Sensoriamento Remoto
Conceito de Sensoriamento Remoto
Sensoriamento Remoto é o conjunto de técnicas e tecnologias utilizadas para obter informações sobre objetos, fenômenos e características da superfície terrestre sem contato físico direto com o objeto observado, por meio da detecção e análise da radiação eletromagnética.
Os dados podem ser obtidos por sensores instalados em diferentes plataformas:
- Satélites
- Aeronaves
- Drones
- Plataformas terrestres
- Outras plataformas de aquisição
O Sensoriamento Remoto permite observar grandes áreas, acompanhar mudanças no território e produzir informações utilizadas em estudos ambientais, agrícolas, urbanos, cartográficos e territoriais. Na perspectiva da Agrimensura e das geotecnologias, constitui uma importante fonte de dados para complementar levantamentos de campo, cartografia, Geoprocessamento e análise territorial.
Princípio básico do Sensoriamento Remoto
O princípio fundamental está relacionado à interação entre a radiação eletromagnética e os objetos presentes na superfície terrestre.
- Fonte de energia
- Atmosfera
- Superfície terrestre
- Sensor
- Dados
- Processamento
- Informação
A radiação pode ser refletida, absorvida, transmitida ou emitida pelos objetos. Cada material apresenta um comportamento diferente diante da radiação eletromagnética, e essa diferença permite identificar e analisar características da superfície.
Radiação eletromagnética
A radiação eletromagnética constitui a base física de grande parte dos sistemas de Sensoriamento Remoto. Ela pode ser organizada de acordo com seu comprimento de onda e frequência. Entre as regiões utilizadas em Sensoriamento Remoto estão:
- Ultravioleta
- Visível
- Infravermelho próximo
- Infravermelho de ondas curtas
- Infravermelho termal
- Micro-ondas
A escolha da região espectral depende do fenômeno que se deseja observar. Determinadas regiões do infravermelho, por exemplo, são especialmente úteis para analisar a vegetação, enquanto o infravermelho termal pode fornecer informações relacionadas à temperatura da superfície.
Interação da radiação com a superfície
Quando a radiação eletromagnética atinge um objeto, parte da energia pode ser refletida, absorvida ou transmitida. O comportamento depende das características do material.
Vegetação, água, solo, rocha, áreas urbanas e outros elementos apresentam respostas espectrais diferentes. Essa diferença é fundamental para a interpretação das imagens: por meio da análise dessas respostas é possível distinguir classes de cobertura e identificar mudanças no território.
Assinatura espectral
A assinatura espectral representa o comportamento de um determinado material em diferentes regiões do espectro eletromagnético. Materiais distintos podem apresentar respostas diferentes, como vegetação, água, solo exposto, áreas construídas, neve ou gelo e diferentes tipos de cobertura.
O conhecimento dessas respostas auxilia na classificação e na interpretação das imagens. A assinatura espectral, entretanto, não é necessariamente única ou invariável: pode variar de acordo com condições como umidade, estágio da vegetação, iluminação, composição do material e condições atmosféricas.
Sensores
Os sensores são dispositivos responsáveis pela detecção da energia eletromagnética proveniente da superfície ou refletida por ela. Podem ser classificados de diferentes maneiras; uma classificação importante distingue sensores passivos e ativos.
Sensores passivos
Dependem de uma fonte natural de energia, normalmente a radiação solar, para registrar a resposta dos objetos. São exemplos os sensores ópticos, multiespectrais e hiperespectrais.
Sensores ativos
Possuem fonte própria de energia e emitem radiação para a superfície, registrando posteriormente o sinal retornado. São exemplos o radar e o LiDAR.
A diferença entre sensores ativos e passivos é fundamental para compreender suas possibilidades e limitações.
Plataformas de aquisição
Os sensores podem ser instalados em diferentes plataformas.
Satélites
Permitem adquirir informações de grandes extensões territoriais e realizar observações repetidas ao longo do tempo.
Aeronaves
Permitem levantamentos com maior flexibilidade e podem atender projetos que exigem maior detalhamento espacial.
Drones
Podem transportar sensores e realizar levantamentos em áreas relativamente pequenas, oferecendo grande flexibilidade operacional e possibilidade de elevado nível de detalhe.
Plataformas terrestres
São utilizadas em situações específicas para aquisição de dados próximos à superfície.
A escolha da plataforma depende da área, escala, resolução necessária, finalidade e condições do levantamento.
Resoluções dos dados de Sensoriamento Remoto
A qualidade e a capacidade de interpretação dos dados estão relacionadas a diferentes tipos de resolução.
Resolução espacial
Indica o nível de detalhe associado à dimensão dos elementos registrados na imagem. Quanto maior a resolução espacial, maior pode ser a capacidade de representar objetos menores, dependendo das condições de aquisição.
Resolução espectral
Relaciona-se à quantidade e à largura das bandas espectrais registradas pelo sensor.
Resolução temporal
Relaciona-se à frequência com que uma determinada área pode ser observada. É particularmente importante para estudos de mudanças ao longo do tempo.
Resolução radiométrica
Relaciona-se à capacidade do sensor de distinguir diferentes níveis de intensidade da energia registrada.
Essas quatro dimensões devem ser analisadas conjuntamente. Um dado com excelente resolução espacial, por exemplo, não necessariamente será o mais adequado para determinado estudo se sua resolução espectral ou temporal não atender à finalidade.
Bandas espectrais
As imagens de Sensoriamento Remoto podem ser produzidas a partir de diferentes bandas espectrais. Uma imagem pode utilizar uma única faixa ou várias bandas, e a utilização de múltiplas bandas permite comparar o comportamento dos alvos em diferentes regiões do espectro. Isso amplia as possibilidades de:
- Classificação
- Identificação de cobertura
- Análise da vegetação
- Identificação de corpos d'água
- Análise de solos
- Estudos urbanos
- Monitoramento ambiental
Imagens multiespectrais e hiperespectrais
Multiespectral
Registra um número limitado de bandas espectrais relativamente amplas. É amplamente utilizada em aplicações territoriais, agrícolas, ambientais e cartográficas.
Hiperespectral
Registra um número muito maior de bandas espectrais, geralmente mais estreitas e contíguas, o que permite uma caracterização espectral mais detalhada dos materiais.
A diferença principal está na quantidade e na especificidade das informações espectrais disponíveis.
Imagens em cores naturais e falsas cores
Composição em cores naturais
Utiliza bandas correspondentes aproximadamente às regiões do espectro visível, produzindo uma representação visual semelhante à percepção humana.
Composição em falsa cor
Combina bandas diferentes das utilizadas na representação natural. Essa técnica pode destacar características que seriam pouco perceptíveis em uma composição convencional e é muito utilizada para facilitar a interpretação de vegetação, corpos d'água, áreas urbanas, solo e alterações na cobertura terrestre.
Pré-processamento das imagens
Antes da análise, os dados podem passar por procedimentos de pré-processamento. Dependendo do sensor e da finalidade, podem ser realizados procedimentos relacionados a:
- Correção radiométrica
- Correção geométrica
- Correção atmosférica
- Calibração
- Registro
- Ortorretificação
- Redução ou tratamento de ruídos
Esses procedimentos buscam melhorar a qualidade dos dados e sua adequação à análise. É importante destacar que nem todo dado exige exatamente o mesmo fluxo de processamento: os procedimentos dependem do sensor, do produto disponível e do objetivo do trabalho.
Correção geométrica e georreferenciamento
As imagens precisam estar espacialmente relacionadas ao território para serem utilizadas em análises geográficas. A correção geométrica busca reduzir distorções relacionadas à aquisição da imagem e permitir sua adequada correspondência com a superfície terrestre.
O georreferenciamento estabelece a relação entre a imagem e um sistema de coordenadas. Em aplicações mais rigorosas, a ortorretificação pode ser utilizada para considerar efeitos relacionados ao relevo e à geometria de aquisição. Isso permite integrar as imagens com:
- Mapas
- Bases cadastrais
- Levantamentos topográficos
- Dados GNSS
- SIG
- Outras informações geoespaciais
Processamento e interpretação de imagens
Após o tratamento inicial, as imagens podem ser analisadas para extrair informações. A interpretação pode envolver:
- Tonalidade
- Cor
- Textura
- Forma
- Tamanho
- Padrão
- Localização
- Contexto
- Comportamento espectral
- Variação temporal
A interpretação visual pode ser combinada com técnicas computacionais de processamento digital de imagens. O objetivo não é apenas visualizar uma imagem, mas transformar os dados registrados pelo sensor em informação sobre o território.
Classificação de imagens
A classificação busca agrupar pixels ou objetos de uma imagem de acordo com características semelhantes. Pode ser realizada de diferentes maneiras.
Classificação supervisionada
O analista fornece amostras representativas das classes que deseja identificar, e o algoritmo utiliza essas amostras para classificar os demais dados.
Classificação não supervisionada
O algoritmo agrupa os dados de acordo com suas características espectrais sem que todas as classes sejam previamente definidas pelo analista.
Classificação baseada em objetos
Em vez de considerar apenas pixels individualmente, utiliza objetos ou segmentos formados a partir de conjuntos de pixels e suas características.
A escolha do método depende do tipo de dado e do objetivo do estudo.
Índices espectrais
Bandas espectrais podem ser combinadas matematicamente para destacar determinadas características da superfície. Um exemplo amplamente utilizado é o NDVI — Índice de Vegetação por Diferença Normalizada, utilizado para analisar características relacionadas à vegetação. A lógica geral dos índices espectrais é utilizar diferenças ou relações entre bandas para realçar determinados alvos.
- Vegetação
- Áreas agrícolas
- Corpos d'água
- Umidade
- Áreas construídas
- Mudanças ambientais
Entretanto, um índice não deve ser interpretado isoladamente. Seus resultados precisam ser relacionados ao contexto, às condições de aquisição e à finalidade do estudo.
Sensoriamento Remoto aplicado à vegetação e à agricultura
O Sensoriamento Remoto possui ampla aplicação na análise da vegetação. Pode contribuir para:
- Identificação de áreas vegetadas
- Avaliação de vigor da vegetação
- Acompanhamento de culturas
- Identificação de mudanças
- Monitoramento de áreas agrícolas
- Análise de cobertura vegetal
- Acompanhamento de condições ambientais
A observação repetitiva proporcionada por determinados sistemas permite acompanhar a evolução temporal das áreas.
Sensoriamento Remoto aplicado ao meio ambiente
No campo ambiental, os dados podem auxiliar na análise e no monitoramento de:
- Desmatamento
- Cobertura vegetal
- Queimadas
- Corpos d'água
- Uso e cobertura da terra
- Áreas degradadas
- Expansão de áreas ocupadas
- Alterações ambientais
O Sensoriamento Remoto funciona como uma importante fonte de informação para estudos ambientais, mas seus resultados devem ser interpretados considerando dados de campo, características do sensor e metodologia utilizada.
Sensoriamento Remoto aplicado às áreas urbanas
Em áreas urbanas, as imagens podem auxiliar na análise de:
- Expansão urbana
- Ocupação do território
- Uso do solo
- Áreas construídas
- Sistema viário
- Cobertura vegetal
- Mudanças na ocupação
- Planejamento territorial
A análise multitemporal permite comparar imagens de diferentes épocas e identificar transformações ocorridas na cidade. Essa informação pode ser integrada a bases cadastrais e a sistemas de informação geográfica.
Análise multitemporal
Uma das grandes vantagens do Sensoriamento Remoto é a possibilidade de comparar informações obtidas em diferentes momentos.
- Estado inicial
- Transformação
- Estado atual
Pode ser aplicada ao estudo de:
- Expansão urbana
- Desmatamento
- Recuperação vegetal
- Mudanças agrícolas
- Alterações em corpos d'água
- Ocupação territorial
- Evolução de áreas construídas
É necessário considerar diferenças entre datas de aquisição, condições atmosféricas, sazonalidade, sensores e características das imagens para evitar interpretações equivocadas.
Radar e Sensoriamento Remoto ativo
O radar utiliza uma fonte própria de energia e registra o sinal que retorna após interagir com a superfície. Uma característica importante é a possibilidade de aquisição em condições nas quais sensores ópticos podem apresentar limitações, como presença de nuvens, dependendo da frequência utilizada.
- Estrutura da superfície
- Umidade
- Relevo
- Deformações
- Cobertura terrestre
- Características de determinados alvos
O radar possui comportamento diferente dos sensores ópticos e, portanto, exige técnicas próprias de interpretação.
LiDAR e Sensoriamento Remoto
O LiDAR (Light Detection and Ranging) utiliza pulsos de laser para medir distâncias e produzir informações tridimensionais. Os dados podem gerar:
- Nuvens de pontos
- Modelos digitais de elevação
- Modelos digitais de superfície
- Modelos digitais do terreno
- Informações sobre vegetação
- Representação tridimensional de estruturas
O LiDAR pode ser empregado em diferentes plataformas, inclusive aéreas. É importante distinguir LiDAR de imagens ópticas: enquanto a imagem registra respostas espectrais, o LiDAR realiza medições de distância por meio de pulsos laser.
Sensoriamento Remoto e Geoprocessamento
Sensoriamento Remoto e Geoprocessamento são tecnologias distintas, mas complementares. O Sensoriamento Remoto fornece dados obtidos por sensores; o Geoprocessamento fornece ferramentas e métodos para organizar, processar, integrar e analisar informações espaciais.
- Sensor
- Imagem
- Processamento
- Classificação
- SIG
- Análise espacial
- Informação territorial
As imagens podem ser combinadas com:
- Mapas
- Cadastro
- Topografia
- GNSS
- Hidrografia
- Rede viária
- Limites territoriais
- Dados ambientais
Sensoriamento Remoto e Agrimensura
Na Agrimensura, o Sensoriamento Remoto pode complementar os levantamentos realizados diretamente no terreno. Suas aplicações podem incluir:
- Reconhecimento territorial
- Apoio ao planejamento de levantamentos
- Atualização de informações
- Análise de uso e cobertura do solo
- Apoio à cartografia
- Identificação de áreas de interesse
- Monitoramento
- Integração com SIG
- Apoio ao cadastro
- Análise de mudanças territoriais
Entretanto, uma imagem de Sensoriamento Remoto não substitui automaticamente um levantamento topográfico ou geodésico. Cada método possui finalidade, precisão, escala e limitações próprias.
Precisão, escala e limitações
A interpretação dos dados deve considerar suas limitações. Entre os fatores que podem influenciar os resultados estão:
- Resolução espacial
- Resolução espectral
- Resolução radiométrica
- Resolução temporal
- Condições atmosféricas
- Geometria de aquisição
- Relevo
- Características do alvo
- Qualidade do processamento
- Método de classificação
- Disponibilidade de dados de referência
Por isso, a escolha de uma imagem deve sempre estar relacionada ao objetivo do trabalho. Não existe uma imagem universalmente adequada para todas as aplicações.
Controle de qualidade e validação
Os resultados obtidos por Sensoriamento Remoto precisam ser avaliados quanto à sua qualidade. Dependendo do produto, podem ser utilizadas:
- Amostras de campo
- Pontos de controle
- Dados de referência
- Matrizes de confusão
- Avaliação de acurácia
- Comparação com outras fontes
- Validação independente
A validação é especialmente importante em classificações temáticas e em análises destinadas a apoiar decisões técnicas.
Produtos derivados do Sensoriamento Remoto
Os dados podem ser transformados em diferentes produtos, entre eles:
- Imagens corrigidas
- Mosaicos
- Mapas temáticos
- Mapas de uso e cobertura da terra
- Índices espectrais
- Modelos de elevação
- Nuvens de pontos
- Mapas de mudanças
- Produtos tridimensionais
- Informações para SIG
O produto final deve ser definido de acordo com a finalidade do projeto.
Fluxo de trabalho do Sensoriamento Remoto
Um projeto de Sensoriamento Remoto pode ser organizado, de maneira geral, na seguinte sequência:
- Definição do objetivo
- Escolha do sensor/dado
- Aquisição
- Pré-processamento
- Correção e preparação
- Processamento
- Interpretação/classificação
- Validação
- Integração com SIG
- Análise espacial
- Produto final
- Informação territorial
O fluxo pode variar conforme o sensor, o produto e a finalidade.
Integração com outras geotecnologias
O Sensoriamento Remoto não funciona isoladamente. Pode ser integrado a:
- Geodésia — referência espacial
- Topografia — informações detalhadas de campo
- GNSS — posicionamento e controle
- Cartografia — representação espacial
- Geoprocessamento/SIG — integração e análise
- Fotogrametria — produtos métricos e tridimensionais a partir de imagens
- Drones — plataformas para aquisição de dados
- LiDAR — informações tridimensionais
- Cadastro Territorial — informações sobre imóveis e ocupação
- BIM — integração de informações em modelos de empreendimentos, quando aplicável
Essa integração amplia a capacidade de compreender e representar o território.
Aplicações profissionais
O conhecimento de Sensoriamento Remoto pode ser utilizado em atividades relacionadas a:
- Agrimensura
- Cartografia
- Geodésia
- Geoprocessamento
- Planejamento territorial
- Cadastro
- Agricultura
- Meio ambiente
- Recursos hídricos
- Engenharia
- Infraestrutura
- Gestão urbana
- Monitoramento territorial
- Análise ambiental
A aplicação correta depende da compatibilidade entre dado, escala, resolução, metodologia e objetivo.
Fluxo completo do Sensoriamento Remoto
O Sensoriamento Remoto pode ser compreendido como uma cadeia que transforma energia detectada por sensores em informação territorial:
- Fonte de energia
- Interação com a superfície
- Sensor
- Aquisição
- Imagem/dado
- Processamento
- Interpretação
- Classificação
- Validação
- SIG
- Análise
- Informação territorial
Essa sequência representa a transformação do fenômeno físico em informação útil para análise e tomada de decisão.
Definição-síntese
Sensoriamento Remoto é o conjunto de técnicas e tecnologias utilizadas para obter e analisar informações sobre objetos, fenômenos e características da superfície terrestre sem contato físico direto, por meio da detecção da radiação eletromagnética por sensores instalados em diferentes plataformas.
Na perspectiva da Agrimensura e das geotecnologias, constitui uma importante fonte de dados para reconhecimento, mapeamento, monitoramento, análise territorial e integração de informações espaciais. Sua integração com Geodésia, Topografia, GNSS, Cartografia, Geoprocessamento, SIG, Fotogrametria, Drones, LiDAR e Cadastro amplia a capacidade de compreender e representar o território.
A utilização adequada desses dados depende da compatibilidade entre sensor, resolução, escala, método de processamento, qualidade dos dados e finalidade do trabalho.