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Cenacarta UUEEMM -- FFaacc.. LLeettrraass DDeepp.. GGeeooggrraaffiiaa Centro Nacional de Cartografia e Teledetecção APONTAMENTOS DE TELEDETECÇÃO Fascículo I: Satélites e Princípios Físicos da Teledetecção Agosto/Setembro de 2003 Por: Engº Manuel Ferrão I. Classificação dos satélites Satélite é qualquer objecto que gira em torno de outro de maiores dimensões. O primeiro satélite artificial (Sputnik I) foi lançado no espaço pelos soviéticos em 1957, para fins meramente experimentais. Fig. 1: Sputnik I Em 1959, os americanos colocaram em órbita o satélite Explorer 8, levando a bordo o primeiro instrumento (radiómetro de radiação global - ERBE) para a observação da atmosfera. Fig. 2: Explorer I Hoje, gravitam em redor da terra milhares de engenhos, dos quais centenas são satélites de trabalho. O acelerado desenvolvimento tecnológico no ramo espacial, ao longo dos últim acompanhada de uma consequente evolução na classificação dos satélites. Actualm podem-se agrupar nos seguintes tipos, consoante a sua finalidade (aquém da espion Satélites Meteorológicos – para o estudo da atmosfera e previsão do tem Satélites de Comunicação – que estabelecem ligações telefónicas, trans ou emitem sinais para os sistemas de posicionamento global (GPS); Satélites Ambientais – para o estudo das condições e mudanças ambientai Satélites de Observação da Terra – para o estudo e investigação da su Estes últimos são, também, designados por Satélites de Teledetecção. os anos, tem sido ente, os satélites agem): po; missões televisivas s; perfície terrestre. 2 II. Órbitas dos Satélites De acordo com a missão a realizar, os satélites são posicionados em duas órbitas fundamentais: • Órbita geoestacionária ou geosíncrona, na qual a velocidade de translação do satélite é igual à da rotação da Terra; • 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. 3: Satélites meteorológicos correntes em suas órbitas Para além das duas órbitas fundamentais referidas anteriormente, existem outras órbitas de serviço, tais como: • Órbita hiperbólica ou aberta, que se utiliza no lançamento do satélite e que o permite escapar do solo mediante uma velocidade inicial; • Órbita excêntrica, que se utiliza como órbita de transferência, para passar para a órbita geoestacionária ou para a heliosíncrona. 3 1. Os Satélites Geoestacionários Os satélites geoestacionários ficam permanentemente sobre a linha do Equador e estão sincronizados com o movimento de rotação da Terra, gravitando a uma velocidade de 15º de longitude por hora. Como possuem o mesmo sentido de rotação que o da Terra e a excentricidade da sua órbita é nula, estes satélites parecem estar parados e a observar o mesmo ponto da superfície terrestre, a uma altitude de cerca de 36.000 Km. São exemplos deste tipo os satélites de comunicação, alguns satélites meteorológicos e alguns satélites ambientais. Fig. 4: Funcionamento de um satélite geoestacionário Na órbita geoestacionária o satélite pode observar uma região circular com um raio aproximado de até 70° de latitude. Entretanto, devido às deformações relacionadas à curvatura da superfície terrestre, a área de observação é limitada. Habitualmente, na prática das análises numéricas, os dados dos satélites geoestacionários se restringem àqueles de uma área limitada por um círculo com raio de até 55° de latitude, com o centro no ponto subsatélite, e com raio de até 65° de latitude nas analises qualitativas (não-numérica). Na realidade, o satélite geoestacionário não é 'estacionário' em relação à Terra no sentido estrito, porque praticamente não fica por um longo tempo em um único ponto. Move-se variando a posição em relação à Terra e com movimentos vinculados a diferentes factores. Além disso, visto que o campo 4 gravitacional terrestre não é homogéneo, o satélite fica sujeito ao gradiente da força da gravitação ao longo da trajectória orbital, por isso se move no sentido do ponto em que a força da gravitação tem valor máximo em sua órbita. O deslocamento do satélite, devido ao efeito gravitacional, é de aproximadamente 1° de longitude por mês. Na prática, para compensar esse efeito, a estação de comando e de controle do satélite faz a correcção orbital a cada 4 a 6 semanas. Além desse efeito, o outro se deve à radiação solar que exerce uma pressão sobre o satélite. O resultado dessa pressão é um desvio da posição orbital do satélite em relação ao plano equatorial da Terra. A pressão da radiação solar induz um giro na órbita do satélite em 0,8° por ano (em relação ao plano equatorial). Para compensar esse efeito, também é feita a correcção da órbita na frequência de 3 a 4 vezes por ano. Pelas razões descritas, é muito importante proceder e controlar a posição e a altitude dos satélites. Para esse propósito são aplicados dois métodos básicos de controle: a. O método da "triangulação". O centro de controle e comando envia um sinal de comando (sinal de controle) para o satélite. Ao receber o sinal, o satélite imediatamente responde através de seu retransmissor para duas outras estações de controle que ficam em lados opostos em relação ao da linha do equador. Usando as diferenças de tempos entre o instante do sinal enviado e o instante de recepção do sinal retransmitido pelo satélite para os três pontos de controle, calcula-se a posição do satélite e a altura de sua órbita através da técnica de triangulação. b. No outro método procede-se o monitoramento de diferentes pontos de referência fixos e localizados em regiões especiais na superfície da Terra. Quando o satélite geoestacionário muda a posição em relação à Terra, devido a agentes e forças externas, os pontos de referência e orientação também mudam suas posições na imagem (proporcionada pelo satélite) da Terra. Assim, com uma sequência de imagens pode-se estimar o movimento do satélite. 2. Satélites Polares Os satélites polares estão sincronizados com o Sol, cruzando os pólos Norte e Sul a uma altitude de 200 a 1000 Km, mais baixa que a dos satélites geoestacionários. Enquanto descrevem a sua órbita, a Terra executa o seu movimento de rotação permanecendo, os satélites, num plano constante em relação ao Sol. Daqui se designarem, também, de heliosíncronos. Assim, todas as regiões da superfície terrestre acabam por passar sob o seu campo de visão. 5 Em cada órbita completa, a Terra faz uma rotação de aproximadamente 30º de longitude, sendo necessárias várias órbitas para cobri-la completamente. Num intervalo de tempo determinado, os satélites polares voltam a cobrir a zona de partida. Fig. 5: a) Principais órbitas dos satélites b) Cobertura do satélite em órbita polar São exemplos deste tipo os satélites de observação da Terra, alguns satélites meteorológicos e alguns satélites ambientais. Uma variante do satélite polar é o de órbita inclinada ou oblíqua. Este, faz a cobertura da Terra de uma forma assimétrica, com uma inclinação variável em relação aos satélite polar normal. III. Sistemas de Sensores Os sistemas de sensores são equipamentos que estão a bordo dos satélites e sua função é captar e registrar a energia electromagnética proveniente dos objectos na superfície terrestre. Sem eles não seria possível para o satélite obter imagens, ele estaria literalmente “cego”. Da mesma forma como nós captamosas cores dos objectos através dos nossos olhos (sensores naturais), os sensores a bordo dos satélites captam a energia electromagnética que é reflectida ou emitida pelos objectos da superfície terrestre. Os sensores podem ser classificados de várias formas, porém existe uma diferença básica que permite caracterizá-los em apenas duas classes: ATIVOS E PASSIVOS. 6 Fig. 6: Sistemas activo e passivo nos satélites Este tipo de classificação refere-se à capacidade do sensor de emitir a energia que irá interagir com os objectos. Se não emitir energia, é passivo. Se emitir, é activo. 1. O Sistema passivo emprega lentes ou foto-díodos como detectores e opera, geralmente, no espectro visível e infravermelho. Nesta categoria estão a câmara fotográfica, a câmara televisiva e o radiómetro de varrimento (scanner). O radiómetro de microondas é, também, um sensor passivo, funcionando no espectro das microondas e só mede a radiação térmica da superfície terrestre. A maioria dos satélites de teledetecção são PASSIVOS, isto quer dizer que o sensor capta a energia originada de uma fonte externa ao sistema sensor. A principal fonte de energia disponível para estes fins é a energia do Sol que incide sobre o nosso planeta e que é captada pelos sensores depois de haver interagido com a superfície e a atmosfera. Fig. 7: A interacção da radiação com um sistema passivo 7 2. O Sistema activo utiliza u espectro da microondas. Dest particular, o Radar (Radio dete O radar é um sistema activo reflectida logo após à sua inte designados por radiómetros electromagnético. Graças ao seu cumprimento atmosfera, os radares podem importantes sobre áreas com qualquer momento, tanto de di De acordo com o tamanho da s • Real Aperture Radar (R • Synthetic Aperture Ra Nos RAR o tamanho da antena seu fácil desenho e construçã cumprimentos de onda mais cu Os SAR são mais coerentes e virtual móvel) consiste em s pequenas aberturas por onde s ma antena para difundir (emitir) e receber de volta a radiação, no e sistema faz parte o escatolómetro (scatter significa difundir) e, em ction and ranging) e o Lidar (Light detection and ranging). que emite um feixe energético de microondas e regista a energia racção com a superfície ou com os objectos. Os radares são também activos de microondas e funcionam entre 1 cm e 1 m do espectro de onda que é maior que o tamanho da maioria das partículas na operar em quaisquer condições atmosféricas e realizar aplicações grande nublosidade. Ademais, o registo dos dados pode ser feito a a como de noite, já que possuem a sua própria fonte de energia. ua antena, empregam-se actualmente os seguintes tipos de radares: AR) dar (SAR) é controlada pelo seu cumprimento físico. A vantagem destes é o do o. Contudo, a sua resolução é pobre e o seu alcance fica limitado aos rtas, tornando difícil a sua aplicação aos estudos atmosféricos. geram imagens de alta resolução. A sua abertura sintética (antena intetizar uma abertura angular grande numa série sucessivas de ão transmitidos e recebidos os sinais (pulsos). Fig. 8: Varrimento de um objecto com o SAR 8 O Lidar é um SAR que mede a radiaçã cumprimento de onda mais curto que de observação. Contudo, não consegue O Lidar é mais utilizado na colheita d icebergs nos oceanos e a altura do rel estrutura e a copa da vegetação, de m 3. Vantagens e desvantagens Cada um dos sistemas mencionados po passivo possui maior fidelidade geomé menor tamanho e menor custo de a terrestre para poder operar e o atmosféricas. A grande vantagem do sistema acti penetrando as nuvens ou nevoeiros. emite a sua própria radiação em direc (dia ou noite). As suas imagens são, co o através de um feixe de raios laser. Estes raios possuem um os empregues no Radar, o que permite obter maiores detalhes m penetrar as nuvens. e informação topográfica tal como a espessura do gelo e dos evo no solo. Pretende-se, futuramente, utilizá-los para medir a odo a se poder estimar a biomassa e o desflorestamento. ssui vantagens e desvantagens. Em relação ao activo, o sistema trica, melhor resolução espacial, melhor precisão radiométrica, quisição. Em contrapartida, necessita da radiação solar ou seu funcionamento poder ser afectado pelas condições vo é o de não ser afectado pelas condições atmosféricas, Para além disso, não precisa da luz solar para funcionar pois ção aos objectos. Assim, pode funcionar em qualquer período ntudo, mais difíceis de serem processadas e interpretadas. Fig. 9 Tipos de Sensores 9 IV. A Teledetecção 1. Conceito e definição Como o próprio nome indica, a Teledetecção é uma arte ou ciência de detectar à distância a radiação electromagnética proveniente da Terra, quer seja reflectida quer emitida pela mesma. A radiação que a superfície da Terra reflecte está concentrada no espectro visível, enquanto que a emitida é, principalmente, do tipo Infravermelho (IR). Esta última, denomina-se, também, emissão do corpo negro. Como ciência, técnica ou arte de detectar à distância, a Teledetecção evoluiu significativamente nas últimas décadas. Hoje em dia, o termo teledetecção utiliza-se mais para descrever as actividades que determinados veículos espaciais e satélites realizam empregando diversos tipos de sensores. A comunidade científica, porém, estabelece alguns parâmetros no conceito desta tecnologia, sendo mais comuns as seguintes definições de Teledetecção: Ciência ou arte de adquirir e processar informação da superfície terrestre a partir de sensores instalados em plataformas ou veículos espaciais, utilizando a interacção da energia electromagnética entre o sensor e a Terra; Obtenção de imagens ou outro tipo de informação acerca de um objecto empregando técnicas de medição à distância, com a finalidade de utilizar os dados obtidos após o seu processamento; Colecção de informações sobre um objecto sem estar em contacto físico com ele. Pelo exposto acima, pode-se presumir que o termo teledetecção é restritivo a métodos que empregam a energia electromagnética como meio de detectar e medir as características de um objecto. Por isso, convencionemos como a mais completa, a seguinte definição: Teledetecção é a ciência ou arte de obter informações sobre as características físicas e biológicas de objectos, áreas ou fenómenos, através da análise de dados obtidos com medições feitas à distância, sem contacto material com elas. 10 2. Radiação electromagnética A radiação electromagnética é o fenómeno que permite transmitir a energia sem suporte físico, a partir da fonte para qualquer direcção, em forma de superposição de campos magnético e eléctrico. A radiação pode ser medida em termos de potência, intensidade ou potência por unidade de superfície (radiância e emitância). Como a radiação se propaga pelo espaço incidindo sobre a matéria e modificando-a, é possível detectá-la através dos sensores que a transformam em sinal eléctrico para a sua devida análise e estudo, donde se obtêm valores numéricos. A radiação detectada pelos sensores passivos é proveniente de três fontes principais: o Sol, a Terra (inclui as águas) e a Atmosfera. A radiação electromagnética incidente de origem solar é afectada, no processo da sua transmissão, por alguns fenómenos atmosféricos: absorção, difusão (scattering) e refracção. A emissão terrestre é, também, afectada por alguns fenómenos. A figura 10 mostra, de forma simplificada, os diferentes fenómenos que podem afectar o percurso da radiação. Fig. 10: Interacção da radiação com o meio de transmissãoA radiação de ondas curtas emitidas pelo Sol passa pela atmosfera e parte dela vai sendo sucessivamente absorvida pelos gases, pelas nuvens e pela superfície terrestre. Outra parte é 11 refractada e difractada (difundida) na atmosfera. A restante é reflectida (reemitida) pelas nuvens e pela superfície terrestre. Pela incidência da radiação s aquece e atua, por sua ve comprimento de onda longa. (difusão) enquanto a radiaçã alterada pelos componentes a Portanto, os sensores dos s emissoras, após aquela sofrer 3. As Leis da radiação de u Todo o corpo a uma temperat maior é a energia emitida. A Função de Planck constit radiante de um corpo à temp função (ver fig. 11), onde C1 chama-se corpo negro. A rad olar, o sistema terrestre (atmosfera, nuvens e superfície terrestre) z, como fonte emissora, porém, no espectro electromagnético de A partir daqui reinicia o processo de absorção, refracção, difracção o térmica caminha em direcção ao espaço, somente interrompida ou tmosféricos. atélites medem a energia radiante proveniente de distintas fontes uma série de efeitos no sistema terrestre. m corpo negro ura T emite radiação electromagnética. Quanto maior é a temperatura, ui uma das equações básicas da radiação. Ela determina que a energia eratura T num determinado comprimento de onda λ, é traduzida pela e C2 são constantes. Um corpo que cumpra com a função de Planck iância B de um corpo negro é independente da direcção de emissão. Fig. 11: As principais Leis da radiação 12 Integrando todos os comprimentos de onda na Constante de Planck, teríamos na área baixa, a curva de emissão. Assim, pode-se determinar que a energia total de um corpo negro é proporcional à quarta potência da sua temperatura. Esta é a Lei de Stefan-Boltzmann (ver fig. 11). Outra Lei importante derivada da Função de Planck é a Lei de Wien: o produto do comprimento de onda máxima de emissão de um corpo negro (λmax) pela temperatura (T) a que o corpo se encontra, é constante (ver fig. 11). Por último, a Lei de Rayleigh-Jeans que é, em si mesma, uma aproximação da Função de Planck: Para os comprimentos de onda associados às temperaturas de emissão da terra e da atmosfera, a função de Planck reduz-se a que a energia emitida é proporcional à temperatura T do corpo radiante (fig. 11). As três últimas leis foram empiricamente descobertas antes da função básica de emissão do corpo negro. 4. Outra Leis da radiação de um corpo cinzento A matéria real não se comporta como um corpo negro (ideal). Define-se a emitância ou emissividade de um corpo, a uma temperatura T, como o cociente entre a radiação emitida num dado comprimento de onda e aquela que emitiria se fosse um corpo ideal (negro). Portanto, a emissividade de um corpo mede até que ponto o corpo se comporta como ideal e o seu valor varia de 0 a 1. Quanto mais alta, mais próximo é do ideal. O Sol e a Terra são considerados corpos ideais porque a sua emissividade é próxima de 1. Em abuso de linguagem, podemos considerar corpos ideais os materiais utilizados na construção de alguns tipos de sensores, pois a sua emitância é também quase igual a 1. Por outro lado, a conservação de energia requer que a radiação incidente sobre um corpo esteja dividida em três partes: uma é absorvida, outra é reflectida e a última é transmitida. Se a dividirmos pela radiação incidente original, teremos uma expressão mais fácil de manipular, que em último extremo expressa um conjunto de propriedades da matéria, através dos coeficientes de absorção, reflexão e transmissão. 13 Por último, podemos dizer que se um corpo se encontra em equilíbrio termodinâmico a uma dada temperatura T, a quantidade de energia emitida é igual à absorvida, pelo que o coeficiente de absorção é igual ao da emissão (Lei de Kirchhoff). O corpo negro ou corpo ideal é um conceito físico que representa um corpo em equilíbrio térmico com o meio que o circunda. Toda a energia que ele recebe é totalmente absorvida e maximamente reemitida sob forma de ondas electromagnéticas. É importante destacar que a emissividade das nuvens (gotículas de água) decresce com a diminuição do comprimento de onda. Isto quer dizer que a emissividade de uma nuvem decresce ao ser observada num canal de resolução espectral de 3.9 µm em relação a um de 11 µm. De acordo com a Lei de Kirchhoff, as substâncias de pobre emissão são, também, de pobre absorção para os mesmos comprimentos de onda. Portanto, é possível ‘ver’ através das nuvens com o canal de 3.9 µm e quase impossível com o canal de 11 µm. Fig. 12: Outras Leis da radiação 5. Reflexão, Difusão e absorção na atmosfera Grande quantidade de energia de volta ao espaço e observada pelos sensores dos satélites, encontra-se no espectro visível (0.4 – 0.7 µm). No espectro visível são fundamentais as propriedades de reflectividade da terra e da atmosfera. O cociente entre a energia reflectida e a radiação 14 incidente é conhecida por reflectância de um objecto ou de uma superfície. A reflectância pode variar ou mudar dependendo de vários factores: • A iluminação solar que, por sua vez, depende da latitude do lugar, da época do ano, da hora, etc.; • A direcção dos raios solares em relação ao objecto ou superfície observada; • A direcção do sensor em relação ao objecto que observa; • As mudanças que podem ocorrer na própria superfície reflectora (por ex. se a maré for baixa e calma, a superfície das águas actua como um bom espelho; se a superfície reflectora for uma nuvem, as partes mais espessas reflectirão mais que as mais finas; etc.) A reflectância caracteriza o estado das superfícies naturais. Para medi-la, empregam-se radiómetros convencionais. E, é através destes que obtemos as assinaturas espectrais (curvas de reflectância espectral) dos objectos ou superfícies, num determinado estado físico (vegetação, solo seco, solo húmido, água túrbida, água límpida, etc.). A difusão ou difracção ocorre quando a radiação incidente é difundida pelos gases que formam a atmosfera. Por outras palavras, dá-se a difracção quando a radiação incidente ‘choca’, na atmosfera, com algumas moléculas gasosas de comprimento de onda inferior à sua ou com partículas de poeira e gotículas de água de comprimento de onda similar à sua, difundindo-se nelas (daqui o nome de difusão). Em difracção não há absorção de energia. Os comprimentos de onda curta (espectro visível) são mais difundidas que as ondas longas (IR térmico). No primeiro caso, as moléculas gasosas mais relevantes são o N2 e o O2. A cor azul do céu, durante o dia, é devida ao fenómeno da difusão: a parte azul da radiação visível do Sol é mais difundida que a vermelha, dando-nos a impressão de que a abóbada celeste é de cor azul. À tardinha, quando o Sol está a desaparecer do horizonte, a parte azul desaparece mais depressa porque o seu comprimento de onda é mais curto. Assim, ficamos com a impressão de que a abóbada celeste fica avermelhada pois por ser mais comprido o comprimento de onda da parte vermelha da radiação visível, leva mais tempo a desaparecer. O fenómeno da difusão só afecta a parte visível da radiação, provocando uma redução de contraste nas imagens captadas pelos satélites nessa banda. 15 No segundo caso, quando entram em cena as partículas de poeira e gotículas de água, tanto o visível como o infravermelho (IR) ficam afectados. Nas imagens satélite as nuvens aparecem de cor branca por causa da difusão provocada pelas gotículas de água. Resumindo: na difusão não existe absorção de energia. A difusão é em função do comprimento de onda e do tamanho das partículas difusoras. Na aproximaçãode Rayleigh-Jeans as partículas ou moléculas são mais pequenas que o comprimento de onda e o grau de difusão é inversamente proporcional à quarta potência do comprimento de onda. Assim, comprimentos de onda curta do espectro visível são mais difundidas que os das ondas longas do infravermelho térmico. Na figura seguinte podemos ver as curvas associadas a um corpo negro que emite a 6000ºK (temperatura do Sol) e outro a 300ºK (Terra). Os máximos de emissão se concentram nos 0.5 µm e 11 µm, respectivamente. Fig. 13: A radiância dos corpos negros em função do comprimento de onda 16 A absorção é o fenómeno que mais afecta a ‘visão’ dos sensores dos satélites por causa dos gases que absorvem parte da radiação emitida ou reflectida, ao longo do espectro electromagnético e em função do comprimento de onda. Para melhor percebermos este fenómeno vejamos, primeiro, a composição da atmosfera e os níveis de absorção respectiva. a) Na camada mais baixa da troposfera, junto a solo, a atmosfera é composta essencialmente por oxigénio (O2) e azoto (N2). Quase ao mesmo nível e um pouco mais acima, outros gases causam perturbações mais significativas à trajectória da radiação: i. H2O – vapor de água (não confundir com as nuvens ou bruma matinal formados por pequenas gotículas de água!). A sua quantidade na atmosfera é variável em função do tempo e do espaço e somente absorve pequena parte do espectro visível mas, grande parte do infravermelho próximo e quase que a totalidade do infravermelho térmico. Somente o vapor de água absorve 5 vezes mais que o resto dos gases, juntos. Mas, lembremo-nos que o vapor de água, embora nocivo para os sensores, é o responsável pela humidade na atmosfera, sem a qual a respiração não seria possível nos seres humanos. A bruma matinal e as nuvens absorvem quase que completamente o visível e grande parte do infravermelho próximo. ii. CO2 – gás carbónico, mais conhecido por dióxido de carbono. Este, absorve parte do infravermelho próximo e toda a radiação com comprimento de onda superior a 14 µm (infravermelho térmico). O gás carbónico protege a Terra, formando uma camada isoladora em sua volta que evita a fuga do calor para o espaço. Com o aumento dos combustíveis fósseis que libertam consideráveis quantidades deste gás, a camada isoladora é reforçada e começa a provocar um nítido sobre-aquecimento na troposfera (efeito de estufa ou, greenhouse effect). b) Na camada intermédia, estratosfera, aparecem outros gases sendo o mais significativo o ozono (O3). Este gás absorve a radiação ultravioleta e toda a radiação de comprimento de onda inferior a 0.3 µm. 17 O ozono constitui na atmo a a protecção da espécie humana. Este gás filtra as ra e raios cósmicos). Geralment entre os 15 e os 35 Km de alt O ozono é altamente react compostos contendo cloro clorofluorcarbonetos (CFC), e em outras partes da indús internacionais. O processo químicas e em função da temp A estratosfera, já em si fr camada isoladora do CO2), p global da camada de ozono. Um caso particular de dest continente, isolado de outra temperaturas frígidas e sem destruição da camada do oz ozono’ em meados da década nesse continente, relativamen sfera um filtro importantíssimo par 18 diações que nos podem ser nocivas (ultravioleta, Raios X, Raios λ e designado por camada de ozono pelos media, este gás situa-se itude, na estratosfera. ivo à radiação ultravioleta, mas, é facilmente destruído pelos e brómio, que resultam da decomposição química dos antes produzidos e utilizados nos aparelhos de frio, refrigeração tria contemporânea mas actualmente banidos pelas convenções da decomposição dos CFC é uma rede complexa de reacções eratura. Em geral, quanto mais frio, mais fortes são as reacções. ia e privada do calor proveniente da troposfera (barrado pela ode intensificar o seu arrefecimento, acentuando a degradação ruição acelerada da camada de ozono é o da Antárctica. Este s partes do mundo, possui o seu próprio sistema climático com sol durante o inverno. Aí, as oportunidades são ideais para a ono. Isto, explica os motivos do aparecimento do ‘buraco de de 80 na Antárctica e o porquê da maior diminuição desse gás te aos outros. Fig. 14: Níveis de absorção na atmosfera c) Na ionosfera, aproximadamente a 100 Km de altitude, o O2 é substituído pelo monóxido de oxigénio, representado por O. Mais acima, começa a notar-se uma forte presença de hélio (He) e hidrogénio (H2), que não interferem muito na ‘visão’ dos sensores. Janelas atmosféricas A pesar da absorção que impede a livre passagem da radiação na atmosfera, existem intervalos no espectro electromagnético onde a radiação escapa facilmente da troposfera para o espaço exterior. Estes intervalos tomam o nome de janelas atmosféricas. Comprimento de onda Janela <300 nm absorvida pelo ozono 300-900 nm Janela do UV-visível-IR próximo 1-5 µm Janela do IR, entre H2O e CO2 8-20 µm Janela do IR 1.3 cm-1.9 mm Janela entre centímetros e milímetros 1.8-1.1 mm Janela dos milímetros 0.8, 0.45, 0.35 mm Janela dos sub-milímetros 2 cm-10 m Janela das ondas de rádio >10 m Absorção ionosférica Fig. 15: A Absorção e respectivas janelas atmosféricas 19 6. O espectro electromagnético As ondas electromagnéticas se definem como a propagação de um campo eléctrico e um campo magnético no espaço. Os dois campos são perpendiculares e a direcção de propagação é também perpendicular a ambos. Ao conjunto de todos os comprimentos de onda onde se apresenta a radiação electromagnética se chama de espectro electromagnético e este é contínuo (ver figura 16). Fig. 16: O espectro electromagnético O espectro electromagnético estende-se desde os comprimentos de onda muito curtos (raios cósmicos, à esquerda dos raios gama representados na fig. 16) até aos comprimentos de onda muito longos (ondas de rádio). Somente uma pequeníssima parte deste espectro é visível ao olho humano (espectro visível). Algumas partes não visíveis pelo olho humano podem ser captadas e registadas em filmes fotográficos (espectro infravermelho) e outras só podem ser detectadas por outro tipo de sensores. A unidade mais usada para medir o comprimento do espectro electromagnético é o mícron (µm). Um mícron é igual a 1x10-6 metros. A Teledetecção situa-se no e para além do visível. Os fenómenos envolvidos são específicos para diferentes comprimentos de onda. Os sensores dos satélites medem e registam a radiação electromagnética. 20 O comportamento dos corpos ante a incidência da radiação electromagnética designa-se por Resposta espectral ou reflectância espectral. Esta, não é sempre a mesma e depende de vários factores: • Ângulo de incidência; • Aspectos do relevo; • Interacção atmosférica com os diversos comprimentos de onda; • Variações ambientais; • Ângulo de observação. A textura do corpo influi na reflectância espectral, pelo que no mesmo comprimento de onda, a resposta mais baixa se encontra na água, aumentando no solo, vegetação e na neve. A neve fresca é um dos corpos naturais mais fortemente reflectidos no espectro visível, decrescendo no infravermelho próximo. Quando começa a absorver impurezas, deixa de ser neve fresca e a sua resposta diminui. A reflectância do gelo depende das impurezas nele contidas. Porém, a sua reflectância especular (quando o ângulo de incidência é igual ao ângulo de reflectância) é bastante alta. É possível medir a intensidade da luz saída de um objecto e comparar o seu valor com a intensidade incidente da luz solar. Fazendo isto numa porção pequena do espectro electromagnético,podem-se traçar as curvas de reflectância espectral de cada objecto (ver fig. 17). A resposta da água varia consoante o comprimento de onda dentro do espectro visível e infravermelho. À medida que o comprimento de onda cresce, a resposta espectral é menor. Por outro lado, a resposta espectral é, também, influenciada pela profundidade e pela sua qualidade. Quanto mais límpida, mais absorve a radiação pois são poucos os sedimentos que possui no seu fundo. Nas imagens satélite a água aparece em diversas tonalidades de azul, consoante a sua qualidade. A resposta do solo à reflectividade dos comprimentos de onda é influenciada por características tais como a sua composição química, a textura, a estrutura e o teor de humidade. A reflectividade é, geralmente, média e de forma crescente no visível e infravermelho próximo. O conteúdo de matéria orgânica no solo reduz a sua resposta espectral. O solo seco tem uma resposta maior que o solo húmido e aparece em tonalidades de cor clara nas imagens. Contudo, existem alguns tipos de solo tais como os ‘vertilsols’ que, independentemente do 21 teor de humidade, aparecem sempre de cor escura nas imagens, por causa do alto teor de matéria orgânica. Comprimento de onda (µm) Água limpa Água túrbida Vegetação Solo arenoso-argiloso Solo escuro 7: As cu lectâ Nas as c resp Os m azula A re somb uma próx comp 50% saud rochas, a resposta obre, se a houver. osta do basalto clar inerais, em geral, da, consoante a sua sposta da vegetaç ra, geometria das resposta baixa no v imo). No visível, letamente a radiaç da radiação é ref ável aparece de cor Fig. 1 espectral depende A patina, por o. aparecem nas ima natureza. ão é influenciada folhas, etc.) e pelo isível mas, bastante a clorofila e os ão visível enquanto lectida. É por est vermelha, numa com rvas de ref muito da conc gens de cor pela sua mor relevo do ter alta no infrav pigmentos d que no infra a razão que n binação falsa ncia espectral entração de impurezas e sposta do basalto amarelada, esbranquiça fologia (estado fenológ reno. A vegetação verde ermelho (particularment as folhas verdes abs vermelho próximo (0.7 a as imagens satélite a v de cores. da vegetação que escuro e reduz a exemplo, aumenta a re da, esverdeada ou ico, proporção de e saudável possui e no infravermelho orvem quase que 1.35 µm)cerca de egetação verde e 22 7. Resolução A resolução de um sensor é a sua habilidade em registar informação em detalhe nas distintas curvas de reflectância espectral. A resolução depende da capacidade que o sensor possui para distinguir as variações da energia electromagnética, discriminar o detalhe espacial e espectral e, ainda, a frequência da sua passagem sobre o mesmo objecto. Consoante estes diversos factores, a imagem satélite pode-se caracterizar pelos seguintes tipos de resolução: Resolução espacial – define o tamanho do pixel, que corresponde à unidade mínima de informação de uma imagem. As imagens satélite são constituídas por pontos elementares com um determinado valor abaixo do qual não é possível diferenciar os objectos. Este ponto elementar designa-se por pixel e integra o valor de cada uma das respostas espectrais (vegetação, solo, água, etc.). Só é possível discriminar na imagem elementos de tamanho superior à resolução espacial. Nos sensores ópticos, a resolução espacial, ou simplesmente conhecida por resolução, depende do material e da tecnologia de fabrico dos detectores e a altitude do satélite. Nos sensores de antena, a resolução depende essencialmente do seu raio de abertura, do comprimento de onda e também, da altitude. A resolução espacial está relacionada com a escala de trabalho e a fiabilidade dos dados. Resolução espectral - é o alcance das bandas espectrais do sensor, como por exemplo : Visível (0.4- 0,7 µm), IR próximo (0.7-1.5 µm), IR térmico (1.5 – 1000 µm), etc. Um satélite pode ser mono- espectral se tiver um só canal ou banda (caso dos radares), multi-espectral se tiver mais de uma banda e hiper-espectral se for capaz de obter informação simultânea em centenas de canais. Resolução radiométrica - É a sensibilidade do sensor, isto é, a sua capacidade de detectar as diversas variações de radiância espectral que recebe. Esta resolução é dada pelo número do valor real dos pixeis na imagem e determina o número de níveis de cinzento reconhecidos . Exemplo, o sensor HRV do Spot1 possui três canais com a seguinte resolução radiométrica: XS1 – Verde, XS2 – Vermelho e XS3 – IR próximo. Resolução temporal - é a periodicidade com que o sensor capta a imagem da mesma porção da superfície terrestre. Esta resolução depende das características orbitais da plataforma (altura, velocidade e inclinação) e do próprio desenho do sensor (ângulo de observação e ângulo de cobertura). O satélite NOAA, por exemplo, capta quatro vezes por dia a mesma porção da terra; O Landsat tem uma periodicidade de 16 dias e o SPOT de 26 dias. 23 V. Satélites Meteorológicos 1. Satélites Meteorológicos Geoestacionários Os satélites meteorológicos geoestacionários mais conhecidos e utilizados são mantidos pela EUMETSAT (Meteosat), Estados Unidos (GOES), Japão (GMS), China (FY-2), Rússia (GOMS) e Índia (INSAT). Sua órbita é equatorial, a uma altitude de 38.000 km. Nesta altura, seu período orbital se equivale à rotação da terra, de maneira que o satélite parece estar estacionado sobre um ponto sobre o Equador. Para conseguir uma cobertura global é necessário uma constelação de 5 a 6 satélites. Devido a sua órbita equatorial, estes satélites não passam nos pólos. Meteosat O Meteosat é uma constelação de satélites geoestacionários europeus mantido pela EUMETSAT. A EUMETSAT é uma organização intergovernamental criada em uma convenção internacional que reuniu 17 países europeus. A altitude dos satélites é de 35.800 km. Seu campo de imagem (42% da superfície da terra) é restrito à sua localização sobre na vertical sobre a intersecção do Equador com o meridiano de Greenwich. Equipado com um sensor espectral, ele explora a superfície terrestre por faixas. Para cada pixel desta faixa, se obtém a energia irradiada para diferentes gamas espectrais. Os três espectros do Meteosat são o Visível (0,45-1,00 µm). o Infravermelho (10,5-12,5 µm) e Vapor d'Água (5,7-7,1 µm). As imagens brutas são obtidas a cada 30 minutos com resolução de 5.000 linhas x 2.500 pixels para o espectro Visível e 2.500 linhas x 2.500 pixels para os outros espectros. Com isto a resolução do pixel é de 2,5 x 5 km. Devido à curvatura da terra, esta resolução diminui nos limites da imagem (4,5 x 5 km). As imagens digitais são codificadas e enviadas para uma base operacional na Alemanha. Lá as imagens brutas são processadas, corrigidas e particionadas em sub-imagens de 800 x 800 pixels. 24 GOES (Geostationary Operational Environmental Satellites) É a constelação de satélites americanos mantidos pela National Oceanic and Atmospher c Administration (NOAA). Os dados são distribuídos pelo National Environmental Satellite and Information Service (NESDIS). i Sua altitude e órbita são semelhantes ao Meteosat. As imagens do globo terrestre são obtidas a cada 30 minutos e dos Estados Unidos a cada 15 minutos. O GOES é um dispositivo de 5 canais espectrais sendo um Visível (0,55-0,75 µm), três canais Infravermelhos (3,8-4,0 µm, 10,2-11,2 µm, 11,5-12,5 µm) e o canal de Vapor d'Água (6,5-7,0 µm). No canal Visível, a resolução é 1 km. Nos canais Infravermelhos, a resolução éde 4 km. No canal Vapor d'água, a resolução é de 8 km A nova série de satélites GOES trouxe aperfeiçoamentos significativos no mapeamento de condições meteorológicas. O GOES I-M representa a próxima geração de satélites meteorológicos e traz duas novas características: • Rastreio flexível: permite mapear pequenas áreas permitindo a previsão mais precisa em áreas localizadas ou problemáticas. • Rastreio simultâneo e independente: possibilita a comparação de informações diversas dos fenómenos meteorológicos aumentando o grau de certeza das previsões. GMS (Geostationary Meteorological Satellites) Os satélites GMS fornecem dados de tufões, sistemas de baixas pressões, direcção e velocidade dos ventos e temperatura da superfície. Ale disso, dão dados sobre medição de superfícies realizadas em bóias, barcos e aviões. Com o Sistema VISSR (Visible and Infrared Spin Scan Radiometer) - que consiste em um sistema de detecção mediante lentes, reflectores e um espelho que converte a intensidade luminosa em pulsos eléctricos - pode-se obter imagens do disco total terrestre em intervalos de trinta minutos, em ambas as bandas do espectro , visível e infravermelho GMS 25 FY-2 A China lançou o seu primeiro satélite meteorológico geoestacionário FY-2 em 10 de junho 1997. O satélite foi colocado com sucesso na órbita geoestacionária sobre 105° e com um campo de visão que cobre as áreas das regiões da Ásia e do Pacífico e a sua primeira imagem adquirida foi em 21 de junho 1997. As funções principais do satélite Fy-2 são: • Obter imagens visíveis do dia, imagens IR diurnas e imagens do vapor de água. • Retransmitir os produtos gerados tais como parâmetros das nuvens, vectores do vento e as temperaturas da superfície do mar. • Obter dados de monitoramento ambiental do espaço, na órbita do satélite. • Colectar e reemitir dados de outras plataformas de levantamento de dados. Os sensores principais do satélite são: • radiómetro visível e infravermelho de varredura de rotação (VISSR); • monitor ambiental do espaço (SEM); • sistema de transmissão de dados; • um sistema de levantamento de dados. O VISSR é um instrumento de 3 canais: a banda do visível que opera em 0,55-1,05 µm, a banda (IR) infravermelha em 10,5-12,5 µm e a banda do vapor de água (WV) em 6,2-7,6 µm. A resolução para a banda do visível é 1,25 km enquanto as bandas do IR e de WV são de 5 quilómetros. O VISSR obtém uma imagem completa da Terra a cada 30 minutos. Fornece dados reflexivos das nuvens e da superfície da terra na banda do visível durante o dia e na banda do infravermelho durante a noite, bem como o índice do vapor de água da atmosfera na banda do vapor de água. O SEM é um instrumento para a monitoramento do ambiente espacial. É usado principalmente para monitorar o ambiente do espaço perto da órbita do satélite. 26 GOMS O sistema meteorológico do espaço inclui o satélite meteorológico operacional geoestacionário GOMS (lançado em outubro em 31, 1994) situado na órbita no ponto estacionário sobre 76° 50' E. O pacote de instrumentos a bordo permite: • obter em imagens visíveis e infravermelhas reais do tempo da superfície e das nuvens da terra dentro de um raio de 60° 50' ; • fornecer observações contínuas da dinâmica de vários processos atmosféricos; • detectar, numa base operacional, fenómenos naturais perigosos; • determinar a velocidade do vento e o seu sentido em diversos níveis, bem como a temperatura da superfície do mar; • obter informação em fluxos de partículas solares e galácticas, da radiação ultravioleta e da radiação do raio X e variações no vector do campo magnético. INSAT Propriedade da Indian National Satellite, o Insat é um satélite multi- propósito com capacidade para a telecomunicação (transmissão de rádio e televisão) e para os serviços meteorológicos. O satélite está na órbita geoestacionária a uma altitude de 36 000 Km. O INSAT-2E carrega dezassete transponders-12 que operam na frequência normal da banda-C. Sete dos transponders têm cobertura larga do feixe e os restantes têm cobertura zonal. O INSAT-2E também está equipado com um VISSR (Visible and Infrared Spin Scan Radiometer). Este radiómetro explora a Terra linha a linha em diversas gamas espectrais. O VISSR é tem três canais: o visível (0.47-0.7 µm), o infravermelho (10.5-12.5 µm) e o vapor de agua (5.7-7.1 µm). No canal visível a resolução é de 2 km e nos restantes é de 8 km. 27 2. Satélites Meteorológicos Polares Os satélites meteorológicos polares mais usados são os da série TIROS (nome actual é NOAA: NOAA-14, NOAA-15, etc.) e os METEOR (METEOR-2, METEOR 3-5, etc.). Actualmente estão operacionais o NOAA-14, NOAA-15 e o METEOR 3-5. Também existem os satélites de vigilância da Força Aérea da USA, série DMSP (Defense Meteorological Satellite Program). As características mais importantes destes satélites são as seguintes: • Orbitam a una altitude entre 800 e 900 quilómetros. • Possuem um radiómetro AVHRR. • Passam duas vezes por dia pelo mesmo ponto. • A sua órbita baixa permite imagens de alta resolução. • Operam em dois modos, um de baixa resolução APT (Automatic Picture Transmition) e outro de alta resolução HRPT (High Resolution Picture Transmition). TIROS-NOAA (USA) São satélites norte-americanos operados pela National Oceanic and Atmospheric Adminis-tration (NOAA). O NOAA 14 e NOAA 15, lançados respectivamente a 29 de Maio de 1994 e a 13 de Maio de 1998, orbitam a uma altitude de 850 km, em órbita inclinada de 99º em relação ao plano equatorial. Cada órbita completa em redor da Terra dura 102 minutos e realiza 14 órbitas por dia. O objectivo destes satélites é o de medir a temperatura e a humidade atmosférica, a temperatura da superfície terrestre, a temperatura na superfície dos mares, identificação da neve, estudo da distribuição das nuvens e das características das partículas atómicas emitidas pelo Sol, medição da densidade do fluxo de protões, electrões e outras partículas procedentes do nosso planeta. Estão equipados com um radiómetro (Advanced Very High Resolution Radiometer) de alta resolução (1.1 km na vertical do satélite). Este instrumento explora uma banda de 3 000 km de amplitude. 28 METEOR (Rússia) Os satélites METEOR são explorados pela Agencia Espacial Russa - SRC. A sua altitude é de cerca de 1 200 km O seu objectivo é medir a temperatura da água e, a vários níveis, a da atmosfera, proporcionando um perfil vertical da temperatura até a uma altitude de 40 km e medir a intensidade da radiação emitida pela Terra. Podem-nos proporcionar, duas vezes ao dia, informação sobre a distribuição das nuvens e da neve, com imagens na banda visível e infravermelha, informação global sobre a distribuição da temperatura, altura das nuvens e temperatura da água do mar e, três vezes ao dia, imagens televisivas às estações locais utilizando um sistema análogo similar ao usado nos satélites norte-americanos. NIMBUS (USA) O satélite NIMBUS-1 possuía um AVCS (câmara Vidicon) que melhorou a qualidade das imagens das nuvens. O sétimo e último NIMBUS transportou oito instrumentos: dois radiómetros de infravermelhos para determinar a distribuição vertical da temperatura atmosférica e de elementos contaminantes. Um terceiro radiómetro se usa para detectar as partículas de aerossol presentes a uma altitude de 20 km e determinar o seu efeito no clima. Um quarto instrumento detecta a radiação ultravioleta do Sol e a quantidade de ozono. O quinto mede a radiação total emitida pela Terra e o sexto detecta atemperatura da água na superfície do mar, o conteúdo de agua das nuvens, a precipitação, o vapor de agua, os componentes do solo e a distribuição das zonas cobertas de neve. 29 O sétimo instrumento, outro radiómetro, controla as correntes marítimas, a temperatura e salinidade da água e a distribuição de sedimentos e da clorofila. O último instrumento, um radiómetro de infravermelhos, se utiliza como apoio para o resto dos instrumentos e, particularmente, para medir a temperatura e a humidade. QUIKSCAT Este satélite foi lançado em 19 de Junho de 1999 pela Força Aérea dos Estados Unidos e orbita a uma altitude de 803 km, com uma inclinação orbital de 98.6º em relação ao plano equatorial. Cada órbita completa em redor da Terra tem uma duração de 102 minutos e faz 14 órbitas por dia em passos ascendentes e descendentes. Este satélite tem como missão a aquisição, em todo o tempo e em medições de alta resolução, dos dados sobre os ventos próximos da superfície dos oceanos. Combina os dados do vento com outros medidos por instrumentos científicos para ajudar a melhorar o conhecimento dos mecanismos das mudanças climáticas e padrões globais de tempo. Estuda o movimento diário do gelo e suas mudanças no Árctico e Antárctico. O QuikSCAT está equipado com um escatolómetro (scatterometer), que é um radar de alta frequência (13.4 Ghz) desenhado especificamente para medir a velocidade e a direcção do vento junto à superfície dos oceanos. O instrumento recolhe dados numa una banda contínua de 1.800 km de amplitude, fazendo aproximadamente 400.000 medidas e cobrindo diariamente 90% da superfície terrestre. A sua resolução é de 25 km. 30 FY-1 (China) A China também possui um satélite meteorológico polar, o FY-1, a uma altitude de 870 km, sendo o seu operador o Centro Meteorológico Nacional de satélites - NSMC. Cada órbita completa em redor da Terra leva 100 minutos e realiza 14 órbitas por dia. Os FY-1 estão equipados com um radiómetro MVISR (Multichannel Visible and IR Scan Radiometer). Este instrumento explora uma banda de 3.000 km de amplitude. 3. Transmissão e recepção de dados dos satélites meteorológicos a) Transmissão dos dados Em general todos os satélites meteorológicos possuem sistemas similares adaptados a um ou outro caso. Nas duas classes fundamentais (polares e geoestacionários) os dados são obtidos através de um varrimento (rasteio), linha por linha até completar uma imagem. De acordo com o tipo de imagem que se processa, de maior ou menor resolução, há que tratar os dados de diferente maneira, mas o processamento final e a calibração se realizam nas estacões de recepção terrestre. Os geoestacionários fazem o varrimento linha a linha, gravando a bordo essa informação até completar a imagem. Esta é, então, enviada à Terra. Este processo leva o seu tempo pelo que só é possível obter imagens cada meia hora. Os polares, pelo contrário, não gravam a informação a bordo e enviam cada linha que varrem directamente à terra. Assim, podem-se obter compostas em tempo quase real. AVHRR, APT e HRPT dos satélites polares O sensor a bordo dos NOAA é AVHRR (Advanced Very High Resolution Radiometer), que significa Radiómetro avançado de muito alta resolução. O seu sistema de transmissão de dados possui dois 31 modos: o APT (Automatic picture transmition), que trabalha na banda dos 137 Mhz fornecendo dados dos canais VIS e IR, com resolução de 5Km e 255 tonalidades de cinzento e o modo HRPT (High Resolution Picture Transmition), que trabalha na frequência de 1600 Mhz em cinco bandas espectrais, duas para o visível e três para o infravermelho, com a resolução entre 1 e 5 Km. WEFAX e HRI dos satélites geoestacionários Um dos modos de aquisição dos satélites geoestacionários é o Wefax (Weather Facsimile), de baixa resolução com um máximo de 25 Km. É mais utilizado para a observação das nuvens. O outro modo é o HRI (High Resolution Image), de resolução de 5 Km no Meteosat e de 1.1 Km no GOES. Os dois modos operam na banda dos 1600 Mhz. b) Recepção dos dados Para receber imagens dos satélites meteorológicos geoestacionários é necessária uma antena omnidireccional, um pre-amplificador Gaas-Fet, uma parabólica de pelo menos um metro e meio, um receptor de 1,6 Ghz, um conversor Down (1,6 Ghz-137 Mhz), um receptor de banda larga de 137 Mhz, um demodulador-digitalizador, um PC e um programa adequado. Para o caso dos polares é somente necessária uma antena omnidireccional de alto ganho e um receptor da banda de 137Mhz. Fig. 18: Recepção de dados meteorológicos 32 A baixo está a lista dos elementos para uma estação de recepção de imagens APT e WEFAX: • Antena parabólica de 1,5 metros y todos sus componentes. (geoestacionários) • Antena omnidireccional quadrifilar de 20 dB (polares) • Amplificador de antena (Gaas-Fet) de 18-20 dB. • Cabo coaxial de 75 Ohms. • Conversor da banda de 1,6 Ghz para a banda de 137 Mhz. • Comutador (opcional). • Receptor de banda larga, de muito baixo ruído, para 137 Mhz. • Demodulador-digitalizador para PC. • Programa de processamento de imagens para PC VI. Satélites Ambientais Até a um passado recente, o estudo e investigação do meio ambiente era realizado pelos chamados satélites de observação da terra (EOS), tanto meteorológicos como os de estudo dos recursos naturais ou de teledetecção. Para a sua coordenação e em resposta às recomendações do Painel de Especialistas em Teledetecção Espacial foi criado, em 1984, o CEOS (Committee on Earth Observation Satellites). O propósito era, através de uma coordenação eficaz entre os membros, optimizar os benefícios que advêm das diversas missões e harmonizar os diversos programas de observação terrestre. A maior parte das agências espaciais existentes na Europa, América e Ásia fazem parte deste comité, que agrega todos os satélites de observação da Terra. Com a crescente variação e mudança no sistema terrestre e no seu clima, existe hoje uma maior necessidade de melhor compreender a dinâmica do meio ambiente através do estudo e investigação das forças da natureza e das actividades humanas que nele intervêm e o afectam. Por isso, foi estabelecida mais recentemente uma rede de satélites polares e geoestacionários para proporcionarem coberturas globais ao meio ambiente. Nesta rede, alguns dos satélites foram especificamente desenhados para tal e outros fazem parte dos designados por satélites de 33 observação da terra. Pretende-se, assim, dotar o ser humano de mais meios e instrumentos que o permitam estabelecer políticas globais apropriadas de gestão, mitigação e adaptação às mudanças globais que o poderão ajudar a preservar a sua vida e a das gerações futuras neste planeta Terra. A esta nova rede de satélites damos o nome de satélites ambientais. Os satélites ambientais fornecem-nos informações globais e contínuas sobre as condições em que se encontra o meio ambiente e dados actualizados sobre as variáveis climatéricas tais como a cobertura das nuvens, a temperatura do ar e da superfície do mar, bem como a cobertura vegetal. Nos Estados Unidos da América alguns desses satélites são operados pela NESDIS (National Environmental Satellite Data, and Information Service), outros (satélites científicos experimentais) pela NASA (National Aeronautics and Space Administration) e os restantes pela U. S. Department of Defense, nomeadamente os satélites da DMSP (Defense Meteorological Satellite Program). Pretende-se, no futuro, por volta do ano 2010, colocar os satélites polares da NASA, da DMSP e os controlados pela NOAA (National Oceanicand Atmospheric Administration), num único órgão que passará a designar-se por NPOESS (National Polar Orbiting Environmental Satellite System). Contudo, a coordenação de todos os satélites de observação da terra através da CEOS continua funcional. Vejamos, pois alguns dos satélites ambientais e suas características: SeaStar No dia 1 de Agosto de 1977, o SeaStar foi lançado para o espaço em baixa órbita circular a 278 Km de altitude, levando a bordo um único instrumento, o sensor SeaWIFS (Sea-viewing Wide Field-of-view Sensor). Possuindo um sistema de propulsão próprio, o satélite ascendeu a uma altitude final de 705 Km, vinte dias depois. 34 O sensor SeaWIFS foi concebido para providenciar aos cientistas dados quantitativos globais das propriedades bio-ópticas dos oceanos. Ligeiras mudanças nas cores dos oceanos significam vários tipos e quantidades de concentração de fitoplâncton (plantas microscópicas marinhas), conhecimento que nos pode levar a aplicações científicas e práticas. O espectro visível (0.4-0.7 µm) da cor da maior parte dos oceanos varia com a concentração da clorofila e dos pigmentos das plantas presentes nas suas águas. Quanto maior é a presença do fitoplâncton, maior é a concentração dos pigmentos das plantas e mais verde ela parece. Como o sensor pode visualizar toda a superfície da terra em 48 horas, os dados recolhidos são valiosos para estudos globais da biota oceânica e para estimar o papel dos oceanos no ciclo de carbono e na troca de outros elementos e gazes entre a atmosfera e os oceanos. Terra Este satélite de nome tão sugestivo foi lançado pelos americanos a 18 de Dezembro de 1999. Leva a bordo cinco sensores para a medição do sistema climático terrestre – mais concretamente, observar e medir a interacção da atmosfera terrestre com a criptosfera, as terras, os oceanos e a vida em geral. Os dados deste satélite de uma importância fundamental para a compreensão e protecção do nosso planeta Terra. Os sensores a bordo do satélite Terra são os seguintes: • ASTER (Advanced Spaceborne Thermal Emission and Reflection Radiometer); • CERES (Clouds and the Earth's Radiant Energy System); • MISR (Multi-angle Imaging Spectro-Radiometer) • MODIS (Moderate-resolution Imaging Spectroradiometer) • MOPITT (Measurements of Pollution in the Troposphere) ASTER consegue captar imagens de alta resolução (15 a 9o metros) em 14 diferentes comprimentos de onda do espectro electromagnético, desde o visível ao infravermelho térmico. Os dados deste instrumento são utilizados pelos cientistas para desenhar mapas detalhados da temperatura na 35 superfície da terra, emissividade da terra, reflectância dos objectos e o relevo. Concebido e criado pelos japoneses, este instrumento é o único sensor de alta resolução espacial a bordo do satélite Terra. O CERES faz o balanço da radiação total da Terra e dá estimativas das propriedades das nuvens permitindo aos cientistas o estudo do papel das nuvens nos fluxos radiactivos da superfície para o topo da atmosfera. A bordo do satélite Terra estão dois sensores CERES idênticos. MISR é um novo tipo de instrumento que melhorou o modo de ‘visão’ dos sistemas de sensores. Até ao seu aparecimento, a maior parte dos sistemas de sensores só podiam ‘olhar’ para a terra directamente para baixo ou obliquamente. De modo a perceber melhor o clima terrestre e determinar as causas da sua mudança, precisamos de conhecer a quantidade da radiação solar que é difundida nas várias direcções, em condições normais. Este aspecto é coberto pelo MISR que observa a Terra com câmaras apontadas para nove ângulos diferentes. Uma câmara aponta na perpendicular e as outras sucessivamente para a frente, para a trás e para os lados, em ângulos de 26.1°, 45.6°, 60.0°, e 70.5°. Enquanto o satélite avança, várias partes da superfície terrestre vão sendo simultaneamente imageadas pelas nove câmaras, em comprimentos de onda diferentes (azul, verde, vermelho e infravermelho próximo. O MISR faz o monitoramento mensal, sazonal e a longo termo dos seguintes aspectos: • Quantidade e tipo de partículas de aerossóis na atmosfera, tanto as de fonte natural como as resultantes de actividades humanas; • Quantidade e tipo e altura das nuvens; e • Distribuição da cobertura na superfície, incluindo a estrutura da copa da vegetação. Com um campo de visão de 2 330 Km e possuindo 36 bandas espectrais (entre 0.4 a 14 µm), o MODIS é uma versão melhorada do AVHRR (Advanced Very High Resolution Radiometer) utilizado nos satélites NOAA. Consegue cobrir qualquer ponto do nosso planeta em 1 a 2 dias. O sensor MODIS mede diariamente a percentagem da superfície terrestre coberta por nuvens. Juntando os seus dados com os do MISR e CERES, pode-se determinar o impacto das nuvens e aerossóis na quantidade da energia da Terra. MODIS é um instrumento ideal para monitorar mudanças globais na biosfera, principalmente para o ciclo global de carbono. Apesar de não haver actualmente nenhum sensor de satélite que possa medir directamente a concentração de dióxido de carbono na atmosfera, o MODIS pode medir a 36 actividade da fotosintética nas plantas terrestres e marinhas (fitoplasma) para colher melhores estimativas de quanto gás de estufa está sendo absorvido e usado na actividade das plantas. Combinando os dados colhidos por este sensor com os dos sensores que medem a temperatura da superfície terrestre, os cientistas podem traçar a curva de resposta do dióxido de carbono nas mudanças climáticas. MODIS também consegue ver onde e quando iniciam os desastres naturais – erupções vulcânicas, cheias, ciclones, secas e queimadas. Com esta informação, podem-se traçar estratégias de prevenção e mitigação. Os canais espectrais do MODIS são muito sensíveis às queimadas, podendo distinguir entre queimadas violentas e moderadas e oferecendo melhores estimativas sobre a quantidade de aerossóis e outros gases libertos pelas queimadas para a atmosfera. MOPITT é um instrumento desenhado para melhorar o nosso conhecimento sobre a camada mais baixa da atmosfera e para, particularmente, observar a interacção desta com a biosfera terrestre e marítima. O seu enfoque está na distribuição, transporte, fonte e depósitos do monóxido de carbono e metano na atmosfera. O metano é um gás de estufa com cerca de 30 vezes mais poder de absorção de calor que o dióxido de carbono; sabe-se que é libertado pelos pântanos, pelas manadas de gado e pela queimada da biomassa mas, as quantidades libertadas por cada um destes não é conhecida. O monóxido de carbono que é expelido pelas fábricas, carros e queimadas florestais retarda a capacidade natural da atmosfera em se desfazer destes poluentes nocivos. O MOPITT é o primeiro sensor de satélite a usar um espectroscópio de correlação gasosa. Com este, o sensor mede a radiação emitida e reflectida pela terra em três canais espectrais. Quando a radiação penetra no sensor, passa por dois trajectos diferentes com reservatório de monóxido de carbono um e de metano o outro. Cada trajecto absorve uma determinada quantidade de energia, conduzindo assim a que pequenas diferenças de sinal façam a correlação da presença desses gases na atmosfera. A resolução espacial do MOPITT é de 22 Km na vertical (nadir) e o sensor ‘vê’ a Terra em amplitudes de 640 Km. 37 Envisat O satélite Envisat foi lançado a 1 de Março de 2002 pela Agência Espacial Europeia (ESA), para a cobertura global e regional de aspectos ambientais. Colocado a uma altitude de 782 Km e com uma inclinação de 98.52º em relação ao plano equatorial, este satélite leva a bordo vários instrumentos, alguns dos quaissão sensores que empregam técnicas baseadas no uso de microondas activas para a medição da atmosfera e das superfícies terrestre, marítima e do gelo, independentemente da cobertura das nuvens e das condições atmosféricas. O Envisat é um satélite ambicioso e inovativo que permite monitorar a evolução das mudanças ambientais e climáticas e vai, também, assegurar a continuação dos dados proporcionados pelos anteriores satélites da ESA, da série ERS. Os principais sensores bordo do Envisat são: • AATSR (Advanced Along Track Scanning Radiometer); • ASAR (Advanced Synthetic Aperture Radar); • DORIS (Doppler Orbitography and Radiopositioning Integrated by Satellite); • GOMOS (Global Ozone Monitoring by Occultation of Stars); • MERIS (MEdium Resolution Imaging Spectrometer); • MIPAS (Michelson Interferometer for Passive Atmospheric Sounding); • MWR (Microwave Radiometer); • RA-2 (Radar Altimeter 2); • SCIAMACHY (SCanning Imaging Absorption SpectroMeter for Atmospheric CHartographY). Cada um dos sensores tem uma função específica, tal como se segue: O sensor AATSR foi desenhado para dar continuidade aos dados de medição precisa da temperatura da superfície do mar, anteriormente captados por outros instrumentos a bordo dos satélites europeus da série ERS. 38 ASAR é um sensor de abertura sintética mais avançado que o que é utilizado nos satélites europeus da série ERS. Opera na banda C e possui capacidades melhoradas em termos de cobertura, raio de acção e modo de captação. O sensor DORIS foi concebido para fins múltiplos: • Ajudar a compreender melhor a dinâmica da crosta terrestre; • Monitorar os glaciares, a cobertura terrestre e os vulcões; • Melhorar a modelagem do campo de gravidade da Terra e da ionosfera. Este instrumento embarcou para o espaço, pela primeira vez, a bordo do satélite Francês SPOT 2, em 1990. O GOMOS é o instrumento mais recente da ESA para o monitoramento do ozono. O seu antecessor GOME (Global Ozone Measurement Experiment), foi o primeiro sensor europeu para o mesmo fim, a bordo do satélite ERS-1. Enquanto que o GOME só faz medições para determinar o perfil e as quantidades de ozono e de outros gases envolvidos na fotoquímica da camada do ozono, o GOMOS também realiza o monitoramento contínuo (dia e noite) destes gases e o seu mapeamento preciso, registando os perfis da temperatura e o teor de vapor de água. O MERIS mede a radiação solar reflectida pela Terra, em 15 canais espectrais entre o visível e IR próximo e a uma resolução espacial de 300 metros. Este instrumento permite uma cobertura total da Terra em três dias. Porém, a sua missão primária é a medição da cor dos mares nos oceanos e nas zonas costeiras para determinar a concentração dos pigmentos de clorofila, dos sedimentos em suspensão e a carga dos aerossóis no mar. O MIPAS foi concebido para medir o espectro das emissões gasosas de alta resolução no limbo terrestre. Opera na banda do IR próximo e médio. Os objectivos principais deste sensor são: • Medição global e simultânea dos parâmetros geofísicos na média atmosfera: Química da estratosfera - O3, H2O, CH4, N2O, e HNO3; Climatologia - Temperatura, CH4, N2O, O3 ; • Estudo da composição química, dinâmica e regime da radiação na média atmosfera; • Monitoramento do O3 e dos clorofluorcarbonetos (CFCs) na estratosfera. 39 O MWR serve para medir o perfil integrado do vapor de água na atmosfera e do conteúdo líquido das nuvens, de maneira a determinar os parâmetros de correcção do sinal do radar altimétrico. Para além disto, as suas são úteis para a determinação da emissividade terrestre e da humidade do solo na terra para a investigação da quantidade de energia na superfície como suporte aos estudos atmosféricos e de caracterização do gelo. O Radar Altimétrico (RA-2) serve para determinar com precisão o atraso bidireccional do ‘eco’ do radar na superfície terrestre. Os resultados permitem determinar a velocidade do vento e a altura nas ondas marítimas. Também mede a potência e a forma dos impulsos reflectidos. O RA-2 é uma versão melhorada do radar altimétrico utilizado nos satélites europeus da série ERS. As suas medições são, também, úteis para determinar a topografia oceânica como suporte para a investigação da circulação oceânica, batimetria e características da geóide marinha. SCIAMACHY é resultado de uma pesquisa conjunta Alemã/Holandesa, com contribuições da Bélgica e do Reino dos Países Baixos e a sua missão é a de proporcionar resultados da medição dos gases na troposfera e estratosfera. Aqua Aqua é um dos satélites americanos desenhados especificamente para estudar a longo termo a natureza, a dinâmica e as implicações das mudanças globais, já que estas são inevitáveis. Lançado em 4 de Maio de 2002, está posicionado numa órbita polar a 705 km de altitude. Tal como o satélite Terra, Aqua leva a bordo vários instrumentos, cada um com a sua missão. 40 Os instrumentos a bordo do Aqua são os seguintes: • AMSR/E (Advanced Microwavw Scanning Radiometre); • MODIS (Moderate-resolution Imaging Spectroradiometer); • AMSU (Advanced Microwave Sounding Unit); • AIRS (Atmospheric Infrared Sounder); • HSB- Humidity Sounder for Brazil • CERES- Clouds and the Earth's Radiant Energy System Como se pode ver pela listagem acima, alguns dos sensores a bordo deste satélite são também utilizados no satélite Terra, nomeadamente o MODIS e o CERES. Deixando estes, falemos dos outros: O sensor AMSR/E possui 12 canais espectrais e estuda as propriedades das nuvens, o fluxo de energia radiactiva, a precipitação, a humidade da superfície da terra, o gelo marítimo, a cobertura da neve, a temperatura da superfície marítima e os ventos à superfície do mar. Este sensor foi desenvolvido pelos japoneses. O AMSU é um instrumento composto por dois sensores, o AMSU-A1 e o AMSU-A2, com 15 canais cada A sua missão primordial é a medição da temperatura e humidade atmosférica. O AIRS é um sensor de medição simultânea em mais de 2 300 canais espectrais em intervalos de 0.4 a 1.7 µm e 3.4 e 15.4 µm. Trata-se de uma sonda atmosférica que mede a temperatura e humidade atmosférica, temperaturas da superfície da terra e do mar e fluxo de energia radiactiva. O HSB é um sensor brasileiro, do Instituto Nacional de Pesquisas Espaciais (INPE), com a missão de medir a humidade atmosférica em 5 canais espectrais. O satélite Aqua visa os seguintes elementos do sistema terrestre: Atmosfera • temperatura e humidade, como variáveis centrais que determinam as condições globais e locais do tempo; 41 • Aerossóis, que são partículas minúsculas de água e matéria sólida suspensas na atmosfera e influenciam os padrões do tempo com a absorção ou difusão da radiação solar ou atraindo a condensação para formar nuvens; • Nuvens, que são a maior fonte de água fresca no mundo e possuem um grande impacto no clima pela radiação solar reflectida para o espaço ou pela absorção da radiação terrestre emitida. Superfície terrestre • Tipos de cobertura vegetal (vegetação, culturas) e sua influência no clima regional e global. A cobertura vegetal é afectada pelas variações climáticas contribuindo para as mudanças de uso da terra (desertificação, urbanização); • Ocorrência de queimadas; • Temperatura e humidade da superfície terrestre; • Dinâmica da vegetação (tipo, distribuição, propriedades biofísicas. • Efeito dos vulcões. Oceanos • As variações no interior dos oceanos, que podem afectar a pesca bem como as quantidades de distribuição de calor e de trocas químicas entre eles e a atmosfera. • Variações na temperatura superficial dos mares, que podem,particularmente, indicar mudanças (condição do El Niño) com impacto na produtividade dos oceanos e do tempo em escala global; • Ventos superficiais marítimos. Criptosfera • A neve na criptosfera influencia o clima absorvendo a radiação e conservando o calor no solo, o que provoca a formação de massas de ar fria. A quantidade de cobertura de neve pode indicar cheias ou secas eminentes. • O gelo nos mares afecta o clima através da sua habilidade em insular a água contra as perdas de calor e da forte reflexão da energia solar, reduzindo a quantidade de radiação solar absorvida pela superfície terrestre. 42 VII. Satélites de Teledetecção (para o estudo dos recursos naturais) As imagens abaixo mostram os actuais e futuros (prestes a serem lançados) Satélites de Teledetecção, alguns dos quais da nova geração. LANDSAT 1, 2, 3, 4, 5 LANDSAT 7 SPOT 5 IRS JERS 1 RADARSAT ERS 1, 2 SPOT 1, 2, 3 E 4 43 KOMPSAT QUICBIRD EROS A CBERS ORBVIEW IKONOS Fig.19 Plataformas dos satélites de teledetecção actuais Satélites de Teledetecção com Sensores Ópticos 1. Série Landsat Os satélites da série Landsat fazem parte de um programa norte-americano para o estudos dos recursos terrestres. No dia 23 de Julho de 1972, a NASA (National Aeronautics and Space Administration) lançou nos Estados Unidos um primeiro satélite chamado ERTS 1 (Earth Resources Technology Satellites), no quadro do Programa Espacial" Earth Resources Technology Satellite". Este Programa Espacial e os 44 satélites que o compõe foi em seguida rebatizado "Landsat" para melhor sugerir o enfoque do seu esforço sobre a Teledetecção de Recursos Naturais Terrestres. Foram lançados 7 satélites do Programa Landsat desde 1972 , sendo que 6 deles forneceram imagens da Terra, como segue: Landsat 1: Lançado em 23/07/72 - Desactivado em 06/01/78 • • • • • • • Landsat 2: Lançado em 22/01/75 - Desactivado em 52/02/82 Landsat 3: Lançado em 05/03/78 - Desactivado em 31/03/83 Landsat 4: Lançado em 16/07/82 – Semi-desactivado (em standby) Landsat 5: Lançado em 01/03/84 - Activo até o momento Landsat 6: Lançado em 05/10/93 - Perdido após o lançamento Landsat 7: Lançado em 15/04/99 - Activo até o momento A primeira geração do programa Landsat, composta de 3 satélites, Landsat 1-2-3, tinha 2 instrumentos: a Camera RBV (Return Beam Vidicon) e o MSS (Multispectral Scanner). Em razão de problemas técnicos no RBV e da superioridade técnica do MSS, do ponto de vista espectral e radiométrico, o RBV foi muito pouco utilizado. A segunda geração foi iniciada em 1982 como lançamento do satélite Landsat 4, que levou a bordo o instrumento Thematic Mapper (TM), para além do MSS. O Landsat 5, de acordo com as previsões técnicas baseadas na performance actual do satélite, deverá operar por mais alguns anos. O LANDSAT 6 foi infelizmente perdido logo após o seu lançamento e o Landsat 7 marca o início da terceira geração do programa Landsat. Resumo das características dos Satélites Landsat 1-2-3-4-5 Fig. 20 Funcionamento do sensor MSS 45 Sensores MSS e TM - suas características Thematic Mapper - TM Bandas 1 2 3 4 5 6 IR Termal 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) 30 30 30 30 30 120 30 Multi-Spectral Scanner - MSS Bandas 1 2 3 4 Faixa (µm ) 0.5 - 0.6 Resolução (m) 80 Características das Orbit As órbitas do Landsat são heliosíncronas, passan• • • circulares, quase polar Altitude: 705 km Velo O ciclo orbital do LANDSA Actualmente, o Landsat 5 de 8 dias exactamente, ou lançamento do Landsat 7. 0.6 - 0.7 0.7 - 0.8 0.8 - 1.1 80 80 80 as Landsat : do na mesma hora solar em qualquer ponto observado; es, permitindo assim uma cobertura completa da terra entre 81°N e 81°S; cidade : equivalente a 7,7 km/seg no solo; Fig. 21 Características da órbita do Landsat T 1-2-3 é de 18 dias. Para o LANDSAT 4, 5 and 7 é de 16 dias. e o Landsat 7 estão com um intervalo de tempo para imagear a mesma área seja, existe agora duas vezes mais dados Landsat do que antes do 46 A área imageada pelo Landsat, seja MSS ou TM é uma faixa de 185 Km, recortada em cenas de 185 km x 170 km . O satélite demora 24 s para imagear esta área. Fig. 22 Características dos sensores do Landsat Bandas Espectrais do Landsat 5 Banda Intervalo espectral (µm) Principais características e aplicações das bandas TM do satélite LANDSAT-5 1 (0,45 - 0,52) Apresenta grande penetração em corpos de água, com elevada transparência, permitindo estudos batimétricos. Sofre absorção pela clorofila e pigmentos fotossintéticos auxiliares (carotenóides). Apresenta sensibilidade a nuvens de fumaça oriundas de queimadas ou actividade industrial. Pode apresentar atenuação pela atmosfera. 2 (0,52 - 0,60) Apresenta grande sensibilidade à presença de sedimentos em suspensão, possibilitando sua análise em termos de quantidade e qualidade. Boa penetração em corpos de água. 3 (0,63 - 0,69) A vegetação verde, densa e uniforme, apresenta grande absorção, ficando escura, permitindo bom contraste entre as áreas ocupadas com vegetação e sem vegetação (ex.: solo nu, estradas e áreas urbanas). Apresenta bom contraste entre diferentes tipos de cobertura vegetal (ex.: floresta densa e aberta). Permite análise da vanação litológica em regiões com pouca cobertura vegetal. Permite o mapeamento da drenagem através da visualização da mata galérica e margens dos cursos dos rios em regiões com pouca cobertura vegetal. É a banda mais utilizada para delimitar manchas urbanizadas, incluindo identificação de novas áreas de urbanização. Permite a identificação de áreas agrícolas. 4 (0,76 - 0,90) Os corpos de água absorvem muita energia nesta banda e ficam escuros, permitindo o mapeamento da rede de drenagem e delineamento de corpos de água. A vegetação verde, densa e uniforme, reflecte muita energia nesta banda, aparecendo bem clara nas imagens. Apresenta sensibilidade à rugosidade da copa das florestas. Apresenta sensibilidade à morfologia do terreno, permitindo a obtenção de informações sobre Geomorfologia, Solos e Geologia. Serve para 47 análise e mapeamento de feições geológicas e estruturais. Serve para separar e mapear áreas ocupadas com pinho e eucalipto. Serve para mapear áreas ocupadas com vegetação que foram queimadas. Permite a visualização de áreas ocupadas com macrófitas aquáticas (ex.: aguapé). Permite a identificação de áreas agrícolas. 5 (1,55 - 1,75) Apresenta sensibilidade ao teor de humidade das plantas, servindo para observar estresse na vegetação, causado por desequilíbrio hídrico. Esta banda sofre perturbações em caso de ocorrer excesso de chuva antes da obtenção da cena pelo satélite. 6 (10,4 - 12,5) Apresenta sensibilidade aos fenómenos relativos ao contraste térmico, servindo para detectar propriedades termais de rochas, solos, vegetação e água. 7 (2,08 - 2,35) Apresenta sensibilidade à morfologia do terreno, permitindo obter informações sobre Geomorfologia, Solos e Geologia. Esta banda serve para identificar minerais com iões hidróxidos. Potencialmente favorável à discriminação de produtos de alteração hidrotermal. Resumo das características do Satélite Landsat 7 O Landsat7 é o mais recente satélite em operação do programa Landsat, financiado pelo Governo Americano. O novo satélite foi lançado em abril de 1999, com um novo sensor a bordo denominado ETM+ (Enhanced Thematic Mapper Plus). A operação do satélite em órbita é administrada pelaNASA (National Space and Space Administration) e sua produção e comercialização de imagens fica sob os cuidados da USGS (United Sates Geological Survey). A sua vida útil está prevista para ser superior a 5 anos em orbita. Uma imagem LANDSAT 7 ETM+ é composta por 8 bandas espectrais que podem ser combinadas em inúmeras possibilidades de composições coloridas e opções de processamento. Entre as principais melhorias técnicas se comparado ao seu antecessor, o satélite Landsat 5, destacam-se a adição de uma banda espectral (banda pancromática) com resolução de 15 m, melhorias nas características geométricas e radiométricas e o aumento da resolução espacial da banda termal para 60 m. Esses avanços tecnológicos permitem qualificar o LANDSAT 7 como sendo o satélite mais interessante para a geração de imagens satélite com aplicações directas até a escala 1:25.000, em áreas rurais principalmente, mesmo em grandes extensões de território. As imagens do Landsat7 captadas pelo sensor ETM+ apresentam a melhor relação custo/benefício entre os dados gerados por satélites de média resolução ( 15 a 30 metros) actualmente oferecidos no mercado. As imagens Landsat 7 ETM+ são um produto com muito boa aceitação no mercado. 48 A Órbita do Landsat 7 O Landsat7 pode adquirir imagens numa área que se estende desde 81º de latitude norte até 81º de latitude sul e obviamente, em todas as longitudes do globo terrestre. Uma órbita do Landsat7 é realizada em aproximadamente 99 minutos, permitindo ao satélite dar 14 voltas da Terra por dia, e a cobertura total do nosso planeta sendo completada em 16 dias. A órbita é descendente, ou seja de norte para sul, o satélite cruzando a linha do Equador entre 10:00 e 10:15 (hora local) em cada passagem. O Landsat7 é "heliosincronizado", ou seja sempre passa num mesmo local dado ao mesmo horário solar. Outro facto importante é que o satélite LANDSAT 7 tem o mesmo período de revisita que o Landsat5 (16 dias), e a sua orbita é de tal maneira que resultou na mesma grade de referência do LANDSAT 5 (WRS2) e tem a mesma área imageada (185 x 185 km por cena). A conservação destes parâmetros técnicos facilita o processo de pesquisa de imagens, pois pode ser feito com a mesma grade de referência e ha uma perfeita integração no processamento das imagens do LANDSAT 7 com dados históricos do LANDSAT 5 existentes desde 1985, no caso de utilização dos dois tipos de dados simultaneamente no mesmo projecto para a mesma área como por exemplo em estudo multitemporal. D ferenças notáveis entre o Landsat 7 e o Landsat 5 i • • • • Adição no Landsat7 de uma banda Pancromática com resolução espacial de 15m Aprimoramento no sistema de calibração radiométrica dos sensores, o que garante uma precisão radiométrica absoluta de +/-5%. Aprimoramento na geometria de imageamento, o que resulta numa maior precisão em imagens corrigidas apenas a partir de dados de efemérides de satélite geradas pelo GPS de bordo, muito próxima da precisão obtida com imagens georeferenciadas com pontos de controle cartográficos. Bandas espectrais e Resolução Espacial As bandas do visível e do infra vermelho mantiveram a resolução espacial de 30 m do Landsat 5 (canais 1,2,3,4,5 e 7); 49 As bandas do infra vermelho termal (canais 6L e 6H) passam a ser adquiridas com resolução de 60 metros, contra 120 m no Landsat 5; • A nova banda Pancromática (canal 8) tem 15 m de resolução espacial. • O quadro comparativo abaixo ilustra as diferenças de resolução espectral entre o sensor TM do Landsat5 e o sensor ETM+ do Landsat 7. Os valores abaixo, em µ, representam os limites de comprimentos de onda de sensibilidade das bandas espectrais: Sensor Banda 1 Banda 2 Banda 3 Banda 4 Banda 5 Banda 6 Banda 7 Banda 8 TM 0.45 0.52 0.52 0.60 0.63 0.69 0.76 0.90 1.55 1.75 10.4 12.5 2.08 2.35 - ETM+ 0.45 0.52 0.53 0.61 0.63 0.69 0.78 0.90 1.55 1.75 10.4 12.5 2.09 2.35 0.52 0.90 A banda Pancromática – (banda 8) A banda Pancromática é a grande novidade no Landsat7 e o sensor ETM+. A sua resolução espacial de 15 m registrado com as demais bandas, facultam as imagens geradas pelo sensor ETM+ do satélite Landsat7 serem trabalhadas para ampliações até escala 1:25.000. Trabalha na faixa espectral de 0.52 - 0.90 (µm) gerando uma imagem de boa separabilidade dos alvos de interesse tanto em área rural como urbana. A banda Termal – (banda 6) O Landsat 7 gera a banda 6 com ganho baixo (Canal 6L) e ganho alto (Canal 6H). Isso permite várias opções de análise e aplicações, tais como a medição relativa de temperatura radiante ou o cálculo de temperatura absoluta. Níveis de correcção geométrica das imagens Landsat7 Em todas as imagens, e isto vale para todos os satélites comercialmente disponíveis e não somente o Landsat7, as correcções de sistema são algoritmos de rectificação da imagem bruta aplicada automaticamente ainda na estação de recepção, usando-se de parâmetros espaciais contidos nos arquivos descritores da imagem (dados de posicionamento e efemérides do satélite), que conseguem minimizar as variações espaciais internas presentes na imagem em seu estado bruto, decorrentes do ângulo de curvatura da terra, variações na velocidade, altura e atitude do satélite, deslocamentos de órbita, etc. 50 As imagens Landsat7 estão disponíveis em 3 níveis de correcção geométrica: Recomendamos unicamente o nível de correcção 1G ou os 2 níveis superiores de correcção, os demais (Nível 0 ou Nível 1 R) não apresentando características geométricas ou radiométricas que são directamente utilizáveis para a grande maioria das aplicações temáticas de mercado e não serão explicitadas aqui. Nível de correcção sistemática "1G": é um nível de correcção sistemática onde a imagem é radiométrica e geometricamente corrigida de forma sistemática e associada a um sistema de projecção cartográfica. O sistema de projecção cartográfica pode ser UTM, SOM, ... e o datum horizontal de referência utilizado para a correcção é geralmente WGS 84. Teoricamente, a precisão geométrica e espacial de um produto 1G é de pelo menos 250 metros em áreas planas e ao nível do mar. Todavia, durante a fase de teste, as imagens analisadas apresentaram uma precisão geométrica superior a esse valor. Os algoritmos de correcção modelizam a posição do satélite e a geometria do sensor através de dados que o computador de bordo grava ao imageamento. A altitude do satélite, efemérides e parâmetros de atitude do satélite, descritos no arquivo Payload Correction Data (PCD) e no arquivo Calibration Parameter File (CPF), são componentes fundamentais usados para a geração de produtos 1G e garantem a fidelidade geométrica geral da imagem 1G. Nível de correcção de precisão com pontos de apoio: Não é um processo automático e não é uma correcção sistemática. Este nível de processamento exige intervenção adicional de um operador. A imagem nível 1G descrita acima é ajustada com pontos de controle disponíveis em mapa ou com pontos de controle gerados por GPS. A precisão geométrica alcançada é de até ½ pixel. Estes produtos são elaborado sob medida para o cliente. Nível de correcção Ortorectificado: Não é um processo automático e não é uma correcção sistemática. Este nível de processamento exige intervenção adicional de um operador a imagem é corrigida com pontos de controle de cartografia e usando igualmente um Modelo Numérico de Terreno ou Modelo Digital de Elevação (MNT ou DTM) para corrigir todas as distorções, inclusive aquelas geradas pelo relevo da região imageada. É recomendado que o MNT tenha uma resolução compatível com a resolução da imagem que está sendo corrigida para gerar bons resultados. Estes produtos são elaboradosob medida para o cliente. "Imagem de Fusão" ou "Merge" do Landsat 7 ETM : O melhor da Resolução Espacial da Banda PAN ( 15 metros) com o melhor da resolução espectral do Landsat A interpretação das imagens de satélites pelos usuários finais dependem principalmente dos atributos de textura e cor presentes na imagem, principalmente para descriminar alvos que 51 apresentam grande variedade, como tipos de vegetação e espécies, padrões específicos de uso e ocupação do solo e interpretações ligadas a morfologia. As imagens geradas pela fusão espectral (merge) reúnem numa única imagem feições texturais (qualidade geométrica) oriundas do canal de melhor resolução espacial (15 m da banda PAN, no caso do Landsat 7) e a informação temática de cor, resultante da combinação dos diversos canais espectrais disponíveis (no caso do Landsat 7, 6 bandas espectrais com resolução espacial de 30 m). Possibilidades de combinações: Utiliza-se sempre como principio original de geração da "fusão" ou do "merge" de um lado a banda Landsat 7 sensor ETM+ com resolução de 10 ou 15 m (PAN) e de outro lado, 3 bandas de 30 m de resolução (multiespectrais) a escolher para produzir novas imagens com as seguintes características: Qualidade geométrica do PAN • • Qualidade radiométrica das demais bandas escolhidas Assim as possibilidades de combinações são tão numerosas quanto as possibilidades de combinação de 3 bandas com resolução original de 30 m. Formatos e suportes existentes As imagens Landsat7 brutas ou derivadas do processo de fusão estão disponíveis em produtos digitais e analógicos, de acordo com a escolha do cliente e ajustados para suas aplicações: Escala de Ampliação Reamostragem do Pixel Área de Trabalho 1:50.000 15 m Quadrante até Cena 1:25.000 10 m Extracto até Quadrante 52 2. Série SPOT O programa SPOT foi planeado e projectado desde o início como um sistema operacional e comercial de observação da Terra ( SPOT –Satellite Pour l'Observation de la Terre). Estabelecido por iniciativa do governo francês em 1978, com a participação da Suécia e Bélgica, o programa é gerido pelo Centro Nacional de Estudos Espaciais - CNES, que é o responsável pelo desenvolvimento do programa e operação dos satélites. Já foram lançados com sucesso os SPOT 1, 2 e 3 e 4, assegurando assim a continuidade dos serviços e incluindo notáveis evoluções técnicas e comerciais. O SPOT 5, com novas especificações incluindo resolução espacial de 2.5 m numa faixa de 60 Km, pertence a uma nova geração de satélites, dos quais iremos falar mais adiante. A estrutura e o funcionamento do programa SPOT distingue claramente de um lado as funções de gestão técnica do sistema , executadas pelo CNES e de outro lado a responsabilidade das operações, atribuída à SPOT IMAGE, uma empresa de vocação genuinamente comercial, no tocante ao relacionamento com a comunidade de usuários e na distribuição de dados, além da missão permanente de divulgar a "imagem" da tecnologia francesa no mundo. A SPOT IMAGE tem por missão assegurar a eficiente gestão das capacidades de aquisição de imagens pelo satélite e transmissão de dados à 21 estações receptoras existentes no Globo. Fig. 23 Centros de Recepção Terrestre e seu raio de acção 53 A SPOT IMAGE é a única empresa a nível mundial que possui, por concessão do CNES que é o proprietário do satélite, os direitos de comercialização dos produtos e serviços SPOT. Esta empresa actua no mercado através de uma rede de Distribuidores : o CENACARTA é Distribuidor Autorizado da SPOT IMAGE em Moçambique. Vejamos as características Técnicas Gerais dos Satélites SPOT: Datas de lançamento SPOT 1 22 de Fevereiro de 1986, operacional SPOT 2 22 de Janeiro de 1990, operacional SPOT 3 26 de Setembro de 1993, perdido em 14 de Novembro de 97 SPOT 4 24 de Março de 1998 Características do SPOT 1-2-3 Spot 1, 2, 3 Características Capacidade de Gravação a Bordo 2 x 22 minutos Duração da Vida Útil Prevista > a 3 anos Ciclo Orbital 26 dias Duração de uma órbita ( nominal) 101,4 min Inclinação da Órbita 98.7 Graus Nó Descendente 10:39 Horas Órbita Circular e Heliosincronizada Spot 4 Características Capacidade de Gravação a Bordo 2 x 40 minutos + 3 min Duração da Vida Útil Prevista > a 5 anos Ciclo Orbital 26 dias Duração de uma órbita ( nominal) 101,4 min Inclinação da Órbita 98.7 Graus Nó Descendente 10:39 Horas Órbita Circular e Heliosincronizada Faixa de varredura Dois sensores idênticos (HRV - High Resolution Visible) estão a bordo do satélite e podem ser utilizados independentemente, tanto na geometria de visão como no modo espectral. Cada 54 instrumento tem uma faixa de varredura de 60 km. Quando os dois instrumentos operam em modo "geminado" imageando áreas contíguas, a área total coberta é de 117 km, ou seja, duas faixas de 60 Km de largura cada com 3 km de sobreposição. Características do SPOT 4 Fig. 24 Faixa de varredura do SPOT Os instrumentos HRV podem imagear em nadir (vertical do plano orbital do satélite) ou , graças a um espelho móvel que pode ser orientado, apontando para as áreas de interesse num corredor que vai até 27 graus lateralmente com relação a vertical, para leste ou oeste, tendo acesso então a uma faixa de 950 Km de largura. Quando as cenas são adquiridas com algum angulo de visão, o efeito de perspectiva faz com que a área imageada possa ser mais larga, até 80 Km com visão de 27graus lateralmente. Esta possibilidade confere aos satélites SPOT uma capacidade de revisita de uma área de interesse de alguns dias ( 3 a 4 dias em média), muito superior a periodicidade da órbita que é de 26 dias, e permite igualmente a aquisição de imagens em estereoscopia. permite igualmente a aquisição de imagens em estereoscopia. Fig. 25 Modos visão do SPOT 55 Uma das características tecnológicas mais inovadoras que o SPOT trouxe em 1986 e mantém até hoje é que os seus instrumentos HRV são providos de sensores electrónicos usando a tecnologia de CCD (Charged Couple Device), que possibilitam maior fidelidade geométrica das imagens adquiridas por eliminarem a necessidade de usar um scanner com partes móveis que são geralmente uma fonte de degradação da qualidade das imagens quando o satélite envelhece ... Modos de aquisição e Bandas Espectrais do SPOT O SPOT opera em 2 modos espectrais distintos que podem também serem programados simultaneamente para uma mesma área: Multiespectral XS ou XI, dependendo do satélite e Pancromático ou Monoespectral, dependendo do satélite. Todas as imagens do SPOT são codificadas em 8 bits. Nos modos Multiespectrais, as observações são feitas em três bandas espectrais ( modo XS ) para o SPOT 1,2,3 e 4 bandas no SPOT 4 (modo XI ), sempre com resolução de 20 metros. No modo Pancromático ou Monoespectral, as observações são feitas por uma única banda, de 0,51 µm a 0,73 µm, no caso do SPOT 1-2-3, e de : 0,61 a 0,68 µm no SPOT 4, sempre com uma resolução de 10 metros. Sensores Bandas Espectrais Resolução Banda-1 : 0.50 ~ 0.59 µm Verde Banda 2 : 0.61 ~ 0.68 µm Vermelho Banda 3 : 0.79 ~ 0.89 µm Infra Vermelho Próximo HRV-XS : Multiespectral: 3 bandas no SPOT 1-2-3 HRVIR-XI : Multiespectral: 4 bandas no SPOT-4 Banda 4 : 1.58 ~ 1.75 µm Infra Vermelho Médio 20m HRV-PAN : Pancromático no SPOT 1-2-3 HRVIR-M : Monoespectral No SPOT 4 Banda única: 0.51 ~ 0.73µm Visível menos Azul Dados comprimidos a bordo ( DPCM ¾) Banda única: 0,61 ~ 0,68 µm Igual a Banda 2 Dados comprimidos a bordo ( DPCM ¾) 10m 56 São as seguintes as características e aplicaçõesdas bandas do satélite SPOT: O modo Pancromático ou Monoespectral é aconselhado para aplicações que procuram precisão geométrica e resolução. O Modo Mult espectra XS ou XI é recomendado para aplicações temáticas, para estudos de vegetação, uso e ocupação de solos, etc... i l l Os modos PAN e XS podem ser combinados rendendo uma imagem PAN+XS, colorida, com 3 bandas e 10 m de reso ução. As imagens PAN e XS do SPOT 1-2-3, ainda que adquiridas simultaneamente, não estão registradas entre si, o que pode fazer este processamento ser trabalhoso. Os modos P e XI do SPOT 4 XS podem ser combinados rendendo uma imagem PAN+XS, colorida, com 4 bandas e 10 m de resolução. As imagens M e XI do SPOT 4, quando adquiridas simultaneamente, estão registradas entre si, o que faz deste processamento uma tarefa muito simples e sistemática ! Isto é possível porque a imagem no modo Monoespectral do SPOT 4, a diferença do que acontece no SPOT 1-2-3, é gerada bela banda 2 do instrumento XI de 20 m de resolução, sendo então plenamente compatível geometricamente com a imagem XI, adquirida simultaneamente pelo mesmo instrumento. Fig. 26 Curva da Resposta espectral dos objectos nos sensores do SPOT 57 As imagens adquiridas pelo SPOT recobrem em visão vertical uma área de 60 por 60 Km, ou seja, tal como captadas pelos sensores sempre tem inicialmente 3000 linhas e colunas em modo XS ou XI, e 6000 linhas e colunas no modo PAN ou M. Resumo das diferenças e particularidades de cada Nível de Processamento dos Produtos SPOT: Nível Radiometria Geometria Pontos de controle Projecção Precisão de localização 1 A Equalização Bruto não nenhuma 500 m 1 B Equalização Sistemática básica não nenhuma Orientação da orbita 500 m 2 A Equalização Sistemática completa não a escolha Orientação a Norte 50 m 2 B Equalização Sistemática completa + pontos sim a escolha Orientação a Norte 10 a 30 m Orto Equalização Sistemática Completa + pontos + MNT sim a escolha Orientação a Norte 10 a 30 m S Registada conforme a cena de referência, de 1 A até Orto, portanto com as mesmas características básicas, mais um erro de registo de uma imagem com a outra estimado aproximadamente no valor de até 1 píxel: 10 m no PAN ou M e 20 m no XS ou XI. Precisão estimada com relação a cena de referência e não ao solo. Nível 1A – Cenas sem correcção geométrica, somente equalização dos detectores A imagem não é submetida a nenhuma correcção geométrica, é fornecida tal como foi adquirida, bruta, com uma grade de pixeis, de forma quadrada. É realizada somente uma equalização linear dos barramentos de CCD entre eles, para eliminar eventuais diferenças de tonalidades internas da imagem. A imagem é fornecida com dados auxiliares: Os coeficientes de calibração absolutos que permitem converter em radiância os valores digitais dos pixeis. • • As coordenadas de centro e dos 4 cantos da cena, que possibilitam localizar a área imageada no solo com uma precisão aproximada de 500 m. Outras informações (efemérides, atitude do satélite, ângulo de visão, ...) também constam e podem ser usados para processamentos geométricos precisos. 58 As cenas no modo PAN ou M no nível 1 A tem 6.000 linhas por 6.000 colunas e ocupam 36 megabytes. As cenas no modo XS ou XI no nível 1 A tem 3.000 linhas por 3.000 colunas e ocupam 27 a 36 megabytes para o XS e o XI respectivamente. Nível 1 AP : Cenas no nível 1 A para Fotogrametria e Estereoscopia Ele consiste em um produto fotográfico, em filme exclusivamente, especialmente desenvolvidos para aplicações fotogramétricas com instrumentos ( restituidores ) analógicos. A mesma equalização de detectores que sofre o produto do nível 1 A é realizado (equalização linear dos barramentos de CCD entre eles, para eliminar eventuais diferenças de tonalidades internas da imagem) Depois, uma filtragem do tipo high-pass que realça as feições locais e os detalhes da paisagem é aplicado de forma a salientar as características lineares na imagem As distorções geométricas não são corrigidas no nível 1 AP. Um esticamento das linhas da imagem é realizado para compensar de maneira aproximativa o efeito de perspectiva, causado pela visão obliqua no imageamento para melhorar a visão da estereoscopia pelo operador do restituidor. Como no nível 1 A, a cena no nível 1 AP tem o aspecto de um rectângulo ou de um quadrado. Os dados auxiliares da cena 1 AP são idênticos aos do nível 1 A e podem acompanhar os produtos 1 AP, que são somente fotográficos (filme exclusivamente). Estes dados auxiliares permitem então a localização da imagem no solo com precisão de 500 m, e podem servir para uma modelização geométrica no restituidor Nível 1B – Cenas com correcções radiométricas e geométricas. O nível de processamento 1 B inclui uma correcção sistemática das distorções geométricas internas da imagem SPOT. A cena sofre o mesmo processo de equalização de detectores CCD que no nível 1 A especificado acima. Os coeficientes de calibração absolutos que estão incluídos nos dados auxiliares permitem converter os valores digitais dos pixeis em radiância. As correcções geométricas aplicadas servem para corrigir os erros inerentes ao conjunto em movimento terra-satélite e as condições da tomada da imagem que provocam distorções internas na imagem: variação de atitude do satélite, efeito de perspectiva, rotação e curvatura da Terra, velocidade do satélite, etc... que ocorrem durante o tempo em que é imageada uma cena SPOT. O modelo de transformação utilizado para o processamento no nível 1 B é tal que as cenas consecutivas de uma mesma orbita e data de um mesmo segmento contínuo de aquisição podem ser mosaicadas de volta com muita facilidade, pois a sua geometria é compatível e continua. A orientação da imagem processada no nível 1 B não é alterada, as linhas da imagem não sofrem uma rotação com relação ao nível 1 A . A cena SPOT no nível 1 B tem a aparência de um paralelograma. 59 São fornecidas com a imagem 1 B as coordenadas de centro e dos 4 cantos da cena, que possibilitam localizar a área imageada no solo com uma precisão melhor de que 500 m. A distorção das distâncias internas da imagem é melhor do que 2/1.000 em terreno plano. Nota: A projecção especifica das cenas no nível 1B não corresponde a nenhuma norma cartográfica, mais que serve somente para compensar as distorções internas. Assim, a sobre posição de informações geométricas externas, tais como vectores, sobre a cena no nível 1 B não irá dar certo, pois a cena 1 B não está orientada a norte, ainda, e a não ser com correcções geométricas adicionais, usando por exemplo os modelos e dados contidos nas informações auxiliares da cena, ela poderá ser modelizada cartograficamente. Nível 2 A - Cenas com correcção radiométrica mais correcção geométrica de precisão com orientação a Norte e projecção cartográfica. O nível 2 A é o produto básico da família de produtos cartográficos do SPOT. A imagem processada no nível 2 A é entregue numa projecção cartográfica padronizada, a escolha do cliente, elaborada por uma modelização utilizando-se dos parâmetros orbitais e de atitude do satélite na toma da imagem, ou seja, sem o uso de pontos de controle ou demais elementos externos ao satélite. A precisão de localização é idêntica ao produto 1B, ou seja, perto de 500 m de precisão relativa A imagem no nível 2 A sobre o mesmo processamento de equalização de detectores CCD que no nível 1 A especificado acima. Os coeficientes de calibração absolutos que estão incluídos nos dados auxiliares permitem converter os valores digitais dos pixeis em radiância. As correcções geométricas aplicadas para se alcançar o nível 2 A se baseiamnum modelo de deformação que toma em conta as condições de tomada da imagem, assim como a modelização cartográfica básica da imagem num sistema padrão, tal como UTM. Os parâmetros utilizados são gerados pelo próprios sistema de navegação do satélite ( efemérides do satélite, atitude , etc..) sem acréscimo de informações externas, tais como pontos GPS ou cartografia existente. Em decorrência deste método, a precisão de localização da imagem no solo é idêntica ao nível 1B, ou seja girando em volta de 500 m. A diferença reside no fato de que este erro de localização relativa pode ser facilmente corrigido e reduzido com o uso de pelo menos um ponto de controle na área da imagem. Se isto for feito, então a precisão de localização absoluta fica reduzida ao mínimo ( ao erro de localização do ponto de controle, praticamente ) e a única fonte de erro de localização residual na imagem é causada pelo efeito de paralaxe devida as variações do relevo na área imageada e do efeito panorâmico devido ao ângulo de visão do satélite. Se o terreno é plano e que a imagem foi adquirida com visão vertical , um único ponto de controle permitirá eliminar grande parte do erro de localização, por uma amarração em absoluta da imagem por meio de uma simples translação em linhas e colunas, o erro eventualmente residual de localização não ultrapassando no resultado final, a marca de 50 m. Com a imagem no nível 2 A, são fornecidas as seguintes informações adicionais: Projecção cartográfica, • • • • Datum utilizado, Altitude média de referência, Coordenadas de canto e de centro da imagem, 60 Os coeficientes de calibração absolutos que permitem converter em radiância os valores digitais dos pixeis, • As coordenadas de centro e dos 4 cantos da cena, que possibilitam localizar a área imageada no solo com uma precisão aproximada de 500 m. Outras informações (efemérides, atitude do satélite, ângulo de visão, ...) também constam e podem ser usados para processamentos geométricos precisos. • A cena SPOT no nível 2 A tem a aparência de um paralelograma que foi rotacionado com relação ao nível 1B, para ser orientado a norte e ser compatível como sistema de coordenadas cartográficas do local. Nível 2 B : Cenas com correcção radiométrica mais correcção geométrica de precisão com pontos de controle, orientação a Norte e projecção cartográfica. As imagens produzidas no nível 2 B são o produto de base de toda a família de produtos georeferenciados SPOT. A imagem é entregue numa projecção cartográfica a escolha do cliente. O uso de pontos de controle adquiridos por GPS ou da cartografia local de precisão suficiente (escala 1:25.000 a 1:100.000) permite melhorar bastante a precisão de localização da imagem resultante. A imagem produzida no nível 2 B sofre a mesma equalização de detectores CCD que no nível 1 A especificado acima. Os coeficientes de calibragem absolutos que estão incluídos nos dados auxiliares permitem converter os valores digitais dos pixeis em radiância. As correcções geométricas se baseiam num modelo de deformação que toma em conta as distorções introduzidas pelas condições de aquisição da imagem, assim como as transformações necessárias para colocar a imagem de interesse na projecção cartográfica escolhida pelo usuário (Lambert , UTM, Stereográfica Polar, Policônica, SOM, ...). As correcções geométricas usam um modelo dinâmico da órbita do satélite e conforme os parâmetros de tomada da imagem (efemérides, atitude do satélite, ...) e dados geográficos ou cartográficos. Estas informações adicionais externas são medições feitas em pontos de controle ou de apoio, cujas coordenadas cartográficas ou geográficas foram medidas em mapas ou no solo mesmo por colectas de pontos GPS. Estas informações resultam num produto definitivamente muito superior em termos de precisão de localização de qualquer ponto da imagem corrigida no nível 2 B, que é tida como aceitável quando chega perto de 10 a 30 m, de acordo com a qualidade das medições dos mapas ou da colecta GPS, e em terreno plano, sem tomas conta da paralaxe devida ao relevo por exemplo. Os cabeçalhos das imagens no nível 2 B fornecem dados auxiliares adicionais ( projecção cartográfica, coordenadas cartográficas e geográficas dos cantos e do centro da cena, ...). A cena SPOT 2 B tem a aparência de um paralelograma, igual ao nível 2 A, pois é também orientada a norte porém com mais precisão de localização absoluta pois está agora correctamente amarrada por via dos pontos de controle utilizados como indicada acima no processo de correcção geométrica. Observações: A realização de produtos no nível 2 B é possível somente se existem mapas ou pontos GPS da área imageada de interesse, pois estas informações externas são o que caracteriza este nível de processamento e permite alcançar o nível de precisão anunciado. 61 Nível ORTHO: :Cenas com correcção radiométrica e correcção geométrica de precisão máxima com pontos de controle, MNT, orientação a Norte e Projecção Cartográfica. Os produtos SPOT gerados no nível 2 B são produtos muito elaborados que visam atender as necessidades de usar informações com precisão cartográfica máxima. Ele corrige todas as distorções existentes originalmente na imagem adquirida pelo satélite, inclusive os erros de localização residuais devidos as variações locais do relevo da área de . A imagem produzida no nível orto sofre a mesma equalização de detectores CCD que no nível 1 A especificado acima. Os coeficientes de calibragem absolutos que estão incluídos nos dados auxiliares permitem converter os valores digitais dos pixeis em radiância. As correcções geométricas no nível orto, ou seja a orto rectificação da imagem se baseiam num modelo de deformação que toma em conta as distorções introduzidas pelas condições de aquisição da imagem, assim como as transformações necessárias para colocar a imagem de interesse na projecção cartográfica escolhida pelo usuário (Lambert , UTM, Stereografica Polar, Policônica, SOM, ...). As correcções geométricas usam um modelo dinâmico da órbita do satélite e conforme os parâmetros de tomada da imagem (efemérides, atitude do satélite, ...) e dados geográficos ou cartográficos. Estas informações adicionais externas são medições feitas em pontos de controle ou de apoio, cujas coordenadas cartográficas ou geográficas foram medidas em mapas ou no solo mesmo por colecta de pontos GPS, e, aqui reside toda a especificidade do nível orto, usando adicionalmente um Modelo Numérico de Terreno (MNT) que permite corrigir o erro de paralaxe devido ao relevo nas imagens adquiridas com visão fora do nadir, ou seja, as imagens adquiridas com alguma visão lateral pelo SPOT. Estas informações resultam num produto definitivamente muito superior em termos de precisão de localização de qualquer ponto da imagem corrigida no nível 2 B, que é tida como aceitável quando chega perto de 10 a 30 m, de acordo com a qualidade das medições dos mapas ou da colecta GPS, e em terreno plano, sem paralaxe qualquer devida ao relevo por exemplo. Este processamento resulta numa melhoria significativa na precisão de localização de qualquer pixel dentro da imagem, que fica então na faixa de 10 a 30 m de precisão. O valor exacto depende da qualidade dos pontos de controle e de apoio usados, seja a partir de mapas ou GPS, qual que seja o relevo e o angulo de visão do SPOT para a imagem em questão. Os cabeçalhos das imagens no nível orto fornecem dados auxiliares adicionais ( projecção cartográfica, coordenadas cartográficas e geográficas dos cantos e do centro da cena, ...). A cena SPOT orto tem a aparência de um paralelograma, igual ao nível 2 A ou 2 B, pois é também orientada a norte porém com mais precisão de localização absoluta pois está agora correctamente amarrada por via dos pontos de controle e MNT utilizadoscomo indicada acima no processo de correcção geométrica. Observações: A realização de produtos no nível orto é possível somente se existem mapas ou pontos GPS, e um MNT da área imageada de interesse, pois estas informações externas são o que caracteriza este nível de processamento e permite alcançar o nível de precisão anunciado. Os produtos SPOT no nível orto são principalmente recomendados para a cartografia do relevo e áreas de altimetria bastante variável, pois mesmo nesta situação, eles chegam a 62 oferecer uma precisão similar aos produtos 2 B, independentemente da morfologia da área imageada ou do ângulo de visão da cena considerada. Um Modelo Numérico de Terreno deve estar disponível, obviamente, seja gerado a partir de mapas ou de um par estereoscópico SPOT se for o caso, condição sine qua non para possibilitar a geração dos produto SPOT no nível orto. A precisão do produto orto final obtido depende exactamente da exactidão da informação original relativamente aos pontos de controle e apoio bem como da qualidade do MNT. O nível de processamento orto corresponde a precisão geométrica máxima e se destina aos usuários que buscam soluções cartográficas precisas. 3. Série IRS O IRS, Indian Remote Sensing Satelite, é interessante pelas suas imagens PAN de 5 m de resolução, cada uma recobrindo 70 por 70 Km. A SPACE IMAGING detém os direitos de comercialização do IRS no mundo fora da Índia. Especificações técnicas dos sensores Satélites considerados: IRS-1A lançado em 1988 IRS-1B lançado em 1991 IRS-1C lançado em 1995 IRS-1D lançado em 1997 O principal interesse das Imagens IRS são as Imagens Pancromáticas, que tratamos abaixo. Especificações Técnicas Modo Pancromático Sensibilidade 0.5 a 0.75 µm Resolução espacial 5.8 m Largura da Faixa Imageada 70 Km Estereoscopia SIM Frequência de Revisita ao Nadir 48 dias no Equador Possibilidades de imageamento com visão obliqua 5 dias com visão até ± 26° 63 Os satélites IRS não são programáveis ou seja, somente se pode contar e pedir comercialmente uma cena já adquirida na estação. A frequência de revisita de 48 dias para o modo PANCROMÁTICO não deve ser considerada literalmente, pois não significa que o satélite adquire uma imagem da mesma área neste ritmo, visto que somente algumas órbitas seleccionadas pelo operador do satélite são gravadas na estação. 4. Série CBERS Um programa de cooperação foi assinado em 6 de julho de 1988 entre a China e o Brasil para desenvolver dois satélites de observação da Terra. O primeiro satélite CBERS foi lançado por foguetes chineses da série Longa Marcha a partir da base de lançamento de Shanxi, na República Popular da China. A característica singular do CBERS é sua carga útil de múltiplos sensores, com resoluções espaciais e frequências de observação variadas. Os dados de múltiplos sensores são especialmente interessantes para acompanhar ecossistemas que requerem alta repetitividade. Os três sensores imageadores a bordo são : • Imageador de Larga Visão (WFI – Wide Field Imager): O WFI tem uma visão de 900 km no solo, que dá uma visão sinóptica com resolução espacial de 260 m e cobre o planeta em menos de 5 dias. Veja as características detalhadas deste sensor na tabela abaixo. • Varredor Multiespectral Infravermelho (IR-MSS – Infrared Multispectral Scanner): O IR- MSS fornecem informações mais detalhadas em uma visão mais estreita, de 120 km, com resolução de 80 e 160 m. Veja as características detalhadas deste sensor na tabela abaixo. O IR-MSS fornecem informações mais detalhadas em uma visão mais estreita, de 120 km, com resolução de 80 e 160 m. Veja as características detalhadas deste sensor na tabela abaixo. • Câmara de Alta Resolução CCD (Couple Charged Device): A câmara CCD de alta resolução (20 m) tem a capacidade adicional de apontamento lateral de ±32º, que dá frequência de observações aumentada ou visão estereoscópica para uma dada região. Veja as características detalhadas deste sensor na tabela abaixo. Além da carga útil imageadora, o satélite leva um sistema de colecta de dados (DCS – Data Colection System) para retransmitir dados ambientais colhidos no solo; um monitor do ambiente espacial (SEM) para detecção de radiação de alta energia no espaço; e um gravador de fita de alta densidade 64 (HDTR) experimental para gravação de imagens a bordo. Neste site, somente serão mencionados os instrumentos imageadores para observação da Terra. Principais características do satélite: Parâmetros orbitais Altitude média 778 km Inclinação 98,504 graus Revoluções por dia 14 + 9/26 Período nodal 100,26 minutos Hora solar médio no nó descendente 10h 30min Frequência de revisita de um mesmo local 26 dias Parâmetros dos Instrumentos imageadores: Especificações CCD IR-MSS WFI Bandas Espectrais (mm) 0,51 - 0,73 (pan) 0,45 - 0,52 0,52 - 0,59 0,63 - 0,69 0,77 - 0,89 0,50 - 1,10 (pan) 1,55 - 1,75 2,08 - 2,35 10,40 - 12,50 0,63 - 0,69 0,76 - 0,90 Campo de Visão 8,3º 8,8º 60º Resolução Espacial (m) 20 80 (pan e IV) 260 Res. Temporal (Nadir) 26 dias 26 dias 3 - 5 dias Res. Temporal (Fora do Nadir): 3 dias (+/- 32º) - - Largura da Faixa Imageada 113 km 120 km 890 km Capacidade de Visão Lateral +/- 32º - - 5. Série KOMPSAT (Korea Multi-Purpose Satellite) O Programa KOMPSAT O Satélite KOMPSAT é baseado na tecnologia de plataformas leves da firma norte-americana TRW (Space and Electronics Group), com adaptações para se adequar aos objectivos do Instituto Coreano de Pesquisa Aeroespacial (Korea Aerospace Research Institute's - KARI). Em Março de 1995, a 65 TRW Space and Electronics Group e assinaram um contrato de desenvolvimento de um satélite leve multifinalitário no qual a Indústria Coreana também estaria envolvido. Fig. 27 Aplicações dos dados KOMPSAT. Durante 5 anos, os engenheiros do KARI, da Indústria Coreana e da TRW trabalharam em estreita colaboração para produzir dois modelos completos de um satélite, aprovados para lançamento, adquirindo assim o conhecimento, know-how em conceber, construir e usar satélites para servir os interesses da República Coreana na área ambiental e científica. O programa KOMPSAT consiste em dois modelos completos de um mesmo satélite aptos para o lançamento. O primeiro satélite, o protótipo de voo, foi montado, integrado e testado nas instalações industriais da TRW em Redondo Beach, Califórnia, E.U.A. e enviado para a Coreia em Abril de 1998. Os objectivos deste primeiro protótipo eram, principalmente, comprovar a qualidade da estrutura e das funcionalidades do satélite. Ele serviria de "reserva" para o modelo de voo, caso fosse necessário. O segundo satélite, o modelo de voo, foi montado, integrado e testado nas instalações do KARI em Taejon, República da Coreia, pelos engenheiros do KARI com o suporte dos engenheiros da TRW . 66 O satélite KOMPSAT-1 foi lançado no dia 21 de Dezembro de 1999 por um foguete TAURUS, da base aérea VANDENBERG da Força Aérea Americana, nos E.U.A. O KOMPSAT define-se como um satélite multifinalitário (KOMPSAT-1) do KARI. Informações Gerais O KOMPSAT–1 pesa 500 Kg e tem a bordo vários sensores e instrumentos: • EOC - Electro-Optical Camera • OSMI - Ocean Scanning Multi-Spectral Imager • SPS - Space Physics Sensor O satélite está numa orbita heliosíncrona, numa altitude de 685 Km e com expectativa de vida útil de 3 anos. Especificações Técnicas do EOC A missão principal do Instrumento EOC é fornecer imagens da Terra para cartografia até à escala 1:25.000 do território coreano principalmente. Ele imagea, com esta câmara que funciona com o princípiopushbroom (sistema similar ao dos satélites SPOT, entre outros), uma faixa de 17 Km de largura, cobrindo uma área de 17 Km por 17 Km. A resolução espacial é de 6.6 m, codificados em 8 bits e a sensibilidade espectral é de 510 a 730 nm. O EOC pode imagear no nadir e até 45 graus lateralmente, graças à capacidade de orientação do corpo do satélite. Apesar da missão principal do EOC e do KOMPSAT-1 seja dirigido principalmente à Península Coreana, ele pode ser usado para aquisição de imagens de toda a Terra pois comporta um sistema de gravação a bordo com capacidade de 2.5 Gigabytes em Solid State Recorder . Assim, as imagens do KOMPSAT podem ser facilmente adquiridas para áreas de interesse em diversos pontos do Globo. Especificações Técnicas do OSMI O OSMI fornece dados para o monitoramento mundial dos oceanos para estudos na área de biologia e oceanografia. Ele gera imagens com 6 bandas espectrais, com uma faixa de 800 Km e resolução 67 espacial de 1 km. O OSMI é provido de um sistema que permite seleccionar e mudar a sensibilidade espectral entre 400 e 900 nm a partir do controle do satélite em Terra. Esta flexibilidade de configuração espectral permite o uso do OSMI para múltiplas aplicações e principalmente para suporte de pesquisa para o dimensionamento e a elaboração de sensores de nova geração Especificações Técnicas do SPS O instrumento SPS é composto de dois sensores distintos: • HEPD (High Energy Particle Detecto ): é um detector de partículas de alta energia. A missão deste sensor a é de caracterizar o ambiente orbital do satélite, a influência das partículas de alta energia e efeitos de radiações na micro-eletrónica. • IMS (Ionosphere Measurement Sensor): é um sensor de medição da ionosfera. Mede a densidade e a temperatura de electrões na ionosfera e monitora a irregularidade da ionosfera na órbita do satélite KOMPSAT-1. O KOMPSAT-1 representa o primeiro passo do KARI em projectos de construção de um satélite e é uma etapa essencial para a República Coreana poder fortalecer a sua entrada no clube reservado das nações que tem agora um real acesso ao Espaço de maneira independente. Características dos produtos do satélite KOMPSAT • Imagens em formato digital ou ampliação fotográfica até à escala 1: 20.000 • Área de cada cena: 17 por 17 Km, adquirida por programação do satélite ou no catalogo, • Quick Looks disponíveis sob solicitação manual no momento • Modo PAN, P&B, codificado em 8 bits • Resolução de 6.6 m no nadir • Correcções de sistema, geométricas e radiométricas A Korea pretende ter uma família completa de satélites de observação da Terra, com 7 satélites KOMPSAT até 2015. Estamos somente no inicio da era KOMPSAT !!! 68 Fig. 28 A futura constelação de satélites KOMPSAT 69 Satélites de Teledetecção com sensor RADAR O que distingue o sensor radar dos sensores ópticos? O sensor RADAR distingue-se dos sensores ópticos pelo tipo de dados que gera e pelo modo como esses dados são recolhidos. Os sensores multiespectrais típicos, como o LANDSAT, IRS, IKONOS, ... usam a energia reflectida da superfície terrestre com comprimentos de onda praticamente equivalentes aos detectados pelos nossos olhos (visível e infravermelho,...) dentro de uma ou mais bandas de frequência, cada uma representando uma imagem única da superfície terrestre e podendo ser interpretada individualmente ou combinada com outras bandas. As técnicas de processamento de imagem permitem combinar essas bandas para produzir uma imagem colorida da superfície da Terra (em falsas cores, cores naturais, ...) Os sensores radar como o do ERS, o JERS e o RADARSAT tiram proveito da energia transmitida na frequência de microondas (não detectável pelo olho humano). Operando numa frequência de microondas singular, gera um canal de dados e, consequentemente, uma imagem a preto e branco. Esta imagem pode ser combinada com outros dados de radar multitemporais (e.g. para detecção de alterações) ou dados de outras fontes para criar imagens coloridas. Sendo um sensor activo, o SAR (Syntethic Aperture Radar) transmite um pulso energético de microondas em direcção à superfície da Terra. O sensor SAR mede a quantidade de energia devolvida ao satélite após a interacção com a superfície terrestre. Ao contrário dos sensores ópticos, a energia de microondas penetra as nuvens, chuva, pó, ou nevoeiro e permite recolher imagens independentemente da iluminação solar, pelo que as imagens radar podem ser geradas em qualquer altura e sobre as mais variadas condições atmosféricas. Assim, o SAR é um instrumento que trabalha com microondas ou hiperfrequências de alta performance que emite e recebe sinais que lhe permitem "enxergar" mesmo com nuvens, neblina, névoa, fumaça ou escuridão... Desta forma, um satélite RADAR observando a Terra pode fornecer imagens de excelente qualidade a qualquer momento e quais de sejam as condições atmosféricas. Operando na Banda C, o instrumento SAR do RADAR pode orientar o feixe de ondas para cobrir uma faixa de até 500 Km de largura. Diversos ( 7, exactamente) modos de imageamento permitem ao instrumento SAR de imagear áreas de diversos formatos, com uma largura de observação variando entre 35 e 500 Km com resolução variando de 8 a 100 m de acordo com a largura da faixa imageada. 70 6. Série ERS Características Gerais O RADAR do ERS 1 e 2 operam com as seguintes características técnicas: • SAR de Banda C • Comprimento de onda de 5,60 cm • Frequência de 53 Gigahertz • Polarização VV (Vertical – Vertical) • Ângulo de visão de 23 Graus. Cada cena cobre uma área de 100 por 100 Km (10.000 Km2) com resolução de 25 metros. As principais aplicações desenvolvidas e reconhecidas dos dados ERS-SAR são: • Cartografia básica e temática em Regiões Tropicais de difícil acesso com sensores ópticos; • Produto de Coerência, geração de base de pontos de controle para correcção de imagens de outros sensores Radar ou Ópticos; • Mapeamento de movimentos da Crosta Terrestre; • Mapeamento de Desastres Naturais; • Mapeamento Geológico; • Exploração Petroleira Marinha; • Monitoramento de Poluição Marinha por Petróleo e Derivados; • Monitoramento de Navios; • Gestão Costeira; • Monitoramento Agrícola (arroz em particular). Níveis de Processamento ERS e Principais Aplicações Para melhor compreensão, os níveis de processamento abaixo são classificados por ordem crescente de precisão geométrica final resultante. 71 Tipo e especificações Aplicações Annotated SAR RAW: Dados tais como adquiridos pelo Satélite, usado para gerar imagens Produção de imagens ERS; Interferometria. Single Look Complex (SLC): Imagens mono-canais em formato complexo, na qual os valores da fase (F) e da Quadratura (Q) da amplitude complexa são associados a cada pixel. Estudo da fase e amplitude do sinal; Interferometria. SAR PRI (Precision Image): A amplitude da imagem sofreu neste processamento uma calibração absoluta e processamento multicanal (3 canais); A qualidade radiométrica resultante serve para análise quantitativa. Feito com correcções geométricas. Interpretação visual e processamento de imagens para uma grande variedade de aplicações Temáticas (Agricultura, Meio Ambiente, Geologia, Hidrologia) em Série Multitemporal. SAR GEC ( Geocoded): Tal como o nível SAR PRI, este nível é radiometricamente corrigido, orientado a Norte numa projecção e Datum à escolha do cliente. Este produto serve para Aplicações Cartográficas Interpretação visual e processamento de imagens para uma grande variedade de aplicações Temáticas (Agricultura,. Meio Ambiente, Geologia, Hidrologia); Podeser sobreposta em outros dados na mesma projecção cartográfica. SAR GTC (Geocoded Terrain Corrected): É georeferenciado tal como o SAR GEC, porém fazendo uso de um Modelo Numérico de Terreno (DEM-MNT, disponível na ESA ou fornecido pelo cliente) para corrigir as distorções provocadas pelo relevo. Este produto serve para Aplicações Cartográficas. Interpretação visual e processamento de imagens para uma grande variedade de aplicações Temáticas (Agricultura, Meio Ambiente, Geologia, Hidrologia); Pode ser sobre posta em outros dados na mesma projecção cartográfica. IMPORTANTE: AS IMAGENS ERS NÃO PODEM MAIS SER PROGRAMADAS, DEVIDO À INOPERABILIDADE DOS SATÉLITES. 72 7. Série RADARSAT RADARSAT-1 RADARSAT-2 Fig. 29 Plataformas do RADARSAT O satélite RADARSAT é o primeiro satélite Radar que permite ao cliente a escolha entre vários modos de programação e várias opções de entrega. O gravador de bordo do RADARSAT faculta a possibilidade de imagear e fornecer a imagem radar de qualquer local da Terra, processá-la e entregá-la num prazo extremamente curto. Características Técnicas dos Satélites RADARSAT RADARSAT 1 RADARSAT 2 Polarização HH HH VV, HV, VH Resolução 8 - 100 m 3 - 100 m Ângulos de Incidência 35 Possibilidades de 10 a 59° de 10 a 59° Lado de Imageamento a direita a direita ou esquerda Faixa de Imageamento de 50 a 500 Km de 10 – 527 km Órbita Circular, Heliosíncrona Circular, Heliosíncrona Ciclo Orbital 24 dias 24 dias Órbitas por dia 14 14 Altitude, Inclinação 798 Km, 98.6° 798 Km, 98.6° Duração de uma Órbita 100.7 minutos 100.7 minutos Programação Sim Sim Lançamento e Operação 04-11-95 / 1996 Final 2002 / Início 2003 Estereoscopia Sim Sim Disponibilidade Espacial Mundial Mundial Processamento em tempo Real Sim Sim 73 Demais características do RADARSAT 2: • Sistema GPS, • Gravadores de bordo SOLID STATE, • Transmissão de dados para a estação de recepção criptografada Fig.30 Órbitas do RADARSAT Como o Radarsat não precisa da energia reflectida do sol para "enxergar", o Radar sendo um instrumento "activo" que emite e recebe de volta a energia, ele pode imagear mesmo estando na face não iluminada da terra ou à noite, aproveitando assim qualquer trecho de sua órbita .... Aplicações Os dados RADARSAT são por exemplo usados com bastante resultados em inúmeras aplicações temáticas tais como em Geologia, Exploração Mineral e Petroleira, em Cartografia (especialmente na produção de MNT por Radargrametria), em aplicações militares (Cartografia e Observação), monitoramento de Inundações, Agricultura, e monitoramento do uso e ocupação dos solos, em várias aplicações oceanográficas, tais como a detecção de manchas de Petróleo e Derivados no Mar, o monitoramento de área com perigo de colisão com blocos de gelo ou icebergs nas rotas de navegação marítimas, análise do padrão de ondas no mar, etc... As imagens RADARSAT são disponibilizadas no formato CEOS ou outro a escolha do cliente e são compatíveis e podem ser lidas e processadas com a maioria dos Softwares Comerciais de Processamento de Imagens. 74 Modos de Aquisição e Características Principais das Imagens Modo de Aquisição Posição Ângulo de Incidência (°) Resolução estimada (m) Área Coberta (km) Alta Resolução F1 F2 F3 F4 F5 37-40 39-42 41-44 43-46 45-48 10 50 x 50 Standard S1 S2 S3 S4 S5 S6 S7 20-27 24-31 30-37 34-40 36-42 41-46 45-49 30 100 x 100 Wide W1 W2 W3 20-31 31-39 39-45 30 165 x 165 150 x 150 130 x 130 ScanSAR Short SN1 SN2 20-40 31-46 50 300 x 300 ScanSAR large SW1 20-50 100 500 x 500 Extende High H1 H2 H3 H4 H5 H6 49-52 50-53 52-55 54-57 56-58 57-59 25 75 x 75 Extended Low L1 10-23 35 170 x 170 Fig. 31 Modos de aquisição do RADARSAT 75 Níveis de Processamento das Imagens RADARSAT Path Image No nível de processamento PATH IMAGE, a imagem RADARSAT fica alinhada paralelamente à órbita do satélite. As informações de georeferenciamento da imagem, em latitude e longitude são fornecidas para uma localização aproximada do primeiro pixel, o pixel mediano e o último pixel de cada linha da imagem. A imagem é por assim dizer sistematicamente corrigida, apenas com parâmetros orbitais, mas fica orientada na órbita do satélite somente, sem orientação a Norte. Path Image Plus A distinção entre o nível de processamento PATH IMAGE e PATH IMAGE PLUS está no tipo de processamento usado para a correcção sistemática da imagem em questão. O nível PATH IMAGE PLUS faz uso de uma reamostragem menor no processamento, afim de evitar a perda de resolução da imagem original no modo de aquisição escolhido. Sendo assim, é possível discriminar melhor os objectos e alvos de interesse, mas o arquivo digital da imagem gerado é consideravelmente maior que no nível PATH IMAGE. A imagem é por assim dizer sistematicamente corrigida, apenas com parâmetros orbitais, mais fica orientada na órbita do satélite somente, sem orientação a Norte. Map Image O nível de processamento MAP IMAGE é realizada igualmente como uma correcção sistemática com parâmetros orbitais mas com orientação para o Norte e colocada numa projecção cartográfica de escolha do usuário. Existem 23 opções de projecções cartográficas. A precisão de localização alcançada pelo processamento no nível MAP IMAGE depende do relevo do terreno e do modo de aquisição escolhido ! Precision Map Image Com o uso de nível de processamento PRECISION MAP IMAGE, a precisão de localização alcançada é ainda maior que no nível MAP IMAGE. São usados Pontos de Controle oriundos de GPS, ou cartografia de precisão existente para a área, assim que uma projecção cartográfica de escolha do cliente para o georeferenciamento espacial de precisão da imagem. O fornecimento de Mapas Topográficos em escalas compatíveis ou Pontos de Controle Terrestre (GCP) são de responsabilidade do Cliente para áreas externas a América do Norte. 76 Signal Data O nível de processamento "SIGNAL DATA" não é considerado como sendo uma imagem. Trata-se de uma matriz de dados não processados, indicando deslocamentos temporais do sinal. Tais dados estão reformatados no formato CEOS. Para o uso de tais dados, o usuário deve dispor de software capaz de processar dados RADAR tais como os de Abertura Sintética. Single Look Complex Neste nível de processamento, as imagens são gravadas na projecção SLANT RANGE, ou seja, são corrigidas para compensar os erros de recepção do sinal do satélite e contêm informação de posicionamento em Latitude e Longitude. Além desta característica, os dados Single Look Complex conservam toda a resolução optimizada própria a cada modo de aquisição escolhido e mantém as informações de fase e amplitude do sinal RADAR original 77 VIII. Satélites da Nova Geração para o Estudo dos Recursos Naturais Breves considerações Imagens da nova geração de satélites comerciais estão hoje disponíveis a qualquer pessoa com um computador e um cartão de crédito. Pela Internet já se pode obter imagens tiradas por satélite muito melhores do que qualquer coisa que a CIA teve durante a Guerra Fria. O que vai acontecer quando todo o mundo puder espionar o quintal de alguém sem que ninguém saiba? Essa é a situação em que a inovação tecnológica, empurrada por uma variedade de motivos, está-nos levando e cada vez mais depressa. Por cerca de 40 anos, os governos dominaram o negócio do espaço. Hoje em dia, esse quadro está mudando e a taxa de transformação se tornará cada vez mais espectacular.Um certo número de factores contribuiu para este fenómeno: a rápida evolução das tecnologias de informação, como o crescimento explosivo na tecnologia de semicondutores e os avanços extraordinários no processamento digital de sinais. A teledetecção comercial a partir do espaço é uma indústria que está a decolar ... O comércio mundial de imagens de alta resolução tem implicações positivas e negativas. A questão da política governamental que diz respeito à Teledetecção foi uma das questões relativas ao espaço mais “quentes” do início da década de 1990. Surgiram dois campos: um constituído pela indústria, ambientalistas e elementos da comunidade científica, que acreditavam que as políticas restritivas não eram realistas e queriam uma política que estimulasse o negócio da Teledetecção. O outro incluía elementos das forças armadas e das comunidades de inteligência preocupados com o comércio irrestrito da Teledetecção. Este grupo defendia o controle da distribuição. O debate resultou em uma transigência razoável — a Lei Americana de Teledetecção para o Estudo dos Recursos da Terra, de 1992, que deu o alicerce para a operação comercial de sistemas de Teledetecção. A lei permite que companhias peçam ao Departamento de Comércio da USA para construir e operar esses sistemas. Reconhecendo as preocupações de segurança oriundas de uma operação e distribuição de dados completamente irrestritos, a lei e as directrizes políticas 78 subsequentes exigem que as companhias mantenham registos de tarefas, de modo que o governo possa verificar quem está pedindo que dados e quando. As companhias, também, precisam de manter o controle da nave espacial permanentemente e serem capazes de limitar a colecta e a distribuição conforme determinado pelo governo dos Estados Unidos. A lei também autoriza o governo a proibir ou restringir dados durante épocas de crise ou de conflito. Essa lei também tratou da venda de sistemas de satélites de Teledetecção; especificamente, a Administração Clinton observou que “uma tecnologia tão sensível só deve ser tornada disponível em termos de um acordo governo a governo”. Além disso, a lei validou o acordo de gestão pelo qual o DOD (Department of Defense construiria os sucessores da nave Landsat e seus instrumentos enquanto a NASA financiaria e operaria a estação terrestre, o processamento e os sistemas de distribuição. ) Em Maio de 2003, a Casa Branca aprovou uma nova política para os satélites comerciais de muito alta resolução. Esta nova política da Administração Bush substitui a anterior da Administração Clinton e relaxa significativamente as restrições anteriormente impostas. O objectivo é de manter a liderança dos Estados Unidos da América nas actividades de Teledetecção espacial. A nova política exorta as agências do Governo dos EUA a maximizar o uso das capacidades da teledetecção comercial com vista a providenciarem imagens necessárias para fins militares e de inteligência, bem como para objectivos de política externa e segurança doméstica, para além do seu uso civil. Estabelecido o alicerce apropriado em termos de política, o governo concedeu várias licenças, aos operadores da indústria espacial. Três empreendimentos americanos parecem, por agora, serem sérios competidores no negócio da Teledetecção. Deve-se observar que a natureza volátil e competitiva desse negócio produzirá, provavelmente, um abalo pelos próximos anos. Se considerado o critério de primeiro a pôr em órbita, nos Estados Unidos da América, o líder é a Earth Watch, Inc. Em 24 de dezembro de 1997, ela pôs em órbita o EarlyBird 1, um satélite concebido para fornecer uma resolução de três metros em do s ou três dias a part r do momento do pedido. Como evidência ulterior da internacionalização do comércio espacial, o Earlybird 1 foi lançado do Cosmódromo Svobodny, o mais novo sítio de lançamento comercial da Rússia, por um ICBM russo i i 79 convertido. Infelizmente, o satélite sofreu falhas logo após o lançamento. Em Novembro de 2000, a EarthWatch lançou o satélite QuickBird 1, a partir da área de lançamentos de Plesetsk, na Rússia. O QuickBird 1 não conseguiu alcançar a sua órbita. Finalmente, a sucessora da Earth Watch, a Digital Globe lançou com sucesso, através do foguetão Kosmos, da Rússia, em Outubro de 2001, o Quickbird II, um sistema de resolução inferior a 1 metro. i Outro competidor nesse jogo é a Space Imaging EOSAT, que oferece um produto de 1 metro — a maior resolução de todos os sistemas comerciais disponíveis — com imagens disponíveis um dia após a encomenda. O primeiro satélite Space Imaging, o IKONOS, foi lançado em 24 de Setembro de 1999, da Base Aérea Vandenberg, na ogiva de um foguetão Athena-2. A Orbiting Image (ORBIMAGE), o terceiro participante de importância, oferece a série de satélites OrbView: OrbView 1, um pequeno mapeador da atmosfera e de relâmpagos, lançado em 1995; OrbView 2, um satélite de mapeamento do oceano, cores e vegetação lançado com êxito em agosto de 1997, após uma delonga de 4 anos e o OrbView 3, a primeira aventura da companhia nos domínios da alta resolução, que foi lançado recentemente, em 26 de Junho de 2003, fornecendo uma resolução de um metro em imagens a preto e branco e de quatro metros em imagens multiespectrais (a cores). Um sucessor, o satélite OrbView 4, patrocinado pela Força Aérea, também incluirá uma capacidade de formação de imagens hiperespectrais (Warfighter 1) que se anuncia capaz de detectar objectos através de camuflagem e da copa das árvores. Sistemas internacionais, alguns já em órbita e outros planeados para entrarem em órbita em 2 ou 3 anos, incluem o SPOT (França), RADARSAT (Canadá), IRS (Índia), ALOS (Japão), CBERS (China/Brasil), e EROS (Israel). Esses programas continuarão a ser viáveis, primordialmente por causa do mercado mas, também, porque representam um recurso nacional para seus países. Estima-se acima de US$2,65 bilhões por ano a receita gerada por este negócio. Prevê-se que num futuro próximo seja superior a 5 bilhões. Em termos de demanda, são abundantes os usos para os produtos da nova geração de satélites de Teledetecção — monitoramento ambiental, exploração de energ a (petróleo e gás), gestão de recursos (agrícolas e minerais), cartografia e planeamento urbano e comunitário, para só citar alguns. Hoje em dia, sistemas de aeronaves fornecem imagens sinópticas para essas aplicações e outras, mas os satélites de alta resolução são muitíssimo mais eficientes. 80 Contudo, o comércio mundial de imagens de alta resolução tem significativas implicações positivas e algumas negativas. Antes, as imagens de alta resolução eram somente para fins militares e o seu acesso era interdito aos civis. Do lado negativo, como é que as forças armadas de qualquer país irão tratar de adversários que podem ter acesso a imagens actualizadas aferidas pelo GPS em seus computadores pessoais, através da Internet? Isto não apenas garantirá que o elemento surpresa nas operações militares será infinitamente mais difícil, mas as imagens se tornarão o banco de dados para formação de alvos de terroristas ou nações degeneradas. Eis porque a Administração Clinton insistiu no “controle do obturador”. É um dilema que as forças armadas do próximo século terão que levar em consideração, planeando as suas operações tendo em mente essa transparência potencial e desenvolvendo contramedidas sofisticadas. Do lado positivo, estas imagens facilmente disponíveis trarão imensos benefícios para a sociedade civil na exploração dos recursos naturais terrestres. 1. Série QuicBird EarlyBird 1 foi lançado em 24 de Dezembro de 1997, no foguetão Star -1 de Svobodny, Rússia. Entretanto,o satélite saiu de sua órbita quatro dias depois devido a um problema com o sistema interno de alimentação de energia. Apesar de grandiosos esforços, a EarthWatch não conseguiu restabelecer as comunicações com o satélite. Em abril de 1998, a EarthWatch declarou ter perdido o satélite e iniciou a construção dos satélites QuickBird, com verbas advindas do prémio do seguro do satélite perdido. Em novembro de 2000, a EarthWatch lançou o satélite QuickBird 1, a partir de Plesetsk, na Rússia. O QuickBird 1 não conseguiu alcançar a sua órbita. Em setembro de 2001 a EarthWatch tornou-se a Digital Globe - uma mudança no nome e no seu foco para reflectir melhor os objectivos da companhia. Para atingir os seus objectivos, a Digital Globe lançou, em Outubro de 2001, o satélite QuickBird II ampliando a resolução da sua série de satélites para 0.61m em modo pancromático e 2.44 metros no modo multi-espectral (azul, verde, vermelho e infravermelho próximo). 81 Aplicações da imagens Denominação Objectivo Defesa - Inteligência Militar (Resolução 0.61 m) • IDENTIFICAÇÃO E MONITORAMENTO de armamentos, obuses, bases aéreas, aeronaves estacionadas, reunião de tropas, etc.; • OBSERVAÇÃO DE ATIVIDADES portuárias, deslocamentos de tropa na fronteira, por exemplo; • SELEÇÃO DE ALVOS estratégicos e posterior avaliação de avarias em bombardeiros. Agricultura (Resolução 2.44 m) • Avaliação de diversas informações acerca de uma área de plantio para a execução de uma agricultura "inteligente", optimizando o uso e o monitoramento do solo: tipos e tamanhos de culturas, análise de irrigações, fertilizantes, desgaste do solo, avaliação de avarias causadas por geadas, tempestades, pragas, etc. Mapeamento (Resolução 0.61 m e 2.44 m) • A maior parte do globo não possui mapas de grandes e médias escalas, ou se existem, estão desactualizados, ou sem precisão. A capacidade de fornecer mapas na escala de 1:25000 sem pontos de controle terrestres, cria uma oportunidade sem precedentes na produção de mapas de países inteiros a baixo custo, incluindo áreas inacessíveis através do terreno. Sua constante captação de imagens possibilita ainda a permanente e rápida actualização dos mesmos; • Imprecisões bem como alterações em infra-estruturas urbanas podem ser facilmente detectadas; • Actualização de base de dados de mapeamento. Planeamento Urbano (Resolução 0.61 m) • Medições precisas de ruas, contorno de elevações, monitoramento de tráfego de veículos, etc.; • Identificar, cadastrar, monitorar e planear uma grande variedade de projectos de infra-estrutura urbana e residencial; • Identificar e localizar ruas, avenidas, pontes, rodovias, canais, prédios de todos os tamanhos e outras infra-estruturas; • Suporte ao desmatamento e construção de estradas, etc.; Meio Ambiente (Resolução 0.61 m e 2.44 m) Monitorar os diversos tipos de poluição do ar de uma determinada região bem como medir a sua extensão e dissipação nas correntes aéreas, possibilitando a identificação de áreas potenciais atingidas por este tipo de poluição; • Controle de inundações e regime de rios; • Localização de pistas de aterragem ilegais, ocupação ilegal e fiscalização do cumprimento de leis ambientais; • Levantamento de áreas a serem desmatadas ou inundadas, a fim de medir o impacto ambiental de diversos projectos. É possível até medir a quantidade de árvore da área em estudo. 82 Parâmetros Orbitais Altitude média 450 km Inclinação 98 graus Período nodal 93.4 minutos Duração da órbita 98 minutos Horário de passagem 10:30 h da manhã Velocidade 7.1 Km / s Frequência de revisita de um mesmo local 1 a 3.5 dias, dependendo da latitude (30º off nadir) Colecta em cada órbita ~128 Gigabits (57 imagens) Características Técnicas Peso, Tamanho 953 Kg, 3.04 metros de comprimento Capacidade de envio de dados 320 Mbps, em banda X Modo de Aquisição Pancromático Multiespectral Resolução Espacial 61 cm (nadir) a 71 cm (off-nadir) 2.44 m (nadir) a 2.88 (off-nadir) Bandas Espectrais 1 banda 4 bandas Faixas Espectrais 450-900 nm 450-520 nm 520-600 nm 630-690 nm 760-900 nm Precisão métrica Horizontal: 23 metros; Vertical: 17 metros Tamanho da imagem 16.5 km x 16.5 Km Digitalização 11 bits Vida útil 7 anos 2. Série IKONOS O satélite israelita IKONOS II foi lançado no dia 24 de Setembro de 1999, e está operacional desde o início de janeiro de 2000. É operado pela SPACE IMAGING que detém os Direitos de Comercialização a nível mundial. Gera imagens com até 1 m de resolução espacial. Este nível de detalhe que era usado antes como sendo de alta resolução para fins militares está agora comercialmente disponível para todo o mundo. 83 As principais características técnicas do satélite IKONOS II e de seus produtos estão resumidos nesta tabela abaixo: Altitude 680 km Inclinação 98,1º Velocidade 7km / s Sentido da Órbita descendente Duração da Órbita 98 minutos Tipo de Órbita Sol-síncrona Resolução Espacial Pancromática: 1m / Multiespectral: 4m Bandas espectrais Pan 0.45 - 0.90 µ Azul 0.45 - 0.52 µ Verde 0.52 - 0.60 µ Vermelho 0.63 - 0.69 µ Infra vermelho próximo 0.76 - 0.90 µ Imageamento 13km na vertical (cenas de 13km x 13km) Capacidade de Aquisição de imagens Faixas de 11km x 100km até 11km x 1000km Mosaicos de até 12.000km2 20.000km² de área imageada numa passagem Frequência de Revisita 2.9 dias no modo Pancromático 1.5 dia no modo Multiespectral Esses valores valem para latitude de +/- 40º. A frequência de revisita para latitudes maiores será menor, e maior para as latitudes perto do Equador. Características gerais do IKONOS • 1 m de resolução no modo PAN e PSM, permitindo discriminar objectos de 1 m² de área ou maior. • Possibilidade de combinação de imagens adquiridas no modo PANCROMÁTICO, P&B, com 1 m de resolução, com imagens multiespectrais coloridas de 4 m de resolução, para a produção de imagens coloridas com 1m de resolução, combinando então as vantagens dos dois tipos de imagens. Como o satélite adquire sistematicamente as imagens no modo PAN e MS para todas as áreas, esta fusão e o produto PSM pode ser gerado para todas as imagens adquiridas por este satélite • Aquisição das imagens com profundidade radiométrica de 11 bits (2048 níveis de cinza), aumentando o poder de contraste e de discriminação das imagens, inclusive nas áreas de sombra. Antes, as imagens de satélites eram geralmente adquiridas com 8 bits ( 1 byte) ou 256 níveis de cinzento. 84 • Grande resolução espacial (discriminar alvos de maneira fina ) aliada a grande precisão cartográfica. A precisão cartográfica de localização é obtida através do processo de georeferenciamento das imagens. • Para se conseguir a alta resolução espacial, as bandas espectrais dos sensores são largas dentro do espectro visível da luz, permitindo uma maior penetração na atmosfera e maior poder de discriminação dos alvos terrestres, principalmente da cobertura vegetal, áreas sombreadas e de corpos d’água; O IKONOS tem capacidade de efectuar visões no sentido de sua órbita e perpendicularmente à sua órbita, aumentando a frequência de revisita e possibilitando a aquisição de par estereoscópico, utilizado para trabalhos de restituição de altimetria. Aplicações das imagens A alta resolução deste satélite muda até o modo de usar as imagens de satélites por ele geradas, pois se anteriormente um pixel continha vários objectos, agora, um objecto é que comporta vários pixeis ... Os algoritmos de interpretação mudam. O nível de detalhe igualmente. O satélite tem capacidade para serampliado com qualidade até 1:2.500, oferecendo a precisão cartográfica correspondente, somente se correctamente produzido. São inúmeras as aplicações das imagens deste satélite, em quase todos os ramos que já usam imagens satélite e muitos outros que sofriam da limitação da resolução, desde a gestão do espaço geográfico complexo e extenso até a análise pontual: • GIS (redes, telecomunicações, planeamento, meio ambiente); • Elaboração de Mapas Urbanos, Mapas de arruamentos, Cadastro urbano e rural; • Apoio em GPS; • Uso e ocupação do solo (urbano sobretudo); • Arquitectura/Urbanismo/Paisagismo; • Engenharia (simulações mais realistas) em escalas da ordem 1:5.000 até 1:2.500; • Agricultura convencional e Agricultura de Precisão; • Inventário Florestal (estimativa de potencial económico, projectos de desenvolvimento sustentável, censo de árvores); • Turismo (identificação de locais específicos, mapas de localização de atractivos turísticos); • Trabalhos até então realizados com fotografia aérea. 85 3. Série EROS Os satélites da série EROS são plataformas espaciais de baixo custo, alta performance, leves, ágeis e construídas para actuar em órbita baixa. Eles materializam o resultado criativo das tecnologias mais actualizadas, ultrapassando o que era geralmente reconhecido como factível em matéria de Observação da Terra. A Constelação de Satélites da ImageSat International foi concebida para possibilitar, quando todas as plataformas estiverem operacionais em breve, uma cobertura frequente, senão diário, de qualquer área de interesse em qualquer localização do Planeta, para que os usuários e clientes possam ter acesso rápido às informações geográficas para tomar as decisões com base em a dados concretos, actualizados e precisos. Programa de lançamento dos Satélites EROS EROS A1 está em órbita desde 05 de Dezembro de 2000 EROS B1 - Final do Ano 2003 EROS B2 - Previsto para o Ano 2004 EROS B3 - Previsto para o Ano 2004 EROS B4 - Previsto para o Ano 2005 EROS B5 - Previsto para o Ano 2005 Existem duas categorias de satélites EROS, nominalmente A e B. EROS A1 e A2, os satélites iniciais da família EROS, pesam cada um 240 kg ao lançamento e são feitos para operarem numa órbita de 480 Km. Eles são equipados com uma câmara com detectores CCD (Charge Coupled Device) na quantidade de mais de 7,000 por linha de imageamento e produzem imagens de 1.8 m de resolução. A expectativa de vida útil do EROS A é de no mínimo 4 anos em órbita. EROS B1-B6, a geração seguinte, irá pesar menos de 350 Kg no lançamento e irá operar numa órbita de 600 km. Esta série será equipada com uma câmara de detectores CCD/TDI (Charge Coupled Device/Time Delay Integration) que lhe permitirá adquirir imagens mesmo em condições desfavoráveis de pouca iluminação solar. O sistema de aquisição terá 20.000 pixeis por linha e 86 resolução de 0.82 m ou 82 cm. A expectativa de vida útil destes satélites será de no mínimo 6 anos em órbita. Os subsistemas de todos estes satélites, excepto a câmara imageadora, são plenamente redundantes, para poder enfrentar casos de falhas localizadas no seu funcionamento. Todos os satélites EROS vão operar numa órbita polar. Eles são todos heliosincronizados, ou seja todas as imagens adquiridas por um mesmo satélite possuem o mesmo horário local ou hora solar, não importando qual dia, mês ou ano. A taxa de transmissão dos dados é de 70 Mbit/s para o EROS A e 280 Mbit/s para o EROS B em banda X. Características técnicas Parâmetros Técnicos do Sistema EROS Parâmetros EROS A EROS B1 EROS B2 até B6 Órbita Altitude e Tipo 480 Km circular Heliosincronizada 600 km 600 Km Heliosincronizada Resolução 1.8 m 0.82 m 0.82 m Faixa Imageada 12.5 Km 16 Km 16 Km Varrimento Não sincronizado (até 750 linhas/sec) Não sincronizado (até 3,050 linhas/sec) Sincronizado e não sincronizado (até 9,000 linhas/sec) Tipo de Detector CCD CCD-TDI, a escolha CCD-TDI, a escolha Banda Espectral 0.5 até 0.9 microns 0.5 até 0.9 microns 0.5 até 0.9microns Sampling Depth Transmitted 11 Bits 8 Bits 10 Bits Pixeis por linha 7,800 20,000 20,000 Sinal / Ruído Inferior a 2 em 2,048 Níveis de Cinza Inferior a 2 em 256 Níveis de Cinza Inferior a 2 em 1024 Níveis de Cinza Precisão de Posicionamento do Satélite Melhor de que 100m Melhor de que 100m Melhor que 30 m dentro da cena de 16X16 Km Precisão Relativa das imagens Melhor de que 100m dentro de uma cena de 12.5X12.5 Km Multiespectral Não Não Sim Transmissão de dados 70 Mbit/sec 280 Mbit/sec 280 Mbit/sec 87 Aquisição Rápida O satélite pode ser orientado em até 45 graus para qualquer direcção na sua órbita, facultando-lhe o acesso para a aquisição de várias áreas distintas ao longo de uma única passagem. A capacidade do satélite em apontar as suas respectivas câmaras e adquirir imagens nas mais diversas geometrias lhe confere a capacidade de imagear em estereoscopia a partir de uma mesma órbita. A câmara dos satélites EROS é fixada de modo rígido na estrutura principal do satélite e o seu sistema faz uso da técnica de "pushbroom" , como se o satélite estivesse deslizando sobre a área de interesse, em grandes tiras de aquisições. A faixa imageada é de 12.5 Km de largura, enquanto o EROS-B, vai imagear uma largura de 16 Km. Os satélites do tipo A podem operar em modo não sincronizado, permitindo que a câmara apontada para a área de interesse esteja imageando a uma velocidade inferior a velocidade de movimento do satélite com relação ao chão. Para alcançar isto o satélite é apontado para traz na órbita dele e é movido constantemente a uma velocidade angular constante de tal modo que os detectores permaneçam mais tempo observando uma área. Desta maneira, eles recebem mas energia reflectida pelo alvo (luz), melhorando significativamente o factor de qualidade sinal/ruído, usado para qualificar sistemas de imageamento espaciais e permitindo uma melhoria na resolução espacial e espectral das imagens resultantes. Os satélites EROS do tipo B operam em ambos modos, sincronizado ou não sincronizado. No modo sincronizado, o satélite não pode ser apontado para traz na sua órbita e as imagens são scanadas na mesma velocidade que a velocidade de movimento do satélite com relação ao chão. Capacidade de Imageamento dos Satélites EROS Satélite EROS A* EROS B1 EROS B2 até B6 Faixa de Aquisição 5 cenas de (120X12.5 Km) 4 cenas de (305X16 Kms) 1 cena de (5300X16 km) Cenas 28 cenas de (12.5X12.5 Km) 40 cenas de (16X16 Km) 58 cenas de (16X16 km) Mosaicos 7 cenas de (25X25 Km) 12 cenas de (32X32 Km) 18 cenas de (32X32 km) Faixa Estéreo 5 cenas de (40X12.5 Km) 2 cenas de (160X16 Km) 4 cenas de (530X16 km) Mosaico Estéreo 7 cenas de (25X25 Km) 5 cenas de (48X48 Km) 6 cenas de (48X48 km) Estereoscopia (24 Graus) 10 cenas de (12.5X12.5 Km) 15 cenas de (16X16 Kms) 20 cenas de (16X16 km) 88 Controle Terrestre A Estação Internacional de Controle em Terra da ImageSat transmite diariamente para o satélite a Planificação de Tarefas de Aquisição de Imagens, na Banda S, quando o satélite está dentro do círculo de visibilidade da antena desta estação. Simultaneamente, a Estação recebe as informações sobre o satélite. O Plano de Imageamento, que inclui o plano de Aquisições, Arquivo e Distribuição, assim como o Serviço de Programação Urgente e Prioritário é quem gere e dirige a actividade da Câmara do satélite por várias órbitas. No entanto, as tarefas de imageamento podem ser actualizadas e alteradas a qualquer momento em que o satélites estiver ao alcance da Estação Internacional de Controle em Terra. O Plano de Imageamentoé elaborado com os seguintes elementos em ordem de prioridade: • Necessidades de Aquisições Urgentes e Prioritárias • Plano de Aquisição, arquivamento e Distribuição (e pedidos de programação não urgentes) • Solicitações do Arquivo Central da ImageSat (recomendações das Estações de Recepção e áreas sugeridas pela ImageSat) 4. SPOT 5 Após 16 anos de existência, o sistema de Observação da terra SPOT iniciou as operações de uma nova geração de satélite com o SPOT 5, a partir de Maio de 2002. O Satélite SPOT 5 foi desenvolvido pelo CNES, da França em conexão com o Programa de Satélite de Observação militar HELIOS II, uma solução que gerou economia de recursos em ambos programas. O programa SPOT 5 tem igualmente uma componente política e um objectivo estratégico: "é uma questão de soberania não deixar a terceiros o monopólio do poder de observação" comenta um Director do CNES. 89 Num contexto comercialmente mais competitivo e agressivo, as imagens do SPOT 5 trazem mais detalhes, mas mantendo a mesma faixa de observação. Graças às capacidades ampliadas do SPOT 5, comparativamente aos seus antecessores, os seus produtos estão dando um grande passo para frente em termos de especificações técnicas: • Resolução agora de 2,5 m cobrindo uma faixa de 60 Km (cena de 60 x 60 Km). • Cobre os 5 continentes com Estereoscopia para geração de Modelos Numéricos de Terreno O Spot 5 consegue manter o melhor compromisso técnico que os usuários procuram, com alta resolução espacial e larga faixa imageada. Os dois novos instrumentos HRG (High-Resolution Geometric) imageiam com 5 m de resolução em Pancromático e 2.5 metros em "supermode". Cada um dos dois instrumentos cobre uma faixa de 60 Km no solo, dentro de um corredor potencial de visibilidade de ±420 km. Da mesma forma que os sensores dos antecessores do SPOT 5, os instrumentos HRG podem imagear igualmente em modo multi-espectral em 4 bandas (faixa espectral da luz verde, vermelho, infravermelho próximo e infravermelho médio) . Os produtos do SPOT 5 foram concebidos para satisfazer os requisitos do mercado em termos de fornecimento de informação geográfica operacional, na área de aplicações cartográficas, defesa, agricultura, redes de telecomunicações, planeamento urbano, gestão de desastres naturais, ... Especificações técnicas do SPOT 5 • Peso de 3.000 Kg • Órbita na altitude de 832 km • Memória "Solid State" de 90 Gb. • Downlink para as estações de 2 canais de 50 Mbps, garantido a transmissão de 5 canais de imageamento simultaneamente (2 Instrumentos HRS, 2 Instrumentos HRG e Vegetação) • 2 Instrumentos HRG (High-Resolution Geometric) de 5 m de resolução em Pancromático e 2.5 metros em "supermode". Cada um dos dois instrumentos cobre uma faixa de 60 Km no solo, dentro de um corredor potencial de visibilidade de ± 420 km. Da mesma forma que os sensores dos antecessores do SPOT 5, os instrumentos HRG podem imagear igualmente em modo multi-espectral em 4 bandas (faixa espectral da luz verde, vermelho, infravermelho próximo e infravermelho médio) 90 • 2 instrumentos HRS (High-Resolution Stereoscopic) com cobertura estereoscópica de amplas regiões, adquiridas pelos 2 telescópios que formam o conjunto, sendo um deles com visão dianteira e outro com visão traseira, capazes de fornecer dados em estereoscopia adquiridos numa mesma órbita a alguns segundos de intervalo somente e que uma vez processados, resultarão em Modelos Numéricos de Terreno de 10 m de precisão altimétrica, servindo a inúmeras e novas aplicações que exigem precisão altimétrica, tal como cartografia, base de dados militares e civis, telecomunicações (telefonia celular em particular), simuladores e voo e sistemas de aproximação aeroportuária e para Sistemas de Informação Geográfica. A inovação do SPOT 5: Novos Instrumentos para Novas Performances As novidades são a opção "Supermode", conceito desenvolvido pelo CNES para gerar imagens com até 2,5m de resolução e o Instrumento HRS que permite a aquisição em simultânea das duas cenas que compõe o par estereoscópico, para computação da altimetria do relevo. O funcionamento na opção "SUPERMODE" Os telescópios do Instrumento HRG trabalham com resolução de 5 m para imagens em P&B e 10 m para imagens multiespectrais. A opção de funcionamento em "SUPERMODE" é possível usando um novo conceito de imageamento, que consiste em duplicar e deslocar de ½ pixel os detectores CCD que já existem no modo Pancromático em 5 m de resolução. Esta tecnologia permite que sejam captadas duas vezes mais informações da área imageada e por processamento de imagem feito em Terra, alcançar a resolução espacial de 2.5 m. Continuação do Instrumento Vegetação Ao lado do Instrumento HRS, está no SPOT 5 o Instrumento Vegetação 2, similar ao que opera no SPOT 4. Com um Imageador multispectral de 1 Km de resolução, ele continuará fornecendo uma visão em pequena escala da Terra, com uma faixa de 2.250 Km de largura. A sua resolução espacial permite medir variações subtis na cobertura do planeta, possibilitando um monitoramento global de grande valor científico. O instrumento Vegetação do Spot-4 foi concebido para assegurar um acompanhamento contínuo, a nível regional e global da biosfera continental e da agricultura. Os resultados obtidos permitiram começar a estudas as complexas interacções de influências que ocorrem entre a cobertura vegetal 91 do planeta e o clima global : comportamento da vegetação com a ampliação do efeito, consequências sobre o ciclo do carbono, e ao inverso, o efeito do aumento do teor de CO2 sobre a produção vegetal, etc .... O Instrumento Vegetação 2, montado no SPOT 5 é uma versão aprimorada do sensor inicial, com melhorias nos detectores e na parte óptica. HRS : Estereoscopia numa única passagem Bem menor no seu tamanho de que os instrumentos HRG, a grande novidade do SPOT 5 é o instrumento HRS (High Resolution Strereoscopic). Os dois sensores que o compõe tem um ângulo de visão de 20 graus, sendo então que um imageará na frente do satélite e, logo depois, outro imageará atrás do satélite, a 90s de intervalo, adquirindo desta forma um par estereoscópico de maneira sistemática! Até o presente momento, os satélites SPOT adquiriam pares estereoscópios provenientes de aquisições de várias órbitas distintas e com ângulos variáveis. Entre as duas passagem que formavam as cenas do par estereoscópico, as condições de cobertura da área de interesse imageada e as condições de iluminação, bem como a meteorologia mudavam bastante, o que resultava em dificuldades adicionais para os softwares de produção e extracção de altimetria e Modelo Numérico de Terreno. Nestes aspectos, a tecnologia e a metodologia empregada agora no Instrumento HRS do SPOT 5 é um progresso indiscutível. Os Instrumentos HRS tem capacidade de adquirir diariamente 126 000 km2 de área em estereoscopia, o que possibilitará compor uma base de dados de Modelos Numéricos de Terreno a nível mundial e atender os clientes e usuários nos melhores prazos. Fig. 32 Os Instrumentos do SPOT 5: HRG e HRS 92 Imagens SPOT 5 São imagens de alta resolução até 2.5m de detalhe e cobrindo grandes áreas. O SPOT 5 gera imagens com resolução até 4 vezes superiores e mais finas do que os seus antecessores. • 5 m e 2.5 m de resolução em P&B no modo Pancromático, contra 10m anteriormente; • 10 m de resolução em cores contra 20 m anteriormente . • A área recoberta por cada cena foi mantida em 60 km x 60 km ou 60 km x 120 km quando os 2 instrumentos HRG são usados simultaneamente; • Precisão absoluta de localização melhor que 50m sem uso de pontos de controle; Estas características permitem o uso das imagensSPOT 5 para aplicações nas escalas entre 1:10.000 e 1:25.000. ORTOIMAGENS SPOT 5: Alta Qualidade Geométrica Orto rectificadas usando MNT/DEM, as ortoimagens SPOT 5 possuem excelente qualidade geométrica e alta precisão de localização absoluta, entre 10 e 20 m. Com o desenvolvimento de uma cadeia de produção automatizada de DEM/MNT do SPOT 5 e a constituição de uma base de dados de DEM/MNT a nível mundial, as ortoimagens geradas com os dados SPOT 5 são disponíveis. As ortoimagens SPOT5 estão disponíveis em todos as resoluções e modos espectrais possíveis, incluindo 5 m e 2.5 m colorido, elaborado com a fusão Pancromático + Multiespectral. DEM / MNT SPOT 5 e Visualização 3D: cobertura mundial. Os Instrumentos HRS (High Resolution Stereoscopic) do Spot 5 imageam áreas de até 60 km x 120 km. Isto equivale a uma capacidade diária de 126 000 km2 por dia em média, ou seja de 6.000.000 a 10.000.000 Km2 por ano - que será combinada com uma cadeia industrial de processamento montada conjuntamente pela SPOT IMAGE e IGN, Instituto Geográfico Nacional da França - com o objectivo de criar um Modelo Numérico de Terreno Global, e possibilitar a geração de orto imagens e visualizações 3 D cobrindo mais 30.000.000 a 50.000.000 km2 num período de 5 anos (duração mínima da vida útil do SPOT 5), ou seja mais de 1/3 das terras imersas. Estes produtos terá grande precisão, mesmo sem o uso de pontos de controle: • precisão altimétrica igual ou melhor que 10 m, • precisão absoluta de localização igual ou melhor a 15 m. 93 5. Série OrbView O satélite Americano OrbView-3, da Orbimage, lançado em 26 de Junho de 2003, integra a restrita família dos primeiros satélites civis e comerciais da nova geração possuindo 1 m de resolução no modo pancromático e 4 m de resolução no modo multi-espectral (a cores), ambas com uma faixa de 8 Km de largura. Este tipo de imagens, que o mercado já usa proveniente de outros satélites, permite a identificação e analise de objectos tais como imóveis, automóveis e aeronaves individualmente e permite a elaboração de mapas de alta precisão e simulações tridimensionais da superfície da terra, tanto em ambiente rural como urbano. As imagens multiespectrais coloridas por sua vez, com informação igualmente no infravermelho, possibilitam caracterizar áreas agrícolas e a vegetação natural com alto poder de discriminação geométrica. O satélite tem a capacidade de ser programado para imagear uma área de interesse na superfície da Terra em menos de 3 dias, com visão lateral de até 45 graus a partir de sua órbita polar. As imagens adquiridas pelo satélite OrbView-3 são transmitidas em tempo real para a Terra nas Estações de Recepção e Gravação credenciadas pela Orbimage ou gravadas a bordo do satélite e então transmitidas para as Estações Mestres do Sistema Orbimage nos EUA O OrbView-3 fornece imagens de grande utilidade para variadas aplicações, tais como nas áreas de telecomunicações, geração e distribuição de energia, água, prospecção petroleira em geral, cartografia e levantamentos temáticos, agricultura e floresta e assuntos relativos a segurança de fronteiras... Especificações Técnicas do OrbView-3 A tabela a seguir resume as características do satélite OrbView-3 e de seus instrumentos: 94 Modo de Aquisição Pancromático Multispectral Resolução Espacial 1 metro 4 metros Bandas Espectrais 1 banda 4 bandas Faixas Espectrais 450-900 nm 450-520 nm 520-600 nm 625-695 nm 760-900 nm Faixa de Imageamento 8 km Área de cada Imagem Definida pelo cliente Frequência de revisita Inferior a 3 dias Altitude de Órbita 470 km Horário solar da passagem 10:30 da manhã Vida útil 5 anos 95 Bibliografia 1. Lillesand T & Kiefer R.: Remote Sensing and Image Interpretation, 2nd edition - New York: Library of Congress Cataloguing in Publication Data, 1987. 2. GDTA Booklet B 1: Physical bases in Remote Sensing - Toulouse: GDTA, 1992. 3 Harris R: Satellite Remote Sensing - London: Routledge & Kegan Paul, 1987. 4 Fom P.: Cours de Télédétection, fasc. 1 - Bases Physiques - Paris: ENSG/IGN, 1988. 5 Foin P.: Cours de Télédétection, fasc. 2 - Bases sur la connaissance du mi/leu naturel et humain - Paris: ENSG/ION, 1988. 6. Rolf Larsson R. & Stromquist L.: Uma Abordagem Prática sobre Análise de Imagens Satélite para o Monitoramento Ambiental - Maseru SADC ELMS, 1993. 7. ESA: ERS-1: User Handbook - Noordwijk: ESA Publications Division, 1992. 8. SSC: Remote Sensing Magazine n0 27/28/29 - Kiruna: Swedish Space Corporation, 1990/96/97. 9. US Army: SPACE NEWS Periodical Newspaper Vol 5-9 - Springfield: Army Times Publishing C0, 1995/96/97/98. 10. Satellitebild: Down to Earth (newsletter) - Kiruna Swedish Space Corporation, Feb. 1993. 11 CSIR SAC: News (newsletter) no 1-14 – Pretoria, Satellite Applications Centre, 1995/96/97. 12. 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Sistemas de Sensores IV. A Teledetecção V. Satélites Meteorológicos 1. Satélites Meteorológicos Geoestacionários Meteosat GOES (Geostationary Operational Environmental Satellites) GMS (Geostationary Meteorological Satellites) FY-2 GOMS INSAT 2. Satélites Meteorológicos Polares TIROS-NOAA (USA) METEOR \(Rússia\) NIMBUS (USA) QUIKSCAT FY-1 (China) 3. Transmissão e recepção de dados dos satélit� a\) Transmissão dos dados b\) Recepção dos dados VI. Satélites Ambientais SeaStar Terra Envisat Aqua VII. Satélites de Teledetecção \(para o estudo LANDSAT 1, 2, 3, 4, 5 null LANDSAT 7 SPOT 1, 2, 3 E 4 SPOT 5 IRS JERS 1 RADARSAT null ERS 1, 2 KOMPSAT IKONOS EROS A null CBERS ORBVIEW Satélites de Teledetecção com Sensores Ópticos 1. Série Landsat Resumo das características dos Satélites Landsat Características das Orbitas Landsat Bandas Espectrais do Landsat 5 Resumo das características do Satélite Landsat 7 A Órbita do Landsat 7 Diferenças notáveis entre o Landsat 7 e o Landsa Bandas espectrais e Resolução Espacial A banda Pancromática – \(banda 8\) A banda Termal – \(banda 6\)Níveis de correcção geométrica das imagens Lan� Possibilidades de combinações: Formatos e suportes existentes 2. Série SPOT Datas de lançamento Características do SPOT 1-2-3 Características do SPOT 4 3. Série IRS Especificações técnicas dos sensores Especificações Técnicas 4. Série CBERS 5. Série KOMPSAT \(Korea Multi-Purpose Satellit� O Programa KOMPSAT Informações Gerais Especificações Técnicas do EOC Especificações Técnicas do OSMI Especificações Técnicas do SPS Características dos produtos do satélite KOMPSAT O que distingue o sensor radar dos sensores ópti� 6. Série ERS Níveis de Processamento ERS e Principais Aplicaç 7. Série RADARSAT Características Técnicas dos Satélites RADARSAT Demais características do RADARSAT 2: Aplicações Modos de Aquisição e Características Principais� Níveis de Processamento das Imagens RADARSAT VIII. Satélites da Nova Geração para o Estudo d� 1. Série QuicBird Colecta em cada órbita 2. Série IKONOS Características gerais do IKONOS Aplicações das imagens 3. Série EROS Programa de lançamento dos Satélites EROS Características técnicas 4. SPOT 5 A inovação do SPOT 5: Novos Instrumentos para No O funcionamento na opção "SUPERMODE" Continuação do Instrumento Vegetação HRS : Estereoscopia numa única passagem Imagens SPOT 5 ORTOIMAGENS SPOT 5: Alta Qualidade Geométrica DEM / MNT SPOT 5 e Visualização 3D: cobertura mu 5. Série OrbView Especificações Técnicas do OrbView-3