Adélia M. O. de Sousa, José R. Marques da Silva, Ana Cristina Gonçalves e Paulo A. Mesquita
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INVENTÁRIO DE BIOMASSA FLORESTAL COM IMAGENS DE SATÉLITE DE ALTA RESOLUÇÃO ESPACIAL
(QUERCUS ROTUNDIFOLIA E QUERCUS SUBER)
Adélia M. O. de Sousa, José R. Marques da Silva, Ana Cristina Gonçalves e Paulo A. Mesquita
WORKSHOP (BIO) ENERGIA
16 de Abr i l 2013Depar tamento de Engenhar ia Rura l
Univers ide de Évora
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Projeto: ALTERCEXA I e II - Medidas de Adaptación y Mitigación del Cambio Climático a Través del Impulso de las Energías Alternativas en Centro, Alentejo y Extremadura.
Programa Operativo de Cooperação Transfronteiriço Espanha – Portugal (POCTEP).
Avaliar o potencial de imagens de alta resolução espacial (Quickbird) na
identificação de espécies florestais e respectiva estimativa da sua biomassa
(Quercus rotundifolia e Quercus suber).
Objectivo
Workshop (BIO) ENERGIA, 16 de Abril de 2013
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Áreas de estudo
•Região de Mora (133km2)
- Agosto de 2006 (Quickbird)
• Região de Portel (225km2) - Maio de 2003 (Quickbird)
• Região de Alcácer (155 km2)
- Setembro de 2004, 2007 e 2011
(Quickbird)
- Junho de 2011 (WorldView 2)
- Julho de 2011 (Geoeye1)
- Junho de 2011 (WorldView 2)
•Região de Oleiros (121 km2)
- Maio de 2005 (Quickbird)
Workshop (BIO) ENERGIA, 16 de Abril de 2013
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Dados
As imagens foram adquiridas no modo “Ortho-ready Pan-Sharpened” correspondendo à fusão da banda pancromática com as 4 bandas multi-espectrais.
Resolução espacial de 0,70 m.
B1 - azul (0,45-0,52 mm), B2 - verde (0,52-0,60 mm), B3- vermelho (V) (0,63-0,69 mm),B4 - infravermelho próximo (IVP) (0,76-0,90 mm).
Imagens de alta resolução espacial do satélite Quickbird da Digital Globe (www.digitalglobe.com).
Resolução radiométrica de 11 bits.
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- Orto-rectificação da imagem, com base no Modelo Digital de Elevação (MDE) do satélite Advanced Spaceborne Thermal Emission and Reflection Radiometer (ASTER) com 30 m de resolução espacial.
- Georreferenciação para o sistema de projecção Hayford - Gauss Militar através de pontos com coordenadas conhecidas (pontos identificados no campo com um GPS e vértices geodésicos identificáveis na imagem).
Metodologia
Pré-processamento das imagens
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Metodologia
Principais etapas:
i) cálculo de bandas sintéticas
- índice de vegetação Normalized Difference Vegetation Index – NDVI;
NDVI= (IVP-V)/(IVP+V)
ii) criação de uma máscara de coberto arbóreo;
iii) extracção da área de coberto arbóreo.
Processamento das imagens
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Máscara de vegetação com base no NDVI
Método de segmentação multi-resolução -
agrega pixels em objectos com base em critérios de homogeneidade (forma, textura, etc.)
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Máscara de
vegetação
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Funções alométricas utilizadas (Paulo e Tomé, 2006):
d – diametro à altura do peito
Biomassa Total = ww+wb+wc
onde ww é a biomassa do lenho, wb da casca e wc da copa.
Biomassa
Estimativa da Biomassa – Inventário Florestal
Paulo, JA, Tomé M. Equações para estimação do volume e biomassa de duas espécies de carvalhos: Quercus suber e Quercus ilex. Publicações do GIMREF;RC1/2006. Instituto Superior de Agronomia. Departamento de Engenharia Florestal. Lisboa
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1º Cálculo da Biomassa - Funções Alométrica (BA_C)
2º Estimar a biomassa com base na projecção horizontal de copa (PHC)
Regressão linear
3º Erro na estimativa da biomassa com base na projecção horizontal de copa
Estimativa da biomassa e erro associado
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02000
40006000
800010000
1200014000
1600018000
0
20000
40000
60000
80000
100000
120000
140000
160000
180000
-20
-15
-10
-5
0
5
10
f(x) = 10.210303511064 xR² = 0.999181118397366
Projecção Horizontal de Copa Cumulativa, m2(PHCC)
Biom
assa
cum
ulati
va -
Alom
étric
a,kg
(B
C_A)
Erro
de
estim
ação
da
Biom
assa
%
Biomassa Cumulativa - Funções Alométricas / Projeção Horizontal de Copa Cumulativa (Árvore)
0 2000 4000 6000 8000 10000 120000
20000
40000
60000
80000
100000
120000
140000
160000
180000
-30
-25
-20
-15
-10
-5
0
5
10
15
20
25
f(x) = 14.5867685865904 xR² = 0.99982050770704
Projecção Horizontal de Copa Cumulativa, m2(PHCC)
Biom
assa
Cum
ulati
va -
Alom
étric
a,kg
(BC_
A)
Erro
de
estim
ação
da
Biom
assa
%
Quercus rotundifolia Quercus suber
Erro de 5%PHCC > 4000m2
Erro de 5%PHCC > 2000m2
Resultados
Workshop (BIO) ENERGIA, 16 de Abril de 2013
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Biomassa Cumulativa - Funções Alométricas / Projeção Horizontal de Copa Cumulativa (Parcela)
0 2000 4000 6000 8000 10000 120000
20000
40000
60000
80000
100000
120000
-10
-5
0
5
10
f(x) = 9.87195855853637 xR² = 0.999464406307987
Projeção Horizontal de Copa Cumulativa, m2(PHCC)
Biom
assa
Cum
ulati
va -
Alom
étric
a, k
g(B
C_A)
Erro
de
Estim
ação
de
Biom
assa
%
0 1000 2000 3000 4000 5000 6000 7000 80000
20000
40000
60000
80000
100000
120000
-45
-40
-35
-30
-25
-20
-15
-10
-5
0
5
10
f(x) = 13.9368880621805 xR² = 0.999473877842621
Projeção Horizontal de Copa Cumulativa, m2(PHCC)
Biom
asa
Cum
ulati
va -
Alom
étric
a, k
g(B
C_A)
Erro
de
Estim
ação
da
Biom
assa
%
Quercus rotundifolia Quercus suber
Erro de 5%PHCC > 4000m2
Erro de 5%PHCC > 4000m2
Workshop (BIO) ENERGIA, 16 de abril de 2013
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Biomassa Cumulativa - Funções Alométricas / Projeção Horizontal de Copa Cumulativa (Parcela)
Parcelas de Povoamentos Mistos de Quercus rotundifolia e Quercus suber
01000
20003000
40005000
60007000
80009000
100000
20000
40000
60000
80000
100000
120000
140000
-10
-5
0
5
10
15
f(x) = 13.7409582208769 xR² = 0.997229320260102
Projeção Horizontal de Copa Cumulativa (PHCC), m2
Biom
assa
Cum
ulati
va -
Alo
mét
rica
, kg
(BC_
A)
Erro
de
Estim
ação
de
Biom
assa
, %
Erro de 5%PHCC > 5000m2
Workshop (BIO) ENERGIA, 16 de abril de 2013
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Estimativa da Biomassa - com base na imagem de satélite
Projecção Horizontal de CopaSatélite
Workshop (BIO) ENERGIA, 16 de abril de 2013
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Biomassa Cumulativa - Funções Alométricas / Projeção Horizontal de Copa Cumulativa
(Imagem de Satélite)
Quercus rotundifolia Quercus suber
Estimativa da Biomassa – imagens de satélite
Erro de 5%PHCC > 4000m2
Erro de 5%PHCC > 4000m2
Pacelas de povoamentos puros
Workshop (BIO) ENERGIA, 16 de abril de 2013
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Parcelas de Povoamentos Mistos
Estimativa da Biomassa – imagens de satélite
Erro de 5%PHCC > 8000m2
Workshop (BIO) ENERGIA, 16 de abril de 2013
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Povoamento Equação a, b (kg m-2) Válido para Observações
Puro Quercus rotundifolia
1
2
9.87
6.47
PHCC > 4000 m2
PHCC_S > 4000 m2
Com a PHCC Com a PHCC_S
Puro
Quercus suber1
2
13.94
7.34
PHCC > 2000 m2
PHCCP_S > 4000 m2
Com a PHCC
Com a PHCC_S
Misto Quercus
rotundifolia / Quercus suber
1
2
13.74
7.80
PHCC > 5000 m2
PHCCP_S > 8000 m2
Com a PHCC
Com a PHCC_S
BC_A = a * PHCC (1)
BC_A = b * PHCC_S (2)
Funções de estimação da biomassa
Parâmetros das funções de estimação da Biomassa
Workshop (BIO) ENERGIA, 16 de abril de 2013
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- Neste estudo desenvolveu-se uma metodologia para a estimação da
biomassa com base em imagens de satélite de alta resolução espacial com
resultados bastante satisfatórios, com erros de estimação inferiores a 5%.
- Para parcelas de povoamentos puros de Quercus rotundifolia e Quercus
suber pode-se estimar o valor da biomassa desde que a projecção
horizontal de copa cumulativa obtida com base em imagens de satélite
tenha valores superiores a 4000 m2.
- Para parcelas de povoamentos mistos de ambas as espécies, pode-se
estimar o valor da biomassa desde que a projecção horizontal de copa
cumulativa obtida com base em imagens de satélite tenha valores superiores
a 8000 m2.
Conclusões
Workshop (BIO) ENERGIA, 16 de abril de 2013
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Muito Obrigado
Adélia Sousa ([email protected])José Rafael M da Silva([email protected])Ana C. Gonçaves([email protected])Paulo Mesqueita([email protected])
Workshop (BIO) ENERGIA, 16 de abril de 2013