Este documento discute como a detecção remota pode contribuir para a gestão de emergências através de três fases: 1) mitigação, identificando vulnerabilidades e riscos, 2) preparação, atualizando informações geográficas, 3) resposta, monitorando desastres em tempo real. Exemplos portugueses incluem o projeto GEOSAT para atualização de dados e detecção de alterações, e o projeto SUBSIN que usou radar para mapear subsidência em Lisboa.

1. Contribuição da
DETEÇÃO REMOTA para
a Gestão de Emergências
Ana Maria
Duarte Fonseca
Investigadora Principal
LNEC

2. Contribuição da DETEÇÃO REMOTA
para a Gestão de Emergências
ÍNDICE
Gestão de Emergências
Fases
Contribuição da DR
Exemplos: GEOSAT, SUBSIN, RIVERSAR, SERESE
Exploração da Informação
Imagens Ópticas: Reconhecimento de Padrões
Imagens RADAR: Segmentação e determinação
de diferença de fase de séries de imagens multitemporais

3. SATÉLITES ARTIFICIAIS DA TERRA

4. Evolução da Resolução Espacial
1995 - 2011
SPOT Fusão XS+Pan – 10m IKONOS Fusão XS+Pan – 1m

5. SATÉLITES E SENSORES
Satélite Worldview
8 bandas, 50 cm
8 October, 2009, Vandenburg Air Force Base, California.

6. RADAR
superfície suave superfície rugosa canto vegetação

7. Fases da Gestão de Emergências
Um modelo de gestão de emergências moderno define quatro
fases para a gestão de emergências:
• mitigação; actividades destinadas a prevenir ou reduzir o
impacto dos desastres (levantamento de riscos e vulnerabilidades,
formação dos técnicos e das populações)
- prevenção (planeamento de situações de emergência);
- alertas precoces:
• preparação (desenvolvimento de planos e capacidades para
uma resposta eficiente a uma emergência;
• resposta (reacção imediata à emergência);
• recuperação (actividades pós emergência para reinstalar as
comunicações e gerir a reconstrução).

8. Contribuição da DETEÇÃO REMOTA
Na Fase de Mitigação:
- manutenção de IG actualizada;
- detecção de vulnerabilidades;
- calibração de modelos de simulação;
- elaboração de cartografias de risco.
…….

9. MITIGAÇÃO
Manutenção de Informação Geográfica actualizada

10. GEOSAT (FCSH, LNEC, FCUL, CML)
Dois níveis de IG, integrados
Especificações próprias de um produto
ortoimagem de satélite, actualizado
anualmente
6 meses
10 anos
Especificações da cartografia base
topográfica à escala (1.10 000, 1:5 000,
1:1 000)

11. GEOSAT (FCSH, LNEC, FCUL, CML)
Detecção de Alterações Actualização de IG
Diferença aritmética
entre as imagens
IKONOS (2002) e
Quickbird (2005)

12. GEOSAT (FCSH, LNEC, FCUL, CML)
Detecção de Alterações

13. GEOSAT (FCSH, LNEC, FCUL, CML)
Detecção de Alterações

14. GEOSAT (FCSH, LNEC, FCUL, CML)
Detecção de Alterações
Diferença 2005-2002
Lx 2005
Lx 2002
LISBOA: ALTERAÇÕES 2002-2005

15. Geometria de Aquisição das Imagens
Ângulo azimutal do
satélite (115.08 º)
Ângulo de
elevação do
Sol (48.9 º) Ângulo azimutal do
Sol (149.9 º)
Ângulo de elevação do
satélite (68.3 º) H Torre Vasco da Gama = 122 m

16. GEOSAT (FCSH, LNEC, FCUL, CML)
Falsas mudanças Detecção de Alterações
Dif.red
IK2002
QK2005

17. GEOSAT (FCSH, LNEC, FCUL, CML)
GEOSAT
Ortorrectificação

18. GEOSAT (FCSH, LNEC, FCUL, CML)
Ortorrectificação

19. GEOSAT (FCSH, LNEC, FCUL, CML)
Ortorrectificação
Precisão planimétrica

20. GEOSAT (FCSH, LNEC, FCUL, CML)
Ortorrectificação
RMS IM 0,77m RMS CAR 0,2m

21. Geração de um Modelo Numérico de Superfície (MNS) a
partir um par de imagens do satélite IKONOS
O processamento foi realizado utilizando um software comercial de
processamento de imagem que utiliza como modelo matemático o «Modelo
Óptico do Satélite» com a opção de extracção, a partir de pontos de controlo
identificados na imagem, dos coeficientes racionais polinomiais da transformação
epipolar a realizar.
O MNSIK foi comparado com um MNS obtido por LIDAR (MNSLi) e com um
Modelo Numérico do Terreno (MNT) obtido a partir da informação altimétrica da
cartografia numérica à escala 1/1000 da Câmara Municipal de Lisboa (CML).
DTM _C1000_1995 DSM_LIDAR 2005 DSM_ IK2008

22. GEOSAT
Ortorrectificação com DSM LIDAR
QK orto com DTM
QK orto com DSM

23. GEOSAT Ortorrectificação com LIDAR
com DTM
Satélite

Com
LIDAR
H
d

24. Extracção de Informação Temática
SEGMENTAÇÃO
O método de segmentação é um método de aglutinação de regiões ou de
geração de aglomerados de píxeis.
A segmentação da imagem em
objectos é realizada à custa de um
critério de homogeneidade.
O critério de homogeneidade pode
incidir sobre as características espec-
trais dos agrupamentos de píxeis ....
.... ou sobre a forma dos objectos

25. Extracção de Informação Temática
ANÁLISE DE IMAGENS ORIENTADA POR OBJECTOS
Segmentação da imagem em
objectos
Classificação dos objectos

26. Extracção de Informação Temática
DATA
XS Pansharped
Form indexes
Vegetation Index = nir/red
Tile roof Index = red/green

27. Reconhecimento de Padrões por
Análise de Imagem orientada por objectos
Bandas a utilizar para a discriminação
dos objectos
Média 1 n
Níveis Valor médio  NR i
n i 1
Radiométricos Brilho
Desvio padrão
Textura Razão Fronteiras relativas para os
objectos vizinhos mais brilhantes
Hierarquia Vizinhanças
Área
Diferença média
para os objectos
1 n

 L Si NR  NR i
L i 1

Forma
vizinhos
Comprimento
Largura
Índice de L
Forma 4 A

28. Classificação

29. MITIGAÇÃO
Detecção de Vulnerabilidades

30. SUBSIN - Utilização do InSAR na detecção e
caracterização de subsidência e deslizamentos do
solo na região de Lisboa (IST, LNEC)
Foram detectados pela primeira vez fenómenos de subsidência em
Lisboa em 2004 (e confirmados em 2006), no âmbito do projecto
GMES-Terrafirma, através da análise de interferogramas gerados a
partir de séries multitemporais de imagens dos satélites ERS e
ENVISAT ASAR.
Mapa de PSI ASAR, realizado com
30 imagens ENVISAT SAR do
período 2003-2010. O mapa
apresenta 101 366 PS’s, coloridos
em função da velocidade anual de
subsidência (LOS annual velocity) .

31. Interferometria SAR (INSAR)
Interferometria - medição da diferença de fase entre o sinal recebido de
um mesmo ponto numa série multitemporal de imagens RADAR.
A = Adef + Atopo + Aorbit + Aaps + Anoise
PS
PSINSAR)
def - deformação do sinal

32. SUBSIN - Utilização do InSAR na detecção e
caracterização de subsidência e deslizamentos do
solo na região de Lisboa (IST, LNEC)
A área afectada estende-se por uma área de cerca de 4 Km2. No projecto
SUBSIN estendeu-se a monitorização desta zona com a técnica de
Interferometria com Permanent Scaterers (PSI) até ao fim de 2010
usando 67 imagens ENVISAT ASAR e ERS.
A informação obtida com as imagens foi comparada com informação
obtida no terreno (ground-truth) com linhas de nivelamento que cruzam a
zona de subsidência e dados GPS.
Pretendeu-se concluir qual a causa desta subsidência:
• compactação da camada superficial do solo devido ao aumento da
urbanização, ou
• compactação camadas permeáveis no sub-solo devido à exploração não
sustentável de água dos sistemas aquíferos.

33. SUBSIN - Utilização do InSAR na detecção e
caracterização de subsidência e deslizamentos do
solo na região de Lisboa (IST, LNEC)
Detalhe do mapa ERS PSI com as linhas de nivelamento (azul). A
linha de nivelamento das Laranjeiras foi re-observada em 2009
(14 anos depois do nivelamento inicial). Também estão
assinaladas as localizações das estações GPS “sites” 1, 2 and 3.

34. SUBSIN - Utilização do InSAR na detecção e
caracterização de subsidência e deslizamentos do
solo na região de Lisboa (IST, LNEC)
Avaliação da existência de aumento da carga resultante da
urbanização entre 1985 e 2002, sobreposta aos resultados do
PSI ASAR

35. SUBSIN - Utilização do InSAR na detecção e
caracterização de subsidência e deslizamentos do
SUBSIN
solo na região de Lisboa (IST, LNEC)
A subsidência pode afectar o uso do solo, pôr em risco a estabilidade
de estruturas e, a uma escala regional, agravar o risco potencial de
cheias.
A região industrial de Vialonga apresenta velocidades máximas de
subsidência de 13 mm/ano (de 1992 a 2006). Os valores obtidos e a
modelação do fluxo de água subterrânea e de compactação de
camadas semi-impermeáveis do sistema aquífero demonstrou que a
subsidência observada se deve à sobre-exploração do sistema
aquífero local por indústrias que operam na região.
Modelaram-se diversos cenários futuros para a subsidência,
obtendo-se um abrandamento da taxa de abatimento do terreno, no
caso de se proceder à paragem completa da extracção de águas.

36. PSINSAR
Reflectores de canto

37. •Pinheiro, A., M.J. Henriques, A.P. Falcão, N. Lima, A. Fonseca, J. Fonseca, M. Mancuso, S. Heleno (2010) –
Measuring subsidence in the centre of Lisbon with Persistent Scatterers Interferometry (PSI), CGPS and levelling surveys.
Comunicação enviada ao European Space Agency Living Planet Symposium, Julho 2010.
•Santos, T., S. Freire, J. Tenedório, A. Fonseca (2010) – Extracção de edifícios em Lisboa com imagens QuickBird e
dados LIDAR. Comunicação enviada ao myESIG. Fevereiro 2010. Lisboa.
•Dinis, J., A. Navarro, F. Soares, T. Santos, S. Freire, A. Fonseca, N. Afonso, J. Tenedório (2010) - Hierarchical
object-based classification of dense urban areas by integrating high spatial resolution satellite images and LIDAR
elevation data. Comunicação enviada ao GEOBIA 2010. Ghent, 29 June - 2 July.
•Santos, T., S. Freire, A. Fonseca, J. Tenedório (2010) – Producing a building change map for urban management
purposes. Comunicação enviada ao 30th EARSeL Symposium: Remote Sensing for Science, Education and Culture".
•Freire, S., T. Santos, A. Fonseca, J. Tenedório, (2010) – Extraction of buildings from QuickBird imagery for municipal
use – the relevance of urban context and heterogeneity. Comunicação enviada ao 30th EARSeL Symposium: Remote
Sensing for Science, Education and Culture"
•Freire, S., T. Santos, A Fonseca, J. Tenedório, (2010) – A relevância do contexto e heterogeneidade urbanos na
extracção de elementos em imagens QuickBird. Comunicação enviada ao XII Colóquio Ibérico de Geografia 2010.
•Santos, T., S. Freire, A. Fonseca e J. Tenedório (2010) – Detecção de alterações em meio urbano baseada na
comparação de elementos extraídos a partir de imagens de alta resolução espacial. Aplicação à área da Alta de Lisboa.
Comunicação enviada ao XII Colóquio Ibérico de Geografia 2010.
•Soares F., A. Navarro, T. Santos, S. Freire, A. Fonseca, N. Afonso, J. Tenedório (2010) - Cartographic data
extraction from airborne imagery by hierarchical-based morphologic image processing. Comunicação enviada ao GEOBIA
2010. Ghent, 29 June - 2 July.
• Santos T., S. Freire, A. Navarro, F. Soares, J. Dinis, N. Afonso, A. Fonseca, J. Tenedório (2010) – Extracting
buildings in the city of Lisbon using Quickbird images and LIDAR data. Comunicação enviada ao GEOBIA 2010. Ghent,
29 June - 2 July.
•Freire S., T. Santos, A. Navarro, F. Soares, J. Dinis, N. Afonso, A. Fonseca, J. Tenedório (2010) – Extraction of
buildings from QuickBird imagery for municipal planning purposes: quality assessment considering existing mapping
standards. Comunicação enviada ao GEOBIA 2010. Ghent, 29 June - 2 July.
•S. Freire, T. Santos, N. Gomes, A. Fonseca, J. A. Tenedório (2010) - Extraction of buildings from QuickBird imagery –
what is the relevance of urban context and heterogeneity? Comunicação apresentada à conferência de Outono da
ASPRS «Geospatial Data and Geovisualization: Environment, Security, and Society » de 15 a 19 de Novembro de 2010,
em Orlando, Florida.
•Heleno, S., Henriques, M.J., Falcão, A.P., Lima, J.N., Fonseca, A., Fonseca, J., Mancuso, M., Pinheiro, A., 2010b.
Measuring subsidence in the centre of Lisbon with Persistent Scatterers Interferometry (PSI), CGPS and levelling surveys.
Proceedings of ESA Living Planet Symposium, European Space Agency Special Publication SP-686.

38. MITIGAÇÃO
- calibração de modelos de impacto de emergências;

39. RIVERSAR - Exploração de imagens SAR para
aperfeiçoar modelos de inundação no Rio Tejo (IST,
LNEC, AARHLVT)
O projecto RIVERSAR foca-se na modelação
hidráulica de ondas de cheia na região do Baixo
Tejo, procurando avaliar e reduzir a incerteza
inevitavelmente associada ao processo de
previsão da extensão inundada.
Os modelos de previsão de cheia têm muitos
graus de liberdade e muito parâmetros o que
contribui para a incerteza na previsão de áreas
inundadas
Para contribuir para afinar os parâmetros é
necessário compilar bases de dados de
validação, consistindo em imagens (de alta
resolução) de extensão de cheias, comple-
mentadas por registos hidrométricos.
Imagens:
ERS-1, ERS-2, ENVISAT, RADARSAT, JERS, ALOS, TerraSAR-X
Landsat, Spot, IKONOS and Quickbird

40. RIVERSAR - Exploração de imagens SAR para
aperfeiçoar modelos de inundação no Rio Tejo
Propõe-se, então, a compilação (entre 1992-2008) dos episódios de cheia no Baixo
Tejo, documentados por imagens SAR e ópticas, e complementados com dados
hidrométricos. O objectivo é produzir mapas georeferenciados de extensão de cheia
para validação retrospectiva e sistemática de modelos hidráulicos de inundação,
calibração dos parâmetros da resistência ao
escoamento nesses modelos, e avaliação das capacidades preditivas das diferentes
abordagens de modelação.
Para contribuir para afinar os parâmetros e é necessário
compilar bases de dados de validação, consistindo em
imagens (de alta resolução) de extensão de cheias,
complementadas por registos hidrométricos.
Um importante resultado deste projecto será a produção
de mapas de extensão e profundidade de cheias, geor-
referenciados e sobrepostos a informação cartográfica e
de uso do terreno, ou seja, cartografia de risco de cheia.

41. RESPOSTA
Produção de mapas-imagem expeditos de situação
(Rapid Mapping)

42. DETECÇÃO REMOTA
International Charter of Space and Major Disasters
CNES
ESA
CSA
NOAA
ISRO
Argentine Space Agency (CONAE)
Japan Aerospace Exploration Agency
(JAXA).

43. International Charter of Space and Major Disasters
Activações da Organização em 2010
http://www.disasterscharter.org/home

44. Rapid Mapping - Haiti

45. Mapa de Avaliação de Danos
dano
posssibilidade de dano
dano web
entulho

46. SERESE - Simulação de perdas decorrentes de sismos
com o apoio de detecção remota (LNEC, IST, CM Faro)
A proposta tem como principal objectivo melhorar os métodos de avaliação de
danos e perdas resultantes de sismos, com o apoio de ferramentas de detecção
remota.

47. SERESE - Simulação de perdas decorrentes de sismos
com o apoio de detecção remota
Tarefas:
(i) metodologia que utiliza detecção remota como ferramenta para inventariar
edifícios e a sua vulnerabilidade, (ii) procedimentos para a avaliação expedita
de danos pós-sismo, baseados em detecção remota, (iii) o levantamento in-situ
de edifícios, escolas e vulnerabilidade física para aferir os inventários
mencionados, (iv) a actualização de modelos de danos e perdas (v) a análise
do impacto de cenários sísmicos.

48. Aquisição da Imagem QuickBird

50. 1
DETECÇÃO REMOTA
atmosfera
1
atmosfera
terrestre -
espectro solar
atmosfera
terrestre - RADAR
ENVISAT

51. Geração de um Modelo Numérico de Superfície (MNS) a
partir um par de imagens do satélite IKONOS
Verificou-se que o MNSIK é de menor resolução altimétrica do que o MNSLi dado
que suaviza variações altimétricas registadas neste último. Em relação ao MNT a
comparação só se pode efectuar ao nível do solo em que se verifica também
maior resolução altimétrica do MNSIK.

52. DETECÇÃO REMOTA

53. DETECÇÃO REMOTA

54. DETECÇÃO REMOTA

55. SATÉLITES E SENSORES
MISSÕES 1998 1999 2000 2001 2002 2003 2004 ……. 2009 2010
MIDORI-II ADEOS-I SEAWINDS
(NASDA)
CBERS-1 IMS WFI CCD
ENVISAT-1 ASAR GOMOS MIPAS
MERIS MWR SCIAMACHY
(ESA)
TRMM QuikScat Landsat-7
EOS (NASA)
Terra ASTER CERES MISR MODIS MOPITT
GRACE
(cont.) Aqua SORCE
ICESat
IKONOS CCD
(Spaceimaging)
ERS-1
ERS (ESA) ERS-2
IRS-1B
IRS-1C
IRS (ISRO) IRS-1D
OCEANSAT OCM MSMR IRS-P3
LANDSAT Landsat -4
(NASA) Landsat -5
MicroLab-1
ORBVIEW SEAWIFS
SeaStar Orbview-3
QUICKBIRD
(DigitalGlobe)
RADARSAT RADARSAT-1
(CSA) RADARSAT-2
SPOT-4
SPOT HRVIR VEGETATION SPOT-5

56. DETECÇÃO REMOTA

57. DETECÇÃO REMOTA
Imagem Numérica Multiespectral
(125, 35, 205)
NR – número inteiro
proporcional à Radiância
do elemento de terreno
Radiância – Fluxo radiante ,
por unidade de ângulo sólido e
por unidade de área da fonte
(watt estrad-1 m-2 )
ER refl
R f    Propriedades físicas
ER inc

58. SATÉLITES E SENSORES
MISSÕES 1998 1999 2000 2001 2002 2003 2004 ……. 2009 2010
FORMOSAT-2
NSPO-Taiwa 8m/4m
KOMPSAT-2
(KRI-Coreia) 4m/1m
WorldView-2
1,84/0,5m
Satélite Worldview – 2
8 bandas
8 October, 2009, Vandenburg Air Force Base, California.