1) O documento discute a pesquisa e desenvolvimento de software livre e de código aberto para geoinformação no Instituto Nacional de Pesquisas Espaciais (INPE). 2) O INPE desenvolveu diversos softwares e plataformas para mapeamento ambiental, processamento de imagens de satélite e análise de dados geoespaciais. 3) Recentemente o INPE tem pesquisado novas tecnologias para armazenamento e processamento de grandes volumes de dados de observação da Terra, como bancos de dados matriciais, MapReduce e

1. Pesquisa e desenvolvimento de so0ware livre
para geoinformação no Ins9tuto Nacional de
Pesquisas Espaciais - INPE
Karine Reis Ferreira Gomes
Divisão de Processamento de Imagens (DPI) - Observação da Terra (OBT)
Ins?tuto Nacional de Pesquisas Espaciais (INPE)
Pesquisa em Geoinformá?ca e Desenvolvimento de GIS

2. INPE – Ins?tuto Nacional de
Pesquisas Espaciais
O INPE é um dos
responsáveis por
gerar dados oficiais
de desmatamento
na Amazônia para o
Governo Federal.
O INPE também
está envolvido em
vários projetos de
mapeamento e
monitoramento
ambiental:
TerraClass,
FIP-Cerrado,
Biomas, …

3. Projeto PRODES: monitoramento
por satélites do desmatamento por
corte raso na Amazônia Legal.
Desflorestamento 2013
Desflorestamento 2014
Desflorestamento 2015
Desflorestamento 2016
Desflorestamento 1988 - 2012
Não floresta
Hidrografia
Floresta
Projeto TerraClass: qualificar
o desflorestamento na
Amazônia Legal Brasileira, a
par?r dos dados do PRODES.

4. Projetos - INPE
PRODES, DETER
TerraClass
FIP Cerrado
…
TerraAmazon
TerraBrasilis
TerraMA2
...
So0ware - INPE
INPE e Geoinformá?ca

5. Grupo de Geoinformá?ca do INPE – FOSS4G
QWT
OGR
Pesquisa, Uso e
Desenvolvimento de
FOSS4G (Free and Open
Source So.ware for
GIS).

6. SoZware desenvolvido pelo INPE
para processamento de imagens de
satélites de observação da Terra,
edição vetorial e gerência de
grandes volumes de imagens e
dados vetoriais, para a implantação
de projetos de monitoramento
ambiental.

7. PRODES DETER TerraClass
Atende a diferentes projetos de
mapeamento ambiental: diferentes
algoritmos, metodologias, sensores e
resultados
Robusto, mul? usuários, mul? papeis
Disseminação con]nua de resultados.
Ferramenta de capacitação
Sem custos de licença
Código aberto
Desenvolvido em C++
Toolkit gráfico QT
Biblioteca TerraLib

8. Processamento de imagens de sensoriamento remoto

9. Edição vetorial

10. Ferramentas de análise exploratória

11. www.terraamazon.dpi.inpe.br

12. Plataforma web desenvolvida pelo INPE para acesso, consulta,
análise e disseminação de dados geográficos gerados pelos
projetos de mapeamento ambiental do ins?tuto. TerraBrasilis
Consulta espacial, consulta temporal (slider), download de dados, adicionar novas
camadas via serviços web, controle de usuário, ....

13. Plataforma web desenvolvida pelo INPE para acesso, consulta,
análise e disseminação de dados geográficos gerados pelos
projetos de mapeamento ambiental do ins?tuto. TerraBrasilis

14. Plataforma web desenvolvida pelo INPE para acesso, consulta,
análise e disseminação de dados geográficos gerados pelos
projetos de mapeamento ambiental do ins?tuto. TerraBrasilis

15. PRODES, DETER,
Fires, ...
Spa9otemporal Vector Data
TerraClass
Amazonia and
Cerrado
…
PostGIS +
Geo9ff
Metadata
PostGIS
Web server of
metadata:
Catalog Web
Service
GeoNetwork / INDE
Web server of
data: WMS,
WFS, …
GeoServer
Forinternalusers:directaccesstodatabase
UserGIS tools: impor?ng and expor?ng
data, edi?ng metadata, accessing,
visualiza?on, searching and
analysis of data.
Web geo portal: searching, accessing,
visualiza?on, analysis and downloading.
TerraAmazon, TerraView, QGIS, …
TerraBrasilis, VINDE
TerraBrasilis

16. TerraBrasilis Nova versão => dezembro de 2018

17. TerraMA2
Plataforma web, baseada em
uma arquitetura de serviços,
aberta, que provê a
infraestrutura tecnológica
necessária ao desenvolvimento
de sistemas operacionais para
monitoramento de alertas de
riscos ambientais.

18. • Defesa Civil
• Saúde Pública
• Controle Ambiental
• Concessionárias, ...
Dados
Meteorológicos,
Hidrológicos ,
Atmosféricos,
Geotécnicos ... )
Pré análise
das previsões
e
observações
de extremos
Mapas vetoriais,
Mapas de Riscos ou
Mapas de Vulnerabilidades
Ambientais
modelo x
se x = ?
risco = 1
risco =2
Fim
salva risco
Integração
dos dados
Bases Geográficas
Adicionais
Análises Alertas Ações
Dados Está9cos
(Objeto Monitorado)
Dados Ambientais
dinâmicos
U
s
u
á
r
i
o
s
Outros Dados
Está9cos
Concepção da Plataforma
Operador em Python

19. Atende aplicações de monitoramento,
análise e alerta em áreas como
qualidade do ar, qualidade da água,
gasodutos, barragens de rejeito em área
de mineração, incêndios florestais,
movimentos de massa do ?po
escorregamentos e corridas de lama,
enchentes e es?agens.
SEMA - RS GEODESASTRES-SUL (Núcleo de
Pesquisa e Aplicação de
Geotecnologias em Desastres
Naturais e Eventos Extremos)
TBG (Transportadora Brasileira
Gasoduto Bolivia-Brasil S.A.)
SUDAM e Defesa Civil - Belém - PA

20. www.terrama2.dpi.inpe.br

21. 1984
DPI foi
criada
SITIM/SGI
Início: 1986
SITIM (Sistema de
Tratamento de Imagens)
e Sistema de Informação
Geográfica (SGI)
MS-DOS / placa gráfica
Utilizado até 1994
Início: 1991
Sistema Integrado de
Geoprocessamento
e Processamento de
Imagens
1996: livre para PC
2011: código aberto
~ 200.000 usuários
cadastrados
Início: 2000
Biblioteca livre e
de código aberto para
construção
de aplicativos
geográficos
GeoDMA
...
INPE: Mais de 30 anos de experiência em geoinformá?ca

22. Início: 2009
TerraLib versão 5:
Reengenharia da
biblioteca. Uma nova
plataforma!
Uso de bibliotecas
existentes, mais
modular,
não BDMS-oriented,
mais eficiente, ...
5
2009
GeoDMA
Evoluíram para a
versão 5 da TerraLib
Início: 2013
Plataforma web
baseada
em serviços para
acesso, consulta,
análise e disseminação
de dados geográficos
gerados pelos projetos
de monitoramento
ambiental do INPE.
Início: 2016
Componentes de
software para
organização, acesso,
processamento e
anália de grande bases
de dados
de observação da Terra.
Projeto FAPESP
e-sensing.
WTSS web
service
SITIS R
packageTerraBrasilis
INPE: Mais de 30 anos de experiência em geoinformá?ca

23. Início: 2009
TerraLib versão 5:
Reengenharia da
biblioteca. Uma nova
plataforma!
Uso de bibliotecas
existentes, mais
modular,
não BDMS-oriented,
mais eficiente, ...
5
2009
GeoDMA
Evoluíram para a
versão 5 da TerraLib
Início: 2013
Plataforma web
baseada
em serviços para
acesso, consulta,
análise e disseminação
de dados geográficos
gerados pelos projetos
de monitoramento
ambiental do INPE.
Início: 2016
Componentes de
software para
organização, acesso,
processamento e
anália de grande bases
de dados
de observação da Terra.
Projeto FAPESP
e-sensing.
WTSS web
service
SITIS R
packageTerraBrasilis
Presente e Futuro – Pesquisa e Desenvolvimento

24. 2001 2014
Example - Land cover change trajectories in the Amazonian
biome of Mato Grosso state - Brazil (2001-2014)
2001 2014
graphics: Victor Maus (INPE, IFGI)
E-sensing Project
Classes of land use
Extract informa?on on land use and cover change (LUCC)
from big Earth observa?on (EO) data sets.

25. 1. Arrary Databases (ex.: SciDB and Rasdaman)
2. MapReduce technologies (ex.: Hadoop and Spark)
3. Time Series Databases (ex.: TimeScaleDB)
4. Web services for big EO data sets (ex.: WTSS)
5. Plarorms for management and analysis of EO data
(ex.: Open Data Cube, GEE and Sepal)
Big data sets of free
remote sensing images
Big EO data sets
E-sensing Project - Infrastructure
How to store and process big Earth observa?on (EO) data sets
efficiently?

26. Array Database SciDB and R
SciDB: array
database for big
scien?fic data
Free
satellite
imagery
R: New data
analysis methods
New insights
into land
use change
[Camara et. al, ACMGIS 2016, “Big earth observa?on data analy?cs”]

27. Hadoop
[Assis et. al, GeoInfo 2016, “Big data streaming for remote sensing ?me series
analy?cs using MapReduce”]
Distributed
File System
Streaming
ProcessingReduce
- Generate land use map
- Store the output
Classification Map
X
Y
<key, value>
<x1y1, time-series1>
...
<x1yN, time-seriesN>
...
<xNyN, time-seriesN+N>
REPROCESS
<key, value>
<x1y1, analyzing time-series1>
...
<x1yN, analyzing time-seriesN>
MAP
<key, value>
<x1y1, analyzed time-series1>
...
<x1yN, analyzed time-
seriesN>
REDUCE <key, value>
<x1y1, label>
...
<x1yN, label>
...
<x1yN+1, label>
OUTPUT
X
Y
Y
X
Mapper
- Receive time series
- Apply method for land
use mapping using time
series.
- Emit to the Reducer
Mapper
- Receive time series
- Apply method for land
use mapping using time
series.
- Emit to the Reducer
Preprocess
- Extract features from images
- Transform a pixel into time-series
- Emit to the Mapper
Mapper
- Receive time series
- Apply method for land
use mapping using time
series.
- Emit to the Reducer
<key, value>
<IMG1, (x1,y1) (x1,y2)...>
<IMG2, (x1,y1) (x1,y2),...>
<IMG3, (x1,y1) (x1,y2),...>
<IMG3, (x1,y1) (x1,y2),...>
<IMG4, (x1,y1) (x1,y2),...>
<IMG5, (x1,y1) (x1,y2),...>
...
<IMGN, (x1,y1), (x1,y2),...>
INPUT

28. Hadoop X SciDB
[Assis et. al, GeoInfo 2016, “Big data streaming for remote sensing ?me series
analy?cs using MapReduce”]

29. [Vinhas et. al, GeoInfo 2016, “Web services for big Earth observa?on data”]
SciDB
(Arrays)
WTSS
(TerraLib + SciDB C++ API)
http://www.dpi.inpe.br/wtss/time_series?
coverage=MOD09Q1,attributes=red,nir&
longitude=-54,latitude=-12&start=2000-02-18&end=2000-03-05
{"result": {
"attributes":[ { "name": "red",
"values": [ 1004, 1160, 241 ]
},
{ "name": "quality",
"values": [ 4842, 3102, 2116 ]
}
],
"timeline": [ "2000-02-18", "2000-02-26", "2000-03-05" ],
"center_coordinates": { "latitude": -11.99, "longitude": -53.99
}
},
"query": {
"coverage": "MOD09Q1",
"attributes":[ "red", "quality" ],
"latitude": -12,
"longitude": -54,
"start": "2000-02-18",
"end": "2000-03-05"
}
}
JSON Document
PostgreSQL
(Metadados)
WTSS
Client
WTSS – Web Time Series
Service: a lightweight service
for handling remote sensing
imagery as ?me series

30. [Vitor Gomes, 2018, “Plataformas para gerenciamento e análise de
grandes volumes de dados de observação da Terra”]

31. E-sensing Project – Time Series Analysis
How to create land use and cover change (LUCC) maps from
satellite image ?me series ?
Vegeta?on Indices (e.g. EVI and
NDVI) characterize vegeta?on
dynamics across different
temporal scales (FENSHOLT et
al., 2015).

32. Samples of land use and cover change (LUCC)

33. SOM – neural network algorithm.
A method to assess LUCC samples
from satellite image ?me series
[Lorena Alves, 2018, “A method to assess LUCC samples from satellite image ?me series ”]

34. Satellite Image Time Series (SITS)
[Rolf Simões, 2018, “Satellite Image Time Series (SITS)”]
Machine Learning
Models:
Support Vector Machine
Random Forest
Deep Learning
Linear/Quadra?c
Discriminant Analysis
…

35. [Rolf Simões, 2018, “Satellite Image Time Series (SITS)”]

36. [Rolf Simões, 2018, “Satellite Image Time Series (SITS)”]

37. [Rolf Simões, 2018, “Satellite Image Time Series (SITS)”]

38. Obrigada
karine.ferreira@inpe.br
Divisão de Processamento de Imagens (DPI) - Observação da Terra (OBT)
Ins?tuto Nacional de Pesquisas Espaciais (INPE)
Pesquisa em Geoinformá?ca e Desenvolvimento de GIS