UNIVERSIDADE EDUARDO MONDLANE DEPARTAMENTO DE GEOGRAFIA

FUNDAMENTOS DE SENSORIAMENTO REMOTO IMAGEM DE SATÉLITE LANDSAT

Carlos Marove Francisco Tauacale 2017

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Índice

Introdução ............................................................................................................................................. 1 1.

Introdução ao Sensoriamento Remoto ........................................................................................ 2

1.1. 2.

Conceito ..................................................................................................................................... 2 Fonte de Energia e Principio Físicos do Sensoriamento Remoto. .............................................. 2

2.1.

Radiação electromagnética (RE) ............................................................................................... 2

Espectro Electromagnético................................................................................................................... 2 Unidades de medição da radiação electromagnética: ........................................................................ 5 2.2. 3.

Princípio Físico do Sensoriamento Remoto.............................................................................. 5 Interação da energia electromagnética com a atmosfera .......................................................... 6

Difusão: .................................................................................................................................................. 7 Absorção: ............................................................................................................................................... 7 4.

Refletância Espectral dos Corpos. ................................................................................................ 7

4.1. 5.

Reflectância Espectral de alguns corpos (vegetação, solo e água) ......................................... 8 SENSORES....................................................................................................................................... 9

Sensor Passivo .....................................................................................................................................10 Sensor Activo .......................................................................................................................................10 5.1.

Resolução dos sensores ..........................................................................................................11

5.2.

Satélites ....................................................................................................................................12

5.2.1.

Classificação dos Satélites ...................................................................................................12

5.2.2.

Órbitas dos Satélites ............................................................................................................12

1. 1.1.

IMAGENS DE SATÉLITE ................................................................................................................14 Aplicação ..................................................................................................................................14

2.

SÉRIE LANDSAT ............................................................................................................................17

2.1.

Órbita .......................................................................................................................................18

2.2.

Sensores ...................................................................................................................................18

Landsat 1-2-3-4 e 5: RBV, MSS e TM ..................................................................................................18 Landsat 7: Enhanced Thematic Mapper Plus (ETM +) ......................................................................19 Landsat 8: Operational Land Imager “OLI” (imageador operacional) e Thermal Infrared Sensor “TIRS” (Sensor do infravermelho termico) ........................................................................................20 2.3. 3.

Aplicação ..................................................................................................................................22 Aquisição das Imagens Landsat ..................................................................................................22

Referências ..........................................................................................................................................22 PÁGINAS WEB DE AQUISIÇÃO DE IMAGENS DE SATÉLITE GRÁTIS ...................................................23

Introdução

O presente documento foi preparado com base em consultas de várias fontes e, grande parte da informação, foi adaptada e agregada para responder os tópicos propostos para as aulas de sensoriamento remoto. Este manual foi compilado de forma sistemática e quiçá, de forma mais objectiva possível para uma fácil compreensão dos temas, privilegiando o caráter cientifico dos conteúdos. Faz parte deste manual a informação sucinta sobre sensoriamento remoto, fonte de energia princípio físico de remote sensing, refletância espectral, sensores e suas resoluções, satélites e suas orbitas e classificação, imagens de satélites e suas aplicações, satélites Landsat. Portanto, as abordagens são na generalidade de caráter teórico e tem a finalidade de dar noções básicas de remote sensing aos consultores deste manual. A componente teórica deste manual irá ajudar na execução de forma fácil das tarefas práticas de remote sensing, por isso, é sempre frutífero a compreensão desta componente e seguidamente procurar trabalhar a componente prática. Por isso, este documento integra o conjunto de três manuais dos quais dois são de caráter pratico, eis: 

Digital Shoreline Analysis System Manual de Procedimentos



Exercício 1: Aquisição de dados Open Source

O primeiro capítulo faz uma breve introdução do sensoriamento remoto, princípio físico de remoto sensing, seguidamente, o capitulo de refletância espectral dos corpos, sensores e suas resoluções, satélites e suas orbitas e classificação e último capítulo aborda sobre os satélites da série Landsat, portanto, faz parte deste capitulo a breve historial da série, a orbita, sensores aplicação e aquisição das imagens destes satélites.

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CAPITULO 1 1. Introdução ao Sensoriamento Remoto Introdução O sensoriamento remoto teve o seu avanço com a invenção da câmera e o desenvolvimento tecnológico ligado a aviação, astronomia, início da era espacial, etc. estes factos impulsionaram o desenvolvimento de técnicas de exploração e estudo dos recursos, ambientes e vários fenômenos que ocorrem na Terra através de imagens de satélites. Desde então, o sensoriamento remoto tem registado grandes avanços e, hoje existem diversos conceitos ligados as tecnologias de sensoriamento remoto. 1.1. Conceito O Sensoriamento Remoto pode ser entendido como um conjunto de acções que permite a obtenção de informações dos objectos que compõem a superfície terrestre sem a necessidade de contacto directo com os mesmos. Estas acções envolvem a detecção, aquisição e análise (interpretação e extracção de informações) da energia electromagnética emitida ou reflectida pelos objectos terrestres e registadas por sensores remotos.

2. Fonte de Energia e Principio Físicos do Sensoriamento Remoto. O sensoriamento remoto tem o seu sucesso na aquisição de dados da Terra através da radiação electromagnética, quer emitida ou refletida por esta. A radiação que a superfície da Terra reflecte está concentrada no espectro visível, enquanto que a emitida é, principalmente, do tipo Infravermelho (ver figura 1). 2.1.Radiação electromagnética (RE) Espectro Electromagnético Considera-se o Sol a fonte natural de energia que através da radiação propaga esta energia em forma de ondas electromagnéticas até a superfície da Terra, as quais, o principio físico do sensoriamento remoto é baseada. Calcula-se que o Sol é composto por hidrogénio (71%) e hélio (26%) na sua camada mais externa designada fotosfera.

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Esta camada está a uma temperatura média de cerca de 5.770ºK. Entretanto, no seu interior, esta estrela possui um núcleo que com a pressão recebida do exterior aumenta a sua temperatura para cerca de 15.000.000 ºK. No núcleo do Sol ocorrem reacções que transformam o hidrogénio em hélio, libertando energia, chamada radiação. A radiação solar na forma de hélio é expelida para o exterior que percorrem grandes distâncias e volta para a superfície do sol devido a sua força de gravidade. No entanto, a energia liberada, prossegue, propagando-se através de um campo electromagnético, em pequenos pulsos ou feixes discretos de fotons individuais, em linha recta e movimento ondulatório (Figura 1).

Fig. 1: Propagação da onda electromagnética.

As ondas electromagnéticas podem ser consideradas como os mecanismos bases para o sensoriamento remoto. Elas captam as informações pertinentes às principais características das feições terrestres e as levam até os satélites. Essas interacções são determinadas pelas propriedades físico-químicas e biológicas desses objectos e podem ser identificadas nas imagens e nos dados de sensores remotos. Portanto, a energia electromagnética reflectida e emitida pelos objectos terrestres é a base de dados para todo o processo de sua identificação. A energia electromagnética utilizada na obtenção dos dados por sensoriamento remoto é também denominada de radiação electromagnética. A quantidade e qualidade da energia

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electromagnética reflectida e emitida pelos objectos terrestres resultam das interacções entre a energia electromagnética e estes objectos. A RE é a energia electromagnética em trânsito que pode ser detectada somente quando interage com a matéria. Esta pode ser definida como sendo uma propagação de energia, por meio de variação temporal dos campos eléctrico e magnético, da onda portadora. A completa faixa de comprimentos de onda e de frequência desta radiação é denominada de espectro Electromagnético (figura 2).

Fig. 2: espectro electromagnético.

O espectro electromagnético (fig. 2) é contínuo e estende-se desde os comprimentos de onda muito curtos da radiação cósmica até aos comprimentos de onda muito longos, as ondas de rádio. Somente uma pequeníssima parte do espectro é visível ao olho humano (espectro visível). Algumas partes do espectro não-visível (espectro infravermelho) podem ser detectadas e registadas pelos sensores espaciais. O sensor passivo (definido mais adiante), utiliza apenas pequenas faixas deste espectro que consiste da luz visível, e do infravermelho, ambas provenientes do sol, e da faixa de ondas termais emitidas pela Terra.

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A luz visível corresponde as faixas de comprimento de onda entre (0,4µm a 0,7µm), o infravermelho a faixa de (1µm a 2,5µm) e o termal entre (2,5µm a 13µm). O sensor ativo (definido mais adiante), utiliza ondas de radar no processo de imageamento. Estes sistemas operam com microondas nas faixas de (0,8cm a 1,1cm), de (2,4cm a 3,8cm) e de (15cm a 30cm). Unidades de medição da radiação electromagnética: 1 Angstron Aº = 10-10m 1 Nanómetro nm= 10-9m 1 Micrómetro μm= 10-6m Frequência 1 Mhz= 108 hz 1 Ghz= 109 hz Espectro electromagnético UV 0.1-0.3 μm. Visível Visível 0.4 – 0.7 μm. Divide-se em: azul (0.4 a 0.5μm); verde (0.5 a 0.6 μm) e vermelho (0.6 a 0.7 μm). Ultravioleta (UV) junta-se no fim do azul da porção do visível. Infravermelho (IR) constituído por: infravermelho próximo (o,7 μm a 1.3 μm); Infravermelho médio (1.3 μm a 3 μm) e infravermelho térmico (mais de 3 μm). Microondas (1 mm a 1 m). 2.2. Princípio Físico do Sensoriamento Remoto O modelo físico do sensoriamento remoto é constituído por: 

Fonte (de radiação),



Objecto (de observação),



Instrumento (de captação) e Satélite,



Meio (de transmissão),

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Fig. 3: Representação simples de modelo físico do sensoriamento remoto (Hassan, 2006). Notas previas: a radiação emitida pelo sol (Fonte de radiação) percorre grande distância através da atmosfera (meio de transmissão) até a Terra (irradiância), uma parte dessa radiação é absorvida pelos corpos presentes na superfície (Objecto de observação) e outra refletida de volta a atmosfera (radiação refletida), e esta, é captada pelos instrumentos de sensoriamento remoto (Satélites). Por sua vez os corpos presentes na Terra emitem radiação (radiância) que é directamente captada pelos sensores.

3. Interação da energia electromagnética com a atmosfera A energia captada pelos sensores atravessa a atmosfera duas vezes segundo o sistema (SolTerra-Sensor), e nesse percurso a energia emitida e refletida podem sofrer o efeito da atmosfera antes da captação pelos sensores, o efeito atmosférico resulta dos seguintes factores: 

Condições presentes da atmosfera



Magnitude do sinal a ser captado



Comprimento de onda envolvido



Distância percorrida pelo sinal na atmosfera

Outros efeitos que merecem destaque é a difusão e absorção.

6

Difusão: A difusão verifica-se quando a radiação interage com moléculas da atmosfera e outras partículas finas que são mais pequenos em diâmetro que o comprimento de onda da radiação em interacção. A difusão é inversamente proporcional ao comprimento de onda, por isso que as ondas de pequeno comprimento são as mais difundidas em relação as de grande comprimento. A cor azul do céu é uma manifestação da difusão da radiação, sem a qual, o céu se apresentaria a preto. A difusão tem maior efeito no contraste da imagem, principalmente no visível. Absorção: A absorção diz respeito a perda total da energia para os constituintes da atmosfera de acordo com os diferentes comprimentos de onda. A radiação é mais absorvida pelo vapor de água, O2 e O3. Estes gazes absorvem energia electromagnética com um comprimento de onda específico. A parte do comprimento de onda não absorvida (Janelas atmosféricas) é a captada pelos sensores da teledetecção. Daí a necessidade da atenção na selecção do sensor a usar, portanto, se deve ter em conta os seguintes aspectos: 

A fonte, magnitude e a composição espectral da energia disponível nesse intervalo.



Presença ou ausência da janela atmosférica no intervalo espectral que quer avaliar;



Sensitividade espectral do sensor;

A escolha do intervalo espectral do sensor é baseada na maneira na qual a energia interage com os objectos em estudo. Além dos factores atmosféricos, o movimento de rotação da terra e os defeitos da órbita dos satélites afectam a geometria das imagens.

4. Refletância Espectral dos Corpos. A radiação solar incidente na superfície terrestre interage de modo diferente com cada tipo de alvo. Esta diferença é determinada principalmente pelas diferentes composições físico-químicas dos objetos ou feições terrestres. Estes fatores fazem com que cada alvo terrestre tenha sua própria assinatura espectral. Isto significa que, cada alvo absorve ou reflete de modo diferente cada uma das faixas do espectro da luz incidente. factores como a textura, densidade e posição relativa das feições em relação ao ângulo de incidência solar e à geometria de imageamento, também influenciam no processo de interação.

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Em decorrência desta interação, a radiação que deixa os corpos, leva para os satélites a assinatura espectral dos mesmos. Os sistemas sensores instalados nos satélites são sensíveis a estas diferenças, que as registram em forma de imagens. O gráfico de reflectância espectral em função do comprimento de onda é denominado curva de reflectância espectral.

Fig.4: Curva de reflectância espectral.

4.1.Reflectância Espectral de alguns corpos (vegetação, solo e água) A curva de reflectância espectral representa a reflectância média compilada pela medição de grande amostra de objectos. Embora a reflectância possa variar para cima e para baixo da média, estas curvas demostram alguns pontos fundamentais em relação à reflectância espectral. Vegetação A vegetação verde e saudável mostra configurações de “vales” no visível e “picos” no IR próximo porque a clorofila absorve o visível (0.4 a 0.6 μm). A nossa vista vê a vegetação como verde porque dentro do visível a clorofila absorve mais o azul e o vermelho e reflecte muito o verde. Vegetação em stress, deixa de produzir a clorofila e a reflectância muda passando a reflectir no verde e vermelho o que dá cor amarela ás folhas (verde + vermelho = amarelo). Maior

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reflectância (pico) ocorre no IR próximo (0.7 – 1.3μm), mas este pico varia de acordo com a estrutura interna de cada espécie. O solo mostra poucos “vales” e “picos” na reflectância o que indica que os factores que influenciam a reflectância do solo agem acima de uma banda específica. Alguns factores que afectam a reflectância espectral do solo são: humidade, textura do solo, rugosidade do terreno, presença do óxido de ferro e conteúdo de matéria orgânica. Estes factores são complexos, variáveis e inter-relacionados. A água absorve mais no IR próximo seja em corpos de água (lagos, rios) ou combinada com vegetação ou solo. Assim, esta banda permite delinear corpos de água. A reflectância no visível é complexa devido a presença de materiais suspensos e no fundo. A água limpa reflecte pouco o comprimento de onda menor que 0.6 μm. Contudo a turbidez da água (presença de material orgânico e inorgânico) muda este comportamento. Por exemplo, água com maior quantidade de material suspenso resultante da erosão do solo tem mais reflectância no visível que a água limpa na mesma área geográfica.

5. SENSORES Os sensores têm por finalidade captar a radiação electromagnética proveniente da superfície terrestre, e transformar a energia conduzida pela onda, em pulso eletrônico ou valor digital proporcional à intensidade desta energia.

Fig. 5: Componentes de sistema de sensor. Fonte: Fidalgo et al, s/d.

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Quanto à fonte da radiação utilizada, os sensores podem ser: Sensor Passivo Usa apenas a radiação electromagnética natural refletida ou emitida a partir da superfície terrestre. A luz solar é a principal fonte de energia dos sensores passivos.

Fig. 6: Sensor passivo Sensor Activo Estes sensores usam a RE artificial, produzida por radares instalados nos próprios satélites. Estas ondas atingem a superfície terrestre onde interagem com os alvos, sendo refletidas de volta ao satélite. Uma vantagem dos sensores ativos é que as ondas produzidas pelos radares atravessam as nuvens, podendo ser operados sob qualquer condição atmosférica. Uma desvantagem é que o processo de interação com os alvos não capta, tão detalhadamente quanto os sensores passivos, informações sobre as características físicas e químicas das feições terrestre.

Fig. 7: Sensor activo.

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5.1.

Resolução dos sensores

Resolução espectral – Refere-se ao número de bandas espectrais de um sistema de sensor e pela amplitude do intervalo de comprimento de onda de cada banda. Por exemplo Landsat MSS tem 4 bandas (0.5-1.1 μm) Spot tem 3 bandas (0.5-0.8 μm)

Resolução espacial representa a capacidade do sensor distinguir objetos. Ela indica o tamanho do menor elemento da superfície individualizado pelo sensor. A resolução espacial depende principalmente do detector, da altura do posicionamento do sensor em relação ao objeto. Para um dado nível de posicionamento do sensor, quanto menor for a resolução geométrica deste maior será o grau de distinção entre objetos próximos. Por exemplo, o sistema sensor do Thematic Mapper (TM) do LANDSAT-5 possui uma resolução espacial de 30 metros. Cada pixel da imagem do sensor ETM+ do satélite Landsat 7 representa uma área quadrada de 30 metros de lado na superfície da Terra. Na imagem Ikonos, cada pixel representa uma área quadrada de 4 metros de lado. Resolução temporal - É a frequência do satélite para tirar imagem no mesmo lugar. Landsat MSS leva 18 dias, Landsat TM leva 16 dias, Spot 20, satélites Meteorológicos podem levar 1 hora ou menos. Actualmente satélites como Spot podem tirar imagens off nadir (nadir é o ponto a baixo do satélite) o que diminui a resolução temporal. Resolução radiométrica – É a sensitividade de um detector de remote sensing para diferenciar a intensidade do sinal quando regista o fluxo da radiação reflectida ou emitida da terra. Define o número dos níveis do sinal que pode ser discriminado. Consequentemente tem impacto na habilidade de poder medir as propriedades dos objectos. Por exemplo, Landsat MSS tem uma resolução de 6 bits (0-63 níveis de brilho) e Landsat TM tem 8 bits (0-255 níveis de brilho).

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5.2.

Satélites

Um satélite é qualquer objecto que gira em torno de outro de maiores dimensões, seja ele natural ou artificial. Por exemplo, a lua é um satélite natural da terra, e esta possui vários satélites artificiais. O primeiro satélite artificial da Terra foi (Sputnik I), lançado no espaço pela Rússia em 04 de Outubro de 1957, para fins meramente experimentais, dando assim, o início a era espacial. Seguidamente o Explorer lançado pelos americanos colocaram como seu primeiro satélite em Fevereiro de 1958. 5.2.1. Classificação dos Satélites Desde então, a Terra hoje tem em sua orbita milhares de satélites como resultado do desenvolvimento e avanço tecnológico. Segundo a finalidade os satélites podem ser agrupados em diversos grupos, neste manual apresentam-se o grupo mais comuns (finalidade: cientifica e uso civil): a) Satélites Meteorológicos (o estudo da atmosfera e previsão do tempo); b) Satélites de Comunicação (estabelecem ligações telefónicas, transmissões televisivas ou emitem sinais para os sistemas de posicionamento global-GPS); c) Satélites Ambientais (o estudo das condições e mudanças ambientais); d) Satélite de Observação dos Recursos Terrestres (o estudo e investigação da superfície terrestre). Os dois últimos designados por Satélites de Teledetecção.

5.2.2.

Órbitas dos Satélites

De acordo com a sua missão, os satélites são posicionados em duas órbitas fundamentais: a) Órbita Geoestacionária ou geossíncrona, na qual a velocidade de translação do satélite é igual à da rotação da Terra;

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b) Órbita Polar ou heliosíncrona, na qual o plano de translação do satélite é fixo em relação ao Sol, compensando deste modo o movimento de translação da Terra, independentemente da sua rotação.

Fig. 8: Orbita Polar e Geoestacionária. Para além das duas órbitas fundamentais referidas anteriormente, existem outras órbitas de serviço, tais como: a) Órbita hiperbólica ou aberta, que se utiliza no lançamento do satélite e que o permite escapar do solo mediante uma velocidade inicial; b) Órbita excêntrica, que se utiliza uma órbita de transferência, para passar para a órbita geoestacionária ou para a heliosíncrona.

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CAPITULO 2

1. IMAGENS DE SATÉLITE Introdução As imagens são representações da superfície da terra formadas a partir das informações adquiridas e registradas pelos sensores a bordo dos satélites. Essas imagens são compostas por pequenos quadrados, denominados pixels. O processo de aquisição de imagens no sensoriamento remoto resulta da conversão de energia electromagnética, feita fotograficamente como electronicamente. Processo fotográfico Os sensores que que fazem parte deste modelo usam reacções químicas na superfície de um filme sensível à luz, para detectar as variações de energia na “cena” ou “filme”. A vantagem deste processo é a sua simplicidade e economia financeira, para além de proporcionar um alto grau de detalhes espaciais e uma grande integridade geométrica. Processo electrônico Os sensores electrónicos, utilizam um princípio diferente: geram um sinal eléctrico correspondente às variações de energia na "cena" original que é registado numa fita magnética. Os sinais são, depois, convertidos em imagem nos computadores, para análise e interpretação.

1.1.

Aplicação

Domínio da área. O sucesso na aplicação do sensoriamento remoto depende do domínio dos aspectos básicos e fundamentais da área a aplicar, por exemplo, o uso das técnicas de sensoriamento remoto para o estudo da agricultura, solos, florestas, etc. é importante o conhecimento da agronomia, Geografia, e outras ciências ambientais. Para determinar um lugar estratégico para o negócio, é indispensável o domínio do conhecimento da área de negócio. Assim com o domínio da área em aplicação, permite fácil identificação, por exemplo, dos dados, as técnicas, e formulação de

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questões por responder ao aplicar o sensoriamento remoto. Nesta parte faz-se uma breve introdução das aplicações do Sensoriamento remoto. Portanto, não é objetivo da mesma dar respostas específicas a questões particulares referentes ao domínio de uma determinada área do saber. O sensoriamento remoto aplica-se às disciplinas que tratam da análise espacial dos fenómenos naturais, das mudanças que se registam no espaço, monitoramento da ocorrência e tendencial espacial de fenômenos como seca, erosão, etc. Eis algumas das disciplinas segundo a esfera:

Natural: A imagem de saté1ite fornece informações referentes a: a) A Atmosfera (informações que preocupam, em parte, os meteorologistas e aos especialistas que se relacionam com os micro-climas e suas influências na fauna, flora ou nas espécies humanas). b) A Litosfera (estudo de minerais e a geomorfologia pelos geólogos e geógrafos. Embora não perceptível diretamente nas imagens de satélite por estar encoberta pela vegetação, com excepção dos desertos, a informação concernente à litosfera é, quase sempre, acessíveis através dos efeitos induzidos na vegetação e no relevo. c) Hidrosfera (refere-se ao estudo dos oceanos e mares, objecto da Oceanografia). d) A Pedologia (estuda a interacção entre a litosfera e a biosfera). e) A Biosfera (estudo da esfera vegetal e animal da Terra. Nas imagens satélite, a vegetação destaca-se à nossa visão, seja ela das áreas agrícolas, florestais ou ao longo dos cursos das águas).

Humana: Trata-se, essencialmente, do estudo pelo homem da maneira como se desenvolve a disposição e a modificação do meio natural. Consoante a escala e às especificações particulares, o estudo da disposição territorial pode-se concentrar no Urbanismo e na expansão das cidades. Trabalhando num outro espírito, mas não em objectivo diferente, temos a Protecção do Meio -ambiente ou da Ecologia, procurando integrar todos ou parte dos aspectos precedentes e inseridos no meio natural. Dos aspectos históricos, podem-se extrair informações concernentes a Arqueologia.

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O estudo das Catástrofes Naturais ou causadas pelo homem, que pelo seu impacto necessitam de uma intervenção rápida e eficaz (queimadas e incêndios florestais, monitoramento costeiro, etc.

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2. SÉRIE LANDSAT Introdução

A série Landsat é um programa de gestão conjunto entre a National Aeronautics and Space Administration (NASA), National Oceanic and Atmospheric Administration (NOAA) e pelo United States Geological Survey (USGS). O primeiro satélite desta série foi o Earth Resources Tecnology Satellite 1 (ERTS-1), lançado em 1972. O ERTS-1 foi construído a partir de uma modificação do satélite meteorológico NIMBUS e carregou a bordo dois tipos de sensores: um sistema de varredura multiespectral, o MSS (multiespectral Scanner Subsystem) e um sistema de varredura constituído por três câmeras de televisão (Return Beam Vidicon), RBV. Após o lançamento do ERTS-1 o programa foi rebatizado para Landsat, tendo-se colocados em órbita o Landsat 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7 e o mais recente, lancando em 2013 o Landsat 8 (figura 9). Os satélites da série Landsat constitui um programa meramente de observação da Terra e estudos de seus recursos.

Fig.9: Cronograma e o percurso da missão do Landsat iniciado em 1972. Fonte: USGS, 2016.

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2.1. Órbita A série Landsat tem uma orbita heliosíncrona, passando na mesma hora solar em qualquer ponto observado; circulares, quase polares, permitindo assim uma cobertura completa da terra entre 81°N e 81°S; em uma Altitude de 705 km e Velocidade equivalente a 7,7 km/seg. no solo. A resolução temporal no Landsat 1-3 era 18 dias, para os Landsat 4-5 e 7 são 16 dias.

2.2. Sensores Landsat 1-2-3-4 e 5: RBV, MSS e TM A série Landsat é um Sistema passivo. A primeira geração do programa Landsat, composta de 3 satélites, Landsat 1-2-3, tinha 2 instrumentos: a Câmara RBV - Return Beam Vidicon e o MSS Multispectral Scanner. A segunda geração iniciada em 1982 tinha a bordo o sensor Thematic Mapper (TM), assim como o MSS. Posteriormente o Landsat 7 foi equipado com o Enhanced Thematic Mapper Plus (ETM+) com resolução até 13 metros e uma resolução multiespectral, foi acoplado um dispositivo Solid State Recorder (SSR) que permite gravar as cenas até 378 Gigabytes com capacidade para 500 cenas.

Designação das bandas dos sensores TM e MSS Thematic Mapper - TM Bandas

1

2

3

4

5

6 TIR

7

Faixa (μm )

0.45 - 0.52

0.52 - 0.60

0.63-0.69

0.76 - 0.90

1.55-1.75

10.42 - 12.50

2.08-2.35

Resolução (m)

30

30

30

30

30

120

30

Multi-Spectral Scanner - MSS Bandas Faixa (μm ) Resolução (m)

1 0.5 - 0.6 80

2 0.6 - 0.7 80

18

3 0.7 - 0.8 80

4 0.8 - 1.1 80

Landsat 7: Enhanced Thematic Mapper Plus (ETM +)

O sensor Enhanced Thematic Mapper Plus (ETM +) foi desenvolvido no Landsat 7, e as imagens consistem em oito bandas espectrais com uma resolução espacial de 30 metros para Bandas 1 a 7. A resolução para banda 8 (pancromática) é de 15 metros. Todas as bandas podem colectar uma das duas configurações de ganho (alta ou baixa) para maior sensibilidade radiométrica e alcance dinâmico, enquanto a Banda 6 colecta o ganho alto e baixo para todas as cenas. O tamanho aproximado da cena é de 170 km de norte a sul por 183 km a Este-Oeste. Designação das bandas do Landsat 7 (ETM+) Bandas

Comprimento de onda

Resolução

(micrómetros)

(metros)

Banda 1 - Azul

0,45-0,52

30

Banda 2 – Verde

0,52-0,60

30

Banda 3 – Vermelho

0,63-0,69

30

Banda 4 – Infravermelho Próximo (NIR)

0,77-0,90

30

Banda 5 - infravermelho de ondas curtas (SWIR) 1

1,55-1,75

30

10.40-12.50

60 * (30)

2.09-2.35

30

52-.90

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Banda 6 – Térmica Banda 7 - infravermelha de ondas curtas (SWIR) 2 Banda 8 – Pancromática

* ETM + Band 6 é adquirido a uma resolução de 60 metros, mas os produtos são remodelados para 30 metros de pixels. Fonte: (USGS, 2016).

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Landsat 8: Operational Land Imager “OLI” (imageador operacional) e Thermal Infrared Sensor “TIRS” (Sensor do infravermelho termico)

Os sensores do Landsat 8, Operational Land Imager (OLI) e Thermal Infrared Sensor (TIRS) consistem em nove bandas espectrais com uma resolução espacial de 30 metros para as Bandas 1 a 7 e 9. A banda ultra azul 1 é útil para estudos costeiros e em aerossol. A banda 9 é útil para a detecção de nuvens cirrus. A resolução para Band 8 (pancromática) é de 15 metros. As faixas térmicas 10 e 11 são úteis para fornecer temperaturas de superfície mais precisas e são coletadas Descrição das bandas do Landsat 8 (OLI/TIRS) Comprimento de onda

Resolução

(micrómetros)

(metros)

Banda 1 - Ultra Azul (litoral / aerossol)

0,43 - 0,45

30

Banda 2 – Azul

0,45 - 0,51

30

Banda 3 – Verde

0,53 - 0,59

30

Banda 4 – Vermelho

0,64 - 0,67

30

Banda 5 – Infravermelho próximo (NIR)

0,85 - 0,88

30

Banda 6 - infravermelho de ondas curtas (SWIR) 1

1,57 - 1,65

30

Banda 7 - infravermelho de ondas curtas (SWIR) 2

2.11 - 2.29

30

Banda 8 – Pancromática

0,50 - 0,68

15

Banda 9 – Cirrus

1,36 - 1,38

30

Banda 10 - Infravermelho térmico (TIRS) 1

10.60 - 11.19

100 * (30)

Banda 11 - Infravermelho térmico (TIRS) 2

11,50 - 12,51

100 * (30)

Bandas

* As bandas TIRS são adquiridas a uma resolução de 100 metros, mas são remontadas a 30

metros no produto de dados fornecido. Fonte: (USGS, 2016).

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Principais características espectrais da série Landsat. Nome da banda

L8 OLI / TIRS

L7 L4-5 ETM + TM

L4-5 MSS

L1-3 MSS

---

---

Costeira / aerossol Banda 1

---

---

Azul (B) ---

Observações nas áreas costeiras e águas rasas; Aerossol, poeira Estudos de detecção de fumaça. Mapeamento batimétrico; Discriminação solo / vegetativa, tipo de floresta; Mapeamento e identificação de recursos artificiais.

Banda 2

Banda 1

Banda 1

Banda 3

Banda 2

Banda 2

Banda1

Banda 4

Banda 4

Banda 3

Banda 3

Banda2

Banda 5

Banda 5 ---

Banda4 ---

Banda 4 ---

Banda3 Banda4

Banda6 Banda7

Onda curta Infravermelho-1 (SWIR-1)

Banda 6

Banda 5

Banda 5

---

---

Índice de umidade / temperatura da vegetação; Áreas Queimadas; Detecção de incêndios activos.

Onda curta de Infravermelho-2 (SWIR-2)

Banda7

Banda 7

Banda 7

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---

Detecção adicional de incêndios activos (especialmente à noite); Análise de umidade / seca.

Band 8

Band 8

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---

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Detecção de nuvem Cirrus.

--Banda 6

--Banda 6

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Mapeamento de temperatura do solo e estimativas de humidade do solo.

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---

Verde (G)

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Uso

Vermelho (R) InfravermelhoPróximo (NIR)

Pancromática (PAN) Banda 9 Cirrus Banda Térmica (T)

Banda 10 Banda 11

Vegetação máxima; Avaliação de vigor da planta. Identificação do tipo de vegetação; Solos e características urbanas. Detecção e análise de vegetação; Mapeamento da Linha de Costa e Conteúdo de biomassa.

Remodelação de imagens multiespectrais para maior resolução.

Fonte: (USGS, 2016. [---Não aplicável] Esta tabela ilustra a aplicabilidade em diversos estudos das bandas e as características espectrais segundo o sensor de todos os satélites desta série.

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2.3.Aplicação As imagens Landsat são utilizadas para uma vasta gama de aplicações em áreas como pesquisa de mudanças globais, agricultura, silvicultura, geologia, mapeamento de cobertura de terra, gerenciamento de recursos, água e estudos costeiros. Atividades específicas de monitoramento ambiental, como pesquisa de desmatamento, incêndios florestais, estudos de fluxo vulcânico e compreensão dos efeitos de desastres naturais, todos se beneficiam da disponibilidade de dados Landsat. Nos últimos anos, os dados do Landsat também foram usados para rastrear derramamentos de óleo e monitorar a poluição de resíduos decorrentes da atividade mineira. 3. Aquisição das Imagens Landsat As imagens Landsat integra o grupo de dados “Open Source”, ou seja, as imagens desta serie estão disponíveis nos bancos de dados da USGS para transferências/download gratuitamente através das plataformas web Earth Explorer no site http://earthexplorer.usgs.gov, Glovis a partir de http://glovis.usgs.gov, ou através de Landsat Look Viewer em http://landsatlook.usgs.gov . 4. Formato dos dados Os dados do Landsat TM, ETM+ e OLI/TIRS estão disponíveis em seguintes formatos:  CEOS  FAST  HDF  GeoTIFF  NLAPS

Referências USGS (2017). http//:landsat.usgs.gov. Acesso 20/12/2017. USGS (2016). Spectral Characteristics. https://landsat.usgs.gov/spectral-characteristics-viewer Acesso 21/11/2017. Figueiredo, D (2005). Conceitos Básicos de Sensoriamento Remoto. Ramachandran, S. (s/d) Application of Remote Sensing and GIS. www.eurimage.com. Acesso 20/11/2017. Fidalgo, E.C.C (s/d). Uso de Imagens de Satélite para o Estudo do Uso da Terra e Sua Dinâmica.

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PÁGINAS WEB DE AQUISIÇÃO DE IMAGENS DE SATÉLITE GRÁTIS USGS Earth Explorer http://earthexplorer.usgs.gov USGS GLOVIS http://glovis.usgs.gov Natural Earth Data http://www.naturalearthdata.com Esri Open Data http://opendata.arcgis.com/ Open Street Map http://wiki.openstreetmap.org/wiki/Downloading_data Open Topography http://www.opentopography.org/ NASA Earth Observations (NEO), Earth Data e SEDAC http://neo.sci.gsfc.nasa.gov/ http://rapidfire.sci.gsfc.nasa.gov http://sedac.ciesin.columbia.edu/ Sentinel Satellite Data https://scihub.copernicus.eu/dhus FAO Geo Network http://www.fao.org/geonetwork

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