Este documento apresenta um guião para uma apresentação sobre deteção remota por satélite em 21 slides. Resume os fundamentos da deteção remota, explica como as imagens de satélite podem ser usadas para produzir informação sobre a superfície terrestre e dá exemplos de aplicações como monitorização ambiental, gestão de desastres e estudo das alterações climáticas.

1. Módulo 6
Deteção Remota
Guião de Vídeo
Mário Caetano
mario@novaims.unl.pt
Abril de 2015
www.novaims.unl.pt

2. Módulo 6 – Deteção Remota 2
Guião para a montagem
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Olá, o meu nome é Mário Caetano e sou o vosso professor do módulo de Deteção
Remota.
O principal objetivo desta sessão é transmitir os fundamentos da deteção remota,
explicar porque é que as imagens de satélite podem ser utilizadas para produção de
informação e mostrar alguns exemplos de aplicações.
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Deteção Remota pode ser definida como a ciência de aquisição, processamento e
interpretação de imagens adquiridas por aviões ou satélites que gravam a interação
entre a matéria e a energia electromagnética.
Este módulo foca-se na deteção remota por satélite.
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Para compreender os fundamentos de deteção remota importa lembrar que a
radiação electromagnética é constituída por partículas de energia que se deslocam
em movimento ondulatório.
Nesta figura representamos o espectro eletromagnético.
As várias zonas do espectro distinguem-se pelo seu comprimento de onda, ou seja a
distância entre dois picos sucessivos da onda de radiação.
Os principais comprimentos de onda utilizados em deteção remota, são o visível,
infravermelho próximo e radiação radar.
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O sistema de deteção remota indica as várias componentes do processo de
produção de informação a partir de imagens de satélite. O sol é a fonte de energia
mais importante em deteção remota. A radiação depois de emitida pelo sol terá que
atravessar a atmosfera até que chegue à superfície da Terra. Aí a energia é
refletida...e é esta energia refletida que nós humanos vemos e que também é
captada pelos sensores montados em satélites. A radiação é então convertida em
números digitais e enviada para uma antena de recepção da Terra. A imagem que
entretanto se forma será depois sujeita a processos de análise mais ou menos
sofisticados para produzir informação.
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Os sensores dos satélites estão preparados para captarem separadamente várias
zonas do espectro. Assim, uma imagem de satélite é na verdade um conjunto de
imagens, ou como normalmente se diz, um conjunto de bandas, em que cada banda
traduz a energia refletida numa determina zona do espectro. Assim, e por exemplo,
poderemos ter a banda do azul, a do vermelho, a do verde, ou a do infravermelho
próximo
O número de bandas, e a sua largura, define o que normalmente designamos por
resolução espectral.
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3. Módulo 6 – Deteção Remota 3
Importa agora compreender que uma imagem de satélite está estruturada em
pixels, que têm uma forma quadrada e que cobrem uma determinada zona no
terreno. Em cada pixel, de uma determinada banda, está um número digital, que
traduz a quantidade de energia do comprimento de onda dessa banda refletida pela
área coberta por esse pixel.
O tamanho do pixel é normalmente designada por resolução espacial.
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Mas, afinal porque é que as imagens de satélite podem ser utilizadas para
caraterizar a superfície da Terra?
Quando a radiação atinge um elemento da superfície, ela pode ser transmitida (i.e.
atravessa o elemento), absorvida, ou refletida. Os satélites, tal como os humanos,
captam a energia refletida.
A hipótese central em deteção remota é que a energia refletida pela superfície da
Terra transporta informação sobre o tipo e caraterísticas do elemento que reflete
essa energia.
No gráfico da direita temos as curvas espectrais dos principais elementos de
superfície: solo, vegetação e água. No eixo dos Xs temos o comprimento de onda e
no eixo dos Ys a proporção de energia que é refletida. As linhas a vermelho
traduzem as regiões cobertas por algumas bandas tipicamente utilizadas em
deteção remota.
O gráfico mostra claramente que estes três elementos têm comportamentos
distintos nos vários comprimentos de onda. Estas curvas típicas são alteradas
consoante o estado do elemento, nomeadamente o teor de água.
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Os satélites podem ter dois tipos de órbitas: polar e geoestacionária.
Na órbita polar, os satélites encontram-se relativamente perto da Terra, ou seja
entre 200 e 2000 Km.
A órbita geoestacionária é apenas uma e está à distância de 35 786 Km. Os satélites
nesta órbita deslocam-se com a mesma velocidade angular do movimento de
rotação da terra, e portanto captam imagens sempre do mesmo local.
Designamos por resolução temporal, o intervalo de tempo entre duas aquisições de
imagens do mesmo local.
Os satélites de órbita geoestacionária podem adquirir imagens ao minuto, mas os
pixels cobrem áreas muito grandes na Terra, tipo 5 Km. Já os satélites em órbita
polar demoram vários dias entre aquisições de imagem do mesmo local mas tem a
vantagem de poder recolher imagens com pixels muito pequenos, tipo 50 cm.
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Esta slide mostra uma imagem do satélite civil atualmente em órbita com maior
resolução espacial, i.e. 50 cm, e que é o GeoEye.
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As principais vantagens da deteção remota por satélite podem então assim ser
resumidas: cobertura de grandes áreas, periodicidade na aquisição de imagens,
possibilidade de se adquirirem imagens em tempo real e o baixo custo.

4. Módulo 6 – Deteção Remota 4
Refira-se que atualmente a maioria das imagens de satélite é disponibilizada sem
custos e pode ser obtida diretamente na internet. A única exceção são as imagens
de muito grande resolução espacial, uma vez que estas são obtidas através de
satélites privados
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Atualmente existe uma grande variedade de satélites de observação da Terra em
órbita. A seleção do satélite para fornecer imagens para um determinado projeto
deve basear-se nas três resoluções que caraterizam os satélites e que foram
introduzidas anteriormente: espacial, espectral e temporal.
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Até agora temos falado essencialmente de refletância e do meio terrestre. Importa
saber que os satélites também podem ser utilizados para caraterizar a atmosfera e
os oceanos.
Este slide mostra as medições que os sensores montados em satélites podem
realizar, e que vão desde a quantificação da humidade do solo até à medição da
altura das ondas dos oceanos, passando pela caraterização dos aerossóis.
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A produção de informação a partir de imagens pode ser baseada em interpretação
visual ou em processos automáticos.
Na interpretação visual, a produção de informação é baseada em análise visual das
imagens.
Na classificação automática, recorre-se a algoritmos mais ou menos sofisticados
para análise dos padrões espectrais, espaciais e temporais.
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Este slide resume as principais aplicações de deteção remota, tal como definidas
por um grupo intergovernamental, o GEO – Group for Earth Observations (GEO).
Nos próximos slides darei exemplos de aplicações em algumas destas áreas
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Neste estudo foram produzidos três mapas para três momentos diferentes no
tempo com o objetivo de caraterizar a dinâmica da urbanização em Manila desde
1975. Estes mapas foram produzidos com base em imagens de satélite e
identificam zonas urbanas (a vermelho) e não urbanos (branco e azul).
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Aqui mostram-se três imagens de satélite onde se pode ver a desflorestação da
Amazónia entre 1975 e 2001. A Policia Brasileira já utiliza, de uma forma
operacional, imagens de satélite para detetar abates ilegais de floresta.
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Aqui mostram-se exemplos de informação relacionada com a atmosfera que pode
ser obtida através de imagens de satélite, nomeadamente mapas de ozono, de
ultravioleta ou de metano.
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5. Módulo 6 – Deteção Remota 5
Existem já aplicações para telemóveis que reportam a qualidade do ar do local onde
o telemóvel está, a partir de informação obtida por satélite.
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Existem muitas aplicações de deteção remota relacionadas com o meio marinho e
que utilizam como informação base as imagens de satélite.
Assim, e por exemplo, podemos usar imagens para caraterizar a cor do oceano e a
temperatura e assim obtermos informação útil para a gestão de recursos marinhos.
As imagens podem também ser utilizadas para detetar manchas de óleo nos
oceanos ou para caraterizar o tráfego marítimo, nomeadamente detetar
embarcações ilegais.
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Um das áreas aplicacionais mais importante de deteção remota é a gestão de
desastres. As imagens de satélite podem ser utilizadas para produção de cartografia
de risco, lançamento de avisos precoces da ocorrência de desastres, avaliação
rápida das zonas afetadas e para monitorização da fase pós-desastre.
No caso particular dos incêndios florestais, as imagens de satélite já são utilizadas
em Portugal para produzir cartografia de risco de incêndio e cartografia de áreas
ardidas.
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A última área de aplicação que quero referir é a das alterações climáticas. Mais uma
vez a grande vantagem da deteção remota é a sua capacidade para providenciar
medições de um determinado parâmetro ao longo do tempo.
Neste slide mostra-se um gráfico com a variação do nível médio da água do mar tal
como medida a partir de vários satélites.
Para concluir, podemos dizer que a deteção remota é atualmente uma das
principais fontes de dados para produção de informação geográfica atualizada. A
disponibilização crescente de imagens sem custos tem conduzido a uma utilização
exponencial deste tipo de dados nas mais diversas áreas, nomeadamente
monitorização ambiental e segurança do cidadão.
Espero que tenham gostado desta sessão e que este módulo desperte a vossa
curiosidade para a fantástica e admirável ciência da deteção remota.