FUNDAMENTOS DE
SENSORIAMENTO REMOTO
IMAGEM DE SATÉLITE LANDSAT
Carlos Marove Francisco Tauacale
2017
UNIVERSIDADE EDUARDO MONDLANE
DEPARTAMENTO DE GEOGRAFIA
Índice
Introdução ............................................................................................................................................. 1
1. Introdução ao Sensoriamento Remoto ........................................................................................ 2
1.1. Conceito ..................................................................................................................................... 2
2. Fonte de Energia e Principio Físicos do Sensoriamento Remoto. .............................................. 2
2.1. Radiação electromagnética (RE) ............................................................................................... 2
Espectro Electromagnético................................................................................................................... 2
Unidades de medição da radiação electromagnética: ........................................................................ 5
2.2. Princípio Físico do Sensoriamento Remoto.............................................................................. 5
3. Interação da energia electromagnética com a atmosfera .......................................................... 6
Difusão: .................................................................................................................................................. 7
Absorção: ............................................................................................................................................... 7
4. Refletância Espectral dos Corpos. ................................................................................................ 7
4.1. Reflectância Espectral de alguns corpos (vegetação, solo e água) ......................................... 8
5. SENSORES ....................................................................................................................................... 9
Sensor Passivo ..................................................................................................................................... 10
Sensor Activo ....................................................................................................................................... 10
5.1. Resolução dos sensores .......................................................................................................... 11
5.2. Satélites .................................................................................................................................... 12
5.2.1. Classificação dos Satélites ................................................................................................... 12
5.2.2. Órbitas dos Satélites ............................................................................................................ 12
1. IMAGENS DE SATÉLITE ................................................................................................................ 14
1.1. Aplicação .................................................................................................................................. 14
2. SÉRIE LANDSAT ............................................................................................................................ 17
2.1. Órbita ....................................................................................................................................... 18
2.2. Sensores ................................................................................................................................... 18
Landsat 1-2-3-4 e 5: RBV, MSS e TM .................................................................................................. 18
Landsat 7: Enhanced Thematic Mapper Plus (ETM +) ...................................................................... 19
Landsat 8: Operational Land Imager “OLI” (imageador operacional) e Thermal Infrared Sensor
“TIRS” (Sensor do infravermelho termico) ........................................................................................ 20
2.3. Aplicação .................................................................................................................................. 22
3. Aquisição das Imagens Landsat .................................................................................................. 22
Referências .......................................................................................................................................... 22
PÁGINAS WEB DE AQUISIÇÃO DE IMAGENS DE SATÉLITE GRÁTIS ................................................... 23
1
Introdução
O presente documento foi preparado com base em consultas de várias fontes e, grande parte da
informação, foi adaptada e agregada para responder os tópicos propostos para as aulas de
sensoriamento remoto. Este manual foi compilado de forma sistemática e quiçá, de forma mais
objectiva possível para uma fácil compreensão dos temas, privilegiando o caráter cientifico dos
conteúdos.
Faz parte deste manual a informação sucinta sobre sensoriamento remoto, fonte de energia
princípio físico de remote sensing, refletância espectral, sensores e suas resoluções, satélites e
suas orbitas e classificação, imagens de satélites e suas aplicações, satélites Landsat. Portanto, as
abordagens são na generalidade de caráter teórico e tem a finalidade de dar noções básicas de
remote sensing aos consultores deste manual.
A componente teórica deste manual irá ajudar na execução de forma fácil das tarefas práticas de
remote sensing, por isso, é sempre frutífero a compreensão desta componente e seguidamente
procurar trabalhar a componente prática. Por isso, este documento integra o conjunto de três
manuais dos quais dois são de caráter pratico, eis:
Digital Shoreline Analysis System Manual de Procedimentos
Exercício 1: Aquisição de dados Open Source
O primeiro capítulo faz uma breve introdução do sensoriamento remoto, princípio físico de
remoto sensing, seguidamente, o capitulo de refletância espectral dos corpos, sensores e suas
resoluções, satélites e suas orbitas e classificação e último capítulo aborda sobre os satélites da
série Landsat, portanto, faz parte deste capitulo a breve historial da série, a orbita, sensores
aplicação e aquisição das imagens destes satélites.
2
CAPITULO 1
1. Introdução ao Sensoriamento Remoto
Introdução
O sensoriamento remoto teve o seu avanço com a invenção da câmera e o desenvolvimento
tecnológico ligado a aviação, astronomia, início da era espacial, etc. estes factos impulsionaram o
desenvolvimento de técnicas de exploração e estudo dos recursos, ambientes e vários
fenômenos que ocorrem na Terra através de imagens de satélites. Desde então, o
sensoriamento remoto tem registado grandes avanços e, hoje existem diversos conceitos ligados
as tecnologias de sensoriamento remoto.
1.1. Conceito
O Sensoriamento Remoto pode ser entendido como um conjunto de acções que permite a
obtenção de informações dos objectos que compõem a superfície terrestre sem a necessidade
de contacto directo com os mesmos.
Estas acções envolvem a detecção, aquisição e análise (interpretação e extracção de
informações) da energia electromagnética emitida ou reflectida pelos objectos terrestres e
registadas por sensores remotos.
2. Fonte de Energia e Principio Físicos do Sensoriamento Remoto.
O sensoriamento remoto tem o seu sucesso na aquisição de dados da Terra através da radiação
electromagnética, quer emitida ou refletida por esta. A radiação que a superfície da Terra
reflecte está concentrada no espectro visível, enquanto que a emitida é, principalmente, do tipo
Infravermelho (ver figura 1).
2.1. Radiação electromagnética (RE)
Espectro Electromagnético
Considera-se o Sol a fonte natural de energia que através da radiação propaga esta energia em
forma de ondas electromagnéticas até a superfície da Terra, as quais, o principio físico do
sensoriamento remoto é baseada. Calcula-se que o Sol é composto por hidrogénio (71%) e hélio
(26%) na sua camada mais externa designada fotosfera.
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Esta camada está a uma temperatura média de cerca de 5.770ºK. Entretanto, no seu interior,
esta estrela possui um núcleo que com a pressão recebida do exterior aumenta a sua
temperatura para cerca de 15.000.000 ºK. No núcleo do Sol ocorrem reacções que transformam
o hidrogénio em hélio, libertando energia, chamada radiação.
A radiação solar na forma de hélio é expelida para o exterior que percorrem grandes distâncias e
volta para a superfície do sol devido a sua força de gravidade. No entanto, a energia liberada,
prossegue, propagando-se através de um campo electromagnético, em pequenos pulsos ou
feixes discretos de fotons individuais, em linha recta e movimento ondulatório (Figura 1).
Fig. 1: Propagação da onda electromagnética.
As ondas electromagnéticas podem ser consideradas como os mecanismos bases para o
sensoriamento remoto. Elas captam as informações pertinentes às principais características das
feições terrestres e as levam até os satélites.
Essas interacções são determinadas pelas propriedades físico-químicas e biológicas desses
objectos e podem ser identificadas nas imagens e nos dados de sensores remotos. Portanto, a
energia electromagnética reflectida e emitida pelos objectos terrestres é a base de dados para
todo o processo de sua identificação.
A energia electromagnética utilizada na obtenção dos dados por sensoriamento remoto é
também denominada de radiação electromagnética. A quantidade e qualidade da energia
4
electromagnética reflectida e emitida pelos objectos terrestres resultam das interacções entre a
energia electromagnética e estes objectos.
A RE é a energia electromagnética em trânsito que pode ser detectada somente quando interage
com a matéria. Esta pode ser definida como sendo uma propagação de energia, por meio de
variação temporal dos campos eléctrico e magnético, da onda portadora. A completa faixa de
comprimentos de onda e de frequência desta radiação é denominada de espectro
Electromagnético (figura 2).
Fig. 2: espectro electromagnético.
O espectro electromagnético (fig. 2) é contínuo e estende-se desde os comprimentos de onda
muito curtos da radiação cósmica até aos comprimentos de onda muito longos, as ondas de
rádio. Somente uma pequeníssima parte do espectro é visível ao olho humano (espectro visível).
Algumas partes do espectro não-visível (espectro infravermelho) podem ser detectadas e
registadas pelos sensores espaciais.
O sensor passivo (definido mais adiante), utiliza apenas pequenas faixas deste espectro que
consiste da luz visível, e do infravermelho, ambas provenientes do sol, e da faixa de ondas
termais emitidas pela Terra.
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A luz visível corresponde as faixas de comprimento de onda entre (0,4µm a 0,7µm), o
infravermelho a faixa de (1µm a 2,5µm) e o termal entre (2,5µm a 13µm).
O sensor ativo (definido mais adiante), utiliza ondas de radar no processo de imageamento.
Estes sistemas operam com microondas nas faixas de (0,8cm a 1,1cm), de (2,4cm a 3,8cm) e de
(15cm a 30cm).
Unidades de medição da radiação electromagnética:
1 Angstron Aº = 10-10m
1 Nanómetro nm= 10-9m
1 Micrómetro μm= 10-6m
Frequência 1 Mhz= 108 hz 1 Ghz= 109 hz
Espectro electromagnético
UV 0.1-0.3 μm.
Visível
Visível 0.4 – 0.7 μm. Divide-se em: azul (0.4 a 0.5μm); verde (0.5 a 0.6 μm) e vermelho (0.6 a 0.7
μm).
Ultravioleta (UV) junta-se no fim do azul da porção do visível.
Infravermelho (IR) constituído por: infravermelho próximo (o,7 μm a 1.3 μm); Infravermelho
médio (1.3 μm a 3 μm) e infravermelho térmico (mais de 3 μm).
Microondas (1 mm a 1 m).
2.2. Princípio Físico do Sensoriamento Remoto
O modelo físico do sensoriamento remoto é constituído por:
Fonte (de radiação),
Objecto (de observação),
Instrumento (de captação) e Satélite,
Meio (de transmissão),
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Fig. 3: Representação simples de modelo físico do sensoriamento remoto (Hassan, 2006).
Notas previas: a radiação emitida pelo sol (Fonte de radiação) percorre grande distância através
da atmosfera (meio de transmissão) até a Terra (irradiância), uma parte dessa radiação é
absorvida pelos corpos presentes na superfície (Objecto de observação) e outra refletida de volta
a atmosfera (radiação refletida), e esta, é captada pelos instrumentos de sensoriamento remoto
(Satélites). Por sua vez os corpos presentes na Terra emitem radiação (radiância) que é
directamente captada pelos sensores.
3. Interação da energia electromagnética com a atmosfera
A energia captada pelos sensores atravessa a atmosfera duas vezes segundo o sistema (Sol-
Terra-Sensor), e nesse percurso a energia emitida e refletida podem sofrer o efeito da atmosfera
antes da captação pelos sensores, o efeito atmosférico resulta dos seguintes factores:
Condições presentes da atmosfera
Magnitude do sinal a ser captado
Comprimento de onda envolvido
Distância percorrida pelo sinal na atmosfera
Outros efeitos que merecem destaque é a difusão e absorção.
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Difusão:
A difusão verifica-se quando a radiação interage com moléculas da atmosfera e outras partículas
finas que são mais pequenos em diâmetro que o comprimento de onda da radiação em
interacção. A difusão é inversamente proporcional ao comprimento de onda, por isso que as
ondas de pequeno comprimento são as mais difundidas em relação as de grande comprimento.
A cor azul do céu é uma manifestação da difusão da radiação, sem a qual, o céu se apresentaria
a preto. A difusão tem maior efeito no contraste da imagem, principalmente no visível.
Absorção:
A absorção diz respeito a perda total da energia para os constituintes da atmosfera de acordo
com os diferentes comprimentos de onda. A radiação é mais absorvida pelo vapor de água, O2 e
O3. Estes gazes absorvem energia electromagnética com um comprimento de onda específico.
A parte do comprimento de onda não absorvida (Janelas atmosféricas) é a captada pelos sensores
da teledetecção. Daí a necessidade da atenção na selecção do sensor a usar, portanto, se deve
ter em conta os seguintes aspectos:
A fonte, magnitude e a composição espectral da energia disponível nesse intervalo.
Presença ou ausência da janela atmosférica no intervalo espectral que quer avaliar;
Sensitividade espectral do sensor;
A escolha do intervalo espectral do sensor é baseada na maneira na qual a energia interage com
os objectos em estudo. Além dos factores atmosféricos, o movimento de rotação da terra e os
defeitos da órbita dos satélites afectam a geometria das imagens.
4. Refletância Espectral dos Corpos.
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. Estes fatores fazem com que cada alvo terrestre tenha sua
própria assinatura espectral. Isto significa que, cada alvo absorve ou reflete de modo diferente
cada uma das faixas do espectro da luz incidente.
factores como a textura, densidade e posição relativa das feições em relação ao ângulo de
incidência solar e à geometria de imageamento, também influenciam no processo de interação.
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Em decorrência desta interação, a radiação que deixa os corpos, leva para os satélites a
assinatura espectral dos mesmos. Os sistemas sensores instalados nos satélites são sensíveis a
estas diferenças, que as registram em forma de imagens.
O gráfico de reflectância espectral em função do comprimento de onda é denominado curva de
reflectância espectral.
Fig.4: Curva de reflectância espectral.
4.1. Reflectância Espectral de alguns corpos (vegetação, solo e água)
A curva de reflectância espectral representa a reflectância média compilada pela medição de
grande amostra de objectos. Embora a reflectância possa variar para cima e para baixo da média,
estas curvas demostram alguns pontos fundamentais em relação à reflectância espectral.
Vegetação
A vegetação verde e saudável mostra configurações de “vales” no visível e “picos” no IR próximo
porque a clorofila absorve o visível (0.4 a 0.6 μm). A nossa vista vê a vegetação como verde
porque dentro do visível a clorofila absorve mais o azul e o vermelho e reflecte muito o verde.
Vegetação em stress, deixa de produzir a clorofila e a reflectância muda passando a reflectir no
verde e vermelho o que dá cor amarela ás folhas (verde + vermelho = amarelo). Maior
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reflectância (pico) ocorre no IR próximo (0.7 – 1.3μm), mas este pico varia de acordo com a
estrutura interna de cada espécie.
O solo mostra poucos “vales” e “picos” na reflectância o que indica que os factores que
influenciam a reflectância do solo agem acima de uma banda específica. Alguns factores que
afectam a reflectância espectral do solo são: humidade, textura do solo, rugosidade do terreno,
presença do óxido de ferro e conteúdo de matéria orgânica. Estes factores são complexos,
variáveis e inter-relacionados.
A água absorve mais no IR próximo seja em corpos de água (lagos, rios) ou combinada com
vegetação ou solo. Assim, esta banda permite delinear corpos de água. A reflectância no visível é
complexa devido a presença de materiais suspensos e no fundo. A água limpa reflecte pouco o
comprimento de onda menor que 0.6 μm. Contudo a turbidez da água (presença de material
orgânico e inorgânico) muda este comportamento. Por exemplo, água com maior quantidade de
material suspenso resultante da erosão do solo tem mais reflectância no visível que a água limpa
na mesma área geográfica.
5. SENSORES
Os sensores têm por finalidade captar a radiação electromagnética proveniente da superfície
terrestre, e transformar a energia conduzida pela onda, em pulso eletrônico ou valor digital
proporcional à intensidade desta energia.
Fig. 5: Componentes de sistema de sensor. Fonte: Fidalgo et al, s/d.
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Quanto à fonte da radiação utilizada, os sensores podem ser:
Sensor Passivo
Usa apenas a radiação electromagnética natural refletida ou emitida a partir da superfície
terrestre. A luz solar é a principal fonte de energia dos sensores passivos.
Fig. 6: Sensor passivo
Sensor Activo
Estes sensores usam a RE 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. Uma vantagem dos sensores ativos é que as ondas produzidas pelos radares atravessam
as nuvens, podendo ser operados sob qualquer condição atmosférica. Uma desvantagem é que
o processo de interação com os alvos não capta, tão detalhadamente quanto os sensores
passivos, informações sobre as características físicas e químicas das feições terrestre.
Fig. 7: Sensor activo.
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5.1. Resolução dos sensores
Resolução espectral – Refere-se ao número de bandas espectrais de um sistema de sensor e pela
amplitude do intervalo de comprimento de onda de cada banda. Por exemplo Landsat MSS tem
4 bandas (0.5-1.1 μm) Spot tem 3 bandas (0.5-0.8 μm)
Resolução espacial representa a capacidade do sensor distinguir objetos. Ela indica o tamanho do
menor elemento da superfície individualizado pelo sensor. A resolução espacial depende
principalmente do detector, da altura do posicionamento do sensor em relação ao objeto. Para
um dado nível de posicionamento do sensor, quanto menor for a resolução geométrica deste
maior será o grau de distinção entre objetos próximos. Por exemplo, o sistema sensor do
Thematic Mapper (TM) do LANDSAT-5 possui uma resolução espacial de 30 metros. Cada pixel
da imagem do sensor ETM+ do satélite Landsat 7 representa uma área quadrada de 30 metros
de lado na superfície da Terra. Na imagem Ikonos, cada pixel representa uma área quadrada de 4
metros de lado.
Resolução temporal - É a frequência do satélite para tirar imagem no mesmo lugar. Landsat MSS
leva 18 dias, Landsat TM leva 16 dias, Spot 20, satélites Meteorológicos podem levar 1 hora ou
menos. Actualmente satélites como Spot podem tirar imagens off nadir (nadir é o ponto a baixo
do satélite) o que diminui a resolução temporal.
Resolução radiométrica – É a sensitividade de um detector de remote sensing para diferenciar a
intensidade do sinal quando regista o fluxo da radiação reflectida ou emitida da terra. Define o
número dos níveis do sinal que pode ser discriminado. Consequentemente tem impacto na
habilidade de poder medir as propriedades dos objectos. Por exemplo, Landsat MSS tem uma
resolução de 6 bits (0-63 níveis de brilho) e Landsat TM tem 8 bits (0-255 níveis de brilho).
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5.2. Satélites
Um satélite é qualquer objecto que gira em torno de outro de maiores dimensões, seja ele
natural ou artificial. Por exemplo, a lua é um satélite natural da terra, e esta possui vários
satélites artificiais.
O primeiro satélite artificial da Terra foi (Sputnik I), lançado no espaço pela Rússia em 04 de
Outubro de 1957, para fins meramente experimentais, dando assim, o início a era espacial.
Seguidamente o Explorer lançado pelos americanos colocaram como seu primeiro satélite em
Fevereiro de 1958.
5.2.1. Classificação dos Satélites
Desde então, a Terra hoje tem em sua orbita milhares de satélites como resultado do
desenvolvimento e avanço tecnológico. Segundo a finalidade os satélites podem ser agrupados
em diversos grupos, neste manual apresentam-se o grupo mais comuns (finalidade: cientifica e
uso civil):
a) Satélites Meteorológicos (o estudo da atmosfera e previsão do tempo);
b) Satélites de Comunicação (estabelecem ligações telefónicas, transmissões televisivas
ou emitem sinais para os sistemas de posicionamento global-GPS);
c) Satélites Ambientais (o estudo das condições e mudanças ambientais);
d) Satélite de Observação dos Recursos Terrestres (o estudo e investigação da superfície
terrestre). Os dois últimos designados por Satélites de Teledetecção.
5.2.2. Órbitas dos Satélites
De acordo com a sua missão, os satélites são posicionados em duas órbitas fundamentais:
a) Órbita Geoestacionária ou geossíncrona, na qual a velocidade de translação do
satélite é igual à da rotação da Terra;
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b) Órbita Polar ou heliosíncrona, na qual o plano de translação do satélite é fixo em
relação ao Sol, compensando deste modo o movimento de translação da Terra,
independentemente da sua rotação.
Fig. 8: Orbita Polar e Geoestacionária.
Para além das duas órbitas fundamentais referidas anteriormente, existem outras órbitas de
serviço, tais como:
a) Órbita hiperbólica ou aberta, que se utiliza no lançamento do satélite e que o permite
escapar do solo mediante uma velocidade inicial;
b) Órbita excêntrica, que se utiliza uma órbita de transferência, para passar para a órbita
geoestacionária ou para a heliosíncrona.
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CAPITULO 2
1. IMAGENS DE SATÉLITE
Introdução
As imagens são representações da superfície da terra formadas a partir das informações
adquiridas e registradas pelos sensores a bordo dos satélites. Essas imagens são compostas por
pequenos quadrados, denominados pixels.
O processo de aquisição de imagens no sensoriamento remoto resulta da conversão de energia
electromagnética, feita fotograficamente como electronicamente.
Processo fotográfico
Os sensores que que fazem parte deste modelo usam reacções químicas na superfície de um
filme sensível à luz, para detectar as variações de energia na “cena” ou “filme”. A vantagem
deste processo é a sua simplicidade e economia financeira, para além de proporcionar um alto
grau de detalhes espaciais e uma grande integridade geométrica.
Processo electrônico
Os sensores electrónicos, utilizam um princípio diferente: geram um sinal eléctrico
correspondente às variações de energia na "cena" original que é registado numa fita magnética.
Os sinais são, depois, convertidos em imagem nos computadores, para análise e interpretação.
1.1. Aplicação
Domínio da área.
O sucesso na aplicação do sensoriamento remoto depende do domínio dos aspectos básicos e
fundamentais da área a aplicar, por exemplo, o uso das técnicas de sensoriamento remoto para
o estudo da agricultura, solos, florestas, etc. é importante o conhecimento da agronomia,
Geografia, e outras ciências ambientais. Para determinar um lugar estratégico para o negócio, é
indispensável o domínio do conhecimento da área de negócio. Assim com o domínio da área em
aplicação, permite fácil identificação, por exemplo, dos dados, as técnicas, e formulação de
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questões por responder ao aplicar o sensoriamento remoto. Nesta parte faz-se uma breve
introdução das aplicações do Sensoriamento remoto. Portanto, não é objetivo da mesma dar
respostas específicas a questões particulares referentes ao domínio de uma determinada área
do saber.
O sensoriamento remoto aplica-se às disciplinas que tratam da análise espacial dos fenómenos
naturais, das mudanças que se registam no espaço, monitoramento da ocorrência e tendencial
espacial de fenômenos como seca, erosão, etc. Eis algumas das disciplinas segundo a esfera:
Natural:
A imagem de saté1ite fornece informações referentes a:
a) A Atmosfera (informações que preocupam, em parte, os meteorologistas e aos
especialistas que se relacionam com os micro-climas e suas influências na fauna, flora ou
nas espécies humanas).
b) A Litosfera (estudo de minerais e a geomorfologia pelos geólogos e geógrafos. Embora
não perceptível diretamente nas imagens de satélite por estar encoberta pela vegetação,
com excepção dos desertos, a informação concernente à litosfera é, quase sempre,
acessíveis através dos efeitos induzidos na vegetação e no relevo.
c) Hidrosfera (refere-se ao estudo dos oceanos e mares, objecto da Oceanografia).
d) A Pedologia (estuda a interacção entre a litosfera e a biosfera).
e) A Biosfera (estudo da esfera vegetal e animal da Terra. Nas imagens satélite, a vegetação
destaca-se à nossa visão, seja ela das áreas agrícolas, florestais ou ao longo dos cursos
das águas).
Humana:
Trata-se, essencialmente, do estudo pelo homem da maneira como se desenvolve a disposição e
a modificação do meio natural. Consoante a escala e às especificações particulares, o estudo da
disposição territorial pode-se concentrar no Urbanismo e na expansão das cidades. Trabalhando
num outro espírito, mas não em objectivo diferente, temos a Protecção do Meio -ambiente ou
da Ecologia, procurando integrar todos ou parte dos aspectos precedentes e inseridos no meio
natural. Dos aspectos históricos, podem-se extrair informações concernentes a Arqueologia.
16
O estudo das Catástrofes Naturais ou causadas pelo homem, que pelo seu impacto necessitam
de uma intervenção rápida e eficaz (queimadas e incêndios florestais, monitoramento costeiro,
etc.
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2. SÉRIE LANDSAT
Introdução
A série Landsat é um programa de gestão conjunto entre a
National Aeronautics and Space Administration (NASA),
National Oceanic and Atmospheric Administration (NOAA) e
pelo United States Geological Survey (USGS).
O primeiro satélite desta série foi o Earth Resources Tecnology Satellite 1 (ERTS-1), lançado em
1972. O ERTS-1 foi construído a partir de uma modificação do satélite meteorológico NIMBUS e
carregou a bordo dois tipos de sensores: um sistema de varredura multiespectral, o MSS
(multiespectral Scanner Subsystem) e um sistema de varredura constituído por três câmeras de
televisão (Return Beam Vidicon), RBV. Após o lançamento do ERTS-1 o programa foi rebatizado
para Landsat, tendo-se colocados em órbita o Landsat 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7 e o mais recente,
lancando em 2013 o Landsat 8 (figura 9). Os satélites da série Landsat constitui um programa
meramente de observação da Terra e estudos de seus recursos.
Fig.9: Cronograma e o percurso da missão do Landsat iniciado em 1972. Fonte: USGS, 2016.
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2.1. Órbita
A série Landsat tem uma orbita heliosíncrona, passando na mesma hora solar em qualquer
ponto observado; circulares, quase polares, permitindo assim uma cobertura completa da terra
entre 81°N e 81°S; em uma Altitude de 705 km e Velocidade equivalente a 7,7 km/seg. no solo. A
resolução temporal no Landsat 1-3 era 18 dias, para os Landsat 4-5 e 7 são 16 dias.
2.2. Sensores
Landsat 1-2-3-4 e 5: RBV, MSS e TM
A série Landsat é um Sistema passivo. A primeira geração do programa Landsat, composta de 3
satélites, Landsat 1-2-3, tinha 2 instrumentos: a Câmara RBV - Return Beam Vidicon e o MSS -
Multispectral Scanner. A segunda geração iniciada em 1982 tinha a bordo o sensor Thematic
Mapper (TM), assim como o MSS. Posteriormente o Landsat 7 foi equipado com o Enhanced
Thematic Mapper Plus (ETM+) com resolução até 13 metros e uma resolução multiespectral, foi
acoplado um dispositivo Solid State Recorder (SSR) que permite gravar as cenas até 378
Gigabytes com capacidade para 500 cenas.
Designação das bandas dos sensores TM e MSS
Thematic Mapper - TM
Bandas 1 2 3 4 5 6 TIR 7
Faixa (μm ) 0.45 - 0.52 0.52 - 0.60 0.63-0.69 0.76 - 0.90 1.55-1.75 10.42 - 12.50 2.08-2.35
Resolução (m)
30 30 30 30 30 120 30
Multi-Spectral Scanner - MSS
Bandas 1 2 3 4
Faixa (μm ) 0.5 - 0.6 0.6 - 0.7 0.7 - 0.8 0.8 - 1.1
Resolução (m) 80 80 80 80
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Landsat 7: Enhanced Thematic Mapper Plus (ETM +)
O sensor Enhanced Thematic Mapper Plus (ETM +) foi desenvolvido no Landsat 7, e as imagens
consistem em oito bandas espectrais com uma resolução espacial de 30 metros para Bandas 1 a
7. A resolução para banda 8 (pancromática) é de 15 metros. Todas as bandas podem colectar
uma das duas configurações de ganho (alta ou baixa) para maior sensibilidade radiométrica e
alcance dinâmico, enquanto a Banda 6 colecta o ganho alto e baixo para todas as cenas. O
tamanho aproximado da cena é de 170 km de norte a sul por 183 km a Este-Oeste.
Designação das bandas do Landsat 7 (ETM+)
Bandas Comprimento de onda
(micrómetros)
Resolução
(metros)
Banda 1 - Azul 0,45-0,52 30
Banda 2 – Verde 0,52-0,60 30
Banda 3 – Vermelho 0,63-0,69 30
Banda 4 – Infravermelho Próximo (NIR) 0,77-0,90 30
Banda 5 - infravermelho de ondas curtas (SWIR) 1 1,55-1,75 30
Banda 6 – Térmica 10.40-12.50 60 * (30)
Banda 7 - infravermelha de ondas curtas (SWIR) 2 2.09-2.35 30
Banda 8 – Pancromática 52-.90 15
* ETM + Band 6 é adquirido a uma resolução de 60 metros, mas os produtos são remodelados
para 30 metros de pixels. Fonte: (USGS, 2016).
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Landsat 8: Operational Land Imager “OLI” (imageador operacional) e Thermal Infrared Sensor
“TIRS” (Sensor do infravermelho termico)
Os sensores do Landsat 8, Operational Land Imager (OLI) e Thermal Infrared Sensor (TIRS)
consistem em nove bandas espectrais com uma resolução espacial de 30 metros para as Bandas
1 a 7 e 9. A banda ultra azul 1 é útil para estudos costeiros e em aerossol. A banda 9 é útil para a
detecção de nuvens cirrus. A resolução para Band 8 (pancromática) é de 15 metros. As faixas
térmicas 10 e 11 são úteis para fornecer temperaturas de superfície mais precisas e são
coletadas
Descrição das bandas do Landsat 8 (OLI/TIRS)
Bandas
Comprimento de onda
(micrómetros)
Resolução
(metros)
Banda 1 - Ultra Azul (litoral / aerossol) 0,43 - 0,45 30
Banda 2 – Azul 0,45 - 0,51 30
Banda 3 – Verde 0,53 - 0,59 30
Banda 4 – Vermelho 0,64 - 0,67 30
Banda 5 – Infravermelho próximo (NIR) 0,85 - 0,88 30
Banda 6 - infravermelho de ondas curtas (SWIR) 1 1,57 - 1,65 30
Banda 7 - infravermelho de ondas curtas (SWIR) 2 2.11 - 2.29 30
Banda 8 – Pancromática 0,50 - 0,68 15
Banda 9 – Cirrus 1,36 - 1,38 30
Banda 10 - Infravermelho térmico (TIRS) 1 10.60 - 11.19 100 * (30)
Banda 11 - Infravermelho térmico (TIRS) 2 11,50 - 12,51 100 * (30)
* As bandas TIRS são adquiridas a uma resolução de 100 metros, mas são remontadas a 30
metros no produto de dados fornecido. Fonte: (USGS, 2016).
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Nome da banda L8 OLI / TIRS
L7 ETM +
L4-5 TM
L4-5 MSS
L1-3 MSS
Uso
Costeira / aerossol Banda 1
---
---
---
---
Observações nas áreas costeiras e águas rasas; Aerossol, poeira Estudos de detecção de fumaça.
Azul (B) Banda 2
Banda 1
Banda 1
---
---
Mapeamento batimétrico; Discriminação solo / vegetativa, tipo de floresta; Mapeamento e identificação de recursos artificiais.
Verde (G) Banda 3 Banda 2 Banda 2 Banda1 Banda 4 Vegetação máxima; Avaliação de vigor da planta.
Vermelho (R) Banda 4
Banda 3
Banda 3
Banda2
Banda 5
Identificação do tipo de vegetação; Solos e características urbanas.
Infravermelho-Próximo (NIR)
Banda 5
Banda4
Banda 4
Banda3
Banda6
Detecção e análise de vegetação; Mapeamento da Linha de Costa e Conteúdo de biomassa.
--- --- --- Banda4 Banda7
Onda curta Infravermelho-1 (SWIR-1)
Banda 6
Banda 5
Banda 5
---
---
Índice de umidade / temperatura da vegetação; Áreas Queimadas; Detecção de incêndios activos.
Onda curta de Infravermelho-2 (SWIR-2)
Banda7
Banda 7
Banda 7
---
---
Detecção adicional de incêndios activos (especialmente à noite); Análise de umidade / seca.
Pancromática (PAN) Band 8
Band 8
---
---
---
Remodelação de imagens multiespectrais para maior resolução.
Cirrus
Banda 9 --- --- --- --- Detecção de nuvem Cirrus.
Banda Térmica (T)
Banda 10
--- Banda 6
--- Banda 6
--- --- Mapeamento de temperatura do solo e estimativas de humidade do solo.
Banda 11
--- ---
Fonte: (USGS, 2016. [---Não aplicável]
Esta tabela ilustra a aplicabilidade em diversos estudos das bandas e as características espectrais segundo o sensor de todos os satélites desta série.
Principais características espectrais da série Landsat.
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2.3. Aplicação
As imagens Landsat são utilizadas para uma vasta gama de aplicações em áreas como pesquisa
de mudanças globais, agricultura, silvicultura, geologia, mapeamento de cobertura de terra,
gerenciamento de recursos, água e estudos costeiros. Atividades específicas de monitoramento
ambiental, como pesquisa de desmatamento, incêndios florestais, estudos de fluxo vulcânico e
compreensão dos efeitos de desastres naturais, todos se beneficiam da disponibilidade de dados
Landsat. Nos últimos anos, os dados do Landsat também foram usados para rastrear
derramamentos de óleo e monitorar a poluição de resíduos decorrentes da atividade mineira.
3. Aquisição das Imagens Landsat
As imagens Landsat integra o grupo de dados “Open Source”, ou seja, as imagens desta serie
estão disponíveis nos bancos de dados da USGS para transferências/download gratuitamente
através das plataformas web Earth Explorer no site http://earthexplorer.usgs.gov, Glovis a partir
de http://glovis.usgs.gov, ou através de Landsat Look Viewer em http://landsatlook.usgs.gov .
4. Formato dos dados
Os dados do Landsat TM, ETM+ e OLI/TIRS estão disponíveis em seguintes formatos:
CEOS
FAST
HDF
GeoTIFF
NLAPS
Referências
USGS (2017). http//:landsat.usgs.gov. Acesso 20/12/2017.
USGS (2016). Spectral Characteristics. https://landsat.usgs.gov/spectral-characteristics-viewer
Acesso 21/11/2017.
Figueiredo, D (2005). Conceitos Básicos de Sensoriamento Remoto.
Ramachandran, S. (s/d) Application of Remote Sensing and GIS.
www.eurimage.com. Acesso 20/11/2017.
Fidalgo, E.C.C (s/d). Uso de Imagens de Satélite para o Estudo do Uso da Terra e Sua Dinâmica.
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PÁGINAS WEB DE AQUISIÇÃO DE IMAGENS DE SATÉLITE GRÁTIS
USGS Earth Explorer http://earthexplorer.usgs.gov
USGS GLOVIS http://glovis.usgs.gov
Natural Earth Data http://www.naturalearthdata.com
Esri Open Data http://opendata.arcgis.com/
Open Street Map http://wiki.openstreetmap.org/wiki/Downloading_data
Open Topography http://www.opentopography.org/
NASA Earth Observations (NEO), Earth Data e SEDAC
http://neo.sci.gsfc.nasa.gov/
http://rapidfire.sci.gsfc.nasa.gov
http://sedac.ciesin.columbia.edu/
Sentinel Satellite Data
https://scihub.copernicus.eu/dhus
FAO Geo Network
http://www.fao.org/geonetwork
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