Multiple Geotechnological Tools Applied to Digital Mapping of Tropical Soils

ABSTRACT In recent years, geotechnologies as remote and proximal sensing and attributes derived from digital terrain elevation models indicated to be very useful for the description of soil variability. However, these information sources are rarely used together. Therefore, a methodology for assessing and specialize soil classes using the information obtained from remote/proximal sensing, GIS and technical knowledge has been applied and evaluated. Two areas of study, in the State of S��o Paulo, Brazil, totaling approximately 28.000 ha were used for this work. First, in an area (area 1), conventional pedological mapping was done and from the soil classes found patterns were obtained with the following information: a) spectral information (forms of features and absorption intensity of spectral curves with 350 wavelengths -2,500 nm) of soil samples collected at specific points in the area (according to each soil type); b) obtaining equations for determining chemical and physical properties of the soil from the relationship between the results obtained in the laboratory by the conventional method, the levels of chemical and physical attributes with the spectral data; c) supervised classification of Landsat TM 5 images, in order to detect changes in the size of the soil particles (soil texture); d) relationship between classes relief soils and attributes. Subsequently, the obtained patterns were applied in area 2 obtain pedological classification of soils, but in GIS (ArcGIS). Finally, we developed a conventional pedological mapping in area 2 to which was compared with a digital map, ie the one obtained only with pre certain standards. The proposed methodology had a 79 % accuracy in the first categorical level of Soil Classification System, 60 % accuracy in the second category level and became less useful in the categorical level 3 (37 % accuracy).

Evaluating effects of spectral training data distribution on continuous field mapping performance

Continuous field mapping has to address two conflicting remote sensing requirements when collecting training data. On one hand, continuous field mapping trains fractional land cover and thus favours mixed training pixels. On the other hand, the spectral signature has to be preferably distinct and thus favours pure training pixels. The aim of this study was to evaluate the sensitivity of training data distribution along fractional and spectral gradients on the resulting mapping performance. We derived four continuous fields (tree, shrubherb, bare, water) from aerial photographs as response variables and processed corresponding spectral signatures from multitemporal Landsat 5 TM data as explanatory variables. Subsequent controlled experiments along fractional cover gradients were then based on generalised linear models. Resulting fractional and spectral distribution differed between single continuous fields, but could be satisfactorily trained and mapped. Pixels with fractional or without respective cover were much more critical than pure full cover pixels. Error distribution of continuous field models was non-uniform with respect to horizontal and vertical spatial distribution of target fields. We conclude that a sampling for continuous field training data should be based on extent and densities in the fractional and spectral, rather than the real spatial space. Consequently, adequate training plots are most probably not systematically distributed in the real spatial space, but cover the gradient and covariate structure of the fractional and spectral space well. (C) 2009 International Society for Photogrammetry and Remote Sensing, Inc. (ISPRS). Published by Elsevier B.V. All rights reserved.

Reduced simple ratio better than NDVI for estimating LAI in Finnish pine and spruce stands

Abstract

Deficit h��drico e produtividade na cultura do milho

O objetivo deste trabalho foi avaliar o impacto do deficit h��drico, no rendimento de gr��os de milho, e a efic��cia da irriga����o em todo ciclo e, especificamente, no florescimento. Os dados foram obtidos em dez anos de experimenta����o, durante os quais doses vari��veis de irriga����o foram aplicadas por um sistema de aspers��o, localizado no centro da ��rea experimental. Foram calculados balan��os h��dricos, tendo como vari��veis a ��gua precipitada (chuva e irriga����o) e a evapotranspira����o m��xima do milho. Foram ajustados modelos de regress��o para 27 condi����es h��dricas, relacionando-se rendimento de gr��os com deficit h��drico e raz��o evapotranspira����o real sobre evapotranspira����o m��xima (ETr/ETm). A maior redu����o na produ����o ocorre em conseq����ncia do deficit h��drico na poliniza����o, forma����o do zigoto e desenvolvimento inicial do gr��o, numa rela����o quadr��tica. Nesse per��odo, a raz��o ETr/ETm explica quase 80% das varia����es na produ����o de gr��os, que se estabiliza acima de uma raz��o de 0,7. A irriga����o aumenta e estabiliza a produ����o do milho; doses de rega de aproximadamente 60% daquela necess��ria para elevar a umidade do solo �� capacidade de campo aumentam a efici��ncia de uso da irriga����o.

Mapeamento semidetalhado do uso da terra do Bioma Cerrado

O objetivo deste trabalho foi mapear o uso da terra do Bioma Cerrado na escala de 1:250.000. As seguintes classes de uso da terra foram consideradas: culturas agr��colas, pastagens cultivadas, reflorestamentos, ��reas urbanas e ��reas de minera����o. A metodologia envolveu a segmenta����o de imagens do sat��lite Landsat, a classifica����o visual dos segmentos e a an��lise da exatid��o global do mapa final. Aproximadamente 39,5% do Cerrado apresentaram algum tipo de uso de terra. Pastagens cultivadas e culturas agr��colas foram as classes predominantes, com 26,5 e 10,5%, respectivamente.

Estimating soybean crop areas using spectral-temporal surfaces derived from MODIS images in Mato Grosso, Brazil

The objective of this work was to evaluate the application of the spectral-temporal response surface (STRS) classification method on Moderate Resolution Imaging Spectroradiometer (MODIS, 250 m) sensor images in order to estimate soybean areas in Mato Grosso state, Brazil. The classification was carried out using the maximum likelihood algorithm (MLA) adapted to the STRS method. Thirty segments of 30x30 km were chosen along the main agricultural regions of Mato Grosso state, using data from the summer season of 2005/2006 (from October to March), and were mapped based on fieldwork data, TM/Landsat-5 and CCD/CBERS-2 images. Five thematic classes were considered: Soybean, Forest, Cerrado, Pasture and Bare Soil. The classification by the STRS method was done over an area intersected with a subset of 30x30-km segments. In regions with soybean predominance, STRS classification overestimated in 21.31% of the reference values. In regions where soybean fields were less prevalent, the classifier overestimated 132.37% in the acreage of the reference. The overall classification accuracy was 80%. MODIS sensor images and the STRS algorithm showed to be promising for the classification of soybean areas in regions with the predominance of large farms. However, the results for fragmented areas and smaller farms were less efficient, overestimating soybean areas.

Imagens mono e multitemporais Modis para estimativa da ��rea com soja no estado de Mato Grosso

O objetivo deste trabalho foi avaliar uma nova metodologia para mapeamento da cultura da soja no Estado de Mato Grosso, por meio de imagens Modis e de diferentes abordagens de classifica����o de imagens. Foram utilizadas imagens di��rias e imagens de 16 dias. As imagens di��rias foram diretamente classificadas pelo algoritmo Isoseg. As duas s��ries de imagens de 16 dias, referentes ao ciclo total e �� metade do ciclo da cultura da soja, foram transformadas pela an��lise de componentes principais (ACP), antes de serem classificadas. Dados de refer��ncia, obtidos por interpreta����o visual de imagens do sensor TM/Landsat-5, foram utilizados para a avalia����o da exatid��o das classifica����es. Os melhores resultados foram obtidos pela classifica����o das imagens do ciclo total da soja, transformadas pela ACP: ��ndice global de 0,83 e Kappa de 0,63. A melhor classifica����o de imagens di��rias mostrou ��ndice global de 0,80 e Kappa de 0,55. AACP aplicada ��s imagens do ciclo total da soja permitiu o mapeamento das ��reas de soja com ��ndices de exatid��o melhores do que os obtidos pela classifica����o derivada das imagens de data ��nica.

Soybean crop area estimation by Modis/Evi data

The objective of this work was to develop a procedure to estimate soybean crop areas in Rio Grande do Sul state, Brazil. Estimations were made based on the temporal profiles of the enhanced vegetation index (Evi) calculated from moderate resolution imaging spectroradiometer (Modis) images. The methodology developed for soybean classification was named Modis crop detection algorithm (MCDA). The MCDA provides soybean area estimates in December (first forecast), using images from the sowing period, and March (second forecast), using images from the sowing and maximum crop development periods. The results obtained by the MCDA were compared with the official estimates on soybean area of the Instituto Brasileiro de Geografia e Estat��stica. The coefficients of determination ranged from 0.91 to 0.95, indicating good agreement between the estimates. For the 2000/2001 crop year, the MCDA soybean crop map was evaluated using a soybean crop map derived from Landsat images, and the overall map accuracy was approximately 82%, with similar commission and omission errors. The MCDA was able to estimate soybean crop areas in Rio Grande do Sul State and to generate an annual thematic map with the geographic position of the soybean fields. The soybean crop area estimates by the MCDA are in good agreement with the official agricultural statistics.

An��lise quantitativa de par��metros biof��sicos de bacia hidrogr��fica obtidos por sensoriamento remoto

O objetivo deste trabalho foi avaliar quantitativamente os par��metros biof��sicos obtidos por sensoriamento remoto, para a ��rea de abrang��ncia da Bacia Hidrogr��fica do Rio Tapacur��, em Pernambuco. Utilizaram-se imagens do TM‑Landsat 5 de 10/7/1989, 6/7/2005 e 29/8/2007. As imagens foram registradas pela corre����o geom��trica polinomial de primeira ordem. Foram realizadas as etapas de calibra����o radiom��trica, reflect��ncia, albedo planet��rio e transmissividade e, subsequentemente, geraram-se cartas tem��ticas de albedo e de temperatura da superf��cie, e do ��ndice de vegeta����o melhorado ("enhanced vegetation index", EVI). O albedo da superf��cie apresentou valores m��dios crescentes entre as imagens obtidas em 1989 e 2005, o que indica expans��o territorial urbana. A imagem de 29/8/2007 mostrou maior temperatura da superf��cie, seguida das temperaturas mostradas nas imagens de 10/7/1989 e 6/7/2005, e os maiores valores foram os das malhas urbanas. A imagem de 1989 mostrou o maior valor m��dio de EVI, o que indica ter havido, naquela data, maior presen��a de vegeta����o.

Evapotranspira����o e estimativa da ��gua consumida em per��metro irrigado do Semi��rido brasileiro por sensoriamento remoto

O objetivo deste trabalho foi mapear a evapotranspira����o real (ETr) e determinar o volume de ��gua utilizado no projeto de irriga����o de S��o Gon��alo, PB, no Semi��rido brasileiro, com aux��lio do sensoriamento remoto. Foram adquiridas imagens TM/Landsat 5 da ��rea em estudo, em 2008, que foram utilizadas na obten����o dos mapas tem��ticos da ETr di��ria. Selecionaram-se dois pomares de coqueiro‑an��o para valida����o dos resultados da evapotranspira����o obtida com o "surface energy balance algorithm for land" (ET Sebal) e com o m��todo FAO‑56 (ET FAO). Para determina����o da ET FAO, utilizou-se o produto entre o coeficiente de cultura, o coeficiente de ajuste e a evapotranspira����o de refer��ncia. As diferen��as obtidas, com uso das duas t��cnicas, resultaram em raiz do erro quadrado m��dio, erro relativo m��dio e erro absoluto m��dio iguais a 0,53 mm, 9,46% e 0,43 mm, respectivamente. Nas ��reas irrigadas, a ETr representou 85% do saldo de radia����o e, nas de sequeiro, apenas 12,5%. O mapeamento da ETr delimitou claramente as ��reas irrigadas das de sequeiro, bem como as diferen��as existentes no interior do per��metro irrigado do projeto em investiga����o. O volume de ��gua empregado no projeto de irriga����o representa, somente no per��odo de julho a dezembro, mais de 60% da capacidade do a��ude de S��o Gon��alo.

Classifica����o orientada a objetos aplicada na caracteriza����o da cobertura da terra no Araguaia

O objetivo deste trabalho foi utilizar a classifica����o orientada a objetos em imagens TM/ Landsat‑5, para caracterizar classes de uso e cobertura da terra, na regi��o do M��dio Araguaia. A cena 223/068, adquirida em 5/9/2010, foi submetida a corre����o radiom��trica, atmosf��rica e geom��trica, como etapas de pr��‑processamento. Em seguida, foram geradas duas imagens por meio das matem��ticas de bandas espectrais do ��ndice de vegeta����o por diferen��a normalizada (NDVI) e do ��ndice de ��gua por diferen��a normalizada modificado (MNDWI), utilizados na classifica����o de imagens. Para a segmenta����o destas, utilizaram-se os par��metros de escala 250, 200, 150, 100, 50, os algoritmos "assign class" e "nearest neighbor", e os descritores de m��dia, ��rea e rela����o de borda. Foi empregada matriz de confus��o, para avaliar a acur��cia da classifica����o, por meio do coeficiente de exatid��o global e do ��ndice de concord��ncia Kappa. A exatid��o global para o mapeamento foi de 83,3%, com coeficiente Kappa de 0,72. A classifica����o foi feita quanto ��s fitofisionomias do Cerrado, ao uso antr��pico e urbano da terra, a corpos d'��gua e a bancos de areia. As matem��ticas de bandas espectrais utilizadas apresentam resultados promissores no delineamento das classes de cobertura da terra no Araguaia.

Correla����o de vari��veis espectrais e estoque de carbono da biomassa a��rea de sistemas agroflorestais

O objetivo deste trabalho foi avaliar a correla����o entre vari��veis espectrais e o estoque de carbono da biomassa a��rea de sistemas agroflorestais da regi��o de Tom��‑A��u, PA. Foram testados 24 ��ndices de vegeta����o de tr��s grupos (raz��o simples, diferen��a normalizada e complexos), gerados a partir de imagens do sensor TM/Landsat‑5, adquiridas em 2008. As vari��veis obtidas foram correlacionadas, por meio de regress��o linear simples, ao estoque de carbono de quatro classes de sistemas agroflorestais, de diferentes idades e composi����es flor��sticas. As correla����es obtidas entre as vari��veis espectrais e o estoque de carbono foram significativas em 47% dos ��ndices testados e variaram de acordo com as diferen��as de biomassa nos sistemas analisados. As melhores correla����es foram obtidas pelos ��ndices de vegeta����o de raz��o simples e de diferen��a normalizada, em sistemas agroflorestais jovens, e pelos ��ndices de vegeta����o complexos, em sistemas agroflorestais mais antigos.

Estimativa de ��rea de soja por classifica����o de imagens normalizada pela matriz de erros

O objetivo deste trabalho foi estimar a ��rea plantada com soja por meio da normaliza����o da matriz de erros gerada a partir da classifica����o supervisionada de imagens TM/Landsat‑5. Foram avaliados oito munic��pios no Estado do Paran��, com dados referentes �� safra de 2003/2004. As classifica����es foram realizadas por meio dos m��todos paralelep��pedo e m��xima verossimilhan��a, dando origem �� "m��scara de soja". Os valores do ��ndice Kappa dos oito munic��pios ficaram acima de 0,6. As estimativas de ��rea de soja, corrigidas por matriz de erros, apresentaram alta correla����o com as estimativas oficiais do estado e com as estimativas geradas a partir de um m��todo alternativo denominado "expans��o direta". A estimativa de ��rea de soja por meio da normaliza����o da matriz de erros apresenta menor custo e pode subsidiar m��todos convencionais na estimativa menos subjetiva de safras.

Estimativa de ��reas com culturas de ver��o no Paran��, por meio de imagens multitemporais EVI/Modis

O objetivo deste trabalho foi estimar e mapear as ��reas com as culturas de soja e milho, no Paran��, com uso de imagens multitemporais EVI/Modis. Foram avaliados os anos‑safra de 2004/2005 a 2007/2008. Em raz��o da alta din��mica temporal e da heterogeneidade de datas de semeadura das culturas no estado, foram utilizadas cenas que contemplavam as fases de pr��‑plantio e de desenvolvimento inicial das culturas, para gerar a imagem de m��nimo EVI (IMIE), e cenas que consideravam o pico vegetativo das culturas, para gerar a imagem de m��ximo EVI (IMAE). Estas imagens foram utilizadas para gerar a composi����o colorida RGB (R, IMAE; GB, IMIE), o que permitiu a confec����o de m��scara das ��reas com soja e milho. As estimativas das ��reas de m��scara por munic��pio foram comparadas com dados oficiais de produ����o agr��cola municipal, tendo-se observado bons ajustes (R��>0,84, d>0,95, c>0,85) entre os dados. Para a avalia����o da exatid��o espacial das m��scaras, imagens Landsat‑5/TM e AWiFS/IRS foram usadas como refer��ncia para constru����o da matriz de erros. Os resultados obtidos s��o indicativos de que a metodologia proposta �� altamente eficiente e pode ser utilizada para mapeamento dessas culturas.

��ndices de vegeta����o simulados de diferentes sensores na estimativa das vari��veis biof��sicas do feijoeiro

O objetivo deste trabalho foi avaliar os ��ndices de vegeta����o e bandas do vermelho e do infravermelho pr��ximo, gerados a partir dos sensores HRVIR, ETM+ e Modis, nas estimativas de ��ndice de ��rea foliar e produtividade da cultura do feijoeiro. O experimento foi realizado em blocos ao acaso, com parcelas subdivididas, com quatro l��minas de irriga����o (179,5, 256,5, 357,5 e 406,2 mm), tr��s doses de N (0,0, 80,0 e 160,0 kg ha-1) e quatro repeti����es. As medidas de reflect��ncia foram obtidas com o Spetron SE-590, no est��dio R6 da cultura, nas 48 parcelas. Foram testados: a raz��o simples, o ��ndice de vegeta����o por diferen��a normalizada, ��ndice de vegeta����o ajustado ao solo e ��ndice de vegeta����o real��ado. Os ��ndices de vegeta����o foram eficientes na estimativa do ��ndice de ��rea foliar (IAF) e da produtividade da cultura do feijoeiro. Os ��ndices de vegeta����o e a banda do infravermelho apresentam o mesmo potencial na estimativa do IAF, quando se considera a resolu����o espectral dos sensores Modis, ETM+ e HRVIR.