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Universidade Eduardo Mondlane Faculdade de Ciências Departamento de Geologia Curso: Cartografia e Pesquisa geológica Cadeira: teledetecção e Sig Trabalho Prático I Discente: Docente: Faife, Jepson José Prof. Dr. Elidio Massuaganhe Lic. Salomao Mugabe Maputo, Junho de 2020 2 Índice 1.0. Introdução ................................................................................................................................ 3 1.1. Objectivo geral ......................................................................................................................... 3 1.2. Objectivos específicos ............................................................................................................. 3 2.0. Breve historial de teledetecção ................................................................................................ 4 3.0. Definição .................................................................................................................................. 6 3.1. Tipos de satélites e suas finalidades......................................................................................... 6 4.0. Breve historial de cada série de satélite de teledetecção .......................................................... 7 5.0 Vantagens e desvantagens de série Landsat ............................................................................ 11 6.0 Série SPOT.............................................................................................................................. 12 7.0. Erros e ou ruídos nas imagens digitais e correcções .............................................................. 14 8.0 Referências Bibiograficas ....................................................................................................... 16 3 1.0. Introdução O sensoriamento Remoto corresponde e uma ciência da obtenção de informação sobre um objecto sem contacto físico directo. E a tecnologia científica que pode ser usada para medir e monitorar importantes características biofísica e actividades humanas ( JENSEN, 2000). 1.1. Objectivo geral Estudar de uma forma resumida a teledetecção 1.2. Objectivos específicos Breve historial de teledetecção; Tipos de satélites de cada série de teledetecção; Breve historial de cada série de satélites; Resoluções de cada série de sistema de sensores; Erros e / ou ruídos nas imagens digitais e correcções aplicáveis; Vantagens e desvantagens de cada série de série de satélites. 4 2.0. Breve historial de teledetecção A origem do sensoriamento Remoto esta vinculada ao surgimento da fotografia área, e sw caracterizou com uma alternativa a coleta lenta e dispendiosa de dados feita directamente na superfície, garantindo, que as áreas ou objectos não fossem perturbados. A primeira fotografia foi tirada muito antes de satélites e computadores computadores começarem a dominar o campo do sensoriamento Remoto. Em 1858, Gaspard Felix Tournachon ( conhecido com Nadar) tirou a primeira fotografia aérea utilizando-se de um balão. Todavia, a fotografia área sistemática, com fins de vigilância e reconhecimento militar, desenvolveu a partir da I Guerra Mundial, chegando ao auge durante a Guerra Fria com o uso aeronaves combate modificadas. Pode-se dizer que o sensoriamento remoto surgiu logo após a invenção da máquina fotográfica, quando se tornou possível o registro de imagens a partir do céu. Inicialmente, utilizavam-se pombos ou balões a fim de captar imagens da superfície vistas de cima, geralmente para o reconhecimento de lugares ou produção de mapas. Em tempos de guerra, essa foi também uma importante estratégia para o reconhecimento do território inimigo, o que auxiliava na elaboração de planos de ataque e contra-ataque. Figura 1: , Gaspard Felix Tournachon ( conhecido com Nadar) no balões a capturar imagens (Goole, 2021) 5 E por falar em guerra, foi durante a Primeira Guerra Mundial (1914-1918) que esse sistema começou a aperfeiçoar-se por meio da utilização de aviões então recentemente inventados. O conjunto de técnicas de registro da superfície por meio da fotografia foi chamado de aerofotogrametria, que, além do registro da imagem, consistia também no tratamento dessa e de suas adaptações para a produção de visualizações de áreas inteiras. Esse procedimento é até hoje amplamente realizado. Em 1903, Julius Neubranner entusiasta da fotografia, projectou e patenteou uma cameará aérea "acoplada" no peito de pombos- correio. Figura 2: Julius Neubranner com câmara fotografia a motar no pombo, (Google, 2021). 6 3.0. Definição Os satélites artificias são equipamento construídos pelo homem que, após serem lançados no espaço, permanem em orbita ao redor da terra. Esses equipamentos tornaram-se fundamentais para uso de tecnologias na terra, comuniçao e estudos sobre o planeta. 3.1. Tipos de satélites e suas finalidades Satélites de comunicação (os mais numerosos); Satélites de televisão; Satélites científicos Satélites meteorológicos; Satélites de sensoriamento remoto de recursos terrestres; Satélites de uso militar. Satélites de comunicação A maioria usa a orbita geoestacionária ou seja acompanha o movimento de rotação da terra , a 36.000 Km de altitude, apontando sempre para o mesmo lugar. Este tipo de satélites e mais conhecido. Distribui sanais de telefonia , internet e televisão. Satélites meteorológica E usado para monitorar o tempo e clima da terra. As formações de nuvens, luzes das cidades, queimadas, feitos de poluição, aurora, tempestades de raios e poeiras, superfícies cobertas por neves de gelo e os limites das correntes oceânicas são algumas informações ambientais coletadas por meio dos satélites meteorológicos. Satélites de navegação São formados por uma consteleçao de 24 satelites ao redor da terra, a cerca de 20.000 Km de altitude, forma o GPS. Esse sistema e controlado pelos EUA, mas pode ser utilizado por todos aqueles que tem um aparenho receptor detectando sua posição na terra. Satélites de observação da terra 7 Este sensor tem como missão monitorar o território e, para isso, carrega cameras que registram imagens com diferentes resoluções espaciais. Quando equipado com radae, permitem registrar imagens do território a noite ou mesmo quando ele estiver cobreto por nuvens. Um dos exemplos Google Earth – utiliza imagens de altíssima resolução, como as do satélite Americanos IKONOS, para gerar seus mapas. Satélites de exploração do universo Este satélite tem como missão no carregamento de telescópios para obervar o ceu. O mais conhecido telescópio acoplado a um satélite e o Hubble que desde 1990 produz imagens astronómicas incríveis e únicas. Satélites de uso militar Um satélite militar equipado com cameras que funcionam no infravermelho (o que possibilita a indentifiçao de alvos no escuro ou camuflados) consegue fotografar territórios com grande precisão. 4.0. Breve historial de cada série de satélite de teledetecção Série de Landsat A série teve inincio na segunda metade da década de 1960, a partir de um projecto desenvolvido pela Administraçao Nacional de Aeronautica e Espaço (NASA) sendo dedicado exclusivamente a observação dos recursos naturais terrestres. 8 Landsat 1 Em 1972: este tipo de satélite de observação tem como objectivo de estudar e monitorizar a superfície da terra, designado por Earth Resources Technology Satellite (ERTS), que opera na orbita síncrona solar a 919 Km de altitude.Transportava dois sensores que são: RBV (Return Beam Vidicon) e MSS (Mutispectral Scanner). O RBV (Return Beam Vidicon) – registava a cada 25 segundos, 80m de resolução . e MSS (Mutispectral Scanner) – utilizava um espelho oscilatório que direccionava a luz para um conjunto para os seis detetores para cada uma das quatro bandas espectrais, o espelho realizava varrimentos no sentido perpendicular ao da orbita, imagens com 80m de resolução espacial em quatro bandas espectrais : vermelho, verde e duas bandas infravermelhas. Landsat 2 e Landsat 3 Estes satélites foram lancados em 1975 e 1978, respectivamente, seguiram orbitas semelhantes, com altitudes semelhantes, transportado igualmente por sensores do tipo MSS. Figura 3: Landsat 2 no processo de lançamento, (Google, 2021). 9 Landsat 4 e 5 Foram lançados em 1982 e 1984 respectivamente, seguiram orbitais síncronas salores, quase circulares, a cerca de 705Km de altitude e ciclos de passagem de 16 dias. Os sensores MSS continuaram a ser utilizados, mas em simultâneo com o novo sensores TM (Thematic Mapper), que substituiu o anterior RBV. O TV utiliva um conjunto de 16 detetores para cada óptica (7 bandas associados a um espelho oscilatorio). O sensor TM, possui maior resolução espacial do que o MSS (30 metros) e abrange maior gama de valores no espectro electromagnético (bandas azul, verde, vermelha, infravermelha próxima, duas bandas infravermelhas e uma infravermelha termica). Landsat 6 e 7 Em 1993 foi lançado o Landsat 6, com o novo sensor ETM (Enhanced Thematic Maperr). Este novo sensor estava preparado para registar dados com a mesma resolução espacial do anterior TM, mas incluía uma oitava banda com resolução espacial de 15metros, designada pancromática, sensível a ra e MSS (Mutispectral Scanner). diações entre o verde visível e o infravermelho próximo do espectro electromagnético. Landsat 7 Foi lançado em 1999, mantendo as mesmas características orbitais dos satélites anteriores. O novo sensor ETM+ (Enhanced Thematic Mapper Plus), com funções adicionais (uma banda térmica com 60 metros de resolução espacial e mantendo a banda pancromática do ETM). Incluiu a bordo um gravador de dados e um sistema de calibração radiometrica com precisão de 5%. Chegou a ser o mais estável e melhor instrumento de obervaçao da terra. O sensor continua a registar imagens ate hoje, mas em maio de 2003 perdeu o sistema de correcção SLC (Scan Line Corrector), ( https://upload.wikimedia). https://upload.wikimedia/ 10 Landsat 8 Este sensor no início designaram por LDCM (Landsat Data Continuity Mission), foi lançado em 2013, numa colaboração entre a NASA e o USGS, com o objectivo de disponibilizar analise de fenómenos evolutivos na superfície terrestre. Esta equipada com dois novos sensores a saber: OLI (Operational Land Imager) e TIRS (Thermal Infra Red Sensor) O landsat 8 e composta por seguintes características tais como: resolução espacial, espectral e temporal, suficientes para caracterizar as causas e as consequências das mundanças registados. Mantem as características dos satélites anteriores em termos de orbitais, fazendo uma translação completa a cada 98,9 minutos. Figura 4 : landsat 7 no momento de montagem das pesas, (Google, 2021). 11 5.0 Vantagens e desvantagens de série Landsat O seu formato digital permite facilidade na partilha e envio e uma forma rápido; As suas grandes dimensões no terreno permitem utilizar apenas uma imagem numa grande área por cerca de 170km; Na antiguidade do programa permite recuar ate ao final dos anos 70 do século XX;~ A gratuitidade e disponibilidade e disponibilidade na internet. Desvantagens: As emissões são marginais, a radiação pode ser influencida ou interferida por outras fontes de radiação; Analise complicado e de alto custo. Figura 5 : imagem landsat 8, (Google, 2021). 12 6.0 Série SPOT A série desatelites SPOT e controlada por uma empresa Francesa Spot image o projecto foi iniciado no final da década de 70 sob liderança do governo francês, pelo Central National D'Etudes Spatiales (CNES) e apoio da Suecia e Belgica. Os satélites da família SPOT foram desenhados par operarem com sensores ópticos, em bandas do visível, infravermelho próximo e infravermelho médio. Ao todo foram lançado 7 Satelites, dividividos em gerações, de acordo com alterações de seus cargas úteis. Os satélites SPOT 1 - lançado a 22 de fevereiro de 1986, com capacidade pan-macromática de 10m e multispectral de 20m. Desativado em 31 de dezembro de1990; SPOT 2 - lançado a 22 de janeiro de 1990, e ainda opera; SPOT 3 - lançado a 26 de setembro de 1993, parou de funcionar em 14 de novembro de 1997; SPOT 4 - lançado a 4 de março de 1998; Figura 6: legenda de satelete SPOT, (Google, 2021). 13 SPOT 5 - lançado a 4 de maio de 2002, com 2,5m x 5m x 10m de capacidade; SPOT 6 - lançado a 9 de setembro de 2012, com 1,5m x 6m de capacidade. 1ª geração: SPOT 1, 2 e 3 Desde 1986 a família de satélites SPOT orbita a Terra e já tirou mais de 10 milhões de imagens de alta qualidade. O primeiro satélite SPOT 1 foi lançado com um foguete Ariane 2 em fevereiro. No dia 24 do mesmo mês, o pesado SPOT 1 de 1.800 quilogramas, transmitiu sua primeira imagem com resolução regional de 10 por 20 metros. Em 22 de janeiro de 1990, o SPOT 2 juntou-se ao SPOT 1 em órbita. SPOT 3 entrou para o grupo em setembro de 1993. 2ª Geração: SPOT 4 SPOT 4 foi lançado em março de 1998 e trouxe importantes melhoras em relação aos seus antecessores. A principal mudança foi no HRV, tornando a alta-resolução visível e com aparelho infravermelho (HRVIR). Tem uma faixa adicional meio-infravermelho, para possibilitar reconhecimento geológico, análise vegetativa e de superfícies com neve, com uma resolução de 20 metros. 3ª Geração: SPOT 5 SPOT 5 foi lançado a maio de 2002, e tem por objetivo garantir a continuidade dos serviços para clientes, e melhorar a qualidade dos dados e imagens, ao antecipar as exigências do mercado. O SPOT 5 tem dois instrumentos de alta-resolução geométrica (HRG), adaptados do HRVIR do SPOT 4. Oferecem uma resolução mais alta: 2.5 a 5 metros em modo pan-cromático, e 10 metros em modo multiespectral. 4ª Geração: SPOT 6 & 7 SPOT 6 foi lançado a setembro de 2012. Oferecem uma resolução mais alta: 1.5 metros em modo pan-cromático, e 6 metros em modo multiespectral. 14 7.0. Erros e ou ruídos nas imagens digitais e correcções Os dados de teledetecção obtidos directamente do satélite tem erros, estes erros podem ter proveniência diversas tais como erros de instrumentos (mau funcionamentos dos sensores do satelite), orbita geométrica do satélite, devido a rotação da terra, diferenças de formatos entre os sensores e o dispositivo de representação gráfica. A remoção destes erros faz parte do procedimento obrigatório antes de elaborar imagens composta ou varias outras analises subsequentes. As operações de processamento podem ser designadas em correcções. 1- Correcção geometria Correcção geométrica, imagem – mapa e mapa – imagem As distorções geométricas são devidas a rotação da terra curvatura e intensidade de relevo mas também devido a variações ligadas ao próprio satélite tais como mundança de velocidade e de altitude, dai que uma imagem não corrigida não e sobreponível a um mapa topográfico ou outro mapa da projecção cartográfica. A correcção geométrica pode ser feito a partir de pontos de controlo (GPS), que podem ser achados ao mesmo tempo na imagem e num mapa de referencia. 2- Correcção esticamento linear No geral e difícil visualizar dados digitais de qualquer interpretação visual. Se os números digitais forem convertidos para a forma analógica em variações de tons de cizento, então poderemos perceber com sendo uma imagem. Os números digitais correspondem a valores de reflectanciaou emissão a partir da grelha celular na superfície, que os converte em níveis de tons de cizentos ou o chamado elemento de imagem (pixel). 3- Esticamento em Histograma Se a sequencia dos valores de reflectancia em relação a toda imagem e um critério importante, deve –se dar mais peso a aqueles valores de reflectancia que tem frequências mais altas. Para fazer isto, de uma tabela de frequência de distribuição com uma coluna de % de frequência cumulativa( https://pt.wikipedia.org/wiki/Landsat, 2021) https://pt.wikipedia.org/wiki/Landsat 15 4 - Esticamento de Gauss E considerando o padrão de distribuição normal (distribuição de Gauss), o histograma gerado por dados de uma dada área pode ser esticado de modo a acomodar a curva de distribuição normal. Este tipo de esticamento, melhora as porções mais escuras e mais claras da imagem de tal forma que haverá mais contraste nestas áreas ( https://pt.wikipedia.org/wiki/Landsat, 2021). 5- Correcçao Radiometrica E chamada de operação cósmica, sob operações cósmicas os seguintes procedimentos de correcção podem ser inclusos: correcção para o ruido aleatória e Correcção atmosférica (https://pt.wikipedia.org/wiki/Landsat, 2021 ). https://pt.wikipedia.org/wiki/Landsat https://pt.wikipedia.org/wiki/Landsat 16 8.0 Referências Bibiograficas SPOT (Satellite Pour l'Observation de la Terre)» (em inglês). Belgian Science Policy Office. Consultado em 9 de agosto de 2019 https://pt.wikipedia.org/wiki/Landsat
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