia azureaP. stratiotesH. reniformisN. mexicanaL. laevigatumS. molestaM. brasiliensisC. beckettiEc. bletreriEg. densaHy. polysperma
Faixas espectraisdo CBERS e do IKONOS