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Monitoramento do desenvolvimento da cultura da soja no sul do marte.sid.inpe.br/col/dpi.inpe.br/[email protected]/2006/11.16.03... · PDF file2007-03-01 · ... execução e...

Nov 28, 2018

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  • Monitoramento do desenvolvimento da cultura da soja no sul do Brasil usando dados SPOT Vegetation e NOAA/AVHRR.

    Anbal Gusso 1

    Eliana Lima da Fonseca 2

    Denise Cybis Fontana 3

    1 Universidade Federal do Rio Grande do Sul/

    Centro Estadual de Pesquisas em Sensoriamento Remoto e Meteorologia - UFRGS/CEPSRM

    Caixa Postal 15044 91501-970 Porto Alegre - RS, Brasil [email protected]

    2 Universidade Federal do Rio Grande do Sul - UFRGS/

    Departamento de Geografia

    Caixa Postal 15044 - 91501-970 Porto Alegre - RS, Brasil [email protected]

    3 Universidade Federal do Rio Grande do Sul - UFRGS/

    Faculdade de Agronomia

    Caixa Postal 15044 - 91540-000 Porto Alegre - RS, Brasil [email protected]

    Abstract. The Joint Research Centre (JRC), that works as a center of science and technology reference for the European Union (EU), has been developing technologies and organising a crop yield monitoring and

    forecasting system in different parts of the world. Based on the experience of the Monitoring Agriculture with

    Remote Sensing (MARS) project in Europe, in 2001 the European Commission decided to enlarge the monitoring

    activities to the others regions of the world. In Brazil, both Rio Grande do Sul and Paran States are great grain

    exporters of Brazilian grain production, especially soybean. In this paper, it is shown an inter-annual

    comparative study of the Normalized Difference Vegetation Index (NDVI) obtained both from Advanced Very

    High Resolution Radiometer (AVHRR) instrument of the National Oceanic and Atmospheric Administration

    (NOAA) satellites system and Vegetation instrument of the Systeme Pour LObservation de la Terre (SPOT) from

    July 2004 to July 2006. The objective was to investigate specific temporal profiles of NDVI measurements over

    crop fields areas in order to observe the relationship between these two sensors.

    Palavras-chave: remote sensing, agricultural monitoring, comparision, sensoriamento remoto, monitoramento agrcola, comparao.

    1. Introduo e Objetivos O uso de dados de sensoriamento remoto no monitoramento dos processos da biosfera como a

    produo primaria e evapotranspirao exigem o imageamento freqente da superfcie

    terrestre (Goetz, 1997). Adicionalmente, as aplicaes agrcolas da tecnologia de

    sensoriamento remoto requerem um processamento quantitativo dos dados, com grande

    preciso e confiabilidade.

    O Joint Research Centre (JRC) funciona como um centro de referncia de cincia e

    tecnologia para a Unio Europia (UE), cuja misso fornecer a sustentao cientfica e

    tcnica dirigida aos usurios para concepo, desenvolvimento, execuo e monitoramento de

    polticas da UE. A unidade AGRIFISH uma fuso das aes de monitoramento da

    agricultura e das atividades de pesca atravs de sensoriamento remoto. Os experimentos

    desenvolvidos integram a pesquisa e tcnicas em estatstica, processamento e interpretao de

    imagens, gerenciamento de Sistema de Informaes Geogrficas, informao em rede,

    225

  • geomtica, modelos agrometeorolgicos (crescimento e rendimento) e controle de qualidade.

    Com base em dados dos satlites Systeme Pour LObservation de la Terre (SPOT).

    Na ltima dcada, ndices espectrais de vegetao, e particularmente aqueles derivados dos

    instrumentos Advanced Very High Resolution Radiometer (AVHRR) do National Oceanic and

    Atmospheric Administration (NOAA) tm demonstrado grande potencial no monitoramento de

    parmetros ambientais e da vegetao (Kogan et al., 2003). Apesar dos dados

    NOAA/AVHRR, desde meados dos anos 80, serem usados para o monitoramento dos

    diferentes ambientes sobre a superfcie terrestre, o potencial cientfico destes dados tem

    encontrado um vasto campo de aplicaes no monitoramento de parmetros

    agrometeorolgicos sobre o territrio brasileiro (e.g. Fontana et al., 2002; Kogan 2001; Liu e

    Kogan 2002; Melo 2003; Motta et al. 2003).

    Atualmente, com a necessidade do acesso de informaes e a tomada de decises em

    tempo hbil, tem se evidenciado a importncia conhecimento sobre tcnicas que

    proporcionem a interpretao de dados gerados por diferentes instrumentos colocados em

    rbita.

    O objetivo deste trabalho foi investigar o perfil de evoluo do produto NDVI (Normalized

    Difference Vegetation Index) obtido pelos sensores SPOT Vegetation e NOAA/AVHRR,

    sobre reas de intenso cultivo da soja e verificar a relao da estimativa do NDVI obtidos

    entre os dois sensores, no perodo analisado.

    2. Metodologia

    2.1 rea de estudo Para este estudo, foram selecionados 20 municpios em reas de grande produo de soja nos

    Estados do Rio Grande do Sul e Paran. No Rio Grande do Sul os dez municpios analisados

    esto dentro de uma grande rea na metade norte do Estado, e de intenso cultivo da soja. No

    Paran, os dez municpios analisados tambm so provenientes de uma rea de intenso cultivo

    da soja, na regio oeste do Estado. O clima predominante nos dois estados subtropical e

    temperado, respectivamente caracterizados pelos tipos Cfa e Cfb de Kppen (1948). A figura

    1 apresenta os municpios analisados nos dois Estados e a Tabela 1 apresenta a distribuio

    dos municpios analisados nos dois Estados, a rea total do municpio e a rea de cultivo de

    soja (IBGE, 2002).

    Figura 1 Localizao da rea de estudos.

    226

  • Tabela 1 - Municpios avaliados, coordenadas centrais, rea total do municpio e a rea relativa referente ao cultivo com soja.

    2.2. Clculo do NDVI a partir do sensor SPOT Vegetation

    As imagens/produto NDVI do SPOT Vegetation, foram cedidas gratuitamente pelo Joint

    Research Centre (JRC) of European Commision: < ftp://agrifish.jrc.it/Public/ >. Estas imagens fornecem o valor mximo mensal do NDVI calculado a partir das imagens dirias,

    com uma resoluo radiomtrica de 8bits. Para o clculo so consideradas as bandas do

    vermelho que est posicionada em 0,61-0,68m e do infravermelho posicionada em 0,78-

    0,89m (Carreiras et al., 2002). Estas imagens foram importadas integralmente para o

    aplicativo ENVI 4.2, em formato Geotiff. Posteriormente foram redimensionadas para a

    resoluo espacial de 0.01 graus (aproximadamente 1100metros no nadir) DATUM WGS84,

    para possibilitar a comparao com os dados NOAA/AVHRR, uma vez que o sensor

    SPOT/Vegetation produz com resoluo espacial de 1000 metros (no nadir) sobre a superfcie

    terrestre. As imagens que cobriam toda a Amrica do Sul foram recortadas deixando apenas

    os trs estados da regio sul do Brasil (Rio Grande do Sul, Santa Catarina e Paran), visando

    facilitar a manipulao dos dados. Aps, foram convertidos valores de nvel de cinza dos

    pixels da imagem em unidades de NDVI, por meio do clculo (NDVI = 0.004*imagem 0.1),

    conforme indicado pelo VEGETATION programme, disponibilizado em: <

    http://www.vgt.vito.be/ >.

    2.3. Clculo do NDVI a partir do sensor NOAA/AVHRR

    O processamento das imagens NOAA/AVHRR, em ndice de vegetao, foi realizado no

    programa ERDAS-Imagine (verso 8.5), com dados obtidos da estao de recepo de

    imagens NOAA instalada no CEPSRM, no Campus do Vale da Universidade Federal do Rio

    Grande do Sul (UFRGS) localizada nas coordenadas aproximadas 30 03S 51 09W.

    Municpios (PR)

    Coordenadas (LatLong)

    rea total (Km2)

    rea cultivada (%)

    1 Assis Chateaubriand 24 31S 53 33W 970 75,84

    2 Boa Esperana 24 15S 52 48W 307 92,83

    3 Brasilndia do Sul 2410S 53 30W 291 58,42

    4 Camb 23 79S 51 13W 495 56,86

    5 Campo Mouro 24 10S 52 22W 757 64.99

    6 Paiandu 23 26S 52 10W 171 56,49

    7 Rolndia 23 18S 51 30W 460 48,09

    8 So Jorge do Iva 23 28S 52 24W 315 85,71

    9 Sertanpolis 23 00S 50 57W 506 53,02

    10 Toledo 24 45S 53 48W 1.197 56,10

    Municpios (RS)

    Coordenadas (LatLong)

    rea total (Km2)

    rea cultivada (%)

    1 Campinas do Sul 27 41S 52 39W 261 53,64

    2 Colorado 28 28S 52 56W 286 55,59

    3 Cruz Alta 28 43S 53 34W 1.360 58,82

    4 Giru 28 04S 54 25W 856 66,59

    5 Jia 28 47S 54 09W 1.236 51,78

    6 Palmeira das Misses 27 50S 53 16W 1.416 63,56

    7 Pejuara 28 23S 53 33W 414 66,67

    8 Santa Brbara 28 24S 53 10W 971 66,94

    9 Tapejara 28 00S 52 01W 241 54,15

    10 Trs de Maio 27 41S 54 18W 422 63,39

    227

  • Neste procedimento esto includos os seguintes passos: a inspeo visual da qualidade

    mnima dos dados digitais, calibrao radiomtrica atualizada segundo os procedimentos

    descritos por Rao e Chen (1999) - recomendados pela NOAA - e primeira e segunda etapas de

    georeferenciamento e clculo do NDVI (Rouse et al., 1974) obtido por meio de uma

    combinao matemtica simples, que relaciona a radiao refletida na faixa do vermelho (0,58

    0,68m) e infravermelho (0,725 1,0m). As composies de imagens de NDVI foram

    obtidas pelo clculo do MVC (Maximum Value Composite) de Holben (1986), a partir das

    imagens dirias do satlite NOAA-17.

    2.4. Anlise dos valores do NDVI sobre a rea de estudos

    Os dados mensais do NDVI obtidos pelos dois sensores foram extrados considerando toda a

    da rea dos municpios, a qual foi delimitada pelo arquivo vetorial da malha municipal oficial

    (IBGE). Foram extrados os valores de NDVI de todos os pixels do interior de cada um dos 20

    municpios avaliados, totalizando 11.817 pixels para cada um dos sensores, para cada um dos

    meses do perodo estudado (julho 2004 a julho de 2006).

    Os dados foram tabulados ms a ms para cada municpio vis