Avaliação de técnicas de segmentação e classificação automática de imagens landsat-tm no mapeamento do uso do solo na Amazônia1

O mapeamento do uso da terra é fundamental para o entendimento dos processos de mudanças globais, especialmente em regiões como a Amazônia que estão sofrendo grande pressão de desenvolvimento. Tradicionalmente estes mapeamentos têm sido feitos utilizando técnicas de interpretação visual de imagens de satélites, que, embora de resultados satisfatórios, demandam muito tempo e alto custo. Neste trabalho é proposta uma técnica de segmentação da imagens com base em um algoritmo de crescimento de regiões, seguida de uma classificação não-supervisionada por regiões. Desta forma, a classificação temática se refere a um conjunto de elementos (pixels da imagem), beneficiando-se portanto da informação contextual e minimizando as limitações das técnicas de processamento digital baseadas em análise pontual (pixel-a-pixel). Esta técnica foi avaliada numa área típica da Amazônia, situada ao norte de Manaus, AM, utilizando imagens do sensor "Thematic Mapper" - TM do satélite Landsat, tanto na sua forma original quanto decomposta em elementos puros como vegetação verde, vegetação seca (madeira), sombra e solo, aqui denominada imagem misturas. Os resultados foram validados por um mapa de referência gerado a partir de técnicas consagradas de interpretação visual, com verificação de campo, e indicaram que a classificação automática é viável para o mapeamento de uso da terra na Amazônia. Testes estatísticos indicaram que houve concordância significativa entre as classificações automáticas digitais e o mapa de referência (em tomo de 95% de confiança).

Análise derivativa de dados hiperespectrais medidos em nível de campo e orbital para caracterizar a composição de águas opticamente complexas na Amazônia

A técnica de análise derivativa de dados espectrais foi usada para estudar a variação dos constituintes opticamente ativos (COAs) na água, por meio de dados de campo e de imagens do sensor orbital Hyperion/EO-1. A imagem Hyperion usada neste estudo foi adquirida no dia 23 de junho de 2005, no final do período de cheia. Uma campanha de campo foi realizada entre 23 e 29 de junho de 2005, para coletar dados espectrais e limnológicos in situ. A imagem foi pré-processada visando eliminar faixas de pixels anômalos e convertida de valores de radiância para reflectância de superfície, portanto, corrigidos dos efeitos de absorção e espalhamento atmosféricos. Uma análise da correlação foi realizada para examinar a associação da reflectância e de sua primeira derivada espectral com as concentrações dos COAs. Melhores resultados foram obtidos após a diferenciação dos espectros, o que ajudou a reduzir a influência de efeitos indesejáveis, provindos de diferentes fontes de radiância, sobre as medidas de reflectância da superfície da água realizadas em ambos os níveis de aquisição de dados. Por meio de ajustes de regressões empíricas, considerando o conjunto de dados Hyperion, a primeira derivada espectral em 711 nm explicou 86% da variação da concentração de sedimentos inorgânicos em suspensão (µg.l-1) e a primeira derivada espectral em 691 nm explicou 73% da variação na concentração da clorofila-alfa (µg.l-1). As relações de regressão foram não-lineares, pois, em geral, as águas que se misturam na planície de inundação Amazônica se tornam opticamente complexas. A técnica de análise derivativa hiperespectral demonstrou potenciais para mapear a composição dessas águas.

Utilização de dados MODIS para a detecção de queimadas na Amazônia

O objetivo do presente artigo foi o de avaliar o produto MOD14 quanto à sua performance para detectar áreas queimadas na Amazônia, mais específicamente no norte do Estado do Mato Grosso, considerando o período entre 21/06/2004 e 07/07/2004, comparando os resultados fornecidos pelo MOD14 e interpretações visuais de áreas queimadas obtidas de imagens TM/Landsat-5. O produto MOD14 detectou 51,58% do total de áreas queimadas, cujo tamanho médio foi de 83,14 ha; os restantes 48,42% não detectados tinham tamanho médio de 38,74 ha. O produto MOD14 superestima a quantidade de áreas queimadas ao classificar solos expostos, florestas e outros tipos de coberturas da terra como pixels "hot spots"; além disso, este produto não detecta áreas queimadas de dimensões pequenas (< 100 ha), proporcionando erros de classificação em grandes áreas de solos expostos.

Multi-temporal analysis of radiometric changes in satellite images of forest edges to infer selective-logging areas in the Amazon forest

Radiometric changes observed in multi-temporal optical satellite images have an important role in efforts to characterize selective-logging areas. The aim of this study was to analyze the multi-temporal behavior of spectral-mixture responses in satellite images in simulated selective-logging areas in the Amazon forest, considering red/near-infrared spectral relationships. Forest edges were used to infer the selective-logging infrastructure using differently oriented edges in the transition between forest and deforested areas in satellite images. TM/Landsat-5 images acquired at three dates with different solar-illumination geometries were used in this analysis. The method assumed that the radiometric responses between forest with selective-logging effects and forest edges in contact with recent clear-cuts are related. The spatial frequency attributes of red/near infrared bands for edge areas were analyzed. Analysis of dispersion diagrams showed two groups of pixels that represent selective-logging areas. The attributes for size and radiometric distance representing these two groups were related to solar-elevation angle. The results suggest that detection of timber exploitation areas is limited because of the complexity of the selective-logging radiometric response. Thus, the accuracy of detecting selective logging can be influenced by the solar-elevation angle at the time of image acquisition. We conclude that images with lower solar-elevation angles are less reliable for delineation of selecting logging.

Análise de registros eletrocardiográficos associados ao infarto agudo do miocárdio

OBJETIVO: Avaliar correlações entre as variações do eletrocar­diograma (ECG) e o infarto agudo do miocárdio. MÉTODOS: Uso de software de baixo custo para digitalização de ECG impressos e/ou em formato "pdf". Cálculo de área do segmento ST e das amplitudes dos pontos J e Y RESULTADOS: A amplitude do ponto Y possui máxima correlação com a concentração da enzima troponina. O supradesnivelamento do segmento ST não se constitui bom indicador estatístico da gravidade do infarto. Existe uma forte correlação negativa entre a amplitude do ponto J e a quantidade de íons magnésio, mas nenhuma correlação estatística com os íons sódio ou cálcio. Os dois métodos de cálculo da área do segmento ST (contagem de pixels e interpolação) não mostraram diferenças significativas nos resultados. CONCLUSÃO: O software utilizado mostrou-se viável do ponto de vista econômico e funcional. A amplitude do ponto Y é um marcador sensível à ocorrência do infarto, tendo cálculo mais simples e menos sujeito a erros do que o cálculo da área de supradesnivelamento do segmento ST.

Ecological niche models and patterns of richness and endemism of the southern Andean genus Eurymetopum (Coleoptera, Cleridae)

Eurymetopum is an Andean clerid genus with 22 species. We modeled the ecological niches of 19 species with Maxent and used them as potential distributional maps to identify patterns of richness and endemicity. All modeled species maps were overlapped in a single map in order to determine richness. We performed an optimality analysis with NDM/VNDM in a grid of 1º latitude-longitude in order to identify endemism. We found a highly rich area, located between 32º and 41º south latitude, where the richest pixels have 16 species. One area of endemism was identified, located in the Maule and Valdivian Forest biogeographic provinces, which extends also to the Santiago province of the Central Chilean subregion, and contains four endemic species (E. parallelum, E. prasinum, E. proteus, and E. viride), as well as 16 non-endemic species. The sympatry of these phylogenetically unrelated species might indicate ancient vicariance processes, followed by episodes of dispersal. Based on our results, we suggest a close relationship between these provinces, with the Maule representing a complex area.

Crescimento de plantas de cajueiro anão precoce influenciado pela compactação e temperatura do solo

Atribui-se ao uso de práticas culturais inadequadas uma das causas da redução drástica dos níveis de produtividade e produção da cultura do caju no nordeste brasileiro. A eliminação periódica da cobertura vegetal e o tráfego de máquinas e implementos condicionam temperaturas e densidade de solo que podem comprometer o crescimento e desenvolvimento das plantas, o que é mais preocupante ainda, considerando a textura arenosa dos solos cultivados e as condições climáticas da região. A partir destas constatações, desenvolveu-se o presente trabalho, com vistas em fornecer indicativos capazes de permitir uma avaliação dos efeitos das condições de solo e clima, objetivando identificar o comportamento de plantas de cajueiro anão precoce, submetidas a diferentes níveis de compactação e temperatura de solo, como meio de testar a hipótese de que níveis crescentes destes fatores podem reduzir seu crescimento. O presente trabalho foi desenvolvido em condições controladas, utilizando colunas de solo em tubos de PVC, nas quais se adicionou o Argissolo Vermelho-Amarelo eutrófico típico. Submeteram-se estas colunas a dois níveis de temperatura do solo, um com as colunas de solo isoladas com folhas de isopor pintadas na cor alumínio (tratamento isolado-TI), e o outro, com colunas não isoladas, mas com os tubos de PVC pintados na cor preta, para maior absorção de luz (tratamento não isolado-TNI). Os níveis de densidade a que foram ajustadas as camadas compactadas da coluna de solo foram 1,2; 1,3; 1,4; 1,5; 1,6 e 1,7 Mg m-3, sendo o restante da coluna a 1,3 Mg m-3. Os tratamentos foram distribuídos em delineamento inteiramente casualizado, com arranjo fatorial 6 x 2 (seis níveis de compactação e dois níveis de temperatura), com três repetições. Após o período de 12 meses de cultivo das plantas, a parte aérea foi colhida, determinando-se matéria seca da parte aérea, altura da planta, diâmetro do caule e número de ramificações da parte aérea. Os anéis da coluna de solo foram separados e as raízes foram coletadas, determinando-se, por meio do número de pixels, a área radicular, o comprimento de raízes e a densidade radicular. O aumento da temperatura e da densidade do solo reduziu o crescimento, afetando tanto a parte aérea quanto o sistema radicular das plantas de cajueiro.

The combined use of reflectance, emissivity and elevation Aster/Terra data for tropical soil studies

Reflectance, emissivity and elevation data of the sensor ASTER (Advanced Spaceborne Thermal Emission and Reflection Radiometer)/Terra were used to characterize soil composition variations according to the toposequence position. Normalized data of SWIR (shortwave infrared) reflectance and TIR (thermal infrared) emissivity, coupled to a soil-fraction image from a spectral mixture model, were evaluated to separate bare soils from nonphotosynthetic vegetation. Regression relationships of some soil properties with reflectance and emissivity data were then applied on the exposed soil pixels. The resulting estimated values were plotted on the ASTER-derived digital elevation model. Results showed that the SWIR bands 5 and 6 and the TIR bands 10 and 14 measured the clay mineral absorption band and the quartz emissivity feature, respectively. These bands improved also the discrimination between nonphotosynthetic vegetation and soils. Despite the differences in pixel size and field sampling size, some soil properties were correlated with reflectance (R² of 0.65 for Al2O3 in band 6; 0.61 for Fe2O3 in band 3) and emissivity (R² of 0.65 for total sand fraction in the 10/14 band ratio). The combined use of reflectance, emissivity and elevation data revealed variations in soil composition with topography in specific parts of the landscape. From higher to lower slope positions, a general decrease in Al2O3 and increase in total sand fraction was observed, due to the prevalence of Rhodic Acrustox at the top and its gradual transition to Typic Acrustox at the bottom.

Atributos topográficos na diferenciação de Argissolos

A topografia do terreno controla muitos processos hidrológicos, geomorfológicos e pedológicos, influenciando a radiação solar, precipitação pluvial, escoamento superficial, evaporação, regime de umidade do solo e tipo de vegetação, entre outros. Desta maneira, atributos topográficos derivados de um modelo digital de elevação foram utilizados para explicar a diferenciação de solos com horizonte B textural da região de ''Mar de Morros'', no noroeste do Estado do Rio de Janeiro. Foram estudados oito perfis de solo (quatro Argissolos Vermelhos e quatro Argissolos Vermelho-Amarelos), desenvolvidos de granulitos noríticos nos municípios de São José de Ubá e Itaperuna. Os dados dos atributos topográficos em cada perfil de solo (elevação, declividade, aspecto, plano e perfil de curvatura, radiação solar e índice topográfico combinado) foram extraídos, utilizando-se uma janela de 7 x 7 pixels, com os perfis ocupando o centro dessa janela. Os Argissolos que ocorrem nas encostas noroeste e nordeste recebem maior quantidade de radiação solar (mais quentes e secas) e por isto são vermelhos, eutróficos e não apresentam horizonte B latossólico, enquanto os solos das encostas sudeste (relativamente mais frias e úmidas) são vermelho-amarelados, distróficos e com horizonte B latossólico. A radiação solar, a declividade e o aspecto são os atributos topográficos relacionados com as diferenças entre os perfis de solos estudados. Os atributos topográficos analisados pelas técnicas multivariadas apresentaram-se efetivos para a distinção entre os Argissolos Vermelho-Amarelos distróficos e os Argissolos Vermelhos eutróficos, exceto o P7 (PVe). Estudos relacionando a influência da radiação solar na pedogênese são escassos em condições tropicais e, embora menos atuante em regiões tropicais, foi a radiação solar que determinou diretamente a diferenciação dos solos da área estudada.

Caracterização mineralógica de solos tropicais por sensoriamento remoto hiperespectral

Dados hiperespectrais coletados no Brasil pelo sensor AVIRIS (Airborne Visible/Infrared Imaging Spectrometer) foram utilizados para a caracterização espectral de uma típica cena agropastoril e para testar o uso da técnica Spectral Feature Fitting (SFF) na identificação de minerais argilosos na imagem. Utilizou-se um modelo linear de mistura espectral, usando como membros de referência a vegetação verde e seca, a água, e os solos Nitossolo Vermelho, Latossolo Vermelho e Neossolo Quartzarênico órtico. Na identificação dos minerais, foram selecionados espectros de referência da biblioteca espectral do JPL/NASA. Os espectros dos pixels e das referências foram normalizados pelo método do contínuo espectral, entre 2.100 e 2.330 nm, e depois comparados quanto à similaridade com o uso da técnica SFF. A caulinita predomina na cena, cuja identificação remota é dependente do tipo de solo e das proporções dos componentes da cena no interior do pixels. Os melhores resultados foram obtidos em solos de reflectância intermediária a alta e em pixels com valor de abundância da fração solo superior a 70%. Isto ocorreu devido, respectivamente, à menor quantidade de substâncias opacas nestes solos e à redução nos pixels dos efeitos espectrais da lignina-celulose. Estes fatores tendem a mascarar as bandas de absorção das argilas.

Métodos indiretos de estimação da cobertura de dossel em povoamentos de clone de eucalipto

O objetivo deste trabalho foi avaliar o potencial de uso de fotografias digitais na estimação do índice de cobertura de dossel (ICD), em substituição ao índice de área foliar (IAF). Fotografias digitais de 640x480 e de 1.280x960 pixels foram processadas por meio dos aplicativos Erdas, Gap Light Analyzer e Sidelook. O IAF, estimado com o LAI-2000, e as fotografias digitais foram obtidos aos 81 e 93 meses de idade, em povoamento de clone de eucalipto submetido à desrama e ao desbaste. Foram observadas correlações significativas entre IAF e ICD, e as fotografias com maiores dimensões permitiram maior diferenciação entre céu e dossel. O ICD, obtido pela classificação das fotografias com o aplicativo Sidelook, apresentou correlação mais elevada com o IAF, em relação ao obtido com o Erdas e o Gap Light Analyzer. Esses resultados indicam que fotografias digitais podem ser utilizadas para estimar o ICD de povoamentos florestais.

Estimativa amostral objetiva de área plantada regional, apoiada em imagens de sensoriamento remoto

O objetivo deste trabalho foi desenvolver e avaliar um método para estimar a área plantada de soja em escala regional e calcular o erro estatístico associado à estimação. O método (Geosafras), que associa técnicas de amostragem estatística com características das imagens obtidas por sensoriamento remoto orbital, foi aplicado para obter estimativa amostral objetiva da área cultivada com soja, na safra de 2005/2006, no Estado do Rio Grande do Sul. Os municípios produtores de soja, no RS, foram distribuídos em dez estratos, com base em dados pré‑existentes de área cultivada com a cultura. O número de municípios selecionados, em cada estrato, seguiu a regra de alocação de Neyman. Em cada município selecionado, foram aleatorizados pontos correspondentes aos pixels das imagens, classificados como "soja" ou "não soja" após visita a campo. A partir dos dados de 3.000 pontos distribuídos nos 30 municípios selecionados, nos dez estratos, foi estimada a área cultivada com soja no RS, que totalizou 4.069.887 ha, com coeficiente de variação (CV) de 3,4%. Esta estimativa foi consistente com os dados oficiais. O método amostral objetivo estratificado, auxiliado por sensoriamento remoto, permite estimar a área cultivada com soja no Rio Grande do Sul e é capaz de quantificar o erro associado à estimativa realizada.

Multispectral remote sensing for site-specific nitrogen fertilizer management

The objective of this work was to evaluate the use of multispectral remote sensing for site-specific nitrogen fertilizer management. Satellite imagery from the advanced spaceborne thermal emission and reflection radiometer (Aster) was acquired in a 23 ha corn-planted area in Iran. For the collection of field samples, a total of 53 pixels were selected by systematic randomized sampling. The total nitrogen content in corn leaf tissues in these pixels was evaluated. To predict corn canopy nitrogen content, different vegetation indices, such as normalized difference vegetation index (NDVI), soil-adjusted vegetation index (Savi), optimized soil-adjusted vegetation index (Osavi), modified chlorophyll absorption ratio index 2 (MCARI2), and modified triangle vegetation index 2 (MTVI2), were investigated. The supervised classification technique using the spectral angle mapper classifier (SAM) was performed to generate a nitrogen fertilization map. The MTVI2 presented the highest correlation (R²=0.87) and is a good predictor of corn canopy nitrogen content in the V13 stage, at 60 days after cultivating. Aster imagery can be used to predict nitrogen status in corn canopy. Classification results indicate three levels of required nitrogen per pixel: low (0-2.5 kg), medium (2.5-3 kg), and high (3-3.3 kg).

Detecção de áreas agrícolas em tempo quase real com imagens Modis

Resumo: O objetivo deste trabalho foi desenvolver um método para identificação e monitoramento, em tempo quase real, de áreas agrícolas cultivadas com lavouras temporárias de verão, com uso de imagens orbitais Modis, no Estado do Rio Grande do Sul. A metodologia foi denominada detecção de áreas agrícolas em tempo quase real (DATQuaR) e utiliza imagens do sensor Modis referentes aos índices de vegetação (IVs) EVI e NDVI, disponibilizadas em composições de 16 dias. Foram utilizadas quatro métricas para agregar os valores de IVs por pixel, dentro dos períodos bimensais avaliados: média, máximo, mínimo e mediana. Para gerar as imagens (ImDATQuaR), a imagem agregada para o período imediatamente anterior foi subtraída da imagem agregada para o período em monitoramento. Essas imagens foram classificadas por meio de fatiamento e comparadas às classes de referência obtidas pela interpretação visual de pixels aleatorizados em imagens Landsat. Cada ImDATQuaR gerou dois mapas DATQuaR: um com filtragem de moda com janela 3x3 pixels e outro sem filtragem. O melhor mapa DATQuaR é produzido com uso de imagens EVI e filtragem - ao se subtrair a imagem de mínimo valor para o período anterior da imagem de máximo valor para o período monitorado - e atinge concordâncias com a referência superiores a 81%.

Análise da imagem digital para estimativa da área foliar em plantas de laranja "Pêra"

Objetivou-se, com o trabalho, avaliar dois métodos de estimativa da área foliar, em plantas de laranja "Pêra", pela análise da imagem digital obtida com scanner e câmera fotográfica digital. Para determinar a área das folhas, um grupo de discos foi colocado sobre um leitor de scanner, sendo que a imagem obtida foi armazenada. Os mesmos grupos de discos foram fixados sobre cartolina branca e fotografados com câmera fotográfica digital. As imagens obtidas da câmera fotográfica e do scanner foram processadas utilizando ferramentas de um editor de imagem que permite a contagem de pixels de determinada cor, no caso verde. Para a comparação dos métodos, os discos foram submetidos a integrador óptico de área foliar modelo LICOR-3100, utilizando os mesmos agrupamentos. Foram coletadas 20 folhas (cinco em cada quadrante da planta) por parcela de um experimento para comparação de fertilizantes comerciais e doses de zinco, aplicados via foliar, em plantas de sete anos de idade. O experimento foi composto de sete tratamentos e quatro repetições, num total de 28 parcelas. Os dois métodos apresentaram alta correlação com a área estimada pelo integrador óptico de área, considerado como método de referência. O método da análise da imagem obtida com câmera fotográfica, na resolução de 5.0 megapixel, foi mais precisa quando comparada à área estimada pelo integrador óptico de área.