Sensoriamento remoto aplicado a estudo florestal

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SENSORIAMENTO REMOTO APLICADO À ESTUDOS FLORESTAIS
Dr. Igor da Silva Narvaes
Sensoriamento Remoto
“O conjunto de técnicas que permite obter informações de um objeto sem necessidade de ter contato direto com ele, realizado através da detecção da energia eletromagnética dele proveniente”. 
Radar
Sensores ativos
Transmitem microondas e registram os ecos recebidos.
Fonte: Baseada em Coimbra (2010). 
Ópticos
 Sensores passivos
 Fonte de energia (SOL)
Fonte: Baseada em Imagem (2010).
Bandas EM utilizadas no SR óptico
 Espectro Visível (0,4 a 0,7 m)
Sensores ópticos
Radar
 A atmosfera bloqueia abaixo de 0,3 m !
 Somente UV próxima está disponível para SR !
Fonte: Baseada em Pinto (2010).
Bandas EM utilizadas no SR radar
Região das microondas:
1mm a 1m
Fonte: Globe SAR Program – CCRS (2001)
Geometria de observação
Fonte: Adaptada de Globe SAR program –CCRS (2001).
Características técnicas da imagem
Resoluções de uma imagem de SR
 Espacial
 Temporal
 Espectral
 Radiométrica
RESOLUÇÃO ESPACIAL
Indica o tamanho do menor objeto que é possível representar na imagem
é função:
 do sistema óptico do sensor 
composto por prismas e espelhos;
 da quantidade e sensibilidade dos detectores do sensor e;
 da altitude do satélite.
Óptico
Radar
 da altura da plataforma;
 o raio de abertura da antena e; 
 o comprimento de onda emitido. 
RESOLUÇÃO ESPACIAL
RESOLUÇÃO TEMPORAL (Capacidade de revisita)
Tempo para adquirir duas imagens consecutivas da mesma região.
 LANDSAT – 16 dias
 CBERS – 26 (nadir), 3 dias ( 32o)
 SPOT – 26 (nadir), 3 dias ( 32o)
Dependem: 
 Características da órbita;
 Capacidade de visada lateral
RESOLUÇÃO RADIOMÉTRICA
Define o número de níveis que o sensor dividiu o sinal
Regra: 2n
8 bits (256 níveis de cinza)
Número digital (DN) Medida física (armazenada em bits)
RESOLUÇÃO ESPECTRAL
Refere-se a largura da banda espectral na qual a imagem é adquirida
 N° de bandas;
 intervalo de (λ).
Importante:
Radar de abertura sintética (SAR)
Fonte: Globe SAR Program – CCRS (2001).
Geometria de aquisição de dados RADAR (SAR – Synthetic-aperture radar)
Ângulo de incidência
Fonte: Baseada em Coimbra (2010).
Fonte: Baseada em Coimbra (2010). 
Fonte: Baseada em Coimbra (2010).
Influência da superfície na imagem
 Aumento do coeficiente de retroespalhamento
Fonte: Baseada em Coimbra (2010).
Coeficiente de retroespalhamento (σ°)
Único parâmetro relacionado com o alvo.
“A Pr pela antena é diretamente proporcional ao σ°.”
Ângulo de incidência (ϴ)
O σ° depende:
Polarização de onda eletromagnéticas 
Campo elétrico
Fonte: Baseada em Globe SAR program – CCRS (2001).
O σ° depende:
HH = Transmite na horizontal e recebe na horizontal;
VV = Transmite na vertical e recebe na vertical;
HV = Transmite na horizontal e recebe na vertical;
VH = Transmite na vertical e recebe na horizontal.
Polarizações múltiplas ajudam a distinguir a estrutura física dos alvos através do retroespalhamento (σ°). 
Aleatoriedade do espalhamento (ex: vegetação) 
↑ em HV. 
↑ em HH.
Alinhamento em relação ao radar (HH versus VV).
Frequências de microondas utilizadas 
Fonte: Adaptada de Globe SAR program – CCRS (2001). 
“O λ é determinante na interação RADAR-ALVO”
Interação RADAR-ALVO
X
 TerraSAR-X
C
 RADARSAT
L
PALSAR
Aplicações de Radar em florestas
Saatchi S.; Halligan, K.; Despain, D. G.; Crabtree, R. L. Estimation of Forest Fuel Load From Radar Remote Sensing. IEEE Transactions on Geoscience and Remote Sensing, v. 45, n° 6, p. 1726-1740. 2007.
 Estimativa de biomassa
copa
tronco
 Santos, J. R. Savanna and tropical rainforest biomass estimation and spatialization using JERS-1 data. International Journal of Remote Sensing, v. 23, n. 7, p. 1217-1229, 2002.
 Inventário e monitoramento da cobertura vegetal e da biomassa
28
DAP, altura, % de cobertura de copa e identificação botânica 
floresta primária
	
floresta secundária 
 
 DAP > 10 cm
 Transectos: 2500 m2
 DAP > 5 cm
Estimativa de biomassa (equações alométricas)
Equações alométricas :
 Biomassa = 0,044 * (DAP2 * H)0,9719
 ln Biomassa = - 2,17 + 1,02 ln (DAP)2 + 0,39 ln H
 Transectos: 1000 m2
Corte raso e pesagem do material do estrato herbáceo e cálculo da % de exposição do solo
Corte raso, pesagem e identificação botânica de todos os indivíduos de porte arbóreo e/ou arbustivo
Transectos: 200-500 m2
Trabalho de campo
Inventário Florestal
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Fatiamento em intervalos de valores de retroespalhamento
Filtro Gamma 5x5  redução do ruído speckle
0
500
1000
1500
2000
2500
10
20
30
40
50
60
70
80
90
100
110
120
Locação
Valores na imagem 
Histograma dos níveis de cinza de uma secção da imagem amplitude (caracterização radiométrica da zona de contato abrupto).
F
F
S
S
S
Desvio padrão nos valores de retroespalhamento devido a: 
Floresta primária: homogeneidade estrutural entre as amostras;
Floresta secundária: diferentes idades de regeneração;
Savana florestada: composição florística similar;
Savanas: condição/composição dos estratos.
Retroespalhamento (dB)
Floresta Primária
Floresta Secundária
Área de Transição
Savana Arbórea
Savana Parque e/ou gramíneo lenhosa
y = 1,714Ln(x) - 14,871
R
2
 = 0,6719
-16
-14
-12
-10
-8
-6
-4
-2
0
0
50
100
150
200
Biomassa (ton/ha)
Valores médios de dB
Relação entre os valores de retroespalhamento e os valores de biomassa
0
20
40
60
80
100
120
140
Biomassa
 (
ton
/ha)
Savana Parque
 e/ou
 gramíneo-lenhosa 
 Savana
 Arbórea
 Sucessão
Secundária
 Floresta
Primária
Área de
 
Transição
6,26
54,14
45,32
133,24
14,11
Biomassa média das classes analisadas
 < 5 ton/ha
 5,1 - 10 ton/ha
15,1 - 20 ton/ha
20,1 - 30 ton/ha
10,1 - 15 ton/ha
 30,1 - 50 ton/ha
 50,1 - 70 ton/ha
 > 100 ton/ha 
 70,1 - 100 ton/ha
 Água
Mapa da distribuição de biomassa em intervalos de classes para secções das áreas de estudo nas zonas de transição em Mucajaí (RR) e Comodoro (MT).
 Relação com as estruturas florestais e estimativa de biomassa
Narvaes, I. S. Avaliação de dados SAR polarimétricos para estimativa de biomassa em diferentes fitofisionomias de florestas tropicais. 2010 (Tese). 
Floresta primária
Sucessão secundária avançada
Grandeza angular (0 a ± 180°):
0° = Espalhamento direto (superficial);
0<Φ<180° = Espalhamento volumétrico
180° = Espalhamento double bounce.
Narvaes, I. S.; Silva, A. Q.; Santos, J. R. Evaluation of the interaction between SAR L-band signal and structural parameters of forest cover. IEEE Transactions on Geoscience and Remote Sensing Symposium. Proceedings, Barcelona, Espanha, p: 1607-1610. 2007.
Pv (Espalhamento volumétrico);
Pd (Espalhamento double-bounce);
Ps (Espalhamento superficial);
A componente de espalhamento volumétrico (Pv) obteve a maior contribuição na resposta do SAR para floresta primária e secundária na floresta tropical. 
Santos, J. R.et al. Airborne P-band SAR applied to the aboveground biomass studies in the Brazilian tropical rainforest. Remote Sensing of Environment, v.87, p. 482-493, 2003. 
Fonte: Santos et all, 2002.
Floresta tropical da Amazônia Brasileira “terra firme”.
 Estimativa de biomassa e classificação florestal
Relação σ° x biomassa
Floresta Primária: biomass = 0,004 x (DBH² x H)0,9719
Floresta de Sucessão Secundária: 
ln biomass = -2,17 + 1,02 ln(DBH)² + 0,39lnH
Cada tipo de uso está correlacionada σ0 (P-HV)
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Fig.(∆ Primary forest; ● Secondary succession).
Funções Polinomiais foram geradas para correlacionar os dados de espalhamentoe biomassa (melhor ajuste).
Técnica de classificação contextual (ICM algorithm) – K = 0,834
SENSORIAMENTO REMOTO APLICADO À ESTUDOS FLORESTAIS
Dr. Igor da Silva Narvaes