Aula 9 - Sensoriamento Remoto

Escrito por Gabriel Volpato Lima

 

Sensoriamento Remoto

Conceitos Básicos em Sensoriamento Remoto

Definição de Sensoriamento Remoto

Arte e ciência da obtenção de informação sobre um objeto sem contato físico direto com ele. É a tecnologia científica que pode ser usada para medir e monitorar importantes características biofísicas e atividades humanas (JENSEN, 2000).

CRÓSTA & SOUZA (1997) definem como o objetivo do sensoriamento remoto a obtenção e análise de informações sobre materiais (naturais ou não), objetos ou fenômenos na superfície da Terra a partir de dispositivos situados à distância dos mesmos.

Utilização conjunta de modernos equipamentos sensores, equipamento para processamento dos dados, equipamento de transmissão, aeronaves, espaçonaves etc, com o objetivo de estudar o ambiente terrestre através do registro e das interações entre as radiações eletromagnéticas e as substâncias componentes do planeta terra em suas mais diversas manifestações (NOVO, 1993)

Radiação Eletromagnética

Forma pela qual a energia é transmitida por meio de um campo eletromagnético variável, no qual os campos elétricos e magnéticos tem sempre direções perpendiculares entre si.

O Comportamento da Radiação Eletromagnética

A Radiação Eletromagnética (REM) é um fenômeno fascinante que é explicado por duas teorias principais: o Modelo Corpuscular e o Modelo Ondulatório. O Modelo Ondulatório, em particular, oferece uma visão intrigante do comportamento da REM. De acordo com este modelo, a REM propaga-se na forma de ondas que viajam à velocidade da luz. Estas ondas, conhecidas como ondas eletromagnéticas, são na verdade perturbações nos campos elétrico e magnético que são causadas pela aceleração de uma carga elétrica. Os campos elétrico (E) e magnético (B) são ortogonais entre si, ou seja, formam um ângulo de 90 graus um com o outro. Além disso, eles oscilam de forma harmônica, o que significa que suas variações de intensidade seguem um padrão regular e repetitivo. Importante, essas oscilações ocorrem perpendicularmente à direção de propagação da onda. Uma característica chave de uma onda eletromagnética é o seu comprimento de onda (λ) ou a sua frequência (ν). O comprimento de onda é definido como a distância média entre dois pontos semelhantes na onda, como dois mínimos ou dois máximos. Por outro lado, a frequência é o número de ondas que passa por um ponto específico no espaço em um determinado período de tempo.

Existe uma relação direta entre a frequência e o comprimento de onda de uma onda eletromagnética, que é expressa pela equação

λ=ν/c​

, onde c é a velocidade de propagação da luz. Esta equação mostra que, à medida que a frequência de uma onda eletromagnética aumenta, o seu comprimento de onda diminui, e vice-versa.

Pelo Modelo Corpuscular a REM é composta por unidades discretas de energia, denominadas fótons ou quanta. A intensidade da radiação é função do número de fótons e da frequência da onda que propaga. A energia de um fóton (Q) é definida pela equação: Q = hν ou Q = hc/λ ,

onde:

Q = energia em Joules (J)
h = constante de Planck (6,626 x 10^-34 J.s^-1 )
ν = frequência
c = velocidade da luz (3 x 10^–8 m.s^-1 )
λ = comprimento de onda

Espectro Eletromagnético

Espectro eletromagnético é a distribuição das radiações eletromagnéticas em função do comprimento de onda. O espectro eletromagnético foi subdividido em regiões com denominações específicas em função das fontes e tipos de processos envolvidos na geração da radiação (CRÓSTA; SOUZA FILHO, 1997)

Fontes de Radiação Eletromagnética

Toda matéria a uma temperatura absoluta acima de zero (0 K ou –273ºC) emite radiação eletromagnética como resultado de suas oscilações atômicas e moleculares (INPE, 2002). Portanto, todo corpo com temperatura absoluta acima de zero pode ser considerado uma fonte de radiação. O Sol é reconhecido como a fonte primordial de radiação eletromagnética que é utilizada para o Sensoriamento Remoto da superfície do nosso planeta. O gráfico apresentado na figura abaixo ilustra a irradiância solar, que é o fluxo radiante que incide sobre uma superfície por unidade de área, em relação ao comprimento de onda da radiação. Esta faixa do espectro é onde a radiação solar é empregada no Sensoriamento Remoto.

No entanto, existem regiões específicas do espectro onde os componentes da atmosfera (O3, H2O, CO2, O2) impedem a passagem da radiação eletromagnética, interferindo na qualidade e quantidade de energia solar disponível para o sensoriamento remoto dos recursos terrestres. Estas regiões são conhecidas como “bandas de absorção da atmosfera”. A energia nos comprimentos de onda do visível e infravermelho é transmitida de forma razoavelmente eficiente pela atmosfera, constituindo regiões de alta transmitância. Estas regiões são chamadas de janelas atmosféricas e é nelas que o Sensoriamento Remoto se concentra na coleta de informações (CRÓSTA; SOUZA FILHO, 1997). A figura abaixo também mostra as bandas de absorção, indicando as regiões onde cada um dos principais componentes atmosféricos absorve energia.

Interação Matéria e Energia

A radiação emitida por um objeto pode atingir outro objeto, onde pode ser refletida, absorvida ou transmitida. Se for absorvida, a energia geralmente é reemitida, muitas vezes com comprimentos de onda diferentes. Os quatro processos - emissão, reflexão, transmissão e absorção da Radiação Eletromagnética (REM) - ocorrem com intensidades variadas em diferentes regiões do espectro, dependendo das características físicas e químicas do objeto. Portanto, o registro do fluxo radiante proveniente de um objeto pode fornecer informações valiosas sobre suas características físicas, como dimensão, forma, temperatura e cor, bem como suas características químicas, como composição.Este registro é conhecido como “assinatura espectral” do objeto ou material em estudo e é amplamente utilizado em Sensoriamento Remoto para distinguir e até identificar diversos materiais ou alvos.

Tipos de Sensores

Os sensores que operam com a radiação eletromagnética podem ser classificados em função da fonte de energia, em função da faixa do espectro em que operam ou em função do produto que ele produz.,

Quanto à fonte de energia, os sensores podem ser classificados em ativos e passivos. Os sensores passivos não possuem uma fonte própria de energia. Captam a radiação solar refletida ou transmitida ou a radiação emitida naturalmente pelo alvo.

Os sensores ativos possuem sua própria fonte de REM que irá interagir com os alvos em estudo. Os radares são exemplos de sensores ativos. Os radares operam na faixa espectral das micro-ondas. Como a quantidade de energia naturalmente emitida pela superfície terrestre nessa faixa do espectro é muito baixa, os radares necessitam gerar sua própria energia (CRÓSTA; SOUZA FILHO, 1997).

Quanto ao produto gerado, os sensores classificam-se em imageadores e não imageadores. Os sistemas imageadores produzem uma imagem que registra a variação espacial da resposta espectral da superfície observada. Essa variação é expressa em uma imagem por diferentes níveis de cinza. Os sistemas não imageadores medem a radiância e apresentam os dados em forma numérica ou de gráficos.

Níveis de aquisição

• Sensoriamento Remoto Orbital (Satélites)

Os sistemas orbitais para monitoramento terrestre abrangem uma vasta gama de satélites, sensores e programas espaciais. A seguir, são apresentadas as características de alguns dos satélites mais utilizados e seus respectivos sensores. As informações foram coletadas a partir de um site especializado (http://www.sat.cnpm.embrapa.br/) . Este site também fornece dados sobre outros satélites, além de exemplos de aplicações e imagens obtidas por diferentes sensores e satélites. Os dados específicos de cada satélite não são tão importantes conhecer e estão aqui a nivel de curiosidade (a não ser que vc queira fazer a OBSAT, só que aí vc ta na matéria errada). Entretanto, conhecer os satélites é bem importante pois muitas vezes saber o propósito deles pode te dar uma vantagem na olimpíada, quem fez a OBG Estadual de 2023 sabe do que estou falando.

Landsat (Land Remote Sensing Satellite)

Os satélites Landsat são uma série de satélites de observação da Terra que tiveram início na segunda metade da década de 1960, a partir de um projeto desenvolvido pela NASA. O primeiro satélite, Landsat 1, foi lançado em 1972. Inicialmente, a missão foi chamada de Earth Resources Technology Satellite (ERTS), mas em 1975 passou a se chamar Landsat. A série Landsat envolveu o lançamento de oito satélites, cada um com melhorias tecnológicas e capacidades aprimoradas. Os primeiros três satélites, Landsat 1, 2 e 3, foram considerados experimentais e levaram a bordo as câmeras RBV (Return Beam Vidicon) e MSS (Multispectral Scanner System).

O Landsat 4, lançado em 1982, começou a operar com o sensor TM (Thematic Mapper), especializado em recursos naturais. Dois anos depois, o Landsat 5 foi lançado com os mesmos instrumentos sensores do Landsat 4. O Landsat 6, projetado com o sensor ETM (Enhanced Thematic Mapper), não conseguiu atingir a órbita terrestre devido a falhas no lançamento. O sensor ETM evoluiu para o sensor ETM+ (Enhanced Thematic Mapper Plus) lançado em 1999 a bordo do Landsat 7. Este instrumento ampliou as possibilidades de uso dos produtos Landsat, oferecendo a versatilidade e eficiência obtidas nas versões anteriores.

SPOT (Système pour l'Observation de la Terre)

Os satélites SPOT (Système Pour l’Observation de la Terre) são uma série de satélites de alta resolução controlados pela empresa francesa Spot Image. O projeto foi iniciado no final da década de 70 sob a liderança do governo francês, através do Centre National d’Études Spatiales (CNES), com o apoio da Suécia e da Bélgica.

A série SPOT lançou um total de 7 satélites, divididos em gerações, de acordo com as alterações de suas cargas úteis. Os três primeiros satélites da série SPOT, lançados em 1986, 1990 e 1993, levaram a bordo sensores HRV idênticos, capazes de oferecer resolução espacial de 10m e 20m em modo pancromático e multiespectral, respectivamente.

O quarto satélite, lançado em 1998, inovou com o acréscimo do sensor VEGETATION e alterou alguns parâmetros do sensor HRV, transformando-o no sensor HRVIR. O quinto satélite da série foi lançado em 2005, com três tipos de sensores a bordo: HRG (evolução do sensor HRVIR com aumento na resolução espacial das imagens e retorno do canal pancromático), o sensor VEGETATION-2 (idêntico ao seu antecessor) e o novo sensor HRS especializado em adquirir imagens stereo.

Em 9 de setembro de 2012 foi lançado o SPOT 6 e em 30 de junho de 2014 foi lançado o SPOT 7. Devido à capacidade de visadas dos sensores, a série fornece imagens das regiões de interesse em intervalos de 1 a 3 dias e é interessante por sua versatilidade na disponibilidade de imagens, na frequência e tamanho das áreas imageadas, na disponibilidade de vários níveis de correção e na possibilidade de programação de imageamento.

CBERS (China-Brazil Earth Resources Satellite)

O CBERS (China-Brazil Earth Resources Satellite, Satélite Sino-Brasileiro de Recursos Terrestres) é um programa de cooperação tecnológica entre Brasil e China que desenvolve e opera satélites de observação da Terra. A base para a cooperação espacial entre China e Brasil foi estabelecida em maio de 1984, quando ambos os países assinaram um acordo complementar ao acordo-quadro de cooperação em ciência e tecnologia. Em julho de 1988, China e Brasil assinaram o protocolo que estabeleceu a pesquisa conjunta e produção dos Satélites Sino-Brasileiros de Recursos Terrestres (CBERS).

O programa CBERS lançou um total de seis satélites, cada um com melhorias tecnológicas e capacidades aprimoradas. Os primeiros satélites da série, CBERS-1, 2 e 2B, foram considerados experimentais. O CBERS-1 foi lançado em 14 de outubro de 1999 e o CBERS-2 foi lançado em outubro de 2003. O CBERS-2B foi lançado em setembro de 2007.

O CBERS-4A, lançado em 20 de dezembro de 2019, é um satélite de imageamento óptico operado em colaboração pelo Centro Chinês para Aplicação de Satélites de Recursos e Dados (CRESDA) e o Instituto Nacional de Pesquisas Espaciais (INPE) - Instituto Nacional de Pesquisas Espaciais do Brasil.

• Sensoriamento Remoto Aéreo (Aviões)

Um radar acoplado em um avião ou satélite emite micro-ondas que são refletidas de volta pela Terra, permitindo o registro de sua superfície pelo mesmo equipamento. As micro-ondas sofrem menos interferência das nuvens do que as ondas do espectro visível e infravermelho, possibilitando fazer imagens de radar mesmo em dias nublados ou à noite, algo impossível para sensores passivos. Até hoje a maioria dos mapas topográficos é produzida por intermédio da aerofotogrametria, porque ela é bastante precisa e detalhada. Entretanto, novos avanços no sensoriamento remoto advieram do uso de satélites e computadores.

• Fotografia Aérea

Embora as primeiras imagens aéreas da Terra tenham sido capturadas por balões no século XIX, o sensoriamento remoto só começou a se desenvolver durante a Primeira Guerra Mundial (1914-1918), com o uso de aviões. Durante esse período, os interesses militares impulsionaram um grande progresso na aerofotogrametria, que envolve a captação de imagens da superfície terrestre usando equipamentos fotográficos especiais montados no chão de um avião.

Voando a uma velocidade constante e em rotas pré-determinadas, o equipamento tira fotografias parcialmente sobrepostas em intervalos regulares. Depois, as fotos passam por máquinas conhecidas como restituidores. Esses dispositivos são assim chamados porque recuperam as informações contidas nas fotografias e corrigem as imperfeições no processo.

Imagens de satélites

As imagens capturadas pelos satélites são transformadas em dados numéricos e transmitidas para uma estação terrestre, onde são processadas por computadores. Com esses dados, é possível produzir várias imagens digitais da superfície do planeta, incluindo mapas, de maneira muito rápida. Geralmente, são criados mapas temáticos, de pequena escala, onde o foco principal são os temas representados. Já os mapas topográficos, de grande escala, como as cartas, que exigem maior precisão, ainda são feitos principalmente com base em fotos aéreas.

A utilização de satélites para sensoriamento remoto oferece outra grande vantagem: a capacidade de registrar uma sequência de eventos ao longo do tempo. Imagens de uma mesma área podem ser capturadas em intervalos regulares de tempo, permitindo o acompanhamento da ocorrência de muitos fenômenos.

Um dos usos mais conhecidos de imagens de satélite é na previsão do tempo. Satélites meteorológicos capturam imagens de massas de ar, que são visíveis através das formações de nuvens, em intervalos regulares de tempo. Essas imagens são usadas para criar animações que ajudam os meteorologistas a prever chuvas, períodos de seca ou a passagem de furacões, o que é fundamental para o trabalho da defesa civil. Além disso, dados coletados em estações meteorológicas e balões também auxiliam os especialistas na previsão do tempo.

Questões

(OBG Estadual 2018)

Escolha a alternativa correta a partir dos seus conhecimentos sobre a conversão do uso e
cobertura das terras no Brasil.

A) O naturalista José Bonifácio alerta sobre a redução da vegetação e os futuros impactos
do desmatamento. Diante disso, para conservar as diferentes fitofisionomias e
ecossistemas do Bioma Mata Atlântica ele cria o primeiro Parque Nacional do país,
denominado Itatiaia e localizado no Rio de Janeiro.

B) O Bioma Mata Atlântica abrange o Nordeste oriental brasileiro até o norte do Estado
do Rio Grande do Sul. Sua vegetação original está totalmente preservada devido à criação
do primeiro Código Florestal Brasileiro, elaborado por José Bonifácio.

C) O intenso desmatamento ao longo dos anos alterou o regime de chuvas em algumas
regiões consideradas prioritárias. Uma delas são as bacias hidrográficas do Sistema
Cantareira, considerado um dos maiores produtores de água do mundo, responsável por
abastecer todos os municípios dos 17 estados inseridos no Bioma Mata Atlântica.

D) Atualmente, informações obtidas por meio de imagens orbitais de satélite em
diferentes escalas espaciais e temporais têm contribuído na identificação e conservação
da cobertura vegetal, principalmente nos Biomas Mata Atlântica e Cerrado, considerados
importantes hotspots do Brasil.

E) O título de hotspot foi criado por José Bonifácio com objetivo de identificar áreas com
vegetação nativa totalmente preservadas e com baixo nível de impacto humano. Devido
a esse fato, o Bioma Mata Atlântica recebeu o título de maior hotspot do Brasil

 

(OBG Estadual 2018)

Observe a imagem de satélite abaixo.

O que ela representa?

A) Ciclones na porção sul do Oceano Pacífico.

B) Anticiclones na porção norte do Oceano Atlântico.

C) Ciclones na porção norte do Oceano Atlântico.

D) Anticiclones na porção sul do Oceano Pacífico.

E) Ciclones na porção sul do Oceano Índico.