Imagens de Satélite

Os sistemas orbitais, ou seja, aqueles que adquirem dados através de sensores a bordo de satélites artificiais, podem ser divididos, segundo suas aplicações, em três tipos: satélites meteorológicos, satélites de aplicação híbrida e satélites de recursos naturais.

Os satélites meteorológicos são satélites de órbita geoestacionária, localizados em órbitas altas (36.000 Km acima da Terra) no plano do Equador, deslocando-se com a mesma velocidade angular e direção do movimento de rotação da Terra. Como exemplo, tem-se o Geostationary Operational Enviromental Satellite – GOES e o Meteorological Satellite – METEOSAT. (Ver figura 3)

60 Imagem do satélite GOES.

Fonte: http://www.ncdc.noaa.gov/pub/data/images/

Os satélites de aplicação híbrida possuem esta classificação justamente por trabalharem com aplicações meteorológicas, oceanográficas e terrestres. Possuem órbitas polares, síncronos com o Sol, ou seja, sua velocidade de deslocamento, perpendicularmente ao plano do Equador, é tal que sua posição angular com relação ao Sol é constante ao longo do ano, possibilitando passar pela mesma região sempre no mesmo horário. Dentre estes satélites, o mais importante é o National Oceanic and Atmospheric Administration – NOAA.

Por fim, os satélites de recursos naturais são os que possuem mais sistemas disponíveis. Devido à órbita quase polar, recobrem grande parte da totalidade da Terra. Os principais são: ALOS, LANDSAT, SPOT, CBERS, IRS, KOMPSAT, EROS, IKONOS, QUICKBIRD, JERS, ERS, ENVISAT, RADARSAT e ASTER.

O produto mais usual são imagens obtidas a partir da visada vertical georreferenciadas para a projeção cartográfica desejada.

Características importantes de imagens de satélite são: o número e a largura de bandas do espectro eletromagnético imageadas (resolução espectral), a menor área da superfície terrestre observada instantaneamente por cada sensor (resolução espacial), o nível de quantização registrado pelo sistema sensor (resolução radiométrica) e o intervalo entre duas passagens do satélite pelo mesmo ponto (resolução temporal).

As imagens produzidas são então caracterizadas pelas resoluções: espacial, espectral, radiométrica, temporal e pela largura da faixa imageada.

A resolução espacial é a capacidade do sensor de detectar objetos a partir de uma determinada dimensão. Quanto maior a resolução do sistema sensor, menor é o tamanho mínimo dos elementos que podem ser detectados individualmente.

61 Já a resolução espectral expressa a capacidade do sensor de registrar a radiação em diferentes regiões do espectro. Quanto melhor a resolução espectral, maior o número de bandas espectrais que podem ser adquiridas sobre os objetos da superfície, aumentando o poder de extração de informação para cartas temáticas.

A resolução radiométrica representa a capacidade de discriminar entre diferentes intensidades de sinal ou número de níveis digitais em que a informação se encontra registrada. Quanto maior for esta resolução, maior será a sensibilidade do sensor nas pequenas diferenças de radiação, aumentando o poder de contraste e de discriminação das imagens.

A resolução temporal representa a freqüência com que a área de interesse é revisitada ou imageada. E a largura da faixa imageada, ou largura da faixa de varredura, varia de acordo com o satélite.

Em geral, existe um compromisso entre a largura da faixa e as resoluções espacial, espectral e radiométrica. Para se ganhar em um dos atributos, há que se perder nos demais.

A maioria das imagens de satélite são adquiridas em várias faixas do espectro eletromagnético (bandas). Assim é possível fazer varias composições dessas bandas dentro dos canais RGB e com isso destacar algumas informações. Para identificação do uso do solo as composições mais comuns são: no LandSat R-5/G-4/B-3 onde a vegetação (florestal) aparecera em verde, o solo exposto em branco/rosa e a água em azul. Na imagem CBERS 2/2B a composição será R-3/G-4/B-2.

LandSat 5 TM

62 LandSat 5 TM

Composição falsa cor R5-G4-B3

As imagens LANDSAT são as mais difundidas, principalmente pela sua relação custo-benefício. A operação do satélite é administrada pela National Space and Space Administration – NASA. No Brasil, o Instituto Nacional de Pesquisas Espaciais – INPE e algumas empresas privadas comercializavam as imagens do LANDSAT 4, 5 e 7, que agora estão disponíveis gratuitamente no sítio da NASA.

Desde a década de 70, o I BGE vem utilizando imagens de satélite da série LANDSAT. Estas imagens, uma vez corrigidas geometricamente dos efeitos de rotação e esfericidade da Terra, variações de atitude, altitude e velocidade do satélite, constituem-se em valiosos instrumentos para a Cartografia, na representação das regiões onde a topografia é difícil e onde as condições de clima adversos não permitem fotografar por métodos convencionais.

O Systeme Probatoire d‘ Observation de la Terre – SPOT foi concebido como um sistema comercial, no qual as imagens são adquiridas apenas sob encomenda. Em 1993, o Brasil assinou um contrato que, através do qual, o INPE deixa de pagar pela transmissão de dados do satélite e a comercialização é feita por empresa licenciada pela SPOT Image. Uma característica importante do SPOT é que está sendo muito utilizado para a superposição entre imagens, possibilitando a estereoscopia, a partir da qual são gerados os modelos digitais de terreno.

Estão sendo executadas campanhas de aquisição de dados utilizando os satélites SPOT, de modo a construir uma boa base de dados sobre o território brasileiro e promover o desenvolvimento da utilização desses dados. Essa é uma das alternativas no caso de falha do LANDSAT, que ainda responde pela maior parcela das aplicações no Brasil.

O INPE desenvolveu, em parceria com a Academia Chinesa de Tecnologia Espacial, o satélite CBERS, que já está na sua segunda versão. Há muita expectativa na melhoria das imagens reproduzidas desde a primeira versão deste satélite.

63 Imagens SPOT

Fonte: http://www.satimagens.com/spot.htm

O satélite ALOS (Advanced Land Observing Satellite) foi desenvolvido para contribuir nas áreas de mapeamento, cartografia de precisão e com capacidade de monitoramento ambiental flexível.

Estes sensores devem adquirir imagens com posicionamento compatível com escala 1:25.000, sem uso de pontos de controle no terreno (conforme JAXA), devido ao avançado sistema de controle de órbita e atitude do ALOS, baseado em um receptor GPS de dupla freqüência e rastreador de estrelas, entre outros dispositivos. O satélite ALOS entrou na fase operacional em 24 de outubro de 2006.

Imagem Alos de 2,5 m

64 Completando, tem-se o IKONOS II e o QUICKBIRD II, que são satélites de alta resolução espacial com 1m e 61 cm, respectivamente. As imagens do primeiro são comercializadas pela Space Imaging, e as do segundo, pela Digital Globe.

Estes satélites são muito competitivos para: formação e atualização de bases cartográficas, planejamento urbano e de infra-estrutura, cadastro rural, agricultura de precisão, monitoramento ambiental, defesa civil, geomarketing, inteligência militar e outras aplicações de geoprocessamento.

Figura 4: Imagens Quickbird Fonte: http://www.engesat.com.br

Imagem IKONOS II.

65 A utilização experimental de imagens LANDSAT -MSS no mapeamento planimétrico foi iniciada em convênio entre o INPE/DSG. Neste caso, a imagem na esc. 1:250.000 serve como fundo, sendo os temas lançados a seguir, manualmente.

A utilização de imagens orbitais no mapeamento temático apresenta um grande potencial. Neste caso, a imagem deve ser inicialmente corrigida para a projeção cartográfica desejada. A seguir, por meio de um sistema computacional para processamento de imagem, uma nova imagem é gerada. Esta nova imagem tanto pode ser uma imagem classificada (onde os diversos temas são separados), ou o resultado de algorítmo de combinações entre as diferentes bandas espectrais, por exemplo, as composições coloridas geradas a partir de imagem "razão entre bandas", muito úteis em mapeamento geológico. Finalmente, produz-se um documento cartográfico com a imagem resultante.

As imagens que mais frequentemente são utilizadas na produção de mapas de uso do solo são obtidas pelos satélites SPOT/HRV e Landsat-TM, cujas características são apresentadas sumariamente na tabela 1. Os satélites metereológicos, como por exemplo o NOAA/AVHRR, só são utilizados para produção de mapas de uso do solo em situações excepcionais devido à extensa área coberta por cada pixel. Estes satélites são utilizados em estudos meteorógicos e em monitorização ambiental, devido à sua elevada resolução temporal. Os satélites meteorógicos podem ter resoluções temporais inferiores a 24 horas, enquanto que satélites como o SPOT e o Landsat tem resoluções temporais de aproximativamente 15 dias.

Vale ressaltar, para o fim temático, que as imagens LANDSAT-TM apresentam vantagens com relação ao produto SPOT, devido ao maior número de bandas espectrais e maior potencial temático, desde que a resolução espacial da LANDSAT – TM seja suficiente. satélites/sensores Tipo de utilização Resolução espacial Resolução espectral SPOT/HRV ocupação do solo 10 m * 10 m

20 m * 20 m

1 banda 3 bandas Landsat/TM ocupação do solo 30 m * 30 m 6+1 bandas

Características das imagens LANDSAT – TM e SPOT.

Com o advindo do satélite Alos, surgem também as seguintes expectativas: Sensor PRISM

- Geração de Modelos Digitais de Elevação - Mapeamento na escala 1:25.000

Sensor AVNIR-2

- Mapeamento na escala 1:50.000 - Mapeamentos temáticos Sensor PALSAR

66 - Mapeamento da Amazônia Legal em escala 1:100.000 (modo Fine) e

1:250.000 (modo ScanSAR).

Apesar de todas as vantagens, o sistema de SR tem na altimetria sua grande deficiência. Em trabalhos altimétricos, são somados a ele recursos já existentes, como cartas planialtimétricas desenvolvidas por aerofotogrametria e topografia.

No mapeamento planialtimétrico, os efeitos do relevo são levados em conta, por meio de um MNT (Modelo Numérico de Terreno), composto por uma grade regularmente espaçada com as cotas de cada ponto. Seu uso permite a inclusão de altitude de cada ponto no modelo de correção, obtido por meio de formação de pares estereoscópicos de imagens. Com o barateamento dos dados de Global System Positioning – GPS para pontos de controle e a melhora dos modelos geoidais, o problema tende a ser minimizado.