Evaluation of positioning error-induced pixel shifts on satellite linear push-broom imagery

Georeferencing is one of the major tasks of satellite-borne remote sensing. Compared to traditional indirect methods, direct georeferencing through a Global Positioning System/inertial navigation system requires fewer and simpler steps to obtain exterior orientation parameters of remotely sensed images. However, the pixel shift caused by geographic positioning error, which is generally derived from boresight angle as well as terrain topography variation, can have a great impact on the precision of georeferencing. The distribution of pixel shifts introduced by the positioning error on a satellite linear push-broom image is quantitatively analyzed. We use the variation of the object space coordinate to simulate different kinds of positioning errors and terrain topography. Then a total differential method was applied to establish a rigorous sensor model in order to mathematically obtain the relationship between pixel shift and positioning error. Finally, two simulation experiments are conducted using the imaging parameters of Chang’ E-1 satellite to evaluate two different kinds of positioning errors. The experimental results have shown that with the experimental parameters, the maximum pixel shift could reach 1.74 pixels. The proposed approach can be extended to a generic application for imaging error modeling in remote sensing with terrain variation.

Concepts for a geostationary-like polar missions

An evidence-led scientific case for development of a space-based polar remote sensing platform at geostationary-like (GEO-like) altitudes is developed through methods including a data user survey. Whilst a GEO platform provides a nearstatic perspective, multiple platforms are required to provide circumferential coverage. Systems for achieving GEO-like polar observation likewise require multiple platforms however the perspective is non-stationery. A key choice is between designs that provide complete polar view from a single platform at any given instant, and designs where this is obtained by compositing partial views from multiple sensors. Users foresee an increased challenge in extracting geophysical information from composite images and consider the use of non-composited images advantageous. Users also find the placement of apogee over the pole to be preferable to the alternative scenarios. Thus, a clear majority of data users find the “Taranis” orbit concept to be better than a critical inclination orbit, due to the improved perspective offered. The geophysical products that would benefit from a GEO-like polar platform are mainly estimated from radiances in the visible/near infrared and thermal parts of the electromagnetic spectrum, which is consistent with currently proven technologies from GEO. Based on the survey results, needs analysis, and current technology proven from GEO, scientific and observation requirements are developed along with two instrument concepts with eight and four channels, based on Flexible Combined Imager heritage. It is found that an operational system could, mostly likely, be deployed from an Ariane 5 ES to a 16-hour orbit, while a proof-of-concept system could be deployed from a Soyuz launch to the same orbit.

Meteomap: Generation Of Meteorological Variables For Distributed Physically-Based Hydrological Modeling

Distributed energy and water balance models require time-series surfaces of the meteorological variables involved in hydrological processes. Most of the hydrological GIS-based models apply simple interpolation techniques to extrapolate the point scale values registered at weather stations at a watershed scale. In mountainous areas, where the monitoring network ineffectively covers the complex terrain heterogeneity, simple geostatistical methods for spatial interpolation are not always representative enough, and algorithms that explicitly or implicitly account for the features creating strong local gradients in the meteorological variables must be applied. Originally developed as a meteorological pre-processing tool for a complete hydrological model (WiMMed), MeteoMap has become an independent software. The individual interpolation algorithms used to approximate the spatial distribution of each meteorological variable were carefully selected taking into account both, the specific variable being mapped, and the common lack of input data from Mediterranean mountainous areas. They include corrections with height for both rainfall and temperature (Herrero et al., 2007), and topographic corrections for solar radiation (Aguilar et al., 2010). MeteoMap is a GIS-based freeware upon registration. Input data include weather station records and topographic data and the output consists of tables and maps of the meteorological variables at hourly, daily, predefined rainfall event duration or annual scales. It offers its own pre and post-processing tools, including video outlook, map printing and the possibility of exporting the maps to images or ASCII ArcGIS formats. This study presents the friendly user interface of the software and shows some case studies with applications to hydrological modeling.

Tecnicas de sensoriamento remoto e geoprocessamento aplicadas ao mapeamento geologico e geotecnico no municipio de Tres Cachoeiras, litoral norte do Rio Grande do Sul

As técnicas de sensoriarnento remoto e geoprocessamento são fundamentais para processamento e integração de dados de mapeamento geológico/geotécnico, principalmente estudos de gerenciamento e planejamento. A área estudada compreende o município de Três Cachoeiras. Litoral Norte do Rio Grande do Sul o qual inclui-se na "Reserva da Biosfera da Mata Atlântica". O município tem st: deparado com problemas de localização de sitios adequados à disposição final dos resíduos sólidos. bem como o assentamento de loteamentos residenciais e industriais, localização de jazidas de extração de material para construção, fontes de abastecimento de água e necessidade de criação de áreas de preservação ambiental. O objetivo deste trabalho foi produzir mapeamentos da área em questão, através da pesquisa geológico-geotécnica desenvolvida com emprego de imagens de satélite e fotografias aéreas, em que as informações foram cruzadas no SIG. Baseado nisto, investigaram-se os aspectos acima mencionados. a partir de uma contribuição geológico/geotécnica ao município, incluindo-se levantamento de campo, fotointerpretação, processamento e classificação de imagens do município de Três Cachoeiras, sendo os dados integrados num sistema de geoprocessamento. Utilizando-se cartas planialtimétricas, fotografias aéreas e imagem de satélite LANDSAT TM5. foram criados planos de informação como o limite da área estudada, a estrutura viária municipal, a delimitação de reservas ecológicas baseadas na legislação ambiental vigente e, por meio do modelo numérico do terreno, a carta de declividade. A fotointerpretação gerou planos de rede de drenagem, litológica. morfoestruturas e formações superficiais. Os dados de campo. sobrepostos às litológicas obtidas por fotointerpretação, produziram a carta litológica. No tratamento das imagem, foram gerados produtos com contraste, operações entre bandas, filtragens e análise de componentes principais, os quais contribuíram parira classificação da imagem e resultando nos planos de rochas/solos e cobertura/uso do solo (carta de uso atual do solo). O cruzamento destas informações permitiu a obtenção da carta de formações superficiais, lidrogeológica que, juntamente com as cartas litológica, declividades e uso atual do solo distribuíram os atributos do meio físico em planos elaborados por novos cruzamentos, que satisfazem o objetivo do estudo, sendo estes planos o produto final, ou seja, cartas de recomendação: a extração de materiais para construção civil; a implantação de obras de infraestrutura; a disposição de resíduos sólidos e loteamentos; geotécnica à agricultura; à implantação de áreas destinadas à preservação ambienta1 e recuperação.

Terraços da margem leste da Laguna dos Patos, Litoral Médio do Rio Grande do Sul: estratigrafia e evolução holocênica

O presente trabalho discute os terraços lagunares da margem leste da Laguna dos Patos, localizados próximo à cidade de Mostardas. Através desse estudo é apresentado um novo modelo evolutivo para os últimos 5.000 anos no Litoral Médio do Rio Grande do Sul. Novas ferramentas foram utilizadas pela primeira vez no estudo da planície costeira do Rio Grande do Sul. Com respeito a aquisição dos dados de subsuperfície foi utilizado com êxito um GPR (Ground Penetretion Radar). Na análise e interpretação dos dados foi feita uma tentativa de aplicação da estratigrafia de seqüências. Através do uso de um scanner foram elaborados perfis dos testemunhos de sondagem, identificando aspectos distintos na composição e porosidade de diferentes litologias. Outras ferramentas utilizadas constam de sensoriamento remoto, nivelamento altimétrico e batimétrico, vibracore e datação radiométrica. Dessa forma, foram definidas três feições de terraceamento lagunar de idade holocênica na área de estudo, cada uma relacionada a um nível lagunar distinto. Através dos dados obtidos em subsuperfície foi possível traçar um esboço cronoestratigráfico, bem como uma curva de variação relativa do nível lagunar para a região. Também, como resultado dos dados geológicos de superfície, associados a novas interpretações baseadas em fotografias aéreas e imagens de satélite, foi elaborado um mapa geológico atualizado.

Integração de dados geológicos, de sensoriamento remoto, espectrorradiométricos e geofísica aplicada à prospecção de depósitos filoneanos de fluorita hidrotermal no sudeste de Santa Catarina

Os processamentos de imagens orbitais efetuados através de técnicas de sensoriamento remoto geraram informações qualitativas de natureza textural (morfo-estruturas). Estas permitiram (1) o reconhecimento de áreas com diferentes padrões estruturais tendo diferentes potencialidades para a prospecção de fluorita, (2) a identificação de novos lineamentos estruturais potencialmente favoráveis à mineralização e (3) evidenciaram prolongamentos extensos para as principais estruturas mineralizadas, (4) às quais se associam um grande número de estruturas, antes desconhecidas, com grande potencial prospectivo. O aprimoramento de técnicas de classificação digital sobre produtos de razões de bandas e análise por componentes principais permitiu identificar a alteração hidrotermal associada às estruturas, incorporando novos critérios para a prospecção de fluorita. Buscando-se quantificar os dados de alteração hidrotermal, foi efetuada a análise espectrorradiométrica das rochas do distrito fluorítico. Integrando estas informações com dados TM LANDSAT 5, em nível de reflectância, obteve-se a classificação espectral das imagens orbitais, o que permitiu a identificação de estruturas menores com um detalhe nunca antes obtido. Os processamentos de dados aerogeofísicos forneceram resultados sobre estruturas (magnetometria) e corpos graníticos afetados por alteração hidrotermal (aerogamaespectrometria). Estes produtos foram integrados com dados TM LANDSAT 5 associando o atributo textural da imagem orbital ao comportamento radiométrico das rochas. Diagnosticou-se o lineamento Grão-Pará como o principal prospecto do distrito. E levantaram-se uma série de dados sobre a compartimentação tectônica da região, a zonação de fácies das rochas graníticas (rocha fonte do flúor) e as alterações hidrotermais associadas ao magmatismo granítico. Isto permitiu a compreensão da distribuição regional dos depósitos de fluorita, adicionando-se um novo critério à prospecção de fluorita, a relação espacial entre a mineralização e a rocha fonte de F. Esta última corresponde à fácies granítica da borda do Maciço Pedras Grandes.

Caracterização ambiental de bancos areno-lamosos nos campos petrolíferos de Macau e Serra (RN), como subsídio às medidas mitigadoras ao processo erosivo

On Rio Grande do Norte northern coast the process of sediment transport are intensely controlled by wind and sea (waves and currents) action, causing erosion and shoreline morphological instability. Due to the importance of such coastal zone it was realized the multi-spectral mapping and physical-chemical characterization of mudflats and mangroves aiming to support the mitigating actions related to the containment of the erosive process on the oil fields of Macau and Serra installed at the study area. The multi-spectral bands of 2000 and 2008 LANDSAT 5 TM images were submitted on the several digital processing steps and RGB color compositions integrating spectral bands and Principal Components. Such processing methodology was important to the mapping of different units on surface, together with field works. It was possible to make an analogy of the spectral characteristics of wetlands with vegetations areas (mangrove), showing the possibility to make a restoration of this area, contributing with the environmental monitoring of that ecosystem. The maps of several units were integrated in GIS environment at 1:60,000 scale, including the classification of features according to the presence or absence of vegetation cover. Thus, the strategy of methodology established that there are 10.13 km2 at least of sandy-muddy and of these approximately 0.89 km2 with the possibility to be used in a reforestation of typical flora of mangrove. The physical-chemical characterization showed areas with potential to introduce local species of mangrove and they had a pH above neutral with a mean of 8.4. The characteristic particle size is sand in the fine fractions, the high levels of carbonate, organic matter and major and trace element in general are concentrated where the sediment had the less particles size, showing the high correlation that those elements have with smaller particles of sediment. The application of that methodological strategy is relevant to the better understanding of features behavior and physical-chemical data of sediment samples collected on field allow the analysis of efficiency/capability of sandy-muddy to reforestation with local mangrove species for mitigation of the erosive action and coastal processes on the areas occupied by the oil industry

Quantificação das classes de erosão por tipo de uso do solo no município de Franca - SP

Impactos ambientais causados pelas atividades agropecuárias sobre o meio rural podem ser constatados quando são analisadas as paisagens da região. Vários estudos demonstraram que informações da paisagem obtidas a partir de imagens fotográficas são indispensáveis para o diagnóstico do processo erosivo do solo, aspecto indispensável no planejamento conservacionista. Neste trabalho, utilizando-se de técnicas de fotointerpretação, foi realizada a quantificação das classes de erosão acelerada no município de Franca - SP, relacionando-as com os tipos de cobertura vegetal. A coleção de fotografias aéreas empregadas foi produzida pela Base Aerofotogrametria e Projetos S.A., com escala aproximada 1:35.000, em outubro de 1990. Elaboraram-se cartas temáticas do uso/ocupação do solo e dos estados erosivos presentes em cada tipo de cobertura vegetal do solo, estabelecendo-se, em seguida, as relações entre a erosão acelerada e os tipos de comunidades vegetais do município de Franca. Os resultados obtidos mostraram que, nesse município, o solo agrícola encontra-se relativamente conservado, apresentando 74,23% da área com erosão laminar ligeira/moderada. Os diferentes usos/ocupações do solo influenciaram de modos distintos na manifestação do processo erosivo.

Temporal analysis of the reduction in gas emission in areas of mechanically-harvested sugarcane using satellite imagery

The primary objective of this study was to estimate the amount of gas not emitted into the air in areas cultivated with sugarcane (Saccharum officinarum) that were mechanically harvested. Satellite images CBERS-2/CCD, from 08-13-2004, 08-14-2005, 08-15-2006 and 08-16-2007, of northwestern São Paulo State were processed using the Geographic Information System (GIS)-IDRISI 15.0. Areas of interest (the mechanically-harvested sugarcane fields) were identified and quantified based on the spectral response of the bands studied. Based on these data, the amount of gas that was not emitted was evaluated, according to the estimate equation proposed by the Intergovernmental Panel on Climate Change (IPCC). The results of 396.65 km(2) (5.91% for 2004); 447.56 km(2) (6.67% for 2005); 511.54 km(2) (7.62% in 2006); and 474.60 km(2) (7.07% for 2007), calculated from a total area of 6,710.89 km(2) with sugarcane, showed a significant increase of mechanical harvesting in the study area and a reduction of gas emissions of more than 300,000 t yr(-1).

Classificação de imagens de ambientes coralinos: uma abordagem empregando uma combinação de classificadores e máquina de vetor de suporte

The use of the maps obtained from remote sensing orbital images submitted to digital processing became fundamental to optimize conservation and monitoring actions of the coral reefs. However, the accuracy reached in the mapping of submerged areas is limited by variation of the water column that degrades the signal received by the orbital sensor and introduces errors in the final result of the classification. The limited capacity of the traditional methods based on conventional statistical techniques to solve the problems related to the inter-classes took the search of alternative strategies in the area of the Computational Intelligence. In this work an ensemble classifiers was built based on the combination of Support Vector Machines and Minimum Distance Classifier with the objective of classifying remotely sensed images of coral reefs ecosystem. The system is composed by three stages, through which the progressive refinement of the classification process happens. The patterns that received an ambiguous classification in a certain stage of the process were revalued in the subsequent stage. The prediction non ambiguous for all the data happened through the reduction or elimination of the false positive. The images were classified into five bottom-types: deep water; under-water corals; inter-tidal corals; algal and sandy bottom. The highest overall accuracy (89%) was obtained from SVM with polynomial kernel. The accuracy of the classified image was compared through the use of error matrix to the results obtained by the application of other classification methods based on a single classifier (neural network and the k-means algorithm). In the final, the comparison of results achieved demonstrated the potential of the ensemble classifiers as a tool of classification of images from submerged areas subject to the noise caused by atmospheric effects and the water column

Evolução do uso da terra entre 1996 e 1999 no município de Botucatu-SP

Este trabalho teve o objetivo de avaliar a evolução do uso da terra no município de Botucatu - SP, no período de três anos, considerando-se seis tipos de cobertura vegetal (cana-de-açúcar, reflorestamento, floresta nativa, pastagem, cítrus e outros), tendo como base as imagens de satélite Landsat 5, bandas 3; 4 e 5, órbita 220, ponto 76, quadrante A, passagem de 8 de junho de 1999. O Sistema de Informações Geográficas - IDRISI for Windows 3.2, foi utilizado para as análises. Os resultados mostraram que esse programa foi eficiente para auxiliar na identificação e mapeamento das áreas com uso da terra, facilitando o processamento dos dados. As imagens de satélite TM/LANDSAT 5 forneceram um excelente banco de dados para a classificação supervisionada. O município não vem sendo preservado ambientalmente, pois apresenta-se coberto com menos de 20% de florestas nativas, mínimo exigido por lei. As áreas de pastagem, principal componente da paisagem do município, confirmam a vocação da região para a pecuária.

Estimativa da evapotranspiração espacial em uma região semiárida utilizando sensoriamento remoto

With the need to deploy management and monitoring systems of natural resources in areas susceptible to environmental degradation, as is the case of semiarid regions, several works have been developed in order to find effective models and technically and economically viable. Therefore, this study aimed to estimate the daily actual evapotranspiration (ETr) through the application of the Surface Energy Balance Algorithm for Land (SEBAL), from remote sensing products, in a semiarid region, Seridó of the Rio Grande do Norte, and do the validation of these estimates using ETr values obtained by the Penman-Monteith (standard method of the Food and Agriculture Organization-FAO). The SEBAL is based on energy balance method, which allows obtaining the vertical latent heat flux (LE) with orbital images and, consequently, of the evapotranspiration through the difference of flows, also vertical, of heat in the soil (G), sensitive heat (H) and radiation balance (Rn). The study area includes the surrounding areas of the Dourado reservoir, located in the Currais Novos/RN city. For the implementation of the algorithm were used five images TM/Landsat-5. The work was divided in three chapters in order to facilitate a better discussion of each part of the SEBAL processing, distributed as follows: first chapter addressing the spatio-temporal variability of the biophysical variables; second chapter dealing with spatio-temporal distribution of instant and daily radiation balance; and the third chapter discussing the heart of the work, the daily actual evapotranspiration estimation and the validation than to the study area

Caracterização espectral de áreas de gramíneas forrageiras infectadas com a doença mela-das-sementes da braquiária por meio de imagens CCD/CBERS-2

Imagens CCD/CBERS-2, nas bandas espectrais CCD2, CCD3 e CCD4, dos anos de 2004 e 2005, de Mirante do Paranapanema - SP, foram transformadas em reflectância de superfície usando o modelo 5S de correção atmosférica e normalizadas radiometricamente. O objetivo principal foi caracterizar espectralmente áreas de pastagens de Brachiaria brizantha em fase de florescimento, isentas e infectadas com a doença mela-das-sementes da braquiária, possibilitando a sua detecção por meio da comparação entre os valores de reflectância de superfície denominada de Fator de Reflectância Bidirecional de Superfície (FRBS). Teve-se, também, o objetivo de avaliar a eficácia das imagens CCD/CBERS-2 para a obtenção de respostas espectrais de pastagens. Os dosséis sadios e doentes da Brachiaria brizantha foram identificados por meio da análise dos valores de reflectância e dos dados observados no Índice de Estresse Hídrico Acumulativo Relativo da Cultura (ACWSI) obtidos na área de estudo. Os resultados indicaram que as principais diferenças foram a diminuição da reflectância na banda CCD3 e o aumento da reflectância na banda CCD4 nas áreas doentes. A metodologia empregada com o uso de dados do sensor CCD/CBERS-2, associados ao ACWSI, mostrou-se eficaz para discriminar dosséis infectados com a mela-das-sementes da braquiária.

Caracterização espectral da água do reservatório de Itupararanga, SP, a partir de imagens hiperespectrais hyperion e análise derivativa

The current accessibility to hyperspectral images of Hyperion/EO1 orbital sensor has brought new perspectives for studies of aquatic environments for allowing the remote estimative of several optically active constituents (OACs) in water body. The changes in the composition and concentration of OACs cause different patterns of absorption and scattering of electromagnetic radiation, likely to be detected using hyperspectral data. Therefore, an investigation was conducted taking into account the spectral characterization of water of a reservoir intended for public supply (Itupararanga Reservoir), from Hyperion/EO1 images and derivative analysis technique applied to spectral curves generated. Simultaneously to the acquisition of a Hyperion/EO1 image, a field campaign was carried out to collect limnological data in situ in georeferenced points. After radiometric correction of the image, reflectance curves of pixels were extracted for each station and the curves obtained were subjected to the technique of derivative analysis, which revealed features of absorption and scattering mainly associated to the presence of algal pigments. The results obtained show the presence of phytoplankton and algal activity, matching the field observation.

Uso do sensoriamento remoto orbital no monitoramento da dispersão de macrófitas nos reservatórios do complexo Tietê

A presença de algumas substâncias na água, como pigmentos fotossintetizantes, particulados, etc., afeta sua cor, provocando mudanças na radiância da água registrada por sensores orbitais. Nesse sentido, o sensoriamento remoto pode se constituir em uma fonte complementar de dados para o monitoramento da qualidade da água em grandes reservatórios (Novo et al., 1994). No contexto de um projeto de pesquisa realizado na AES Tietê S.A., com o objetivo de desenvolver técnicas para a avaliação da área com infestação de plantas aquáticas, imagens orbitais multiespectrais foram usadas tanto para mapear a dispersão espacial e estimar a área de ocorrência de macrófitas aquáticas, em duas épocas distintas, quanto para orientar a definição de pontos de amostragem in loco, visando a coleta e posterior análise da água e de sedimentos nos reservatórios. Este trabalho apresenta uma descrição do procedimento metodológico adotado na análise das imagens multiespectrais, bem como os resultados obtidos na caracterização dos reservatórios de Barra Bonita, Bariri, Ibitinga, Promissão e Nova Avanhandava, em termos de seu dimensionamento, variabilidade espectral da água e presença de macrófitas emersas, nas duas épocas do ano consideradas.