UNIVERSIDADE CANDIDO MENDES PRÓ-REITORIA DE PLANEJAMENTO E DESENVOLVIMENTO DIRETORIA DE PROJETOS ESPECIAIS PROJETO A VEZ DO MESTRE ATUALIZAÇÃO CARTOGRÁFICA NA ESCALA 1:250.000 UTILIZANDO IMAGENS DE SATÉLITE LANDSAT MAURÍCIO KRUMBIEGEL PROFª. MARIA ESTHER RIO DE JANEIRO, DEZEMBRO DE 2001.
48
Embed
ATUALIZAÇÃO CARTOGRÁFICA NA ESCALA 1:250.000 … KRUMBIEGEL.pdf · 3.3.4) Aplicação das Bandas Espectrais do Satélite SPOT.....20 3.3.4.1) PAN Azul (0,510 – 0,730 µm ...
This document is posted to help you gain knowledge. Please leave a comment to let me know what you think about it! Share it to your friends and learn new things together.
Transcript
UNIVERSIDADE CANDIDO MENDES PRÓ-REITORIA DE PLANEJAMENTO E DESENVOLVIMENTO
DIRETORIA DE PROJETOS ESPECIAIS PROJETO A VEZ DO MESTRE
ATUALIZAÇÃO CARTOGRÁFICA NA ESCALA 1:250.000 UTILIZANDO IMAGENS DE SATÉLITE
LANDSAT
MAURÍCIO KRUMBIEGEL
PROFª. MARIA ESTHER
RIO DE JANEIRO, DEZEMBRO DE 2001.
UNIVERSIDADE CANDIDO MENDES PRÓ-REITORIA DE PLANEJAMENTO E DESENVOLVIMENTO
DIRETORIA DE PROJETOS ESPECIAIS PROJETO A VEZ DO MESTRE
ATUALIZAÇÃO CARTOGRÁFICA NA ESCALA 1:250.000 UTILIZANDO IMAGENS DE SATÉLITE
LANDSAT
MAURÍCIO KRUMBIEGEL
Trabalho Monográfico apresentado como
requisito parcial para obtenção do Grau
de Especialista em Gestão Estratégica e
Qualidade.
RIO DE JANEIRO, DEZEMBRO DE 2001.
Agradeço em primeiro lugar a
Deus, que todos os dias nos
possibilita enfrentar os desafios
da vida, a todos os professores e
colegas de curso, pelo estímulo e
apoio, a minha família, pela
compreensão nas horas
dedicadas ao estudo, e a todas as
demais pessoas que direta e
indiretamente contribuíram para
execução deste projeto.
Dedico este projeto de pesquisa a
todos aqueles que de forma direta
ou indireta estão envolvidos na
melhoria das condições do
ensino, para que no futuro
possamos pensar num Brasil
realmente grande.
SUMÁRIO
LISTA DE TABELAS......................................................................................................... i
LISTA DE FIGURAS........................................................................................................ ii
RESUMO ........................................................................................................................ iii
GLOSSÁRIO................................................................................................................... iv
3.3 - Os Satélites da Série SPOT ..............................................................................17
3.3.1) Características do Satélite SPOT........................................................17 3.3.2) Características Gerais das Imagens SPOT ........................................18
3.3.2.2) Cenas com estereoscopia ........................................................19
3.3.3) Níveis de Processamento .................................................................19 3.3.3.1) Nível 1A ....................................................................................19
3.3.3.2) Nível 1B ....................................................................................19
3.3.3.3) Nível 2A ....................................................................................19
3.3.3.4) Nível 2B ....................................................................................19
3.3.3.5) Nível S ......................................................................................20
3.3.4) Aplicação das Bandas Espectrais do Satélite SPOT ..........................20 3.3.4.1) PAN Azul (0,510 – 0,730 µm)...................................................20
4.1.1) Coleta de Documentos........................................................................22 4.1.2) Aquisição de Imagens .........................................................................22
4.2 - Digitalização da Carta ...........................................................................................23
4.3.1) Pontos de Controle..............................................................................24 4.3.2) Transformação geométrica .................................................................24 4.3.3) Reamostragem....................................................................................25
4.4 – Melhoria das imagens...........................................................................................25
O espectro eletromagnético é geralmente apresentado por intervalos ou
faixas, representando regiões que possuem características peculiares em termos
dos processos físicos geradores de energia em cada faixa, ou dos mecanismo de
detecção desta energia. Embora os limites de cada faixa não sejam bem
definidos, as seguintes regiões podem ser destacadas:
♦ Ondas de rádio: baixas freqüências e grandes comprimentos de onda. As
ondas eletromagnéticas nesta faixa são utilizadas para comunicação a longa
9
distância, pois, além de serem pouco atenuadas pela atmosfera, são refletidas
pela ionosfera, propiciando uma propagação de longo alcance.
♦ Microondas: Nesta faixa de comprimentos de onda pode-se construir
dispositivos capazes de produzir feixes de radiação eletromagnética,
altamente concentrados, chamados radares. Sofre pouca atenuação pela
atmosfera, ou nuvens, propiciando uma excelente alternativa para o uso de
sensores de microondas em qualquer condição de tempo.
♦ Infravermelha: de grande importância para o Sensoriamento Remoto. A
radiação I.V. é facilmente absorvida pela maioria das substâncias (efeito de
aquecimento).
♦ Visível: é definida como a radiação capaz de produzir a sensação da visão
para o olho humano normal. Importante para o Sensoriamento Remoto, pois
imagens obtidas nesta faixa, geralmente, apresentam excelente correlação
com a experiência visual do intérprete.
♦ Ultravioleta: As películas fotográficas são mais sensíveis à radiação
ultravioleta, que a luz visível. Usada para detecção de minerais por
luminescência e poluição marinha. Sofre forte atenuação atmosférica, que se
apresenta um grande obstáculo a sua utilização.
♦ Raios X: São gerados, predominantemente, pela parada ou freamento de
elétrons de alta energia. Por se constituir de fótons de alta energia, os raios - X
são altamente penetrantes, sendo uma poderosa ferramenta em pesquisa
sobre a estrutura da matéria.
♦ Raios-GAMA: são os raios mais penetrantes das emissões de substâncias
radioativas. Não existe, em princípio, limite superior para a freqüência das
radiações gama, embora ainda seja encontrada uma faixa superior de
freqüência para a radiação conhecida como raios cósmicos.
2.3.3) Conceitos Radiométricos
O sensoriamento remoto tem como base tecnológica a detecção das
alterações sofridas pela radiação eletromagnética quando esta interage com os
componentes da superfície terrestre.
10
Para podermos avaliar a interação da radiação eletromagnética com o
objeto, é necessário que sejam realizadas algumas medições que nos informe a
quantidade de energia:
♦ produzida pela fonte,
♦ atenuada pelo meio e
♦ absorvida pelo objeto.
De posse dessas informações, podemos definir que a radiometria tem,
como objetivo, medir a energia radiante.
2.4 - Variáveis
O número de informações de uma imagem de sensoriamento remoto está
condicionado a um certo número de variáveis, que podem ser agrupadas em três
tipos :
♦ espectrais,
♦ espaciais e
♦ temporais.
A resolução espectral, está relacionada com a largura das bandas
espectrais e o número de canais usados.
A resolução espacial, pode ser medida pela projeção geométrica da área
de um detetor na superfície terrestre.
A resolução temporal, se relaciona com o intervalo de tempo medido entre
uma aquisição e outra de imagens.
11
CAPÍTULO 3
SISTEMAS DE SENSORES
3.1 - Principais Sensores de Alta Resolução Espacial e Espectral
Dentre os sistemas de satélites, dotados de sensores de alta resolução
espacial, podemos destacar o SPOT/HRV, em operação desde 1986, oferecendo
imagens digitais com resolução espacial de 10m, no modo pancromático. Mesmo
essa alta resolução espacial oferecida por esse sistema, se encontra insuficiente
para um maior nível de detalhamento. Por isso, várias empresas passaram a
desenvolver sensores orbitais de resolução espacial situadas entre 1 e 3m. São
satélites de sensoriamento remoto de pequeno porte e peso. O primeiro deles, o
EARLYBIRD, tendo a bordo dois sensores: um pancromático (0,45 – 0,80mm)
com resolução espacial de 3m e outro de modo multiespectral (0,50 – 0,59m) com
resolução espacial de 15m, após o seu lançamento apresentou problemas e não
chegou a fase operacional. O segundo satélite da EARTH WATCH, o
QUICKBIRD, tem a bordo dois sensores: o de modo pancromático (0,45 – 0,80m),
com resolução de 1m e outro multiespectral com 4m de resolução espacial.
Entre os satélites com sensores de alta resolução espectral podemos
destacar o LANDSAT 5 que aumentou a demanda por imagens de alta resolução
espectral.
À medida que os benefícios da alta resolução espectral foram sendo
demostrados surgiram novas empresas de desenvolvimento, operação e
prestação de serviços, baseadas em sensores com essas características.
Uma das áreas tecnológicas do sensoriamento remoto ainda em
desenvolvimento é a do sistema orbitais de radares imageadores, que operam na
porção do espectro eletromagnético denominada microondas. Podendo ser citado
como exemplo aquele operando a bordo do satélite japonês JER-1 lançado em
1992, levando abordo o sensor (SAR), e o RADARSAT, lançado em 1995,que
também vem contribuindo para o grande avanço tecnológico na área de
sensoriamento remoto.
3.2 - Os Satélites da Série LANDSAT
12
3.2.1) Características do Satélite LANDSAT
A imagem digital pode ser vista como uma
matriz de x linhas e y colunas com cada elemento
possuindo um atributo z (nível de cinza). No caso
das imagens geradas pelo LANDSAT essas
imagens possuem em torno de 6.550 por 6.550
elementos, o que significa dizer 42 milhões de
“pixels“ para cada banda.
O satélite LANDSAT 5 foi lançado em 01 de Março de 1984 e continua em
operação após 15 anos, funcionando em órbita equatorial, a 705 km de altitude. O
sensor TM (“Thematic Mapper“), a bordo do satélite LANDSAT 5, faz o
imageamento da superfície terrestre produzindo imagens com 185 Km de largura
no terreno, com resolução espacial de 30 metros. A repetitividade na obtenção de
imagens de uma mesma área da superfície terrestre é de 16 dias.
13
3.2.2) Características Gerais das Imagens LANDSAT
TABELA 3.1 – Principais características das imagens do sensor TM ( Thematic Mapper )
SENSOR TM - (Thematic Mapper)
Resolução Geométricas
bandas 1, 2, 3, 4, 5 e 7 (*)
banda 6 (*)
30 metros
120 metros
Bandas Espectrais
Azul (0,450 - 0,520 µm)
Verde (0,520 - 0,600 µm)
Vermelho (0,630 - 0,690 µm)
Infravermelho próximo (0,760 - 0,900 µm)
Infravermelho médio (1,550 - 1,750 µm)
Infravermelho termal (10,40 - 12,50 µm)
Infravermelho médio (2,080 - 2,350 µm)
Quantização 8 bits / pixel
Tamanho da imagem ( full frame ) 6000 linhas X 6000 colunas
Tamanho mínimo da imagem 185 X 185 km
Altitude (*) 705 Km
Velocidade (*) 7,7Km/Seg
Tempo de obtenção de uma cena (*) 24seg
Peso (*) 2 ton
FONTE: INTERSAT (*) INPE
Cada cena produzida através do satélite LANDSAT 5 recobre uma área
de 185 X 185 Km e pode ser subdividida em quadrantes com 92 X 92 Km ou sub-
quadrantes com 46 X 46 Km, sobre todo território nacional e países vizinhos.
14
O sensor TM coleta as informações na região do espectro
eletromagnético entre 0,450 a 2,350 µm, faixa do visível, infravermelho próximo e
infravermelho médio, separadas em seis bandas (1,2,3,4,5 e 7) com resolução
espacial de 30 metros (cada “pixel“ representa 0,09 ha). Coletando ainda,
informações na região do espectro eletromagnético entre 10.400 a 12.500 µm,
faixa do infravermelho distante ou termal, a partir de uma banda (6) com
resolução espacial de 120 metros (cada “pixel“ representa 1,4 ha). O satélite
LANDSAT 5 armazena os dados de cada banda em 256 níveis de cinza.
3.2.3) Níveis de Processamento
3.2.3.1) Nível 4
Consiste de uma reamostragem ao longo das linhas, para remover as
variações do movimento do espelho do satélite e alinhar os “pixels“.
3.2.3.2) Nível 5
Consiste de reamostragem nas duas direções e a aplicação de uma
projeção cartográfica utilizando o algoritmo de reamostragem "vizinho mais
próximo“.
3.2.3.3) Nível 6
Consiste de reamostragem nas duas direções e a aplicação de uma
projeção cartográfica utilizando o algoritmo de reamostragem "convolução
cúbica".
15
3.2.4) Aplicação das Bandas Espectrais do Satélite LANDSAT
A Tabela 3.2 - apresenta as principais características e aplicações das
bandas do satélite LANDSAT 5 (TM), com respectivo intervalo espectral.
TABELA 3.2- Principais características e aplicações das bandas TM do satélite LANDSAT 5
Banda Intervalo espectral (µm)
Principais características e aplicações
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 plumas de fumaça oriundas de queimadas ou atividade 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 (ex.: solo exposto, estradas e áreas urbanas). Apresenta bom contraste entre diferentes tipos de cobertura vegetal (ex.: campo, cerrado e floresta). Permite análise da variação litológica em regiões com pouca cobertura vegetal. Permite o mapeamento da drenagem através da visualização da mata galeria e entalhe dos cursos dos rios em regiões com pouca cobertura vegetal. É a banda mais utilizada para delimitar a mancha urbana, incluindo identificação de novos loteamentos. 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, reflete muita energia nesta banda, aparecendo bem clara nas imagens. Apresenta sensibilidade à rugosidade da copa das florestas (dossel florestal). Apresenta sensibilidade à morfologia do terreno, permitindo a obtenção de informações sobre Geomorfologia, Solos e Geologia. Serve para análise e mapeamento de feições geológicas e estruturais. Serve para separar e mapear áreas ocupadas com pinus 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 umidade 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 fenômenos relativos aos contrastes térmicos, 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 íons hidroxilas. Potencialmente favorável à discriminação de produtos de alteração hidrotermal.
FONTE: Instituto Nacional de Pesquisas Espaciais – INPE
16
3.2.5) Produtos
3.2.5.1) Produtos Digitais
Os quadros abaixo mostram os custos e códigos dos produtos digitais
oferecidos pelo Instituto Nacional de Pesquisas Espaciais - INPE
Nível 4 6 TM24x6 1.500,00 TM64x6 850,00 7 TM24x7 1.700,00 TM64x7 900,00 Substituir o "x" no código do produto por um dos números ou letras abaixo.
Formato CEOS / LTWG
"x" Tipo de fita Densidade/Capacidade 4 BIL 8 mm Exabyte 2 Gbytes 5 BSQ 8 mm Exabyte 2 Gbytes 7 BSQ Streamer 60 Mbytes 8 BIL 4 mm DAT 1 Gbyte 9 BSQ 4 mm DAT 1 Gbyte
Formato FAST
"x" Tipo de fita Densidade/Capacidade D 4 mm DAT 1 Gbyte E 8 mm Exabyte 2 Gbytes F Streamer 60 Mbytes
CD-ROM ISO-9660
"x" Formato Capacidade 6 INPE 600 Mbytes C TIFF 600 Mbytes A Fast 600 Mbytes
17
3.3 - Os Satélites da Série SPOT
3.3.1) Características do Satélite SPOT
O Sistema de Satélite de Observação
da Superfície Terrestre SPOT, foi projetado
pelo CNES (Centre National d'Etudes
Spatiales),França. Os dois satélites em
operação, SPOT 1 e 2 estão funcionando em
órbita circular, inclinada de 80 em relação ao
Norte, a 830 km de altitude, operando através de dois sensores HRV (Haute
Résolution Visible) a bordo de cada satélite, capazes de funcionar de forma
independente, aliada à repetitividade na obtenção de imagens de uma mesma
porção do terreno a cada 26 dias, tem inúmeras aplicações em cartografia Cada
satélite SPOT completa uma volta em torno da Terra a cada 101 minutos,
produzindo imagens com 60 Km de largura sobre a mesma região.
Com a possibilidade de observação vertical, cada sensor HRV pode ser
direcionado de modo a imagear cenas laterais à órbita em que se encontra o
satélite. Esta característica, obtida através da programação do satélite, aumenta a
possibilidade de recobrimento repetitivo em determinada área, diminuindo o
tempo de revisita para até 5 dias. Outra vantagem são as visadas oblíquas, que
possibilitam a formação de pares estereoscópios.
18
3.3.2) Características Gerais das Imagens SPOT
TABELA 3.3- Principais características das imagens SPOT
Sensor Pancromático Multiespectral
HRV(Haute
Résolution Visible) 10 metros 20 metros
Bandas Espectrais 0,510 a 0,730 µ m
Verde 0,500 a 0,590 µ m Vermelho
0,610 a 0,680 µ m Infravermelho
próx. 0,790 a 0,890 µm
Quantização 8 bits / pixel 8 bits / pixel
Tamanho/Imagem 6000 linhas X 6000 colunas 3000 linhas X 3000 colunas
Tam. Min. Imagem 60 km X 60 km 60 km X 60 km
FONTE: INTERSAT
Cada cena produzida através do satélite SPOT no modo pancromático
recobre uma área de 60 X 60 Km, com 10 metros de resolução espacial ou 20
metros de resolução espacial no modo multiespectral (três bandas espectrais –
XS1,XS2,XS3). Cada sensor HRV coleta informações na região do espectro entre
0,510 a 0,890 µm, faixa do visível e infravermelho próximo e armazena os dados
em 256 níveis de cinza.
3.3.2.1) Programação
Os satélites SPOT 1 e 2 são os primeiros satélites
de coleta de dados, na área civil, a permitir a
programação e apontamento dos sensores para
imageamento de uma área específica.
19
3.3.2.2) Cenas com estereoscopia
A capacidade de visada oblíqua permite realizar pares
estereoscópios pela combinação do ângulo de visada dos
sensores no imageamento de uma mesma porção do terreno.
As cenas geradas com esta característica têm ângulo de
inclinação de mais ou menos 27° e sobreposição de
aproximadamente 60%.
3.3.3) Níveis de Processamento
3.3.3.1) Nível 1A
Calibração radiométrica e correção dos efeitos do sistema mediante
modelo linear destinado a igualar a sensibilidade dos detectores. Estas correções
mínimas são aplicadas de forma sistemática para todos os dados SPOT.
3.3.3.2) Nível 1B
Correções geométricas unidimensionais, aplicadas para suprimir o efeito
panorâmico, efeito de rotação e curvatura da Terra e efeito da variação de atitude
do satélite com respeito a elipsóide de referência.
3.3.3.3) Nível 2A
Correções geométricas bidimensionais estabelecidas a partir de um
modelo extraído dos dados auxiliares de atitude do satélite. Georreferenciamento
com precisão cartográfica relativa.
3.3.3.4) Nível 2B
Correções geométricas bidimensionais estabelecidas a partir de pontos de
apoio no solo ou mapas topográficos. Georreferenciamento com precisão
cartográfica absoluta.
Paralaxe
20
3.3.3.5) Nível S
Este nível de correção permite obter imagens rigorosamente sobrepostas
a uma imagem de referência com a mesma precisão do nível 2B.
3.3.4) Aplicação das Bandas Espectrais do Satélite SPOT
Modo Pancromático
3.3.4.1) PAN Azul (0,510 – 0,730 µm)
Esse modo espectral produz imagens com uma única banda espectral
que é restituída sempre em preto e branco, privilegia a fineza geométrica da
imagem e permite discriminar detalhes finos do tamanho do pixel, que é de 10 X
10 metros ou 100 m². Esse modo espectral é o mais aconselhável para trabalhar
em estereoscopia para topografia, pois, assim consegue-se maior precisão
altimétrica, compatível com a escala 1:50.000.
Modo Multiespectral
3.3.4.2) XS1 Verde (0,500 – 0,590 µm)
Possibilita à análise de sedimentos em suspensão em termos de
quantidade e qualidade. Possuindo boa penetração em corpos de água.
3.3.4.3) XS2 Vermelho (0,610 – 0,680 µm)
Nessa faixa a vegetação verde, densa e uniforme, apresenta grande
absorção, ficando escura e permitindo bom contraste entre as áreas ocupadas
com vegetação e aquelas sem vegetação (ex.: solo exposto, estradas e áreas
urbanas). Permite o mapeamento da drenagem, através da visualização da mata
de galeria, em regiões com pouca cobertura vegetal. É a banda mais utilizada
SAR 1992 R 75 44 Banda L(23cm) Polarização HH Incidência 38,5o
18 x 18
RADARSAT Canadá
R 100 Variável BandaC(5,6cm) Polarização HH Incid. 10º a 59o
10, 30, 50 e 100
FONTE: ANDRADE & COELHO, 1977, p. 13 - 17; RESTEC, 1996; e CHEN, 1996, p. 8. (*) Início, início de operação; Tipo, tipo de sistema de imageamento O - eletro-ótico e R - microondas (Radar). (**) - LARG., Largura da faixa imageada. NOTA: In: CORREIA, José Duarte,1997,p.98 - IME
37
REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS
ANDRADE, Luís Antonio de, COELHO, Aline Lopes. Integração
GPS/Sensoriamento Remoto, apostila do Curso “O” do GIS Brasil 97, Sagres
Editora, Curitiba, 1997, 56 p.
ANDRADE, Luís Antonio de, ROSENHOLM, Dan. Proposta Metodológica para a
Confecção de Cartas-imagem de Satélite e Atualização Cartográfica no
Formato Digital, In: Congresso Brasileiro de Cartografia, 1993, Rio de Janeiro.
Anais do XVI Congresso Brasileiro de Cartografia, Rio de Janeiro, 1993. v. 3,
815 p. p. 585-590.
CHEN, Sherry Chou. Sistemas de Sensoriamento Remoto, apostila do curso de
treinamento realizado no IBGE, 1996, Rio de Janeiro, 13 p.
DUARTE, José Duarte Correia. Atualização Cartográfica na Escala 1:50.000,
Dissertação de Mestrado, Instituto Militar de Engenharia - IME, Rio de
Janeiro, 1997, 110 p.
IBGE. Mapoteca Topográfica Digital, Documentação Geral, versão 3.0, Diretoria
de Geociências, Depto de Cartografia, Rio de Janeiro - RJ, 1997, 84 p.
INSTITUTO NACIONAL DE PESQUISAS ESPACIAIS. http:// www.inpe.com.br,