SENSORIAMENTO
E
SENSORES
Instituto Federal de Minas Gerais – campus Bambuí
Diogo Santos Campos
ENGENHEIRO AGRÍCOLA, D.Sc.
diogo.campos@ifmg.edu.br
SENSORES NA AGRICULTURA
Área com maior potencial de
desenvolvimento em AP.
•
Capacidade de coletar dentro de uma
área uma quantidade muito maior de
dados quando comparado com a
amostragem georreferenciada.
•
Permite uma caracterização da
variabilidade
de
forma
mais
detalhada.
O QUE SÃO SENSORES?
•
São dispositivos que respondem a um
estímulo físico/químico de maneira
específica e mensurável;
•
São capazes de avaliar algum
atributo de um alvo, normalmente de
maneira indireta;
•
“SENSOR” => dispositivo que mede
ou estima determinada propriedade
de alvo.
FORMAS DE SENSORIAMENTO
É a maneira que um sensor interage
com um alvo.
Podem ser:
•
Direto: ocorre quando o sensor tem
contato com o alvo (ex: penetrômetro;
clorofilômetro); e
•
Indireto: ocorre quando o sensor não
tem contato com o alvo (ex: sensores
a bordo de veículos aéreos e
satélites).
FUDAMENTOS
DE
Definições...
“Forma de se obter informações de
um objeto ou alvo, sem haja
contato físico com o mesmo.”
(Roberto Rosa)
“Utilização de sensores para a
aquisição de informações sobre
objetos ou fenômenos sem que haja
contato direto entre eles.”
Curiosidade
Câmeras presas a
pombos correios para
identificação do
território inimigo.
Radiação Solar
Fonte de energia para todos os processos físico-químicos e biológicos que ocorrem na superfície terrestre.
A energia solar é a base para todos os princípios em que se fundamenta o SENSORIAMENTO REMOTO.
Espectro Eletromagnético
É o intervalo completo da radiação eletromagnética, que contém desde as ondas de rádio, as microondas, o
infravermelho, a luz visível, os raios ultravioleta, os raios X, até aos radiação gama.
Nome Intervalo espectral (micrômetro – µm)
Fonte de radiação Propriedade de medida
Visível 0,4 – 0,7 Sol Reflectância Infravermelho próximo 0,7 – 1,1 Sol Reflectância Infravermelho de ondas curtas 1,1 – 1,35 1,4 – 1,8 2,0 – 2,5 Sol Reflectância Infravermelho médio 3,0 – 4,0 4,5 – 5,0 Sol Corpos terrestres com altas temperaturas (incêndio) Reflectância Temperatura Infravermelho termal 8,0 – 9,5 10 - 14 Terra Temperatura Microondas, radar 1 mm – 1m Terra Temperatura
OBS:
A radiação proveniente do sol que
incide sobre a superfície da terra é
denominada de irradiância, e a radiação
que deixa a superfície terrestre é
denominada de radiância.
COMPORTAMENTO
ESPECTRAL DOS ALVOS
•
A radiação solar incidente na
superfície terrestre interage de modo
diferente com cada tipo de alvo.
•
Esta diferença é determinada
principalmente pelas diferentes
composições físico-químicas dos objetos
ou feições terrestres
.•
Cada alvo terrestre tenha sua própria
COMPORTAMENTO
COMPORTAMENTO
COMPORTAMENTO
ESPECTRAL DOS ALVOS
As ondas eletromagnéticas
podem ser:
•
Refletidas;
•
Absorvidas; e
COMPORTAMENTO
ESPECTRAL DOS ALVOS
Porque um objeto é azul
perante os nossos olhos?
COMPORTAMENTO
ESPECTRAL DOS ALVOS
Energia refletida por
COMPORTAMENTO
ESPECTRAL DOS ALVOS
Foto Natural
COMPORTAMENTO
ESPECTRAL DOS ALVOS
Foto Colorida IV
SENSORES
Captam a energia eletromagnética (REM) da superfície terrestre e transformam em valor
digital proporcional a esta energia.
Podem ser:
Passivos: Usam apenas a REM natural refletida ou
emitida pela superfície terrestre. A luz solar é a principal fonte desses sensores.
Ativos: Usam REM artificial produzida por radares
instalados nos próprios satélites. Estas ondas atingem a superfície terrestre onde interagem com os alvos, sendo refletidas de volta ao satélite.
IMAGEM DIGITAL
Forma de armazenamento:
• Toda imagem, em formato digital, é armazenada em arquivos de computador como qualquer outro arquivo de dados.
• São matrizes onde as células destes registros são todos do mesmo tamanho e correspondem aos pixels. • O valor armazenado em cada campo é proporcional à intensidade da REM, proveniente da parcela da superfície terrestre.
• Qual o tamanho em disco de computador, ocupado por uma imagem?
IMAGEM DIGITAL
RESOLUÇÃO ESPACIAL:
•
O nível de detalhes que se pode ver numa
imagem.
•
Tamanho do menor objeto que é possível
representar na imagem.
•
A dimensão do pixel é denominada de
resolução espacial.
•
Quanto menor a dimensão do pixel, maior
é a resolução espacial da imagem.
•
É impossível identificar qualquer alvo
dentro de um pixel.
IMAGEM DIGITAL
Resolução Espacial:
É impossível identificar qualquer alvo dentro de um pixel, pois seu valor integra todo o feixe de luz
proveniente da área do solo correspondente ao mesmo.
IMAGEM DIGITAL
RESOLUÇÃO ESPECTRAL:
•
A REM é decomposta, pelos sensores, em
faixas espectrais de larguras variáveis.
Estas faixas são denominadas bandas
espectrais.
•
Quanto mais estreitas forem estas faixas
espectrais, e/ou quanto maior for o número
de bandas espectrais captadas pelo sensor,
maior é a resolução espectral da imagem.
IMAGEM DIGITAL
Resolução Espectral:
B
G
CIR RGB IR R G B 3 CCD’s
IMAGEM DIGITAL
Resolução Espectral:
Exemplo de Imagens Landsat / TM 7 bandas: 1. 0,45 μm a 0,52 μm; 2. 0,52 μm a 0,60 μm; 3. 0,63 μm a 0,69 μm; 4. 0,76 μm a 0,90 μm; 5. 1,55 μm a 1,75 μm; 6. 2,08 μm a 2,35 μm; e 7. 10,4 μm a 2,5 μm.
Existem sensores que geram imagens com centenas de bandas espectrais.
IMAGEM DIGITAL
RESOLUÇÃO RADIOMÉTRICA:
•
Está relacionada a faixa de valores
numéricos associados aos pixels.
•
O valor numérico representa a intensidade
da radiância proveniente da área do terreno
correspondente ao pixel e é chamado de
nível de cinza.
•
A quantidade de níveis de cinza é igual a 2
(QtdBits) (dois elevado a quantidade de
bits).
IMAGEM DIGITAL
Resolução Radiométrica: • Exemplo 1:
2 2 = 4 níveis de cinza (2 bits)
• Exemplo 2:
IMAGEM DIGITAL
Resolução Radiométrica:
(a) - 8 bits (28 = 256 níveis)
IMAGEM DIGITAL
RESOLUÇÃO TEMPORAL:
•
Está relacionada ao período de tempo
em que o satélite volta a revisitar uma
mesma área.
•
O satélite SPOT tem resolução
temporal de 26 dias, portanto menor que
o LANDSAT que é de 16 dias.
NÍVEIS DE COLETA DE
DADOS ESPECTRAIS
PROCESSAMENTO
DIGITAL IMAGEM (PDI)
• Esse é o segmento onde se tem investido grandes recursos técnicos e humanos, e por isto, a evolução deste segmento tem respondido de modo eficiente, às demandas do Sensoriamento Remoto.
• Dentre os sistemas de processamento digital de imagens disponíveis podemos citar:
SPRING ENVI IDRISI PCI ER-MAPER ERDAS
VEÍCULOS AÉREOS NÃO
TRIPULADOS – VANTs -
Inicialmente voltados para o mercado
militar, vants (sigla de veículos aéreos não
tripulados).
Outras áreas perceberam o potencial
dessas aeronaves:
•
Agricultura;
•
Monitoramento;
•
Reconhecimento tático;
•
Segurança;
•
Vigilância e mapeamento...
VEÍCULOS AÉREOS NÃO
TRIPULADOS – VANTs -
O uso de VANTs (Drones) vem ganhando
grande destaque em AP.
Vantagens:
•
Agilidade; e
•
Flexibilidade.
Permite a obtenção de dados da
lavoura no momento que o produtor julgar
necessário.
Sem a dependência da resolução
temporal dos satélites e o fretamento de
aviões ($$$$$$$$$$$).
VEÍCULOS AÉREOS NÃO
TRIPULADOS – VANTs -
Atualmente o SENSORIAMENTO com uso
de VANTs (Drones) pode ser
considerado:
•
Rápido;
•
Prático; e
•
De baixo custo.
Há vários tipos de VANTs:
•
Helicópteros;
•
Aviões;
•
Asas voadoras;
•
Multirotores.
Transporte de sensores ópticos: • Câmeras convencionais; • Câmeras multiespectrais; • Radares....VEÍCULOS AÉREOS NÃO
TRIPULADOS – VANTs -
VEÍCULOS AÉREOS NÃO
TRIPULADOS – VANTs -
VEÍCULOS AÉREOS NÃO
TRIPULADOS – VANTs -
VEÍCULOS AÉREOS NÃO
TRIPULADOS – VANTs -
VEÍCULOS AÉREOS NÃO
TRIPULADOS – VANTs -
IMPORTANTE:
Para o uso desses sensores, é
fundamental o conhecimento de
SISTEMAS DE INFORMAÇÕES
GEOGRÁFICAS (SIG) e técnicas de
PROCESSAMENTO DE IMAGENS
DIGITAIS.
VEÍCULOS AÉREOS NÃO
TRIPULADOS – VANTs -
REGULAMENTAÇÃO DE VANTs
•
Seguem critérios distintos para cada país.•
É influenciada principalmente por questões de segurança estratégica e ao cidadão.•
São capazes de suportar dispositivos que comprometem a segurança.•
Podem cair sobre sobre pessoas ou patrimônios ...Essas regulamentações visam atribuir
USO DE DADOS OBTIDOS POR
SENSORES REMOTOS
Antes da interpretação dos dados
de SR é necessário converter os dados
de reflectância individual de cada
BANDA ESPECTRAL em informação que
auxilie na identificação da propriedade
de interesse do alvo.
CIR RGB IR R G B 3 CCD’s
ETAPAS DA TRANSFORMAÇÃO
DOS DADOS DE SR:
•
Obtenção dos dados de SR;•
Processar e analisar esses dados (imagens e seus pixels);•
Examinar estatisticamente esses dados confrontando-os com informações disponíveis;•
Validar informações obtidas com investigações de campo;•
Estabelecer relações de causa e efeito;GERAÇÃO DE ÍNDICES EM SR
Os ÍNDICES tem a finalidade de representar uma característica quando comparados com as informações individuais.
Os ÍNDICES DE VEGETAÇÃO podem auxiliar na identificação de algum parâmetro da cultura, reduzindo ou eliminando a interferência do solo.
NDVI = Índice de vegetação por
diferença normalizada (mais conhecido pois correlaciona a quantidade de massa vegetal)
Vd Vm IV Vd Vdn
Vd
Vm
IV
Vm
Vm
n
Vd
Vm
IV
IV
IV
n
IV
Vm
RV
m
IV
Vd
RV
d
Vm
IV
Vm
IV
NDVI
Vd
IV
Vd
IV
GNDVI
.
1
,
5
5
,
0
Vm
IV
Vm
IV
SAVI
ÍNDICE NDVI
As aplicações dos cálculos de NDVI
na agricultura são várias, como por
exemplo:
•
Monitoramento de lavouras;
•
Detecção de efeitos de secas;
•
Detecção de danos provocados por
pragas;
•
Estimativas de produtividade agrícola;
•
Modelização hidrológica;
SENSORIAMENTO PROXIMAL
SENSORES DE PLANTA
Atualmente estão surgindo os SENSORES que apresentam como alvo principal as PLANTAS.
SENSORES desenvolvidos sobre plataformas terrestres (embarcadas em equipamentos agrícolas).
Usam princípios ópticos, principalmente a reflectância.
SENSORIAMENTO PROXIMAL
SENSORES DE PLANTA
•
Clorofilômetro
Usados para medir indiretamente a disponibilidade de N nas plantas uma vez que esse elemento é integrante essencial da clorofila.
SENSORIAMENTO PROXIMAL
NTechIndustries Inc., USA
SENSORIAMENTO PROXIMAL
(Smart Sprayer)
SENSORIAMENTO PROXIMAL
SENSORES DE PLANTA
PLANTA DANINHA
SENSORIAMENTO PROXIMAL
SENSORES DE SOLO
O mapeamento das propriedades do solo é essencial para o entendimento da variabilidade das lavouras.
Usuários de AP devem dispor de equipamentos e técnicas para identificar diferentes parâmetros do solo (fertilidade, textura, compactação, ....).
SENSORIAMENTO PROXIMAL
SENSORES DE SOLO
•
Sensores de condutividade elétrica
O solo pode conduzir corrente elétrica através de água, mudança na textura, CTC, presença de sais e teor de matéria orgânica.
Indiretamente é possível estimar qualquer um desses parâmetros, desde que os demais pudessem ser isolados (não provável).
SENSORIAMENTO PROXIMAL
SENSORES DE SOLO
•
Sensores de condutividade elétrica
Os mapas de condutividade elétrica podem ser usados para identificar qualitativamente a variabilidade espacial do solo para os fatores que mais afetam a CE.
SENSORIAMENTO PROXIMAL
SENSORES DE SOLO
SENSORIAMENTO PROXIMAL
SENSORES DE SOLO
SENSORIAMENTO PROXIMAL
SENSORES DE SOLO
SENSORIAMENTO PROXIMAL
SENSORES DE SOLO
•
Sensores de avaliação da
compactação do solo
Medem indiretamente o
adensamento/compactação do solo por meio da avaliação da resistência a
SENSORIAMENTO PROXIMAL
SENSORES DE SOLO
•
Sensores de avaliação da compactação
SENSORIAMENTO PROXIMAL
OUTROS SENSORES
•
Sensores de pH e nutrientes
•
Sensores de distância
•
Sensores de qualidade do produto
E AÍ ?
VAI PERGUNTAR OU VAI FICAR CALADO ?
