Apostila sensoriamento remoto - inpe

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Apostila sensoriamento remoto - inpe

  1. 1. CAPÍTULO 1 FUNDAMENTOS DE SENSORIAMENTO REMOTO Elisabete Caria de Moraes1 INSTITUTO NACIONAL DE PESQUISAS ESPACIAIS-INPE1 e.mail : bete@ltid.inpe.brDSR/INPE 1-1 E.C.MORAES
  2. 2. DSR/INPE 1-2 E.C.MORAES
  3. 3. ÍNDICELISTA DE FIGURAS ...................................................................................... 1-51. FUNDAMENTOS DE SENSORIAMENTO REMOTO ............................... 1-71.1 RADIAÇÃO ELETROMAGNÉTICA ........................................................ 1-71.2 ESPECTRO ELETROMAGNÉTICO ....................................................... 1-91.3 ATENUAÇÃO ATMOSFÉRICA ............................................................ 1-121.4 COMPORTAMENTO ESPECTRAL DE OBJETOS NATURAIS .......... 1-151.5 SISTEMA SENSOR ............................................................................... 1-181.6 NÍVEIS DE COLETAS DE DADOS ....................................................... 1-212. REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS ....................................................... 1-22DSR/INPE 1-3 E.C.MORAES
  4. 4. DSR/INPE 1-4 E.C.MORAES
  5. 5. LISTA DE FIGURAS1 – COMPRIMENTOS DE ONDA .................................................................. 1-82 – O ESPECTRO ELETROMAGNÉTICO ................................................... 1-103 – CURVAS DE DISTRIBUIÇÃO ESPECTRAL DA ENERGIA SOLAR NA ATMOSFERA ......................................................................................... 1-134 – TRANSMITÂNCIA ESPECTRAL DA ATMOSFERA ............................. 1-145 – INTERAÇÃO DA ENERGIA ELETROMAGNÉTICA COM O OBJETO 1-166 – NIVEIS DE COLETAS DE DADOS ........................................................ 1-21DSR/INPE 1-5 E.C.MORAES
  6. 6. DSR/INPE 1-6 E.C.MORAES
  7. 7. 1. FUNDAMENTOS DE SENSORIAMENTO REMOTOO Sensoriamento Remoto pode ser entendido como um conjunto de atividadesque permite a obtenção de informações dos objetos que compõem a superfícieterrestre sem a necessidade de contato direto com os mesmos. Estasatividades envolvem a detecção, aquisição e análise (interpretação e extraçãode informações) da energia eletromagnética emitida ou refletida pelos objetosterrestres e registradas por sensores remotos. A energia eletromagnéticautilizada na obtenção dos dados por sensoriamento remoto é tambémdenominada de radiação eletromagnética.A quantidade e qualidade da energia eletromagnética refletida e emitida pelosobjetos terrestres resulta das interações entre a energia eletromagnética eestes objetos. Essas interações são determinadas pelas propriedades físico-químicas e biológicas desses objetos e podem ser identificadas nas imagens enos dados de sensores remotos. Portanto, a energia eletromagnética refletida eemitida pelos objetos terrestres é a base de dados para todo o processo de suaidentificação, pois ela permite quantificar a energia espectral refletida e/ouemitida por estes, e assim avaliar suas principais características. Logo ossensores remotos são ferramentas indispensáveis para a realização deinventários, de mapeamento e de monitoramento de recursos naturais.1.1 RADIAÇÃO ELETROMAGNÉTICA.A energia eletromagnética é emitida por qualquer corpo que possuatemperatura acima de zero grau absoluto (0 Kelvin). Desta maneira, todo corpocom uma temperatura absoluta acima de zero pode ser considerado como umafonte de energia eletromagnética.O Sol e a Terra são as duas principais fontes naturais de energiaeletromagnética utilizadas no sensoriamento remoto da superfície terrestre. Aenergia eletromagnética não precisa de um meio material para se propagar,DSR/INPE 1-7 E.C.MORAES
  8. 8. sendo definida como uma energia que se move na forma de ondaseletromagnéticas à velocidade da luz ( c = 300.000 Km s , onde ”c” é a velocidadeda luz.).A distância entre dois pontos semelhantes, como mostra a Figura 1, define ocomprimento de onda e, o número de ondas que passa por um ponto doespaço num determinado intervalo de tempo, define a freqüência da radiaçãoeletromagnética. Fig. 1 – Comprimento de ondaDado que a velocidade de propagação das ondas eletromagnética édiretamente proporcional à sua freqüência e comprimento de onda, esta podeser expressa por: c = f ⋅λ (1)onde: c = velocidade da luz (m/s) f = freqüência (ciclo/s ou Hz) λ = comprimento de onda (m)A quantidade de energia (Q) emitida, transferida ou recebida na forma deenergia eletromagnética, está associada a cada comprimento de onda oufreqüência e é definida por: h Q = h⋅ f = (2) λDSR/INPE 1-8 E.C.MORAES
  9. 9. onde h é a constante de Planck (6,625 10-34 joule segundo (J.s)) e a unidadeque quantifica esta energia é dada em Joule (J). Através desta equaçãoverifica-se que quanto maior a quantidade de energia maior será a freqüênciaou menor será o comprimento de onda a ela associada e vice-versa.Devido a ordem de grandeza destas variáveis é comum utilizar unidadessubmúltiplas do metro (micrometro: 1 µm = 10-6 m, nanometro: 1 nm = 10-9 m)para comprimento de onda e múltiplas do Hertz (quilohertz: 1 kHz = 103 Hz,megahertz: 1 mHz = 106 Hz) para freqüência.1.2 ESPECTRO ELETROMAGNÉTICOA energia eletromagnética pode ser ordenada de maneira contínua em funçãode seu comprimento de onda ou de sua freqüência, sendo esta disposiçãodenominada de espectro eletromagnético. Este apresenta subdivisões deacordo com as características de cada região. Cada subdivisão é função dotipo de processo físico que dá origem a energia eletromagnética, do tipo deinteração que ocorre entre a radiação e o objeto sobre o qual esta incide, e datransparência da atmosfera em relação à radiação eletromagnética. O espectroeletromagnético se estende desde comprimentos de onda muito curtosassociados aos raios cósmicos, até as ondas de rádio de baixa freqüência egrandes comprimentos de onda, como mostra a Figura 2.A medida que se avança para a direita do espectro eletromagnético as ondasapresentam maiores comprimentos de onda e menores freqüências. A faixaespectral mais utilizada em sensoriamento remoto estende-se de 0,3 µm a15 µm, embora a faixa de microondas também é utilizada.DSR/INPE 1-9 E.C.MORAES
  10. 10. .... Nuvem Fig. 2 - O espectro eletromagnético.Podem-se observar na Figura 2 a existência das seguintes regiões:Radiação Gama: é emitida por materiais radioativo e, por ser muito penetrante(alta energia), tem aplicações em medicina (radioterapia) e em processosindustriais (radiografia industrial).Raio X: é produzido através do freamento de elétrons de grande energiaeletromagnética. Seu médio poder de penetração o torna adequado para usomédico (raio X) e industrial (técnicas de controle industrial).Ultravioleta (UV): é produzida em grande quantidade pelo Sol, sendo emitidana faixa de 0,003 µm até aproximadamente 0,38µm. Seu poder de penetraçãoa torna nociva aos seres vivos, porém esta energia eletromagnética épraticamente toda absorvida pela camada de ozônio atmosférico.Visível (LUZ): é o conjunto de radiações eletromagnéticas que podem serdetectadas pelo sistema visual humano. A sensação de cor que é produzidapela luz está associada a diferentes comprimentos de ondas. As cores estãoassociadas aos seguintes intervalos espectrais.DSR/INPE 1-10 E.C.MORAES
  11. 11. violeta: 0,38 a 0,45 µm azul: 0,45 a 0,49 µm verde: 0,49 a 0,58 µm amarelo: 0,58 a 0,6 µm laranja: 0,6 a 0,62 µm vermelho: 0,62 a 0,70 µmInfravermelho (IV): é a região do espectro que se estende de 0,7 a 1000 µm ecostuma ser dividida em três sub-regiões: IV próximo: 0,7 a 1,3 µm IV médio: 1,3 a 6 µm IV distante: 6 a 1000 µmA energia eletromagnética no intervalo espectral correspondente aoinfravermelho próximo é encontrada no fluxo solar ou mesmo em fontesconvencionais de iluminação (lâmpadas incandescentes), enquanto asenergias eletromagnéticas correspondentes ao intervalo espectral doinfravermelho médio e distante (também denominadas de radiação termal) sãoprovenientes da emissão eletromagnética de objetos terrestres.Microondas: são radiações eletromagnéticas produzidas por sistemaseletrônicos (osciladores) e se estendem pela região do espectro de 1mm atécerca de 1m, o que corresponde ao intervalo de freqüência de 300GHz a300MHz. Os feixes de microondas são emitidos e detectados pelos sistemasde radar (radio detection and ranging).Radio: é o conjunto de energias de freqüência menor que 300MHz(comprimento de onda maior que 1m). Estas ondas são utilizadasprincipalmente em telecomunicações e radiodifusão.Algumas regiões do espectro eletromagnético têm denominações que indicamalguma propriedade especial, como por exemplo:DSR/INPE 1-11 E.C.MORAES
  12. 12. Espectro óptico: refere-se à região do espectro eletromagnético quecompreende as energias que podem ser coletadas por sistemas ópticos(ultravioleta, visível e infravermelho).Espectro solar: refere-se à região espectral que compreende os tipos deenergia emitidas pelo Sol. Cerca de 99% da energia solar que atinge a Terraencontra-se concentrada na faixa de 0,28 a 4 µm.Espectro visível: refere-se ao conjunto das energias eletromagnéticaspercebido pelo sistema visual humano, também denominado de luz.Espectro termal: refere-se ao conjunto das energias eletromagnéticas emitidaspelos objetos terrestres e encontra-se nos intervalos espectrais correspondenteao infravermelho médio e distante.Quando consideramos o Sol como fonte de energia eletromagnética (ou fontede iluminação) os sensores detectam a energia refletida pelos objetosterrestres, portanto o sensoriamento remoto é realizado na faixa do espectrosolar. Quando a Terra atua como fonte de energia eletromagnética os sensoresdetectam a energia emitida pelos corpos terrestres, portanto o sensoriamentoremoto é realizado na faixa do espectro termal. Esta distinção torna possível otratamento separado desses dois tipos de energia eletromagnética, facilitandoa análise da energia radiante.1.3 ATENUAÇÃO ATMOSFÉRICAA energia eletromagnética ao atravessar atmosfera terrestre pode serabsorvida, refletida e espalhada. Os gases presentes na atmosfera apresentamcapacidade de absorção muito variáveis em relação ao comprimento de ondada energia solar incidente no sistema terra-atmosfera e da energia emitida pelasuperfície terrestre. Existem regiões do espectro eletromagnético para os quaisDSR/INPE 1-12 E.C.MORAES
  13. 13. a atmosfera absorve muito da energia incidente no topo da atmosfera, às vezesnão deixando chegar quase nada de energia na superfície terrestre. Estainteração da energia com a atmosfera pode ser comparada com uma cortinaque age como um filtro e, dependendo de seu tecido, atenua ou até mesmoimpede a passagem da luz. Neste caso os diferentes tipos de tecidos da cortinapoderia ser comparado com os diferentes gases existentes na atmosferaterrestre, os quais atenuam a energia eletromagnética diferentemente.A Figura 3 mostra a distribuição do espectro de energia eletromagnética do Solno topo da atmosfera e na superfície terrestre observada ao nível do mar. Asáreas sombreadas representam as absorções devido aos diversos gasespresentes numa atmosfera limpa. Os principais gases absorvedores daradiação eletromagnética são vapor d’água (H2O), oxigênio (O2), ozônio (O3) egás carbônico (CO2). Os gases CO, CH4, NO e N2O ocorrem em pequenasquantidades e também exibem espectros de absorção. E n Energia solar incidente no topo da atmosfera e g Energia solar incidente na superfície terrestre i a I n c i d e n t e o A ) Fig. 3 - Curvas da distribuição espectral da energia solar na atmosfera/superfície terrestre.DSR/INPE 1-13 E.C.MORAES
  14. 14. Cerca de 70% da energia solar está concentrada na faixa espectralcompreendida entre 0,3 e 0,7 µm e como a atmosfera absorve muito pouconesta região, grande parte da energia solar atinge a superfície da Terra.Também existem regiões no espectro eletromagnético para os quais aatmosfera é opaca (absorve toda a energia eletromagnética). Na região doultravioleta e visível, o principal gás absorvedor da energia eletromagnéticasolar é o ozônio (O3), o qual protege a terra dos raios ultravioletas que sãoletais a vida vegetal e animal. Na região do infravermelho os principais gasesabsorvedores são o vapor d’água (H2O) e o dióxido de carbono (CO2)Existem regiões do espectro eletromagnético onde a atmosfera quase nãoafeta a energia eletromagnética, isto é, a atmosfera é transparente à energiaeletromagnética proveniente do Sol ou da superfície terrestre. Estas regiõessão conhecidas como janelas atmosféricas. Nestas regiões são colocados osdetectores de energia eletromagnética, e portanto onde é realizado osensoriamento remoto dos objetos terrestres. A Figura 4 apresenta as janelasatmosféricas e as regiões afetadas pelos principais gases atmosféricos. Comprimento de onda ( µm) Fig. 4 – Transmitância espectral da atmosferaA atmosfera quase não absorve a energia eletromagnética emitida pelosobjetos que compõem a superfície terrestre, com exceção de uma pequenaDSR/INPE 1-14 E.C.MORAES
  15. 15. banda de absorção do ozônio, centrada em 9,6 µm. Nesta janela atmosférica osistema terra-atmosfera perde energia para o espaço mantendo assim oequilíbrio térmico do planeta. Essas considerações são válidas para aatmosfera limpa, pois tanto nuvens como poluentes tendem a absorver aenergia eletromagnética. As nuvens absorvem toda a energia na região doinfravermelho, e emitem radiação eletromagnética proporcionalmente a suatemperatura. Acima de 14 µm a atmosfera é quase que totalmente opaca àenergia eletromagnética, ou seja, absorve toda a energia eletromagnética comcomprimentos de onda acima deste valor.As interações da energia eletromagnética com os constituintes atmosféricosinfluenciam a caracterização da energia solar e terrestre disponíveis para osensoriamento remoto de recursos naturais. A energia eletromagnética aoatingir a atmosfera é por esta espalhada, e parte desta energia espalhadaretorna para o espaço, vindo a contaminar a energia refletida ou emitida pelasuperfície e que é detectada pelos sensores orbitais.1.4 COMPORTAMENTO ESPECTRAL DE OBJETOS NATURAISO fluxo de energia eletromagnética ao atingir um objeto (energia incidente)sofre interações com o material que o compõe, sendo parcialmente refletido,absorvido e transmitido pelo objeto, como pode ser visto na Figura 5.A absorção, reflexão e transmissão da energia incidente poder ser total ouparcial, guardando sempre o princípio de conservação de energia. Acapacidade de um objeto absorver, refletir e transmitir a radiaçãoeletromagnética é denominada, respectivamente, de absortância, reflectância etransmitância, sendo que os valores variam entre 0 e 1.O comportamento espectral de um objeto pode ser definido como sendo oconjunto dos valores sucessivos da reflectância do objeto ao longo do espectroeletromagnético, também conhecido como a assinatura espectral do objeto. ADSR/INPE 1-15 E.C.MORAES
  16. 16. assinatura espectral do objeto define as feições deste, sendo que a forma, aintensidade e a localização de cada banda de absorção é que caracteriza oobjeto. IR R G B B G R IR COMPRIMENTO DE ONDA Fig. 5 - Interação da energia eletromagnética com o objeto.Os objetos interagem de maneira diferenciada espectralmente com a energiaeletromagnética incidente, pois os objetos apresentam diferentes propriedadesfísico-químicas e biológicas. Estas diferentes interações é que possibilitam adistinção e o reconhecimento dos diversos objetos terrestres sensoriadosremotamente, pois são reconhecidos devido a variação da porcentagem deenergia refletida em cada comprimento de onda. A Figura 2 apresenta osespectros de reflectância de alguns objetos bastante freqüentes nas imagensde sensoriamento remoto como, água, solo, areia, vegetação e nuvens.O conhecimento do comportamento espectral dos objetos terrestres é muitoimportante para a escolha da região do espectro sobre a qual pretende-seadquirir dados para determinada aplicação. As características básicasobservadas no comportamento espectral destes objetos são:DSR/INPE 1-16 E.C.MORAES
  17. 17. - A vegetação sadia apresenta alta absorção da energia eletromagnética naregião do espectro visível, que é capturada pela clorofila para a realização dafotossíntese. Dentro do espectro visível a absorção é mais fraca na região quecaracteriza a coloração da vegetação. A alta reflectância no infravermelhopróximo (até 1,3µm) é devido a estrutura celular, sendo que a partir destecomprimento de onda é o conteúdo de água na vegetação quem modula asbandas de absorção presentes no comportamento espectral desta.- O comportamento espectral de rochas é resultante dos espectros individuaisdos minerais que as compõem. Os minerais apresentam característicasdecorrentes de suas bandas de absorção. Portanto a absorção é o principalfator que controla o comportamento espectral das rochas.- O comportamento espectral dos solos é também dominado pelas bandas deabsorção de seus constituintes. As combinações e arranjos dos materiaisconstituintes dos solos é que define o seu comportamento espectral, sendo queos principais fatores são a constituição mineral, a matéria orgânica, a umidadee a granulometria (textura e estrutura) deste.- A água pode-se apresentar na natureza em três estados físicos, os quaisapresentam comportamento espectral totalmente distintos. O comportamentoespectral da água líquida pura apresenta baixa reflectância (menor do que10%) na faixa compreendida entre 0,38 e 0,7µm e máxima absorção acima de0,7µm. O comportamento espectral de corpos d’água é moduladoprincipalmente pelos processos de absorção e espalhamento produzidos pormateriais dissolvidos e em suspensão neles, pois é verificado que a presençade matéria orgânica dissolvida em corpos d’água desloca o máximo dereflectância espectral para o verde-amarelo, enquanto que a presença dematéria inorgânica em suspensão resulta num deslocamento em direção aovermelho.DSR/INPE 1-17 E.C.MORAES
  18. 18. - O comportamento espectral de nuvens apresenta elevada reflectância (emtorno de 70%), em todo o espectro óptico com destacadas bandas de absorçãoem 1, 1,3 e 2µm.Com o intuito de melhor interpretar as imagens de satélites, muitospesquisadores têm se dedicado a pesquisa fundamental, ou seja, a obtenção ea análise de medidas da reflectância dos objetos terrestres em experimento decampo e de laboratório, os quais possibilitam uma melhor compreensão dasrelações existentes entre o comportamento espectral dos objetos e as suaspropriedades.1.5 SISTEMA SENSOROs sensores remotos são dispositivos capazes de detectar a energiaeletromagnética (em determinadas faixas do espectro eletromagnético)proveniente de um objeto, transformá-las em um sinal elétrico e registrá-las, detal forma que este possa ser armazenado ou transmitido em tempo real paraposteriormente ser convertido em informações que descrevem as feições dosobjetos que compõem a superfície terrestre. As variações de energiaeletromagnética da área observada podem ser coletadas por sistemassensores imageadores ou não-imageadores.Os sistemas imageadores fornecem como produto uma imagem da áreaobservada, como por exemplo temos os “scaners” e as câmaras fotográficas,enquanto que os sistemas não-imageadores, também denominadosradiômetros ou espectroradiômetros, apresentam o resultado em forma dedígitos ou gráficos.Os sistemas sensores também podem ser classificados como ativos epassivos. Os sensores passivos não possuem fonte própria de energiaeletromagnética, como por exemplo os sensores do satélite Landsat 5, osradiômetros e espectroradiômetros. Os sensores ativos possuem uma fonteDSR/INPE 1-18 E.C.MORAES
  19. 19. própria de energia eletromagnética. Eles emitem energia eletromagnética paraos objetos terrestres a serem imageados e detectam parte desta energia que érefletida por estes na direção deste sensores. Como exemplo podemos citar oradar e qualquer câmara fotográfica com flash. Os sistemas fotográficos foramos primeiros equipamentos a serem desenvolvidos e utilizados para osensoriamento remoto de objetos terrestresAs principais partes de um sensor são:a) coletor: é um componente óptico capaz de concentrar o fluxo de energiaproveniente da amostra no detetor;b) filtro: é o componente responsável pela seleção da faixa espectral daenergia a ser medida;c) detetor: é um componente de pequenas dimensões feito de um materialcujas propriedades elétricas variam ao absorver o fluxo de energia, produzindoum sinal elétrico.d) processador: é um componente responsável pela amplificação do fraco sinalgerado pelo detetor e pela digitalização do sinal elétrico produzido pelodetector; ee) unidade de saída: é um componente capaz de registrar os sinais elétricoscaptados pelo detector para posterior extração de informações.A qualidade de um sensor geralmente é especificada pela sua capacidade deobter medidas detalhadas da energia eletromagnética. As características dossensores estão relacionadas com a resolução espacial, espectral eradiométrica.A resolução espacial representa a capacidade do sensor distinguir objetos. Elaindica o tamanho do menor elemento da superfície individualizado pelo sensor.A resolução espacial depende principalmente do detector, da altura doDSR/INPE 1-19 E.C.MORAES
  20. 20. posicionamento do sensor em relação ao objeto. Para um dado nível deposicionamento do sensor, quanto menor for a resolução geométrica destemaior será o grau de distinção entre objetos próximos. Por exemplo, o sistemasensor do Thematic Mapper (TM) do Landsat 5 possui uma resolução espacialde 30 metros.A resolução espectral refere-se à largura espectral em que opera o sensor.Portanto, ela define o intervalo espectral no qual são realizadas as medidas, econsequentemente a composição espectral do fluxo de energia que atinge odetetor. Quanto maior for o número de medidas num determinado intervalo decomprimento de onda melhor será a resolução espectral da coleta. Porexemplo, o Landsat 5 possui os sensores TM e Multispectral Scanning System(MSS). O sensor TM apresenta algumas bandas espectrais mais estreitas doque o sensor MSS, portanto nestas bandas o TM apresenta melhor resoluçãoespectral do que o MSS.A resolução radiométrica define a eficiência do sistema em detectar pequenossinais, ou seja, refere-se à maior ou menor capacidade do sistema sensor emdetectar e registrar diferenças na energia refletida e/ou emitida pelos elementosque compõe a cena (rochas, solos, vegetações, águas, etc). Por exemplo, osistema sensor TM do Landsat 5 distingue até 256 tons distintos de sinaisrepresentando-os em 256 níveis de cinza.Uma outra qualidade importante é a resolução temporal do sensor, que estárelacionada com a repetitividade com que o sistema sensor pode adquiririnformações referentes ao objeto. Por exemplo, os sensores do Landsat 5possuem uma repetitividade de 16 dias.Para melhor interpretar os sinais coletados faz-se necessário o conhecimentodas condições experimentais como: fonte de radiação, efeitos atmosféricos,características do sensor, geometria de aquisição de dados, tipo deprocessamento e estado do objeto.DSR/INPE 1-20 E.C.MORAES
  21. 21. 1.6 NÍVEIS DE AQUISIÇÃO DE DADOSOs sistemas sensores podem ser mantidos no nível orbital (satélites) ousuborbital (acoplados em aeronaves ou mantidos ao nível do solo), como podeser visualizado na Figura 6.Ao nível do solo é realizada a aquisição de dados em campo ou em laboratórioonde as medidas são obtidas utilizando-se radiômetros ouespectroradiômetros. Níveis de Coleta de dados Satélites Balões Solo Aeronave Barco Bóias Fig. 6 – Níveis de Coleta de Dados Fonte : Moreira (2001)Ao nível de aeronaves os dados de sensoriamento remoto podem seradquiridos por sistemas sensores de varredura óptico-eletrônico, sistemasfotográficos ou radar, e a resolução espacial destes dados dependerá da alturado vôo no momento do aerolevantamento.DSR/INPE 1-21 E.C.MORAES
  22. 22. A obtenção de dados no nível orbital é realizada através de sistemas sensoresa bordo de satélites artificiais. O sensoriamento remoto neste nível permite arepetitividade das informações, bem como um melhor monitoramento dosrecursos naturais para grandes áreas da superfície terrestre.2. REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICASMoreira, M. A. Fundamentos do sensoriamento remoto e metodologias de aplicação. São José dos Campos, 2001. Instituto Nacional de Pesquisas Espaciais (INPE). 208p.Novo, E. M. L. M. Sensoriamento Remoto: princípios e aplicações. São Paulo. ed. : Edgard Blücher, 1989, 308p.Steffen, A. C., Moraes, E. C. Introdução à radiometria. In: Simpósio Brasileiro de Sensoriamento Remoto, VII. Curitiba, 10-14. Maio, 1993. Tutorial São José dos Campos. INPE, 1993. 7p.Steffen, A. C., Moraes, E. C., Gama, F. F. Radiometria óptica espectral. In: Simpósio Brasileiro de Sensoriamento Remoto, VIII. Salvador, 14-19. Abr., 1996. Tutorial São José dos Campos. INPE, 1996. 43p.DSR/INPE 1-22 E.C.MORAES
  23. 23. CAPÍTULO 2 SATÉLITES DE SENSOR IAMENTO REMOTO José Carlos Neves Epiphanio1 INSTITUTO NACIONAL DE PESQUISAS ESPACIAIS - INPE1 E-mail: epiphani@ltid.inpe.br DSR/INPE 2-1 J.C.N.EPIPHANIO
  24. 24. DSR/INPE 2-2 J.C.N.EPIPHANIO
  25. 25. ÍNDICELISTA DE FIGURAS ...................................................................................... 2-5LISTA DE TABELAS ..................................................................................... 2-71. INTRODUÇÃO ........................................................................................... 2-92. CARACTERÍSTICAS ORBITAIS DOS SATÉLITES ................................ 2-102.1 ÓRBITA GEOESTACIONÁRIA .......................................................... 2-112.2 ÓRBITA BAIXA .................................................................................. 2-113. PROGRAMA LANDSAT ....................................................................... 2-134. PROGRAMA SPOT .............................................................................. 2-195. PROGRAMA BRASILEIRO DE SENSORIAMENTO REMOTO ........... 2-256. SATÉLITES NOAA ............................................................................... 2-297. PROGRAMA EOS (EARTH OBSERVING SYSTEM) ........................... 2-308. PROGRAMAS DE RADAR ................................................................... 2-329. REFERÊNCIAS E BIBLIOGRAFIA COMPLEMENTAR ....................... 2-35DSR/INPE 2-3 J.C.N.EPIPHANIO
  26. 26. DSR/INPE 2-4 J.C.N.EPIPHANIO
  27. 27. LISTA DE FIGURAS1 – SATÉLITE CBERS E SEUS COMPONENTES. ..................................... 2-27DSR/INPE 2-5 J.C.N.EPIPHANIO
  28. 28. DSR/INPE 2-6 J.C.N.EPIPHANIO
  29. 29. LISTA DE TABELAS1 – PROGRAMA LANDSAT ......................................................................... 2-152 - PARÂMETROS DO ETM+/LANDSAT-7 ................................................. 2-163 - BANDAS ESPECTRAIS DO ETM+/LANDSAT-7.................................... 2-164 - SENSORES DO SPOT-4 ......................................................................... 2-215 - CÂMERA CCD DO CBERS..................................................................... 2-266 - CARACTERÍSTICAS DO AVHRR-3/NOAA-K, L E M ............................. 2-30DSR/INPE 2-7 J.C.N.EPIPHANIO
  30. 30. DSR/INPE 2-8 J.C.N.EPIPHANIO
  31. 31. 1. INTRODUÇÃOPara que haja o sensoriamento remoto é necessário que haja uma “medição”, àdistância, das propriedades dos objetos ou alvos. As principais propriedades“primárias” dos alvos que são medidas1 pelos sensores remotos são acapacidade de reflexão e de emissão de energia eletromagnética. Essaspropriedades primárias podem ser usadas diretamente, de uma forma “bruta”,através de uma imagem de um sensor remoto. Essa é a forma mais comum deuso dos produtos de sensoriamento remoto, pois são as imagens na formacomo as conhecemos. Por exemplo, um objeto tortuoso e de baixa reflexão(escuro) numa certa imagem traduz-se a nós como sendo um rio. Porém,aquelas propriedades primárias podem sofrer transformações e permitir-nosfazer inferências sobre características secundárias dos alvos. Por exemplo,quando uma imagem de um sensor remoto entra num modelo que a relacionacom a fotossíntese da vegetação, gera-se um novo produto, ou uma novaimagem que, agora, passa a representar uma propriedade do alvo que não foimedida diretamente pelo sensor remoto. No caso do rio, se houver umaequação ou um modelo que permita um relacionamento entre reflectânciamedida por satélite e quantidade de sedimentos num meio aquático, pode-segerar uma imagem secundária que expressa a quantidade de sedimentos.De qualquer modo que se veja um produto de sensoriamento remoto, seja eleprimário ou secundário, há sempre a necessidade de que a propriedade dereflexão ou emissão do alvo seja medida, mensurada, por um sensor remoto.Os sensores remotos fazem parte do que se denomina “sistemas desensoriamento remoto”. Os chamados “sistemas de sensoriamento remoto” sãoos veículos e instrumentos necessários à coleta de dados para seremanalisados pela comunidade científica e de usuários em geral. E há umaestreita associação entre sensoriamento remoto e satélites artificiais. É que,embora outros sistemas façam parte do sensoriamento remoto, como osradiômetros de campo e de laboratório, e os sensores fotográficos e outros1 Comentário: Página: 9fazer análise de “medida” em relação a uma régua, sem padronização. Isto é, um sensor fazuma medida sem escala padronizada, a princípio; portanto, é preciso, posteriormente, que hajaDSR/INPE 2-9 J.C.N.EPIPHANIO
  32. 32. uma calibração em relação a um padrão para que se tenha uma medida precisa dapropriedade do alvo.sistemas que operam em aeronaves, são os satélites que, a cada dia, mais emais se tornam os instrumentos quotidianos dos profissionais desensoriamento remoto. Assim, é necessário que haja um conhecimento dosprincipais satélites e de suas características.Os satélites são veículos colocados em órbita da Terra e que promovemcontinuamente a aquisição de dados relacionados às propriedades primáriasdos objetos. Por estarem a grandes altitudes (tipicamente entre 600 e 1.000km) têm a capacidade de abranger em seu campo de visada uma grandeporção de superfície terrestre. Ao mesmo tempo, como têm que orbitar aoredor da Terra, promovem uma cobertura que se repete ao longo do tempo,permitindo o acompanhamento da evolução das propriedades de reflexão ouemissão dos objetos e fenômenos.Neste capítulo são abordados os principais satélites em operação e,particularmente, aqueles voltados para o sensoriamento remoto da superfícieterrestre com ênfase naqueles mais utilizados no Brasil. Assim, são descritosos sistemas Landsat, SPOT, NOAA, Terra, Radarsat e ERS (todos programasinternacionais) e o CBERS e o SSR/MECB (do Brasil). Porém, antes dedescrever os sistemas propriamente ditos, é feita uma introdução sobre órbitase outros aspectos dos satélites, cujos princípios aplicam-se a todos ossistemas.2. CARACTERÍSTICAS ORBITAIS DOS SATÉLITESOs satélites podem apresentar uma grande variação quanto ao padrão orbitalem relação à Terra. Os que mais interessam para o sensoriamento remotoenquadram-se em duas grandes categorias: os de órbita baixa e os de órbitaalta. Estes últimos são os geoestacionários e têm sua maior aplicação nocampo da meteorologia, sendo apenas marginal sua aplicação emDSR/INPE 2-10 J.C.N.EPIPHANIO
  33. 33. sensoriamento remoto. Os de órbita baixa englobam a maioria dos satélites desensoriamento remoto, e são discutidos mais pormenorizadamente.2.1 ÓRBITA GEOESTACIONÁRIAOs satélites nesta órbita estão a uma altitude de cerca de 36.000 km. Sãochamados geoestacionários porque sua órbita acompanha o movimento derotação da Terra. Possuem uma velocidade de translação em relação à Terraque equivale ao movimento de rotação da Terra, de modo que, em relação àTerra, estão imóveis. Como ficam dispostos ao longo do Equador terrestre, epor causa da grande altitude podem ter uma visão sinóptica completa, ou seja,de todo o disco terrestre compreendido pelo seu campo de visada. Além disso,como estão “fixos” em relação à Terra, permanecem voltados para o mesmoponto da superfície e, assim, podem fazer um imageamento muito rápidodaquela porção terrestre sob seu campo de visada. É por essa grandeabrangência de superfície terrestre coberta em um curto intervalo de tempo queeles são muito úteis para estudos de fenômenos meteorológicos, os quais sãobastante dinâmicos.2.2 ÓRBITA BAIXAEmbora nesta categoria enquadrem-se inúmeros sistemas espaciais, adiscussão a seguir é restrita às situações e características que abrangem ossistemas que mais interessam ao sensoriamento remoto. Sempre que couber,são discutidos os impactos dos desvios em relação à situação usual.Em geral, a órbita dos satélites de sensoriamento remoto enquadra-se no quese denomina órbita baixa, o que equivale a dizer órbitas com menos de 1.000km de altitude.Para os satélites de sensoriamento de órbita baixa, tal órbita é também circular,pois dessa forma o satélite fica sempre orbitando a uma altitude quase que fixaem relação à Terra, o que permite uma escala de imageamento praticamenteconstante para todas as imagens. Como a variação de altitude é pequenaDSR/INPE 2-11 J.C.N.EPIPHANIO
  34. 34. numa situação de circularidade, a variação de escala também é pequena. Todaa órbita circular tem esta característica de manter a escala constante, o quefacilita os trabalhos de interpretação e análise das imagens.Outra característica de órbita para os satélites de sensoriamento remoto é aaltitude. Ela tem se situado entre 700 e 1.000 km, aproximadamente. A altitudedo satélite define uma série de outros parâmetros de engenharia do sistema.Ela tem que obedecer às leis da mecânica orbital e depende muito da definiçãodo projeto da missão e características dos sensores destinados aoimageamento. No caso da série Landsat, por exemplo, a mudança de altitudeentre a primeira geração (Landsat 1 a 3) e a segunda geração (Landsat 4 a 7)exigiu que o campo de visada do sensor Thematic Mapper (MapeadorTemático, ou simplesmente TM), a bordo dos satélites da segunda geração,fosse aumentado a fim de manter a mesma faixa de imageamento do sensorMultispectral Scanner System (Sistema de Varredura Multiespectral, ou MSS),da geração anterior. Isso quer dizer que se fosse mantido o mesmo ângulo deimageamento para as duas gerações, a faixa imageada no terreno seria menorna segunda geração, uma vez que sua altitude era menor.Uma vez definido que a órbita é circular e que ela tem uma certa altitude emrelação à Terra, descrevendo um círculo com raio praticamente fixo, é precisodefinir o ângulo que esse plano da órbita fará com os pólos da Terra. Em geralos satélites de sensoriamento remoto têm órbita quase polar, com um pequenoe constante desvio do plano orbital em relação ao eixo norte-sul. Oimageamento é descendente, em direção ao sul, quando a Terra estáiluminada (embora pudesse também haver imageamento no sentidoascendente em certos comprimentos de onda). A órbita quase-polar tem aimportante característica de permitir que a Terra toda (exceto os pólos) sejaimageada após um certo número de órbitas. A cada órbita, cuja duração é decerca de 100 minutos, o sistema (satélite e sensor) recobre uma faixalongitudinal e constante no terreno equivalente a um certa faixa de terreno.Essa faixa de imageamento varia de acordo com o sensor. Nessas condições,ocorrem aproximadamente 14,5 órbitas diárias e, como o perímetro da Terra noDSR/INPE 2-12 J.C.N.EPIPHANIO
  35. 35. equador é de cerca de 36.000 km, após um certo número de dias e um certonúmero de órbitas, a Terra toda será imageada.No projeto da missão e, particularmente da característica orbital, para fins desensoriamento remoto há uma preferência para que haja uma ciclicidade daspassagens ou dos recobrimentos. Isso quer dizer que é desejável que, apósdeterminado número de dias, o satélite volte a recobrir a mesma faixa deterreno. Isso é conseguido através de um projeto orbital adequado, no qualfatores como altitude e velocidade do satélite são considerados. Também afaixa imageada no terreno em cada órbita é um fator importante, já que faixasde imageamento mais estreitas determinarão ciclos de revisitas mais longos, efaixas mais largas diminuirão o tempo entre uma visita e outra. Ou seja, se afaixa de terreno que o sistema (satélite mais sensor) consegue imagear éestreita, haverá necessidade de muitas órbitas para cobrir toda a superfície daTerra. Ao contrário, se a faixa de imageamento é mais larga, exige-se menostempo para que esse recobrimento seja completo.Entre outros fatores, na determinação da configuração de um sistema deimageamento há um que diz respeito ao horário do dia em que deverá serefetuado o imageamento. Em geral, os satélites de sensoriamento remotopossuem órbita chamada heliossíncrona, ou seja, sincronizada com o Sol. Issoquer dizer que a cada órbita o satélite cruza a linha do Equador no mesmohorário. Esta característica de órbita é importante pois assim todas as imagenssão sempre obtidas aproximadamente no mesmo horário, e as variações entreimagens podem ser atribuídas às propriedades intrínsecas dos alvos, e não ainfluências de posicionamento angular do sol. Para que isso possa serconseguido, é necessário que o ângulo entre a normal ao plano da órbita dosatélite e a linha terra-sol seja mantido constante. Isso significa que aprecessão do plano orbital do satélite deve estar numa taxa que sejaequivalente à taxa da translação da Terra ao redor do Sol. Isso é obtido atravésdo estabelecimento de uma relação apropriada entre o raio (ou o período) daórbita circular e o ângulo de inclinação da órbita do satélite.DSR/INPE 2-13 J.C.N.EPIPHANIO
  36. 36. 3. PROGRAMA LANDSATO primeiro satélite da série Landsat foi lançado no início dos anos 70, conformea Tabela 1. Atualmente, no ano 2001, estão operando o quinto e o sétimo dasérie. Esta série de satélites é a principal no campo do sensoriamento remoto,não só por ser a de período de vida mais longo de fornecimento contínuo dedados, mas também pela notável facilidade de acesso e qualidade dos dadosgerados.A partir do final do anos 60 os Estados Unidos decidiram colocar em órbita umsatélite de sensoriamento remoto. A estrutura do satélite baseou-se em umprojeto já em operação naquela época que era a dos satélites Nimbus, demeteorologia. Posteriormente, iniciando com o Landsat-4, foi projetada umaplataforma própria para esses satélites e também uma inovação quanto aossensores a bordo. Assim, é comum falar em duas gerações para a sérieLandsat. Uma que compreende os três primeiros, e uma segunda, quecompreende os quatro últimos. O de número 7, o último da série, apresenta umsensor que, embora muito semelhante aos três anteriores, tem certascaracterísticas que são tidas como um avanço em relação a seuspredecessores.Como se observa pela Tabela 1, os satélites de uma determinada série sãolançados um a um, depois de um intervalo irregular de tempo. Cada satélitelançado tem uma vida útil esperada. Os primeiros satélites da série Landsattinham vida útil estimada de dois anos. Alguns duraram muito mais do queisso. Os últimos da série já tinham especificações de vida útil maiores, etambém ultrapassaram em muito as especificações. O Landsat-5, por exemplo,opera a mais de 15 anos. Porém, não é incomum a ocorrência de fracassos; oLandsat-6 foi perdido durante o lançamento, antes de ser posicionado emórbita.Quanto à primeira geração da série Landsat, cabe destacar que o sensor MSS(Sistema de Varredura Mutiespectral) demonstrou ser o principal instrumento abordo dos Landsats. O sensor RBV (Sistema Vidicon de Feixes Retornantes,DSR/INPE 2-14 J.C.N.EPIPHANIO
  37. 37. similar a um sistema de televisão), que operava no Landsat-3, emborapermitisse uma melhor resolução espacial, em relação ao MSS, acabou sendodescontinuado a partir do Landsat-4 por causa de sua baixa fidelidaderadiométrica e de sua pequena cobertura espectral. Muitas dessas imagens doRBV estão disponíveis nos arquivos do INPE, em Cachoeira Paulista, SP.DSR/INPE 2-15 J.C.N.EPIPHANIO
  38. 38. TABELA 1 – PROGRAMA LANDSAT* Lançamento Taxa (fim das Instru- Resolução Comunica- Altitude Revi- deSistema mentos (metros) sita operações) ção (km) dados (Mbps)Landsat-1 23/7/1972 RBV 80 TD com 917 18 15 (1/6/1978) gravadores MSS 80Landsat-2 22/1/1975 RBV 80 TD com 917 18 15 (25/2/1982) gravadores MSS 80Landsat-3 5/3/1978 RBV 30 TD com 917 18 15 (31/3/1983) gravadores MSS 80Landsat-4 16/7/1982 MSS 80 TD com 705 16 85 (Transmissão TDRSS TM terminou TM 30 em 08/1993)Landsat-5 1/3/1984 MSS 80 TD com 705 16 85 TDRSS TM 30Landsat-6 5/10/1993 ETM 15 (pan) TD com 705 16 85 (5/10/1993) gravadores 30 (ms)Landsat-7 15/4/1999 ETM+ 15 (pan) TD com 705 16 150 gravadores 30 (ms) de estado sólido* RBV = return beam vidicon; MSS = multispectral scanner system; TM =thematic mapper; ETM+ = enhanced thematic mapper plus; pan =pancromático; ms = multiespectral; TD = transmissão direta; Mbps = mega bitspor segundo.O mais recente satélite da série é o Landsat-7, lançado em 15/04/1999, e oprincipal sensor a bordo é o ETM+ (Enhanced Thematic Mapper Plus,Mapeador Temático Avançado). Este sensor é uma continuação do TManteriormente a bordo dos Landsats-4 a 6. As principais características doETM+ são resumidas nas Tabelas 2 e 3. O ETM+ fornece uma imagem digitalDSR/INPE 2-16 J.C.N.EPIPHANIO
  39. 39. com uma visão sinóptica, repetitiva, multiespectral, com alta resolução espacialda superfície terrestre. TABELA 2 - PARÂMETROS DO ETM+/LANDSAT-7Tipo radiômetro de varredura mecânica tipo “wiskbroom”Bandas 3 Bandas no Visível, 1 no infravermelho Próximo, 2 no Infravermelho Médio Refletido, 1 no Infravermelho Termal, 1 PancromáticaFunção cobertura global periódica da superfície terrestreFaixa imageada no terreno 185 km (±7,5o)Massa 425 kgPotência 590 W (imageando), 175 W (repouso)Controle térmico resfriador radiativo de 90 KDimensões físicas radiômetro 196 x 114 x 66 cm eletrônica auxiliar 90 x 66 x 35 cmFONTE: King e Greenstone (1999, p.113) TABELA 3 - BANDAS ESPECTRAIS DO ETM+/LANDSAT-7 Banda Espectral Largura da Banda Dimensão do Dimensão nominal à meia amplitude IFOV (µrad) da amostra no (µm) terreno (m)Pancromática 0,50-0,90 18,5 x 21,3 151 (visível, azul) 0,45-0,52 42,6 302 (visível, verde) 0,52-0,60 42,6 303 (visível, 0,63-0,69 42,6 30vermelho)4 (infravermelho 0,76-0,90 42,6 30próximo)5 (infravermelho 1,55-1,75 42,6 30médio refletido)6 (infravermelho 10,42-12,50 85,2 60termal)7 (infravermelho 2,08-2,35 42,6 30médio refletido)FONTE: King e Greenstone (1999, p.113)O satélite Landsat-7 tem uma órbita circular (escala praticamente constante),heliossíncrona (horário de cruzamento do Equador sempre às 10:00 ±15DSR/INPE 2-17 J.C.N.EPIPHANIO
  40. 40. minutos na órbita descendente), com uma inclinação de 98,2o, altitude de 705km. Nesta configuração orbital, o Landsat-7 precede o satélite Terra (a serdiscutido adiante) de cerca de 30 minutos na mesma faixa de imageamento dasuperfície terrestre. A faixa de 185 km imageada pelo campo de visada (FOV –field of view, campo de visada) do ETM+ permite uma cobertura global da terraa cada 16 dias. Cada órbita dura aproximadamente 100 minutos. Neste tempo,ocorre um deslocamento no terreno de cerca de 2.400 km entre o centro deuma órbita e a seguinte. Como a Terra desloca-se para leste, as faixasimageadas vão se deslocando para oeste. Esse padrão de recobrimentoorbital, onde são descritas as órbitas no sentido longitudinal e as imagenspropriamente ditas, “recortadas” a cada 185 km na órbita, ou seja, no sentidolatitudinal, formam o que se denomina sistema de referência mundial. Essesistema permite que se localize uma imagem correspondente a qualquer pontoda Terra através de dois números, correspondentes à órbita (sentidolongitudinal) e ao ponto (sentido latitudinal). Assim, por exemplo, uma imagemdo ETM+/Landsat-7 de São José dos Campos, SP, é referenciada como sendoa 219/76, lida como “órbita 219, ponto 76”.O ETM+ é um sensor que possui dois planos focais, onde ficam localizadas asmatrizes de detectores. Cada matriz de detectores é responsável pela detecçãode uma banda. Há, portanto, oito matrizes, sendo que as quatro primeiras(bandas 1-4, correspondentes às três do visível e à do infravermelho próximo)ficam no plano focal primário. As quatro seguintes (pancromática,infravermelhos médios, e infravermelho termal) encontram-se num plano focalsecundário e refrigerado. Ambos os planos focais, apesar de fisicamenteseparados, encontram-se opticamente alinhados, de modo que há o registroentre todas as bandas. Cada matriz é composta de 16 detectores (exceto abanda pancromática, que tem 32, e a do infravermelho termal, que tem oito). Afunção de cada uma dessa matrizes é promover o registro da radiânciaproveniente do terreno em cada uma das oito banda. Esta matriz de oitobandas por 16 detectores por banda (oito na infravermelha termal e 32 na pan)tem uma largura de 480 metros no terreno, que são 16 linhas de 30 metros nasbandas 1-4, 32 linhas de 15 metros no pan, 8 linhas no infravermelho termal.DSR/INPE 2-18 J.C.N.EPIPHANIO
  41. 41. O ETM+ é um sensor que faz um imageamento através de dois movimentosperpendiculares entre si. O primeiro movimento é feito pelo deslocamento dopróprio satélite ao longo de sua órbita. A projeção desse movimento,juntamente com o FOV, definem o que se denomina faixa de imageamento. Nocaso ETM+ esta faixa de imageamento é de 185 km. O segundo movimentonecessário para constituir uma imagem no sistema de varredura mecânicomultiespectral é produzido pelo movimento de um espelho oscilantetransversalmente à faixa de imageamento.O espelho oscilante projeta, no terreno, as matrizes de detectores que estãonos planos focais. A cada movimento lateral do espelho oscilante numa direção(leste para oeste, ou oeste para leste), são imageadas 16 linhas de 30 metros(32 de 15 metros no pan e 8 de 60 metros no infravermelho termal), ou 480metros de largura e com 185 km de extensão. Em cada banda particular, umcerto detector é responsável pelo imageamento de uma linha completa. Porém,cada detector tem um IFOV (instantaneous field of view, campo de visadainstantâneo) de apenas 30 metros (15 no pan e 60 no infravermelho termal).Portanto, para que uma linha de 185 km seja completamente “varrida” énecessário que cada um dos detectores de cada banda seja acionado milharesde vezes (185.000 metros dividido pelo IFOV de cada detector – 15, 30 ou 60metros, de acordo com a banda).Se for fixada uma certa posição inicial do espelho oscilante, no terreno haveráa projeção de toda a matriz de detectores. Portanto, nesta posição, nenhumdetector estará cobrindo uma mesma área no terreno. Nesta posição, são lidosos valores de radiância de cada elemento de terreno projetado em cadadetector em particular. A esta seqüência singular de leitura de todos osdetectores de todas as oito bandas dá-se o nome de minor frame (seqüênciaprimária de leitura). Após esse minor frame o espelho desloca-se para leste oupara oeste (dependendo do sentido do espelho oscilante e o minor frameadjacente é lido. Vê-se que entre um minor frame e outro, há uma adjacênciade elementos de 30 m no terreno (15 m para o pan e 60 m para o infravermelhotermal). A continuação dessa seqüência de minor frames fará com que toda aDSR/INPE 2-19 J.C.N.EPIPHANIO
  42. 42. linha seja coberta após um certo tempo, que equivale ao major frame(seqüência completa de leitura). Ao terminar um major frame, o espelhooscilante e o sistema de leitura e registro dos sinais terão varrido e lido mais de6.000 minor frames; e também o espelho oscilante terá chegado ao fim de umFOV (185 km de largura), e imageado um comprimento no terreno (sentidodescendente da órbita) equivalente a 480 m. Quando o espelho oscilanteretornar para imagear outros 480 m, o satélite terá avançado em sua órbita oequivalente a 480 m no terreno e, assim, esse próximo conjunto de linhas (480m) estará contíguo ao conjunto anterior, e assim por diante. Essa seqüência deminor frames nas linhas e a seqüência de major frames na direção docaminhamento da órbita forma a imagem.Após a detecção do sinal proveniente do terreno, ele sofre processamentosinternos e é gravado a bordo ou encaminhado na forma digital para umaestação em terra. No caso do Brasil, esta estação fica em Cuiabá, MT. Depois,é enviado para Cachoeira Paulista, SP, para os processamentos necessários àpreparação dos produtos a serem arquivados ou enviados aos usuários.Atualmente, o principal produto solicitado pelos usuários são as imagens naforma digital e gravados em CDROM.4. PROGRAMA SPOTO programa SPOT (Satellite Pour Observation de la Terre, Satélite ParaObservação da Terra) é um programa Francês de satélites de sensoriamentoremoto. O primeiro da série foi lançado em 22/2/1986, o segundo em22/1/1990, o terceiro foi lançado em 26/9/1993, mas perdeu-se no lançamento.Em 22/3/1998 foi lançado, pelo veículo lançador Ariane, o SPOT-4 que, emboraguarde muitas características dos seus predecessores 1-3, representa umavanço em vários sentidos. O sistema de observação da terra SPOT foiprojetado pela Agência Espacial Francesa (CNES – Centre National d’ÉtudesSpatiales) e é operado por sua subsidiária Spot Image. Nesta seção adiscussão é centrada no Spot-4, mas sempre que necessário haverá referênciaDSR/INPE 2-20 J.C.N.EPIPHANIO
  43. 43. aos satélites anteriores ou mesmo a outros sistemas, particularmente aoLandsat.O Spot-4 classifica-se como um satélite de órbita baixa, ficando a 830 km dealtitude. Sua órbita é circular, o que garante que todas as cenas sejamadquiridas a uma altitude praticamente constante, garantindo constância naresolução espacial e na escala. A heliossincronicidade de sua órbita faz comque o Spot-4 passe sobre uma certa área sempre à mesma hora solar, o quepermite que a cena apresente as mesmas condições de iluminação daquelacena durante todo o ano (as variações passam a ser creditadas à sazonalidadeda estações do ano e às variações intrínsecas dos alvos). O ângulo entre oplano orbital do Spot-4 e a direção Terra-Sol é praticamente constante e de22,5o, fazendo com que o cruzamento com o equador no sentido descendentenorte-sul ocorra à hora solar de 10:30. A sua órbita também é quase polar,sendo que o ângulo entre o plano da órbita e o plano equatorial é de 98,8o,garantindo que toda a terra seja recoberta durante um ciclo de revisita(considerando a possibilidade de visada fora do nadir). Como a órbita é emfase, o satélite passa sobre o mesmo ponto após um número inteiro de diasque, para as visadas no nadir (visada vertical), é de 26 dias. Neste período oSpot-4 terá completado 369 órbitas ao redor da terra. Cada revolução orbitaldura 101,5 minutos. Em cada órbita o Spot-4 cruza o plano equatorial duasvezes, uma no sentido norte-sul, ou órbita descendente, durante o períodoiluminado do dia; o segundo cruzamento ocorre no sentido ascendente sul-norte durante o período noturno.O Spot-4 foi concebido para ser um satélite com características bastantediferenciadas em relação ao Landsat. As principais diferenças são a altaresolução espacial de seus sensores, o sistema de imageamento por varreduraeletrônica (pushbroom) e a capacidade de visada lateral. O seu sistema deimageamento é constituído por dois sensores denominados HRVIR (hauteresolution visible et infra rouge, alta resolução no visível e infravermelho). Naverdade são dois sensores idênticos, colocados um ao lado do outro. A larguraDSR/INPE 2-21 J.C.N.EPIPHANIO
  44. 44. da faixa de imageamento de cada um é de 60 km, perfazendo 117 km delargura, pois há um recobrimento de 3 km no equador.Um outro sensor a bordo do Spot-4 e também de interesse para osensoriamento remoto é o Vegetation. A Tabela 4 apresenta algumascaracterísticas dos HRVIR e do sensor Vegetation (Vegetação, VGT) TABELA 4 - SENSORES DO SPOT-4Bandas (µm) HRVIR Vegetação (VGT) Resolução Faixa de Resolução Faixa de espacial imageamen- espacial imageamen- (m) to (km) (km) to (km)B0 (azul) - - 1,1 km 2.250 kmB1 (verde, 0,50 a 0,59 µm) 20 m 60 km - -Pan (vermelho, 0,61 a 10 m 60 km - -0,68 µm)B2 (vermelho, 0,61 a 20 m 60 km 1,1 km 2.250 km0,68 µm)B3 (infravermelho próximo, 20 m 60 km 1,1 km 2.250 km0,78 a 0,89 µm)MIR (infravermelho médio, 20 m 60 km 1,1 km 2.250 km1,58 a 1,75 µm)Alinhamento HRVIR/VGT 0,3 pixel do VGTCalibração absoluta 9% 5%Cobertura global da Terra 26 dias 1 diaDSR/INPE 2-22 J.C.N.EPIPHANIO
  45. 45. Cada um dos HRVIR possui 4 bandas espectrais, conforme a Tabela 4. Abanda pancromática possui a mesma faixa espectral da banda B2 (vermelho)no Spot-4, mas era uma banda separada (0,51 a 0,70 µm) nos Spotsanteriores. Esse instrumento de imageamento é projetado para cobririnstantaneamente uma linha completa de pixels de uma só vez ao longo doFOV. Isso é conseguido usando uma matriz linear de detectores do tipo CCD(charge-coupled device, ou dispositivo de cargas acopladas). A radiaçãoproveniente do terreno é separada por dispositivos ópticos especiais em quatrobandas espectrais. As matrizes lineares do CCD operam no modo chamadopushbroom. Um telescópio de grande abertura angular forma uma imageminstantânea dos elementos adjacentes do terreno na matriz de detectores noplano focal do instrumento. Isso significa que num mesmo instante uma linhainteira (de 60 km de largura por 10 ou 20 m de comprimento, para o modomonoespectral (M) ou multiespectral (X), respectivamente). Após a leitura dosvalores de radiância em todos os detectores do CCD, o satélite terá avançado20 ou 10 metros (modo X ou P, respectivamente) no terreno, e uma nova linhade detectores será lida. Ou seja, o próprio movimento do satélite é que produza varredura no sentido latitudinal da órbita, enquanto que o imageamentolongitudinal (transversal ao sentido da órbita) é promovido pelo arranjo matricialfixo de detectores. Os sinais gerados pelos detectores (que são fotodiodos) sãolidos seqüencialmente num determinado intervalo de tempo. Assim, embora oarranjo linear de detectores não faça a “varredura” da linha para seremsensibilizados pela luz, os detectores são varridos eletronicamente para gerar osinal de saída.O telescópio de cada HRVIR tem um campo de visada (FOV) de 4o que, àaltitude de 830 km, corresponde a um largura de 60 km no terreno. Esta larguraé vista instantaneamente pela linha de 6.000 detectores da matriz linear dedetectores. Assim, cada HRVIR gera uma imagem de 60 km de largura aolongo da órbita. Cada detector gera um pixel por vez, e cada pixel tem umadimensão de 10 m por 10 m no modo de alta resolução. Quando detectoresadjacentes são varridos (lidos) eletronicamente aos pares, eles geram pixelscorrespondentes a uma área no terreno medindo 20 m x 20 m resultando numaDSR/INPE 2-23 J.C.N.EPIPHANIO
  46. 46. imagem com 20 m de resolução espacial. O movimento do satélite ao longo desua órbita resulta em varreduras de linhas sucessivas e isso completa aimagem.O HRVIR tem dois modos de operação quanto à resolução espacial,dependendo se os detectores são lidos um a um (modo M, de monoespectral)ou em pares (modo X, de multiespectral). A luz que entra no sistema óptico édividida em quatro feixes correspondentes a quatro bandas espectrais por umdivisor espectral constituído de prismas e filtros. Esses feixes sãoposteriormente focalizados nas quatro matrizes de detectores (uma para cadabanda). Dessa forma, quatro linhas de detectores geram simultaneamentequatro planos espectrais para uma mesma linha no terreno; portanto, asimagens geradas por cada banda para uma mesma superfície do terreno sãoperfeitamente registradas, pois cada um de seus pixels provêmsimultaneamente de um mesmo feixe eletromagnético.Os HRVIRs têm três modos de imageamento: o multiespectral (modo X)correspondendo às bandas B1, B2 e B3, mais a banda do infravermelho médio,com uma resolução espacial no terreno equivalente a 20 metros; o modomonoespectral (M) correspondendo à banda B2 (vermelho) com uma resoluçãode 10 metros no terreno; e o modo X + M que combina os modos X e M. Oimageamento feito por cada instrumento HRVIR é inteiramente independenteentre si.Na entrada óptica de cada HRVIR do Spot-4 há um espelho com ummecanismo que permite o desvio da visada para uma faixa de terrenoadjacente à projeção da órbita no terreno. Isso quer dizer que o Spot-4 tem apossibilidade de ter visadas laterais, fora do nadir. Esse redirecionamento davisada para as laterais pode ser de ±27o em relação ao nadir. Esse desvio écontrolado por um mecanismo que permite uma graduação lateral comincrementos de 0,3o. Tal característica pode ser usada para adquirir umaimagem, em resposta a uma solicitação de programação pelo usuário, emqualquer posição afastada de até 450 km para ambos os lados da trajetória dosatélite no terreno; isso é conseguido com os ângulos extremos ( +27o ou –DSR/INPE 2-24 J.C.N.EPIPHANIO
  47. 47. 27o). Outra função dessa característica é a de ser usada principalmente para aobtenção de imagens de um mesmo local mas em ângulos diferentes para ageração de pares estereoscópicos com as finalidades de restituiçãofotogramétrica e mapeamento do relevo. Também é usada para permitir oposicionamento do instrumento para a direção de uma fonte de calibração.Um aspecto sensível do Spot-4 é a calibração, que se dá de duas maneiras. Afinalidade da calibração é a obtenção de valores radiométricos entre os pixelsque guardem uma relação entre si e também que guardem uma relação com aspropriedades de reflexão da energia eletromagnética dos alvos. O primeiromodo de calibração é aquele chamado calibração intra-banda, ou também denormalização de respostas dos detectores CCD. O objetivo dessa calibração ébalancear a resposta dos 3.000 detectores de cada banda quando oinstrumento vê uma superfície perfeitamente uniforme. Ou seja, para umamesma banda, todos os detectores têm que gerar o mesmo sinal quando sãosensibilizados por uma mesma fonte. A segunda calibração é chamada decalibração absoluta e tem a finalidade de medir a responsividade dinâmica doinstrumento através do estabelecimento de uma relação precisa entre umafonte externa perfeitamente estável (o Sol) e o sinal de saída do instrumento. Osistema de calibração é usado a intervalos regulares para verificar e, senecessário, ajustar a resposta do instrumento. Alguns dos efeitos que podemsuscitar de ajustes compensatórios são mudanças na transmissividade doscomponentes ópticos como resultado do envelhecimento em órbita, distorçõesmecânicas causadas por variações de temperatura, variações no ruído geradopela eletrônica do imageamento ou dos detectores do CCD.O sensor Vegetation é uma câmera multiespectral também num sistema deimageamento do tipo pushbroom, mas de baixa resolução espacial (1,1 km,Tabela 4). As funções desse sensor são permitir um monitoramento contínuo,regional e global da biosfera continental e das culturas. Com seu grande campoangular (FOV de 101o, o que corresponde a uma faixa de imageamento de2.250 km) consegue cobrir 90% da terra num só dia, e os outros 10% restantesDSR/INPE 2-25 J.C.N.EPIPHANIO
  48. 48. no dia seguinte. Como há coincidência de bandas entre o HRVIR e o VGT, osdois sistemas são bastante complementares.Da mesma forma que o Landsat, o Spot transmite o sinal de imagens paraestações localizadas em diversas partes da Terra. Além disso, tem um sistemade gravação a bordo, que permite o armazenamento de até 40 minutos degravação (uma cena HRVIR de 60 km por 60 km é imageada em menos de 15segundos).5. PROGRAMA BRASILEIRO DE SENSORIAMENTO REMOTOO Brasil possui basicamente dois programas de sensoriamento remoto. Um, édenominado CBERS (China Brazil Earth Resources Satellite, Satélite Sino-Brasileiro de Sensoriamento Remoto, com descrição mais pormenorizada nainternet, no endereço: http://www.inpe.br/programas/cbers/portugues/index.html, e o outro MECB (Missão Espacial Completa Brasileira, cujadescrição pode ser encontrada também na internet no endereço:http://www.inpe.br/programas/mecb/default.htm) (INPE, 2000a,b).O programa CBERS é uma missão conjunta entre o Brasil, através do INPE, ea China, através da CAST (Agência Chinesa de Ciência e Tecnologia), eenvolve a construção, lançamento e gerenciamento operacional de doissatélites de sensoriamento remoto. O primeiro foi lançado em 14/10/1999 apartir da base de lançamentos de Tayuan, pelo veículo lançador Longa Marcha4B.O CBERS é um satélite com massa de 1.450 kg, com dimensões de 1,8 x 2,0 x2,2 m, além de ter os painéis solares com 6,3 x 2,6 m. Está a uma altitude de778 km, em órbita circular (período de 100,26 minutos), quase polar (inclinaçãode 98,5o em relação ao plano equatorial), heliossíncrona com cruzamento doequador no sentido norte-sul às 10:30 da manhã. Nesta configuração orbitalobtem imagens aproximadamente com mesma escala, recobre quase queinteiramente a Terra a intervalos regulares de 26 dias, e os imageamentos deum mesmo ponto sempre ocorrem a uma mesma hora solar.DSR/INPE 2-26 J.C.N.EPIPHANIO
  49. 49. A constituição de sua carga útil é muito interessante, pois traz característicasde diversos outros satélites, e ainda oferece novidades em termos deimageamento. Possui três sensores a bordo: a câmera CCD (charge-coupleddevice, dispositivo de cargas acopladas), o imageador por varredura mecânicaIRMSS (infrared multispectral scanner system, sistema varredor multiespectralde infravermelho), e a câmera WFI (wide field imager, imageador de grandecampo de visada).A câmera CCD/CBERS apresenta semelhanças com o HRVIR do Spot-4. Suasprincipais características estão na Tabela 5 e uma visão de seus constituintesestá na Figura 1. TABELA 5 - CÂMERA CCD DO CBERSBandas espectrais 0,51 - 0,73 µm (pancromático) 0,45 - 0,52 µm (azul) 0,52 - 0,59 µm (verde) 0,63 - 0,69 µm (vermelho) 0,77 - 0,89 µm (infravermelho próximo)Resolução espacial no terreno 20 m x 20 mResolução temporal 26 dias no nadir; até 3 dias com visada lateralFOV 8,3oFaixa de imageamento 113 kmVisada lateral ±32ºTaxa de dados 2 x 53 Mbits/segundoFONTE: INPE (2000)A câmera CCD/CBERS é um sensor que cobre as faixas espectrais do visível ese estende até o infravermelho próximo. Com esse conjunto de bandasconsegue-se atender uma grande parcela da demanda por dados desensoriamento remoto. Além disso, possui uma banda pancromática que cobretodo o visível e, ao contrário do Spot-4, esta banda do CBERS é mais larga,porém com menor resolução espacial. O fato de cobrir todo o visível permiteum aproveitamento da experiência e das técnicas de fotointerpretação feitassobre fotografias aéreas preto e branco normais.DSR/INPE 2-27 J.C.N.EPIPHANIO
  50. 50. A sua faixa de imageamento é maior que a do Spot, mas menor que a doLandsat. A capacidade de imageamento lateral, ou fora do nadir, em ângulosbastante amplos (±32º), é uma vantagem comparativa importante em relaçãoaos sistemas existentes. Essa maior capacidade de visada lateral permite quese possam fazer revisitas com até 3 dias entre passagens. Isso é umacaracterística relevante em situações de ocorrência de eventos que precisamser monitorados em curto espaço de tempo. 1 - Módulo de Serviço 2 - Sensor de Presença do Sol 3 - Conjunto dos Propulsores de 20N 4 - Conjunto dos Propulsores de 1N 5 - Divisória Central 6 - Antena UHF de Recepção 7 - Câmera de Varredura Infravermelho Fig. 1 – Satélite CBERS e seus componentes. FONTE: INPE (2000)Outro componente do Cbers é o imageador por varredura mecânica (IRMSS).Esse sensor opera com um FOV de 8,8o, o que equivale a 120 km de largurano terreno. Possui quatro bandas espectrais, sendo uma que abrange desde ovisível até o infravermelho próximo (0,50 a 1,1 µm), duas no infravermelhoDSR/INPE 2-28 J.C.N.EPIPHANIO
  51. 51. médio (1,55 a 1,75 µm e 2,08 a 2,35 µm). Essas três bandas espectraispossuem resolução espacial de 80 metros no terreno. Uma quarta bandaespectral localiza-se no infravermelho termal (10,4 a 12,5 µm). Sua resoluçãotemporal é de 26 dias, e não possui capacidade de visada fora do nadir.O outro sensor a bordo do CBERS, e de interesse para o sensoriamentoremoto, é a câmera WFI (imageador de grande campo de visada). É um sensorbaseado na tecnologia CCD; portanto, não possui componentes móveis para oimageamento, o qual é feito eletronicamente na direção transversal à órbita, epassivamente pelo próprio deslocamento do satélite no sentido da órbita. AWFI/CBERS possui apenas duas bandas espectrais: uma na região dovermelho (0,63 a 0,69 µm) e outra na do infravermelho próximo (0,77 a 0,89µm). A WFI/Cbers possui um FOV de 60o, o que corresponde a uma faixa de890 km no terreno. Isso garante ao sensor um período de revisita de apenascinco dias. Como em todo sistema há uma solução de compromisso entre osdiversos requisitos da missão, no caso da WFI/CBERS, para ter essa resoluçãotemporal e cobrir uma faixa extensa de terreno a cada passagem, houve umsacrifício da resolução espacial, que passou a ser de 260 m.A WFI/CBERS, apesar da baixa resolução espacial, apresenta-se como umsensor de alto potencial de aplicação. Possui características intermediáriasentre todos os sistemas existentes para o estudo da superfície terrestre. Suaresolução espacial não é tão boa quanto a do ETM+/Landsat-7 (30 m namaioria das bandas) mas também não é mellhor do que a do AVHRR/NOAA(Advanced Very High Resolution Radiometer da National Oceanic andAtmospheric Administration, Radiômetro Avançado com Resolução Muito Alta),que é de 1,1 km. O nome deste sensor pode induzir a um equívoco deentendimento quanto à sua resolução espacial. Porém, é que o AVHRR/NOAAé originariamente um sensor meteorológico e, para esta aplicação, a resoluçãoespacial de 1,1 km é muito alta; ao contrário do que ocorre para boa parte dasaplicações de sensoriamento remoto, onde são exigidas resoluções melhoresdo que essa. Além disso, a WFI/CBERS, embora não possua a alta resoluçãotemporal de um dia do AVHRR/NOAA, também não possui a baixa resoluçãoDSR/INPE 2-29 J.C.N.EPIPHANIO
  52. 52. temporal do HRVIR/Spot, que é de 26 dias no nadir. Com essas características,é provável que se consiga identificar diversas aplicações que demandem taisresoluções intermediárias.As suas duas bandas espectrais são dispostas em pontos estratégicos doespectro eletromagnético e são destinadas principalmente ao estudo davegetação. Nestas duas regiões (vermelho e infravermelho próximo) são oslocais em que a vegetação apresenta o maior contraste espectral, ou seja, abanda do vermelho é de alta absorção de energia, e a do infravermelhopróximo é de alta reflexão. Esse contraste deverá ser explorado através dosíndices de vegetação, que visam exatamente a realçar a vegetaçãorepresentada numa cena de sensoriamento remoto.Os dados do CBERS são gravados por estações terrenas; no caso Brasil, aestação está em Cuiabá, MT. O processamento dos dados para que sejamgerados os produtos a serem distribuídos aos usuários é feito em CachoeiraPaulista, SP. O catálogo para verificação de cobertura de imageamento equalidade de imagens pode ser acessado a partir da internet no seguinteendereço: http://www.dgi.inpe.br/index.html (INPE, 2000a).6. SATÉLITES NOAAA NOAA (National Oceanic and Atmospheric Admnistration), que é umaagência governamental dos Estados Unidos, é responsável pelos satélitestambém chamados NOAA (Kidwell, 1997). A série de satélites NOAA tem sidode grande importância no campo da meteorologia. São satélites de órbitaheliossíncrona, circular a aproximadamente 850 km. Entre os sensores abordo, um que será aqui descrito é o AVHRR-3/NOAA (Advanced Very HighResolution Radiometer, Radiômetro Avançado de Muito Alta Resolução). Comoesclarecido anteriormente, esta resolução pode ser considerada muito alta paraaplicações em meteorologia; mas para muitas aplicações de sensoriamentoremoto, esta resolução do AVHRR-3/NOAA é considerada baixa. O AVHRR-3faz parte dos sensores a bordo dos satélites NOAA K, L e M (que recebemapós o lançamento os números de 15, 16 e 17, respectivamente).DSR/INPE 2-30 J.C.N.EPIPHANIO
  53. 53. O AVHRR-3/NOAA é um radiômetro imageador de varredura mecânica queopera em seis bandas espectrais (Tabela 6). Os dados adquiridos durante cadapassagem permitem, após o processamento em terra, a análise de parâmetrosde interesse em hidrologia, oceanografia, uso da terra e meteorologia. Osdados dos canais 1, 2 e 3A são usados para monitorar a energia refletida nasporções do visível e infravermelho próximo do espectro eletromagnético. Essesdados permitem a observação da vegetação, de nuvens, lagos, linhas de costa,neve, aerossóis e gelo. Os dados dos canais 3B, 4 e 5 são usados paradeterminar a energia radiativa da temperatura da superfície terrestre, da água,e do mar bem como das nuvens sobre eles. Apenas cinco canais podem sertransmitidos simultaneamente; os canais 3A e 3B são comutados parapassagens diurnas/noturnas, conforme necessário, enquanto que o 3B sóopera durante as passagens matutinas do satélite. A Tabela 6 apresenta ascaracterísticas dos canais do AVHRR-3/NOAA. O campo de visada (FOV) doAVHRR-3/NOAA é de ±55,4o, o que equivale a 2.250 km de largura de faixaimageada no terreno. Com esta largura de faixa e com a taxa de 14 revoluçõesorbitais por dia, a terra toda é coberta a cada dia. Portanto, a resoluçãotemporal do AVHRR-3/NOAA é muito maior que a dos outros satélites desensoriamento remoto vistos até aqui. Porém, há o sacrifício da resoluçãoespacial que, no seu caso, é de 1,1 km para os pixels no nadir. Os dados doAVHRR-3/NOAA podem ser recebidos por antenas menores e também acustos reduzidos. TABELA 6 - CARACTERÍSTICAS DO AVHRR-3/NOAA-K, L E MCanal Banda espectral ( m) Resolução espacial (no nadir, em km)1 (visível) 0,580 – 0,68 1,12 (infravermelho próximo) 0,725 – 1,00 1,13A (infravermelho médio) 1,580 – 1,64 1,13B (infravermelho médio) 3,550 – 3,93 1,14 (infravermelho termal) 10,300 – 11,3 1,15 (infravermelho termal) 11,500 – 12,5 1,1FONTE: NOAA (2000)DSR/INPE 2-31 J.C.N.EPIPHANIO
  54. 54. 7. PROGRAMA EOS (EARTH OBSERVING SYSTEM)O programa EOS (Earth Observing System, Sistema de Observação da Terra)é um programa de longo prazo (pelo menos 15 anos), cuja missão é gerarconhecimento científico em profundidade sobre o funcionamento da Terracomo um sistema. Tem-se como premissa que esse conhecimento científicoforneceria os fundamentos para o entendimento das variações naturais einduzidas pelo homem no sistema climático da Terra e também forneceria umabase lógica para as tomadas de decisão quanto às políticas ambientais (King,1999). É um programa que envolve vários países e uma grande gama desatélites e sensores.O primeiro grande satélite desse programa denomina-se Terra, anteriormentechamado EOS/AM-1. O nome “Terra” surgiu após um concurso nacional (nosEstados Unidos) entre estudantes de nível elementar e médio, cuja ganhadorafoi uma aluna de 13 anos. O satélite Terra, lançado em 18/12/1999, está numaórbita circular a 705 km de altitude, quase polar, heliossíncrona, cruzando oequador às 10:30 da manhã na órbita descendente, e à 1:30 da madrugada nosentido ascendente.Esse satélite possui cinco sensores: MODIS (Moderate-Resolution ImagingSpectroradiometer, Espectrorradiômetro de Imageamento de ModeradaResolução), ASTER (Advanced Spaceborne Thermal Emission and ReflectionRadiometer, Radiômetro Espacial Avançado de Emissão Termal e Reflexão),MISR (Multi-angle Imaging Spectroradiometer, Espectrorradiômetro Imageadorem Múltiplos Ângulos), CERES (Clouds and the Earth’s Radiant Energy SystemNetwork, Sistema de Medição de Energia Radiante da Terra e Nuvens), eMOPITT (Measurements of Pollution in the Troposphere, Medição da Poluiçãona Troposfera). A seguir é feita uma breve descrição dos três primeirossensores.O Modis é um sensor com 36 bandas espectrais, cobrindo desde o limiteinferior do visível (0,366 µm) até o infravermelho termal (14,385 µm). É umsistema de varredura transversal à direção da órbita, cujo espelho faz aDSR/INPE 2-32 J.C.N.EPIPHANIO
  55. 55. varredura a uma taxa de 20,3 rpm. Cada varredura cobre uma faixa de 2.330km no sentido transversal à órbita e 10 km no sentido longitudinal à órbita, nonadir. Suas dimensões são de 1,0 m x 1,6 m x 1,0 m, e massa de 250 kg. Suaresolução espacial é dependente das bandas, sendo de 250 m para as bandas1 e 2, de 500 m para as bandas 3-7, e de 1.000 m para as bandas 8-36. Asprincipais aplicações são traçar limites terra/nuvens, avaliar propriedades dasuperfície terrestre (vegetação, principalmente), nuvens e aerossóis, coroceânica, fitoplâncton, biogeoquímica, vapor d’água na atmosfera, nuvens dotipo cirrus, temperatura da superfície e das nuvens, medições de ozônio.O sensor Aster tem 405 kg e possui três subsistemas, um para cada regiãoespectral, com alta resolução espacial. Na região do visível/ infravermelhopróximo tem três bandas com 15 m de resolução espacial, sua faixa deimageamento é de 60 km, e pode fazer visadas laterais de ±24o, pode cobriraté 318 km fora do nadir. Esse sub-sistema é composto de dois telescópios,sendo que um deles pode apontar para trás na mesma direção da órbita,permitindo que se gerem imagens estéreo. O sub-sistema responsável pelaregião do infravermelho médio mede a radiação em seis bandas entre 1,60 µme 2,46 µm, com 30 m de resolução espacial, e numa faixa de imageamento de60 km. O terceiro sub-sistema do sensor Aster é responsável pela medição daradiação em cinco bandas espetrais no infravermelho termal, entre 8,125 µm e11,65 µm, com resolução espacial de 90 m e faixa de imageamento de 60 km.Esses dois últimos sub-sistemas possuem capacidade de apontamento de±8,54o lateralmente, o que permite que qualquer ponto na superfície possa serimageado pelo menos a cada 16 dias.O terceiro sensor do Terra aqui descrito é o Misr. Este sensor faz imagens daterra em nove direções de apontamentos diferentes. Uma câmera aponta parao nadir e outras oito cobrem diferentes ângulos de visada (26,1o, 45,6o, 60,0o, e70,5o para frente e para trás na direção da órbita); as resoluções espaciaisvariam de 250 m no nadir a 275 m para a câmera com ângulo mais extremo. Afaixa de imageamento é de 360 km e, além disso, cada câmera possui quatrobandas espectrais entre o visível e o infravermelho próximo.DSR/INPE 2-33 J.C.N.EPIPHANIO
  56. 56. 8. PROGRAMAS DE RADARO termo radar vem de radio detection and ranging, ou detecção de alvos eavaliação de distâncias por ondas de rádio. A operação dos radares se dá emcomprimentos de onda bem maiores que os do visível e infravermelho. Operamentre 40 GHz (banda K-alfa) e 300 MHz (banda P) (ou entre 0,8 cm e 100 cm).Os radares, como geram sua própria iluminação, podem funcionar tantodurante o dia como durante a noite e, para alguns comprimentos de onda,praticamente não sofrem interferências atmosféricas (Short, 1998). Essas duascaracterísticas são importantes, pois ao poderem imagear a qualquer hora,podem otimizar seu posicionamento em relação ao Sol para captar energiasolar em seus painéis solares e também operar em horários onde as estaçõesde recepção estão com mais tempo livre, evitando congestionamentos. E, aoserem praticamente imunes às condições atmosféricas, oferecem grandecerteza de aquisição de imagens em condições adequadas para uso; ossatélites que operam na região ótica têm grande quantidade de imagensinaproveitáveis por causa da cobertura de nuvens.Em geral um sistema radar é constituído dos seguintes elementos: um geradorque envia pulsos a intervalos regulares a um transmissor. Este os envia a umduplexador (ou multiplexador), que os envia a uma antena direcional quemodula e focaliza cada pulso num feixe transmitido ao alvo; os pulsos queretornam são captados pela mesma antena e enviados a um receptor que osconverte (e amplifica) em sinais de vídeo, que são conduzidos a um dispositivode gravação que pode armazená-los digitalmente para processamentoposterior. Cada pulso dura apenas alguns microssegundos (em geral há cercade 1.500 pulsos por segundo). O conhecimento da teoria radar é um tantoquanto complexa, exigindo conhecimentos de várias áreas, entre elas as defísica, geometria, eletrônica, e processamento de sinais.Atualmente há dois grandes programas que envolvem o imageamento dasuperfície terrestre por sensores radar, a bordo de stélites: o ERS (EuropeanRemote Sensing Satellite, Satélite Europeu de Sensoriamento Remoto) e oRadarsat, do Canadá.DSR/INPE 2-34 J.C.N.EPIPHANIO
  57. 57. O programa ERS é europeu e iniciou-se com o ERS-1, cujo lançamento deu-seem 17/7/1991 pelo lançador francês Ariane-4, a partir da base de lançamentosde Kourou, na Guiana Francesa; o ERS-2 foi lançado em 21/4/1995 (Francis etal., 1995). Os dois satélites têm órbita síncrona com o Sol, com cruzamento doequador, no percurso descendente, às 10:30 da manhã, hora local; a órbita équase polar (98,5o), com altitude média de 780 km, e tem um intervalo derevisita de 35 dias. O ERS-2, que é muito semelhante ao ERS-1, pesa cerca de2,3 toneladas, tem dimensões de 2 m x 2 m de base e 3 m de altura, e tem umpainel solar de 12 m x 2,4 m.O ERS-2 é constituído de vários sensores. Um de especial interesse para osensoriamento remoto é o radar imageador, com antena de 10 m, e que podeoperar no chamado modo “imagem”, em banda C (freqüência de 5,3 GHz oucomprimento de onda de 5,6 cm), com polarização VV (transmissão e recepçãoverticais), e num ângulo de visada fixo em 23o no meio da faixa deimageamento. Fornece imagens com resolução espacial de 30 m x 30 m, numacena de 100 km x 100 km. Esse modo de operação é o mais largamenteutilizado para aplicações terrestres do ERS. Mas esse radar também podeoperar no modo onda (wave mode, modo onda) e, então, adquire imagens de 5km x 5 km a cada 200 ou 300 km num sistema de amostragem, com aplicaçãoem oceanografia.O ERS-2 tem ainda um radar para a medição da velocidade e direção do ventosobre os oceanos; um radar altímetro para fazer medições precisas dos sinaisde retorno provenientes dos oceanos e das superfícies de gelo; um radiômetrode varredura mecânica que opera nos comprimentos de onda de 1,6; 3,7; 11 e12 m, com resolução espacial de 1 km x 1 km (no nadir) e com uma largurade faixa de imageamento de 500 km. Também leva um instrumentodenominado GOME (Global Ozone Monitoring Experiment, Experimento deMonitoramento Global do Ozônio).O outro satélite com sistema radar de grande importância para osensoriamento remoto é o Radarsat, do Canadá, lançado em 4/11/1995. ORadarsat tem órbita circular de 798 km de altitude, circulando a Terra a cadaDSR/INPE 2-35 J.C.N.EPIPHANIO
  58. 58. 100,7 minutos, 14 vezes por dia , com inclinação de 98,6o em relação aoequador. Sua órbita é heliossíncrona, mas com passagem pelo equador às6:00 (descendente), hora local; e o período de revisita é de 24 dias para ummesmo modo de operação e ângulo de incidência, embora possa terimageamentos distanciados de apenas 4,5 dias para ângulos de incidênciadiferentes. Essa configuração orbital permite que o Radarsat explore aomáximo as condições iluminação de seu painel solar, e ao mesmo tempo passasobre as estações de recepção em horários não utilizados por outros sistemasevitando, assim, conflitos de gravação no momento da aquisição das imagens(CCRS, 2000).O Radarsat, com massa de 3.200 kg, opera na banda C (freqüência de 5,3GHz ou comprimento de onda de 5,6 cm), em polarização HH (transmissão erecepção da onda eletromagnética polarizada horizontalmente). É um sistemaversátil, possui vários modos de imageamento, pode variar o ângulo deincidência (com antena de 15 m x 1,5 m direcionada para a esquerda nohemisfério sul) desde 20o até 50o, a largura da faixa de imageamento podevariar de 35 km a 500 km, e as resoluções espaciais podem variar de 10 m a100 m. A filosofia que norteia o sistema é a de fornecer o mais prontamentepossível a imagem adquirida ao usuário. O tempo decorrido entre a aquisição eo recebimento pode ser tão rápido quanto um dia.9. REFERÊNCIAS E BIBLIOGRAFIA COMPLEMENTARCanadian Centre for Remote Sensing (CCRS). Radarsat program. [online] <http://www.ccrs.nrcan.gc.ca>. May 2000.Centre National dÉtudes Spatiales (CNES). SPOT program. [online]. <http://spot4.cnes.fr/spot4_gb/index.htm>. May 2000.European Space Agency (ESA). ERS satellite. [online]. <http://services.esrin.esa.it/erslist.htm>. May 2000.Francis, C.R. et al. The ERS-2 spacecraft and its payload. ESA Bulletin, n. 83, p. 12-31, Aug. 1995.DSR/INPE 2-36 J.C.N.EPIPHANIO
  59. 59. Instituto Nacional de Pesquisas Espaciais (INPE). Aquisição de imagens. [online]. <http://www.dgi.inpe.br>. May 2000a.Instituto Nacional de Pesquisas Espaciais (INPE). Programa CBERS. [online]. <http://www.inpe.br/programas/cbers/portugues/index.html>. May 2000b.Instituto Nacional de Pesquisas Espaciais (INPE). Programa MECB. [online]. <http://www.inpe.br/programas/mecb/default.htm>. May 2000c.Kidwell, K.B. NOAA polar orbiter data users guide. Suitland, NOAA, 1997. 120p.King, M.D. EOS science plan. Greenbelt, NASA, 1999. 397p.King, M.D.; Greenstone, R. EOS reference handbook. Greenbelt, NASA, 1999. 361p. [online]. <http://eos.nasa.gov/eos_homepage/misc_html/refbook.html>. May 2000.Lauer, D.T.; Morain, S.A.; Solomonson, V.V. The Landsat program: its origins, evolution, and impacts. Photogrammetric Engineering and Remote Sensing, v. 63, n. 7, p. 831-838, July 1997.National Aeronautics and Space Administration (NASA). Landsat program. [online]. <landsat.gsfc.nasa.gov>. May 2000.National Oceanic and Atmospheric Administration (NOAA). Introduction to the NOAA KLM system. <http://www2.ncdc.noaa.gov:80/docs/klm/>. May 2000./Novo, E.M.L.M. Sensoriamento remoto: princípios e aplicações. São Paulo: Edgard Blücher, 1989. 308p.Short, N.M. The remote sensing tutorial. CDROM. Washington, NASA, 1998.DSR/INPE 2-37 J.C.N.EPIPHANIO
  60. 60. CAPÍTULO 3 SENSORIAMENTO REMOTO NO ESTUDO DO MEIO AMBIENTE Parte A: P A N A M A Z Ô N I A : O DOMÍNIO DA FLORESTA AMAZÔNICA NA AMÉRICA DO SUL PAULO ROBERTO MARTINI1 INSTITUTO NACIONAL DE PESQUISAS ESPACIAIS DIVISÃO DE SENSORIAMENTO REMOTO1 martini@ltid.inpe.brDSR/INPE P.R. Martini
  61. 61. DSR/INPE 3A-2 P.R.Martini
  62. 62. ÍNDICELISTA DE FIGURA ....................................................................................... 3A-5LISTA DE TABELA ...................................................................................... 3A-71. INTRODUÇÃO ........................................................................................ 3A-92. FLORESTAS .......................................................................................... 3A-93. RIOS ...................................................................................................... 3A-114. SOLOS E AGRICULTURA .................................................................... 3A-135. RECURSOS MINERAIS ......................................................................... 3A-156. REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS ....................................................... 3A-16DSR/INPE 3A-3 P.R.Martini
  63. 63. DSR/INPE 3A-4 P.R.Martini
  64. 64. LISTA DE FIGURAFIGURA 1- LIMITES DA PANAMAZÔNIA .................................................... 3A-19DSR/INPE 3A-5 P.R.Martini
  65. 65. DSR/INPE 3A-6 P.R.Martini
  66. 66. LISTA DE TABELASTABELA 1 – ÁREA DE ESTUDO (SA) X ÁREA DE PAÍS (CA) ................. 3A-17TABELA 2- FIGURAS DO DESFLORESTAMENTO NA AMAZÔNIA LEGAL EM AGOSTO/1996 ..................................................... 3A-17TABELA 3 – DESFLORESTAMENTO NOS DOMÍNIOS PANAMAZÔNICOS EM 1990 ...................................................................................... 3A-18DSR/INPE 3A-7 P.R.Martini
  67. 67. DSR/INPE 3A-8 P.R.Martini
  68. 68. 1. INTRODUÇÃOAlguns meses antes da Conferência das Nações Unidas para o Desenvolvimentoe Meio Ambiente, UNCED-92, o INPE propôs um projeto de cooperação para ospaíses amazônicos da América do Sul. Este projeto contemplava o uso deSensoriamento Remoto orbital para monitorar a floresta tropical da megaregião. Onome Panamazônia como ficou denominado o projeto, serviu e serve atualmentepara designar a grande região compreendida pela floresta no Brasil e no conjuntodos países amazônicos.A Tabela 1 mostra a distribuição do domínio florestal amazônico não brasileiro emrelação a área total dos respectivos países. O tamanho final da áreapanamazônica incluindo aquela do Brasil (5.082.539 km2) é 7.702.264 km2. Estenúmero define a distribuição ambiental da floresta amazônica na América do Sul,ou seja, o Domínio Panamazônico. Este número foi o primeiro e talvez o principalresultado obtido pelo projeto de cooperação. Principal porque mostra que pelomenos 58% da área total dos países panamazônicos se encontram dentro docontexto ambiental de florestas tropicais. Somos todos predominantementeamazônicos como mostra a figura 1 onde as fronteiras panamazônicas estãotraçadas sobre as bordas dos países e o conjunto de 345 cenas LANDSAT quecobrem todo o extenso domínio.Neste texto são serão descritos alguns elementos marcantes da paisagem nativae antrópica da Panamazônia, principalmente aqueles passíveis de seremobservados e analisados em imagens do Satélite LANDSAT.2. FLORESTASA Panamazônia é conhecida pela sua cobertura florestal densa. Verdadeiramentea floresta densa (ombrófila-densa) é uma parte importante dos tipos de coberturasali instaladas a partir da última glaciação há 12.000 anos antes do presente.Outros tipos importantes são as florestas abertas (ombrófila aberta) e as savanasou cerrados com uma extensa zona de transição entre elas. Os degraus andinosDSR/INPE 3A-9 P.R.Martini

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