Aula 4 - Geoprocessamento aplicado ao manejo de bacias

Prévia do material em texto

Geoprocessamento aplicado 
ao manejo de bacias
Unidade Temática 3 - Definições e componente de sensoriamento remoto (RS) 
(uma introdução)
Sensoriamento Remoto
Sensoriamento Remoto
Sensoriamento remoto: consiste na utilização conjunta de modernos instrumentos
(sensores), equipamentos para processamento e transmissão de dados e plataformas
(aéreas ou espaciais) para carregar tais instrumentos e equipamentos.
Tem o objetivo de estudar o ambiente terrestre por meio do registro e da análise das
interações entre a radiação eletromagnética e as substâncias componentes do
planeta Terra, em suas mais diversas manifestações.” (NOVO, 1989)
Sensoriamento Remoto
Componentes de um sistema de aquisição de informações 
Sensoriamento Remoto
TIPOS DE SENSORES
a) Sistema passivo: Utilizam fonte de energia externa.
Ex. Luz solar;
b) Sistema ativo: fornece a energia para imagear. 
Ex Radar (Microondas).
Radiação Solar
TIPOS DE SENSORES
Para o Sensoriamento Remoto, a energia solar é base de todos os princípios em que 
se fundamenta essa tecnologia
Origem da Radiação Solar
➢ O Sol é considerado uma estrela de quinta grandeza;
➢ A temperatura média do Sol é de 5.770 °K; entretanto, por causa da pressão exercida por sua massa 
colossal, a temperatura no seu núcleo é de 15.000.000 °K
➢ Essa altíssima temperatura provoca o desencadeamento de reações nucleares, transformando o hidrogênio 
em hélio, por meio da fusão de núcleos de hidrogênio em núcleos de hélio com perda de massa, que é 
compensada por emissão energia
➢ Por ser reação que ocorre no núcleo do átomo de hidrogênio, ela é denominada de radiação. As radiações, 
em geral, são classificadas por letras do alfabeto grego (alfa, beta, sigma, etc.). A radiação solar é do tipo 
beta.
Como a energia se propaga no espaço?
Esse fato pode ser elucidado pela teoria ondulatória, segundo a qual, a radiação
solar se propaga em linha reta, por meio de um campo eletromagnético em
movimento ondulatório.
Conceito de ondas?
➢Ondas são perturbações
periódicas, ou oscilações de
partículas ou do espaço, por
meio das quais muitas formas de
energia se propagam a partir de
suas fontes
OBSERVAÇÕES
a) Uma onda não propaga matéria;
b) As ondas propagam apenas energia, que é transferida por meio de átomos e 
moléculas da matéria.
c) De modo geral as ondas necessitam de um meio material para se propagarem, 
exceto as eletromagnéticas, que se propagam no vácuo;
Como a energia se propaga no espaço?
As ondas são classificadas de acordo com a forma, posição e sentido de
propagação
a) SENOIDAIS: são ondas que oscilam regularmente com uma única frequência e num 
mesmo comprimento;
Como a energia se propaga no espaço?
As ondas são classificadas de acordo com a forma, posição e sentido de
propagação
b) TRANSVERSAIS: são ondas cujos picos e vales formam ângulos retos com a direção do 
movimento;
c) LONGITUDINAIS: ondas provocadas pelo movimento de partículas cuja vibração ocorre 
na mesma direção em que a onda se propaga.
Como a energia se propaga no espaço?
Ondas eletromagnéticas
As ondas eletromagnéticas são ondas formadas pela
oscilação de um campo elétrico e magnético
perpendiculares entre si.
RADIAÇÃO ULTRAVIOLETA: conjunto de radiações compreendidas na faixa de 0,01
a 0,38 micrômetros. Estas radiações são muito produzidas durante as reações
nucleares no Sol. Entretanto, ao atingir o topo da atmosfera terrestre, são quase
totalmente absorvidas pelo gás ozônio (O3).
TIPOS DE RADIAÇÃO
RAIOS X: radiações cujas frequências de onda estão acima das da radiação
ultravioleta, ou seja, possuem comprimentos de ondas menores. São muitos
usados em radiografias e em estudos de estruturas cristalinas de sólidos. Os raios X
provenientes do Sol são absorvidos pelos gases na alta atmosfera.
TIPOS DE RADIAÇÃO
RADIAÇÃO GAMA: emitida por materiais radiativos e pelo Sol. Localiza-se no
espectro eletromagnético antes dos raios X, ou seja, aquém de 1 ângstrom. Possui
altas frequências e, por isso, é muito penetrante (alta energia). Na prática tem
aplicação na medicina (radioterapia) e em processos industriais, principalmente na
conservação de alimentos.
TIPOS DE RADIAÇÃO
Radiação visível (luz): Conjunto de radiações eletromagnéticas compreendidas
entre 0,39 e 0,70 micrômetros. As radiações contidas nesta faixa de comprimento
de onda, ao incidirem no sistema visual humano, são capazes de provocar uma
sensação de cor no cérebro.
TIPOS DE RADIAÇÃO
Decomposição da luz branca
através de um prisma
Esta Foto de Autor Desconhecido está 
licenciado em CC BY-SA
https://es.wikipedia.org/wiki/Dispersi%C3%B3n_refractiva
https://creativecommons.org/licenses/by-sa/3.0/
Radiação visível (luz)
Radiação Infravermelha (IV)
0,7 a 1,1 micrômetros
1,1 a 3,0 micrômetros
3,0 a 1.000 micrômetros
Micro-ondas
Radiações eletromagnéticas que se estendem pela região do espectro de 1.000
micrômetros até cerca de 1 x 10-6 micrômetros (1 m). São comumente
referenciadas em Hertz e seus múltiplos, estando, neste caso, compreendidas
entre 300 GHz a 300 MHz.
Ondas de rádio
Conjunto de radiações eletromagnéticas com frequências menores que 300
MHz (comprimento de onda maio que 1 m). Estas ondas são utilizadas
principalmente em telecomunicação e radiodifusão.
CONCLUSÃO - Espectro eletromagnético 
Conjunto de todas as radiações, desde os raios gama até as ondas de rádio, que nada mais
é do que a ordenação das radiações em função do comprimento de onda e da frequência.
Reflectância
A refletância ocorre quanto um feixe de luz chega à superfície de um objeto não
transparente e é redirecionada.
Se o comprimento de onda da radiação for inferior às variações na rugosidade e à dimensão
das partículas da superfície reflectora, a reflexão é predominantemente difusa.
Superfície lambertiana
Se uma superfície for um refletor difuso perfeito, a energia da radiação será
refletida igualmente em todas as direções, tal como no esquema abaixo.
Transmitância
A transmitância ocorre quando a radiação incidi sobre um objeto sem
atenuação sensível na passagem. Nos objetos naturais a agua limpa tem
alta transmitância de radiação; as folhas também transmitem razoavelmente
a radiação na faixa infravermelho, mas não nas faixas do visível.
Atenuação Atmosférica
Ao chegar a superfície terrestre a Radiação (Ro) sofre vários tipos de
interferências tais como espalhamentos, absorções, reflectâncias múltiplas.
A figura ilustra os caminhos
que os feixes de Ro que
chegam ao alvo na superfície
terrestre e o caminho da
energia eletromagnética
refletida pela superfície que
chega aos sensores de
satélites.
Assinatura Espacial
Trata-se da análise da textura espacial da imagem de modo a identificar
objetos similares.
Assinatura Angular
São utilizadas para identificar diferentes objetos enquanto as diferentes
reflectâncias são obtidas pelas varias direções de observações.
A base deste conceito esta na chamada
função de distribuição da reflectância
bidirecional que é a característica de
todas as superfícies de três dimensões.
Em especial a vegetação, que varia sua
reflectância com a variação do ângulo
de visada e o ângulo solar.
Assinatura Angular
A figura ao lado ilustra as
assinaturas angulares de dois tipos
de vegetação, sob três ângulos
zenital (θ = 10º , 40º e 60º).
O nº no centro de cada figura
representa o valor de reflectância
zero.
As figuras da esquerda são as
reflectâncias para pastagem, e as da
direita para floresta.
Assinatura Temporal
A base desta assinatura se apoia nas reflectâncias
das diferentes bandas espectrais que variam de
acordo com as superfícies vegetativas e suas
condições de crescimento e seus ciclos
fenológicos.
A figura ao lado mostra alguns exemplos da
assinaturas temporais para classificar a
distribuição de vegetação na América Latina.
Através do O NDVI (Normalized Difference
Vegetation Index) ou IVDN (Índice de Vegetação
por Diferença Normalizada).
índice utilizado principalmente em estudos decunho ambiental.
Comportamento Espectral dos Alvos
Corpos terrestres quando observados com sensores remotos apresentam aparência que
depende da relação deles com a energia incidente. Eles recebem e emitem energia,
interagindo com outros corpos de maneiras complexas .
PRINCIPAIS PROPRIEDADES DOS CORPOS
➢ Temperatura (coeficiente de absorvicidade)
➢ Coeficientes de emissividade, transmissividade e refletividade 
PROPRIEDADES IMPORTANTES DA ENERGIA
➢ Quantidade e qualidade (comprimento de onda)
DO QUE DEPENDEM AS PROPRIEDADES DOS CORPOS ?
➢ dependem muito da aparência física (volume, forma, estrutura da sua superfície) 
e do ângulo do qual é observado pelo sensor.
Interação da Radiação eletromagnética com os 
Constituintes do Solo
As curvas espectrais dos solos sem vegetação apresentam no intervalo
espectral:
Baixos valores de reflexão ao AZUL;
Seguido de aumento continuo em direção da luz vermelha, do NIR e do MIR
("mid infrared");
Dessa forma, as características de solos puros podem ser analisadas nestas
bandas.
Os PARÂMETROS CONSTANTES, como tipo de mineral, granulação e
conteúdo de material orgânico, assim como os PARÂMETROS VARIÁVEIS,
como umidade do solo e rugosidade de superfície, influenciam a resposta
espectral.
Curvas de reflectância de um mesmo solo com 
diferentes conteúdos de umidade 
Interação da Radiação eletromagnética com os 
Constituintes do Solo
Segundo Wittje (1979), as faixas de absorção da água (1,4 µm e 1,9 µm) servem para
determinar a quantidade de água no solo.
Refletividade de um solo argiloso (a) e um solo de arenoso (b) no VIS,
NIR e MIR em dependência da umidade
b)a)
Interação da Radiação eletromagnética com os 
Constituintes do Solo
As curvas de reflectância dos solos apresentam grandes contrastes entre 0,25 e 2,5 m,
responsáveis por tonalidades nas imagens. As curvas diferem consideravelmente (não existe
um único tipo como nos vegetais)
Solos com aproximadamente a mesma unidade, mas
com diferente textura
PARÂMETROS QUE INFLUENCIAM A 
REFLECTÂNCIA DOS SOLOS
➢ Conteúdo mineral;
➢ Tamanho dos agregados;
➢ Textura;
➢ Cor;
➢ Conteúdo de matéria orgânica;
➢ Conteúdo de óxidos de ferro;
➢ Estrutura;
➢ Propriedades para a polarização das radiações eletromagnéticas
Propriedades Espectrais das Plantas Superiores
DO QUE DEPENDEM AS PROPRIEDADES ESPECTRAIS DAS PLANTAS
SUPERIORES?
➢ Morfologia das folhas;
➢ Estrutura interna das folhas;
➢ Composição química;
➢ Estado fisiológico;
➢ Geometria das plantas (disposição espacial);
➢ Etapa de crescimento ou de desenvolvimento na qual encontra práticas
culturais;
➢ Condições climáticas antes e durante o ciclo de vida das plantas.
Propriedades Espectrais das Plantas Superiores
OBS1: No VIS, o comportamento da reflexão é determinado pela clorofila, cuja
absorção encontra-se no intervalo da luz azul (0,4 - 0,5 mm) e da luz vermelha (0,6
- 0,7 mm); enquanto reflete no intervalo da luz verde (0,5 - 0,6 mm).
OBS2: A radiação incidente atravessa, quase sem perda, a cutícula e a epiderme,
onde as radiações correspondentes ao vermelho e ao azul são absorvidas, assim
como pelos carotenóides, xantófilas, e antocianidas, que causam uma reflexão
característica baixa nos comprimentos de onda supracitados.
OBS2: As clorofilas regulam o comportamento espectral da vegetação e o fazem de
maneira mais significativa em comparação com outros pigmentos. A clorofila
absorve a luz verde só em pequena quantidade, por isso a reflectância é maior
no intervalo da luz verde, o que é responsável pela cor verde das folhas para a
visão humana.
Refletividade espectral de uma folha verde e a capacidade de absorção de 
água e refletividade, absorvidade e transmissividade numa folha verde para a 
radiação no VIS e NIR 
Curva de reflectância de diferentes culturas
REFLECTÂNCIA DA ÁGUA
FATORES QUE INTERFEREM:
➢ O fitoplâncton é responsável pela absorção de MO, por meio da utilização
de nutrientes inorgânicos e energia solar (fotossíntese). Essa MO
dissolvida na água determina a cor amarelo-marrom da água;
➢ Matéria Orgânica: A concentração de MO na água aumenta, sua
reflectância (aumento da absorção) diminui em todo espectro do visível.
➢ Partículas Minerais Inorgânicas: provenientes de rochas e solos que são
carreadas para os corpos d’ água, por ação do vento, da chuva e da
ressuspensão e por erosão do fundo, também interferem na absorção da
energia pela massa de água.
REFLECTÂNCIA DA ÁGUA
Curvas de reflectância da água obtidas nos rios Tietê e Piracicaba
e no reservatório de Barra Bonita, Estado de São Paulo 
Elevada concentração de
material inorgânico em
suspensão, com acentuada
reflectância na faixa do
vermelho.
Elevada concentração de
matéria orgânica na água.
Água dos dois rios já
misturadas, mostrando
claramente a transição
entre os dois espectros
anteriores.
Propriedades Espectrais da Água
➢ Lagos, rios, oceanos, etc., são relativamente fáceis de serem identificados nas
imagens. Estes corpos são identificados para a realização de estudos
hidrológicos e para a preparação de mapas ou interpretação de imagens.
➢ A refletividade da água, medida em comprimentos de onda relativamente
pequenos permite identificar poluentes. O planctom e outros tipos de vegetais e
organismos alteram a natureza da refletividade da água (quando estão
presentes acima da superfície da água alteram a refletividade em todos os
comprimentos de onda; quando estão presentes debaixo da superfície, afetam
somente os comprimentos de onda menores).
➢ A profundidade das águas pode ser determinada mediante imagens obtidas
entre 0,5 e 0,58 mm.
PROPRIEDADES ESPECTRAIS DO CONCRETO 
➢ A refletividade do concreto é de 20% a 0,4 µm e é de 40% de 0,5 a 0,6
µm (nesta última região, os vegetais refletem aproximadamente 20%,
de modo que resulta fácil identificar cidades, pequenos povoados e
ainda grandes prédios rodeados de vegetação).
PROPRIEDADES ESPECTRAIS DO ASFALTO
➢ O asfalto, uma vez identificado, permite a localização de outras
feições. Ele apresenta grande refletividade na região do ultravioleta e
no azul da região visível.
Fim