Sensoriamento remoto aplicado à estudos florestais igor narvaes_iii_saef
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SENSORIAMENTO REMOTO
APLICADO À ESTUDOS FLORESTAIS
Dr. Igor da Silva Narvaes
Sensoriamento Remoto
“O conjunto de técnicas que permite obter informações de um objeto
sem necessidade de ter contato direto com ele, realizado através da
detecção da energia eletromagnética dele proveniente”.
Radar• Sensores ativos
• Transmitem microondas e registram os ecos recebidos.
Fonte: Baseada em Coimbra (2010).
Ópticos• Sensores passivos
• Fonte de energia (SOL)
Fonte: Baseada em Imagem (2010).
Fonte: Pinto (2010)
Sensores ópticos Radar
• A atmosfera bloqueia abaixo de 0,3 m !
• Somente UV próxima está disponível para SR !
Fonte: Baseada em
Pinto (2010).
Bandas EM utilizadas no SR óptico
• Espectro Visível (0,4 a 0,7 m)
Bandas EM utilizadas no SR radar
Região das microondas:
1mm a 1m
Fonte: Globe SAR Program – CCRS (2001)
Geometria de observação
Fonte: Adaptada de Globe SAR program –CCRS (2001).
Características técnicas da imagem
Resoluções de uma imagem de SR
Espacial
Temporal
Espectral
Radiométrica
RESOLUÇÃO ESPACIAL
Indica o tamanho do menor objeto que é possível representar na
imagem
é função:
• do sistema óptico do sensor
composto por prismas e
espelhos;
• da quantidade e
sensibilidade dos detectores
do sensor e;
• da altitude do satélite.
Óptico Radar
• da altura da plataforma;
• o raio de abertura da
antena e;
• o comprimento de onda
emitido.
RESOLUÇÃO ESPACIAL
RESOLUÇÃO TEMPORAL (Capacidade de revisita)
Tempo para adquirir duas
imagens consecutivas da mesma
região.
• LANDSAT – 16 dias
• CBERS – 26 (nadir), 3 dias ( 32o)
• SPOT – 26 (nadir), 3 dias ( 32o)
Dependem:
• Características da órbita;
• Capacidade de visada lateral
RESOLUÇÃO RADIOMÉTRICA
Define o número de níveis que o sensor dividiu o sinal
Regra: 2n
8 bits (256 níveis de cinza)
Número digital (DN)Medida física (armazenada em bits)
RESOLUÇÃO ESPECTRAL
Refere-se a largura da banda espectral na qual a imagem é adquirida
• N de bandas;
• intervalo de (λ).
Importante:
Radar de abertura sintética (SAR)
Fonte: Globe SAR Program – CCRS (2001).
Geometria de aquisição de dados RADAR
(SAR – Synthetic-aperture radar)
Ângulo de incidência
Fonte: Baseada em Coimbra (2010).
Fonte: Baseada em Coimbra (2010).
Fonte: Baseada em Coimbra (2010).
Influência da superfície na imagem
Aumento do coeficiente de retroespalhamento
Fonte: Baseada em Coimbra (2010).
Coeficiente de retroespalhamento (σ )
Único parâmetro
relacionado com
o alvo.
“A Pr pela antena é diretamente proporcional ao σ .”
Ângulo de incidência (ϴ)
O σ depende:
Polarização de onda eletromagnéticas
Campo elétrico
Fonte: Baseada em Globe SAR program – CCRS (2001).
O σ depende:
HH = Transmite na
horizontal e recebe na
horizontal;
VV = Transmite na
vertical e recebe na
vertical;
HV = Transmite na
horizontal e recebe na
vertical;
VH = Transmite na
vertical e recebe na
horizontal.
Polarizações múltiplas ajudam a distinguir a estrutura
física dos alvos através do retroespalhamento (σ ).
Aleatoriedade do espalhamento (ex: vegetação)
↑ em HV.
↑ em HH.
Alinhamento em relação ao radar (HH versus VV).
Frequências de microondas utilizadas
Fonte: Adaptada de Globe SAR program – CCRS (2001).
“O λ é determinante na interação RADAR-ALVO”
Interação RADAR-ALVO
X
TerraSAR-X
C
RADARSAT
L
PALSAR
Aplicações de Radar em florestas
Saatchi S.; Halligan, K.; Despain, D. G.; Crabtree, R. L. Estimation of Forest Fuel Load From Radar Remote
Sensing. IEEE Transactions on Geoscience and Remote Sensing, v. 45, n 6, p. 1726-1740. 2007.
• Estimativa de biomassa
copa
tronco
Santos, J. R. Savanna and tropical rainforest biomass estimation and spatialization using JERS-1 data.
International Journal of Remote Sensing, v. 23, n. 7, p. 1217-1229, 2002.
• Inventário e monitoramento da cobertura vegetal e da biomassa
28
DAP, altura, % de cobertura de copa e
identificação botânica
•floresta primária
•floresta secundária
DAP > 10 cmTransectos: 2500 m2
DAP > 5 cm
Estimativa de biomassa
(equações alométricas)
Equações alométricas :
Biomassa = 0,044 * (DAP2 * H)0,9719
ln Biomassa = - 2,17 + 1,02 ln (DAP)2 + 0,39 ln H
Transectos: 1000 m2
Corte raso e pesagem do
material do estrato herbáceo e
cálculo da % de exposição do
solo
Corte raso, pesagem e
identificação botânica de
todos os indivíduos de porte
arbóreo e/ou arbustivo
Transectos: 200-500 m2
Trabalho de campo
Inventário Florestal
31
Fatiamento em intervalos de
valores de retroespalhamentoFiltro Gamma 5x5 redução do ruído speckle
0
500
1000
1500
2000
2500
Locação
Val
ore
s na
imag
em
Histograma dos níveis de cinza de
uma secção da imagem amplitude
(caracterização radiométrica da zona
de contato abrupto).
F FSS S
Desvio padrão nos valores de
retroespalhamento devido a:
•Floresta primária: homogeneidade
estrutural entre as amostras;
•Floresta secundária: diferentes idades
de regeneração;
•Savana florestada: composição florística
similar;
•Savanas: condição/composição dos
estratos.
Floresta
Primária
Floresta
Secundária
Área de
Transição
Savana
Arbórea
Savana Parque
e/ou gramíneo
lenhosa
y = 1,714Ln(x) - 14,871
R2
= 0,6719
-16
-14
-12
-10
-8
-6
-4
-2
0
0 50 100 150 200
Biomassa (ton/ha)
Va
lore
s m
éd
ios
de
dB
Relação entre os valores de retroespalhamento e os
valores de biomassa
0
20
40
60
80
100
120
140
Bio
mas
sa( t
on/h
a)
Savana Parquee/ou
gramíneo-lenhosa
Savana
Arbórea
Sucessão
Secundária
Floresta
Primária
Área de
Transição
6,26
54,1445,32
133,24
14,11
Biomassa média das classes analisadas
< 5 ton/ha
5,1 - 10 ton/ha
15,1 - 20 ton/ha
20,1 - 30 ton/ha
10,1 - 15 ton/ha
30,1 - 50 ton/ha
50,1 - 70 ton/ha
> 100 ton/ha
70,1 - 100 ton/ha
Água
Mapa da distribuição de biomassa em intervalos de classes para secções das áreas de estudo nas
zonas de transição em Mucajaí (RR) e Comodoro (MT).
• Relação com as estruturas florestais e estimativa de biomassa
Narvaes, I. S. Avaliação de dados SAR polarimétricos para estimativa de biomassa em diferentes
fitofisionomias de florestas tropicais. 2010 (Tese).
Floresta primáriaSucessão secundária avançada
Grandeza angular (0 a 180 ):
0 = Espalhamento direto (superficial);
0<Φ<180 = Espalhamento volumétrico
180 = Espalhamento double bounce.
Narvaes, I. S.; Silva, A. Q.; Santos, J. R. Evaluation of the interaction between SAR L-band signal
and structural parameters of forest cover. IEEE Transactions on Geoscience and Remote Sensing
Symposium. Proceedings, Barcelona, Espanha, p: 1607-1610. 2007.
Pv (Espalhamento volumétrico);
Pd (Espalhamento double-bounce);
Ps (Espalhamento superficial);
A componente de espalhamento volumétrico
(Pv) obteve a maior contribuição na resposta
do SAR para floresta primária e secundária na
floresta tropical.
Santos, J. R.et al. Airborne P-band SAR applied to the aboveground biomass studies in the Brazilian
tropical rainforest. Remote Sensing of Environment, v.87, p. 482-493, 2003.
Fonte: Santos et all, 2002.
Floresta tropical da Amazônia Brasileira “terra firme”.
• Estimativa de biomassa e classificação florestal
Relação σ x biomassa
Floresta Primária: biomass = 0,004 x (DBH² x H)0,9719
Floresta de Sucessão Secundária:
ln biomass = -2,17 + 1,02 ln(DBH)² + 0,39lnH
Cada tipo de uso está correlacionada σ0 (P-HV)
42Fig.(∆ Primary forest; Secondary
succession).
Funções Polinomiais foram geradas para
correlacionar os dados de espalhamento e
biomassa (melhor ajuste).
Técnica de classificação contextual
(ICM algorithm) – K = 0,834
SENSORIAMENTO REMOTO
APLICADO À ESTUDOS FLORESTAIS
Dr. Igor da Silva Narvaes