Imagens de Satélite e suas aplicações

1. Universidade Federal de Campina GrandeCentro de Tecnologia e Recursos NaturaisUnidade Acadêmica de Engenharia CivilDisciplina: Introdução ao Geoprocessamento Imagens de Satélite e suas aplicações Professora: Iana Alexandra Alunos: Danilo Patricio do Monte Fabrizio Ribeiro Moreira Izabeline Mendonça Souza Junho de 2009

2. 2.0 Introdução O que é satélite? Satélite é todo objeto que gira em torno de outro objeto. Ele é classificado em dois tipos: satélite natural e satélite artificial (veículos espaciais colocados em órbita da Terra por meio de foguetes) ver figura 1 e figura 2. Segundo Florenzano, 2008 os satélites artificiais são construídos para diferentes finalidades como telecomunicação, espionagem, experimento científico - áreas de astronomia e astrofísica; geofísica espacial; planetologia; ciências da terra, atmosfera e clima − meteorologia e sensoriamento remoto. Existem também os satélites de Posicionamento Global (GPS) que giram em órbitas altas e são importantes na navegação terrestre, aérea e marítima, além de ajudar na localização de pessoas, objetos e lugares.

3. Figura 1: Satélites desenvolvidos pelo Brasil. Da esquerda para a direita: o CD-1, oSCD-2, o CBERS-1 e o Saci-1 (INPE)

4. Figura 2: VLS-1 V02 na plataforma de lançamento do Centro de Lançamentode Alcântara (CLA), localizado na cidade de Alcântara, no Maranhão. (AEB)

5. 3.0 Imagens de Satélites As imagens de satélite são geradas por sistemas de sensores remotos acoplados aos satélites artificiais que registram a energia refletida ou a energia emitida pelos objetos da superfície terrestre (figuras 3 e 4). Estas imagens possuem algumas características que as diferenciam de outras imagens digitais. Entre essas características estão sua estrutura e sua resolução.

6. Figura 3 – Diagrama do processo de captação de imagens

7. Figura 4 – Esquema do processo de captação de imagens

8. Figura 5: O espectro eletromagnético. (Gabriel Pereira) A Figura 5 representa os diferentes tipos de energia (radiação eletromagnética) distribuídos por região espectral, ao longo do espectro eletromagnético. Dependendo do tipo, o sensor pode captar imagens através da energia de uma ou mais regiões do espectro. Os sensores ópticos, por exemplo, captam imagens utilizando a energia da região do visível e do infravermelho. Os radares são sensores que enviam e captam energia da região das microondas. Ao contrário dos sensores ópticos, os radares funcionam também de noite e com o tempo nublado e chuvoso.

9. 3.1 - Principais características das imagens de satélite Os satélites e os sensores trabalham em conjunto para registrar e medir a energia eletromagnética. É possível apontar uma série de características essenciais que definem as imagens de satélite: São constituídas por várias bandas espectrais; O elemento básico constituinte de cada banda é o pixel; cada banda é constituída por um conjunto de píxeis dispostos numa série de linhas e colunas; Todos os píxeis duma mesma imagem têm a mesma área, função da Resolução espacial do sensor; A cada pixel encontra-se associado um número digital, que representa o nível de energia medido pelo sensor.

10. 3.2 - Resoluções de uma Imagem de Sensoriamento Remoto Existem quatro variáveis que permitem diferenciar os produtos ou imagens geradas pelos diferentes sensores remotos a bordo de satélites, estas são: Resolução Espacial; Resolução Temporal; Resolução Espectral; Resolução Radiométrica. As resoluções dependem tanto das propriedades técnicas dos sensores quanto das características da órbita do satélite ou plataforma orbital, e são normalmente utilizadas para caracterizar uma imagem.

11. Figura 6 - imagem do Satelite GeoEye1, com resolução espacial de 41cm

12. Figura 7 - imagens temporal

13. (a) Bandas 543 em RGB. Região de Penápolis,Avanhandava e Promissão - São Paulo Imagem de 28/03/2008. (b) - Bandas432 em RGB.Região de Penápolis, Avanhandava e Promissão - São Paulo - Imagem de 28/03/2008. Figura 8 (a,b) – diferença de resolução espectrais

14. Figura 9 - Imagem de alta resolução do sensora HRC

15. Figura 8 - diferença de resolução radiométrica

16. 4.0 Aplicações das imagens Através de imagens de satélites e fotografias aéreas de diferentes épocas avalia-se as alterações (positivas ou negativas), ocorridas no meio ambiente indicando medidas para maximização e/ou minimização de seus efeitos.

17. As imagens de satélite são utilizadas para diversas finalidades, sendo fundamentais para a análise e a produção de mapas nas escalas média e pequena. Também cresce a utilização das imagens para escalas grandes. A seguir, temos algumas aplicações: Geopolítica e defesa Relevo Geologia Meteorologia Ecologia Agropecuária e uso do solo Planejamento urbano

18. Geopolítica e defesa É cada vez maior a utilização de imagens de satélite em estratégias militares, especialmente para espionagem e identificação de possíveis alvos em guerras. Os EUA são o país que mais utiliza imagens em conflitos armados, a exemplo das recentes intervenções militares no Afeganistão e Iraque (figura 9). Figura 9 – Exemplo de imagem de satélite usado na espionagem e identificação de alvos.

19. Relevo Podem permitir o mapeamento das formas de relevo da superfície terrestre, auxiliando na construção de grandes obras como rodovias e ferrovias (figura 10). Figura 10 – Relevo de uma região

20. Geologia Essas imagens também podem melhorar os conhecimentos geológicos, especialmente sobre os tipos de rochas de uma região. Isto é, auxiliam na descoberta, no mapeamento e na exploração de recursos minerais, a exemplo do petróleo e do minério de ferro (figura 11). Figura 11 – Tipos de solos de uma região

21. Previsão do tempo As imagens de satélite são essenciais para fazer previsão do tempo atmosférico para vários dias. Podemos vê-las todos dos dias nos noticiários de televisão. A previsão de tempo é importante para o nosso dia-a-dia,  em atividades de lazer e turismo, na agropecuária (dados sobre umidade, chuvas e temperatura) e na prevenção de conseqüências de fenômenos meteorológicos extremos como furacões. Em boletins meteorológicos a animação que mostra o deslocamento das massas de ar e nuvens sobre a superfície da Terra, na verdade é uma seqüência de imagens produzidas (a cada meia hora) pelos satélites meteorológicos geoestacionários

22. . Figura 12 – Formação furacão

23. Figura 13 - Imagem do Goes mostra o furacão Catarina próximo à costa de Santa Catarina e Rio Grande do Sul em 2004

24. Figura 14 - Imagem do Landsat representa uma porção da Amazônia. O preto representa o rio Negro, afluente do rio Amazonas, repleto de pequenas ilhas. O verde representa a floresta amazônica, enquanto a cor rosa refere-se às áreas com campos e regiões desmatadas. Ecologia As imagens são utilizadas para o conhecimento e a conservação do meio ambiente. Pode-se monitorar e combater as queimadas e os desmatamentos em florestas como a Amazônia. No entanto, muitas vezes depende de quem as utiliza. Na Amazônia, madeireiros já estão usando imagens de satélite para escolher as áreas de floresta que vão ser derrubadas.

25. Agropecuária e uso do solo As imagens podem mostrar como o espaço geográfico é utilizado pela sociedade, representando áreas com diferentes usos do solo: cultivos agrícolas, pecuária, reservas florestais, entre outros. Na agropecuária, as imagens são importantes no mapeamento dos tipos de cultivo, previsão de safras e definição de áreas que necessitam de irrigação

26. Figura 15 - Uma composição de imagens do Landsat representa toda a área do estado de Rondônia. As áreas em verde representam a floresta amazônica. As áreas em rosa representam outros tipos de vegetação como o Cerrado. As áreas em amarelo e vermelho representam as áreas já desmatadas (padrão “espinha de peixe”) e que estão sendo utilizadas na pecuária, agricultura e cidades.

27. Figura 16 - Imagem do satélite Quickbird representa com detalhes parte do Parque do Ibirapuera na metrópole de São Paulo. Planejamento urbano As imagens de satélite também estão sendo utilizadas no estudo de áreas urbanas e em seu planejamento. Por exemplo, podemos avaliar, por exemplo, o crescimento de grandes metrópoles como São Paulo e o Rio de Janeiro.

28. 5.0 Exemplos de aplicações Observação de mudanças climáticas O degelo causado pelo aquecimento climático tornou navegável pela primeira vez a chamada rota do noroeste, que liga os oceanos Atlântico e Pacífico através do Pólo Norte, segundo observações feitas pelos satélites da Agência Espacial Européia (ESA). As observações espaciais da massa polar, iniciadas há quase 30 anos, nunca tinham registrado que a rota do noroeste - até então congelada – estivesse aberta para a navegação. As imagens enviadas pelo satélite Envisat da ESA permitiram agora constatar que a redução da massa de gelo no Pólo Norte, ligada ao aquecimento climático, já torna essa passagem navegável.

29. Figura 17 - Imagens de satélite feitas do Oceano Ártico no início de setembro de 2007 mostra a abertura de uma nova rota pela passagem noroeste (linha laranja) e a passagem nordeste (linha azul), apenas parcialmente bloqueada. O cinza escuro representa as áreas em que não há gelo, enquanto a cor verde indica áreas onde há presença de gelo (Foto: AFP)

30. Figura 18 – Esquema de captação de luz solar

31. Prefeitura usa imagens para multar desmatamento irregular • Mapeamento de cobertura vegetal dos 1.523 km² da cidade; • As câmeras estarão a quase 900 quilômetros de altitude, em órbita terrestre; • De três em três meses, as fotografias serão atualizadas com as mudanças ocorridas em bairros

32. Fotos tiradas por satélites mostram belezas culturais e naturais do planeta vistas do espaço Unesco (Organização das Nações Unidas para a Educação, a Ciência e a Cultura) apresenta em Paris a exposição: Vista excepcional – O Espaço observa nosso patrimônio mundial 30 fotos em grande formato (2m x 1m) Imagens feitas pelo Centro Aeroespacial da Alemanha a uma altura de 700 quilômetros acima da superfície da terra.

33. Figura 20: Cidade de Chan Chan, no Peru, construída em barro Figura 21: Esta foto mostra os intrincados recortes dos fiordes da Groenlândia

34. 5.0 Exemplos de Aplicações     Os recifes de corais ao sul da Flórida também são considerados patrimônio mundial A cidade de Berlim, na Alemanha, também aparece como um dos destaques da exposição

35. 5.0 Exemplos de Aplicações Parque Nacional de Vulcões, no Havaí, onde estão dois dos vulcões mais ativos do mundo. Entre os locais de beleza natural considerados patrimônio mundial está o Monte Quênia.

36. 5.0 Exemplos de Aplicações   A montanha Uluru, no Deserto Vermelho da Austrália, é considerada sagrada para os aborígenes A Lapônia, região ao norte da Suécia e dentro do Círculo Polar Ártico, também foi fotografada pelo Centro Aeroespacial da Alemanha.

37. 5.0 Exemplos de Aplicações Satélites dos Estados Unidos ajudam na busca pelo Airbus Ao menos dois satélites geoestacionários do sistema DSP (Defense Support Program), da USAF, fabricados pela Northrop Grumman constantemente “escaneiam” a superfície da terra com potentes telescópios infravermelhos em busca de sinais de disparos.

38. 5.0 Exemplos de Aplicações Imagem do satélite mostra zona de instabilidade na rota do avião às 02h45 GMT (que corresponde às 23h45 no horário de Brasília). Avião perdeu contato por volta de 22h de Brasília.

39. 5.0 Exemplos de Aplicações

40. 5.0 Exemplos de Aplicações

41. 5.0 Exemplos de Aplicações

42. 5.0 Exemplos de Aplicações O único submarino portador de mísseis balísticos da classe “Xia” da China não está mais na doca seca da base naval em Jianggezhuang, onde estava desde 2005, passando por um programa de manutenção geral.

43. 5.0 Exemplos de Aplicações Imagens de satélite mostram lago formado após terremoto na China

44. 5.0 Exemplos de Aplicações Reconstrução de cidades atingidas pelo tsunami Um dos serviços importantes em termos de informações georreferênciadas foi criado em 2003 por meio de um consórcio europeu, com grande participação da Agência Espacial Européia (ESA). Os registros feitos por esse serviço, que teve no tsunami no Sudeste Asiático o seu grande desafio, mostram a importância dos mapas gerados por instituições da França, Alemanha, Grã-Bretanha, Bélgica e Suécia.

45. 5.0 Exemplos de Aplicações O banco de imagens sobre o tsunami, feito a partir de 19 satélites, reúne hoje cerca de 650 mapas que mostram o antes e o depois da catástrofe natural Praia destruída no Sri Lanka, registrada pelo QuickBird no dia da tragédia.

46. 5.0 Exemplos de Aplicações • Na ilha de Sumatra, na Indonésia, uma das primeiras áreas alagadas, mais de 400 grupos trabalham na reconstrução das casas apenas na principal cidade costeira do local, que tem quase 14 mil habitantes • Com a ajuda dos satélites, as ruas e casas de Banda Aceh, a capital de Sumatra, ficaram bem semelhantes ao que eram antes.

47. 5.0 Exemplos de Aplicações Mapeamento de focos de calor • Quanto mais elevada a temperatura, maior o risco desse foco de calor (considerados significativos a partir de 47º centígrados e identificados por meio de cores) se transformar em um incêndio, ou seja, sair fora de controle e tomar grandes proporções; • Com o cruzamento das imagens de satélite e mapas pontuando áreas indígenas, áreas de conservação, assentamentos, fazendas e estradas, por exemplo, já se pode ter mais algumas pistas sobre os possíveis vetores do foco de calor registrado pelo satélite. Satélite Noaa-12 | data: 2004/08/18Estado: ParáTotal imageado: 100% da áreaDa área imageada: 30% possíveis nuvensFocos de calor: 914Fonte: www.cptec.inpe.br/satelite/metsat/noaa/mosaico12/PA.HTM

48. 6.0 Referências Bibliográficas • http://pbrasil.wordpress.com/2009/06/02/satelites-dos-estados-unidos-ajudam-na-busca-pelo-airbus/ • http://www.tecnodefesa.com.br/index.php?option=com_content&view=article&id=721:satelites-dos-estados-unidos-ajudam-na-busca-pelo-airbus&catid=35:noticias&Itemid=55 • http://www.mundogeo.com.br/noticias-diarias.php?id_noticia=5294 • http://pbrasil.wordpress.com/ • http://ultimosegundo.ig.com.br/mundo/2008/05/27/novos_tremores_de_terra_deixam_chineses_assustados_1328507.html • http://www.naval.com.br/blog/?p=725 • http://www.epamig.br/geosolos/MN_GEO/Satelite.pdf • http://pt.tech-faq.com/satellite-images.shtml&prev=hp • http://www.img.com.br/marketing/intersat/Conceitos_Imagens_Intersat.pdf

49. 7.0 Conclusão Neste trabalho pudemos ver a importância direta e indireta do desenvolvimento da tecnologia espacial, onde, por meio dos exemplos de aplicação, foi mostrado o grande potencial das imagens de satélite no estudo e monitoramento dos ambientes terrestres. As informações obtidas dessas imagens, dão subsídios a órgãos de planejamento no uso sustentável dos ambientes urbanos e rurais. Além disso, a crescente disponibilidade gratuita desses dados na internet facilita seu uso nas escolas e pela própria sociedade, contribuindo para a conscientização de problemas da realidade local e regional e no exercício da cidadania.