Avaliação de fluxos de calor e evapotranspiração pelo modelo SEBAL com uso de dados do sensor ASTER

O objetivo deste trabalho foi avaliar a eficiência da aplicação do modelo SEBAL em estimar os fluxos de energia em superfície e a evapotranspiração diária, numa extensa área de cultivo de arroz irrigado, no município de Paraíso do Sul, RS, tendo como parâmetros dados do sensor ASTER. As variáveis estudadas constituem importantes parâmetros do tempo e do clima em estudos agrometeorológicos e de racionalização no uso da água. As metodologias convencionais de estimativa desses parâmetros são pontuais e geralmente apresentam incertezas, que aumentam quando o interesse é o comportamento espacial desses parâmetros. Aplicou-se o algoritmo "Surface Energy Balance Algorithm for Land" (SEBAL), em uma imagem do sensor "Advanced Spaceborne Thermal Emission and Reflection Radiometer" (ASTER). As estimativas obtidas foram comparadas com medições em campo, realizadas por uma estação micrometeorológica localizada no interior da área de estudo. As estimativas mais precisas foram as de fluxo de calor sensível e de evapotranspiração diária, e a estimativa que apresentou maior erro foi a do fluxo de calor no solo. A metodologia empregada foi capaz de reproduzir os fluxos de energia em superfície de maneira satisfatória para estudos agrometeorológicos e de rendimento de culturas.

Batimetria fluvial estimada com dados orbitais: Estudo de caso no alto curso do rio Paraguai com o sensor ASTER

The Paraguay River is the main tributary of the Paraná River and has an extension of 1.693 km in Brazilian territory. The navigability conditions are very important for the regional economy because most of the central-west Brazilian agricultural and mineral production is transported by the Paraguay waterway. Increased sedimentation along the channel requires continuous dredging to waterway maintenance. Systematic bathymetric surveys are periodically carried out in order to check depth condition along the channel using echo-sounding devices. In this paper, digital image processing and geostatistical analysis methods were used to analyze the applicability of the ASTER sensor to estimate channel depths in a segment of the upper Paraguay River. The results were compared with field data in order to choose the band with better adjustment and to evaluate the standard deviation. Comparing the VNIR bands, the best fit was presented by the red wavelength (band 2; 0,63 - 0,69 μm), showing a good representation of the channel depths shallow than 1,7 m. Applying geostatistical methods, the model accuracy was enhanced from 43 cm to 36 cm and undesired components were slacked. It was concluded that the digital number of band 2, converted to bathymetry information allows a good estimation of river depths and channel morphology.

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.

Aplicação de imagens Aster para estudos territoriais no nordeste do estado do Rio Grande do Sul

É apresentada uma nova abordagem na técnica e na avaliação de área de florestas nativas, exóticas e uso do solo do Nordeste do Estado do Rio Grande do Sul, em particular no entorno da escarpa que divide os Campos de Cima da Serra e a Planície Costeira, caracterizada por apresentar espécies de Pinus elliotti Engelm var elliottiii e Pinus taeda L., Eucalyptus sp. e Araucaria angustifólia (Bert.) O. Ktze. e áreas de campo nativo. Nas últimas décadas tem se verificado avanço das florestas exóticas, principalmente de florestas de pinus, sobre as áreas de campo e florestas nativas, surgindo como uma das maiores fontes de exploração econômica da região. Parcialmente em razão disto, as florestas de araucária distribuem-se de forma pouco homogênea, em decorrência de décadas de desmatamento. As técnicas de classificação em Sensoriamento Remoto, usando imagens de Landsat, mostraram que é possível separar tipos diferentes de vegetação, e no exemplo das florestas na região estudada, tanto nativas como exóticas. As limitações em definições espacial e espectral até meados da década de 1990 motivaram o desenvolvimento de uma nova geração de satélites e sensores, incluindo o sensor ASTER a bordo do satélite Terra. Este sensor apresenta 14 bandas espectrais com diferentes resoluções espaciais, sendo usado nesta pesquisa suas 9 bandas correspondentes ao espectro de radiância refletida. O foco central deste trabalho está na utilização de sensoriamento remoto e geoprocessamento para determinação de áreas de vegetação e uso do solo no extremo leste dos Campos de Cima da Serra, através de imagens orbitais do sensor ASTER. Utilizando métodos de classificação supervisionada foi possível caracterizar a área, separar as espécies vegetais entre si, além de quantificá-las O grupo das 9 bandas foram distribuídas em três grupos: com 3 bandas de resolução espacial de 15 metros no visível e infravermelho próximo (VNIR); com 6 bandas com resolução espacial de 30 metros no infravermelho médio (SWIR); e com 9 bandas com resolução espacial de 30 metros cobrindo toda a faixa de resolução espectral do espectro de radiância refletida do sensor ASTER (VNIR+SWIR). A metodologia incluiu processamento de imagem e classificação com o algoritmo de máxima verossimilhança gaussiana. Os resultados são: 1) é possível identificar tipos diferentes de manejo e idade nas florestas de Pinus elliottii (jovens, adulto, velho e manejado diferenciado); 2) a exatidão geral foi de 90,89% no subsistema VNIR, e o índice do Kappa foi de 0,81 em ambos subsistemas VNIR e (VNIR+SWIR); 3) a classificação apresentando o mapa do uso do solo mostra que, de forma geral, os dados de VNIR têm os melhores resultados, incluindo o detalhamento para pequenas áreas da superfície terrestre. O grupo (VNIR+SWIR) têm potencial superior para a determinação das classes araucária , eucalipto e pinus com manejo / pinus adulto , enquanto que o grupo SWIR não apresenta não vence em nenhuma classe; 4) com relação aos dados de exatidão geral resultantes do subsistema VNIR, a área estimada de pinus é 22,28% da área estudada (cena de 1543,63 quilômetros quadrados totais), e de araucária é 10,10%, revelando que aquela espécie exótica está mudando rapidamente a paisagem da região. Na comparação destes resultados com outros estudos na região pesquisada, verifica-se que a utilização de dados ASTER implica em um aumento na acurácia da classificação de vegetação em geral e que este sensor é altamente apropriado para estudos ambientais, devido a suas excelentes características espaciais e espectrais.

Comparação entre imagens Aster e Landsat 7 na classificação de níveis de degradação de pastagens utilizando redes neurais artificiais.

O presente estudo teve como objetivo comparar a eficiência dos dados dos sensores Aster e ETM+/Landsat 7 na classificação do uso e cobertura da terra, com ênfase nos níveis de degradação das pastagens na Zona da Mata Mineira, através da utilização de redes neurais artificiais. Foram testadas três composições de uma imagem do sensor Aster e uma do ETM+/Landsat 7, para definição das melhores feições discriminantes para o classificador. As classes de uso e cobertura consideradas foram: floresta, café, área urbana/solo exposto e três níveis de degradação das pastagens (moderado, forte e muito forte). Utilizou-se o simulador de redes neurais Java Neural Network Simulator e o algoritmo empregado foi o back-propagation. Dentre as composições de imagens testadas o melhor resultado foi alcançado com a utilização das 9 bandas do Aster (30m) como variáveis discriminantes, que também permitiu uma melhor discriminação dos níveis de degradação das pastagens considerados. Este resultado é atribuído à melhor resolução espectral desta composição de imagem quando comparada às demais. Dentre as classes consideradas, a pastagem no nível de degradação muito forte foi a que apresentou o maior erro de classificação, em todas as composições, sendo bastante confundida com a pastagem no nível de degradação forte.

Aplicação de sensoriamento remoto orbital no mapeamento de unidades vulcano-sedimentar no Platô da Ramada, Vila Nova do Sul, RS

Os produtos de sensoriamento remoto gerados pelos novos sensores orbitais, aliados ao desenvolvimento de sistemas computacionais e de técnicas de processamento de imagens possibilitam a manipulação numérica das imagens, visando o realce de informações de interesse para a interpretação visual ou automática. O uso dessas técnicas traz boas perspectivas no mapeamento geológico básico, pois possibilita uma visão sinóptica de amplas áreas e a integração de dados litológicos e estruturais de várias fontes. Este trabalho selecionou as imagens do sensor ASTER (Advanced Spaceborne Thermal Emission and Reflection Radiometer) devido as características de suas resoluções espectral e espacial, como as mais promissoras para identificação dos diferentes litotipos da área do Platô da Ramada, em especial as unidades vulcânicas e hipabissais relacionadas e sedimentares subjacentes. O Platô da Ramada, região de Vila Nova do Sul (RS) constitui uma feição geomorfológica de destaque na área, facilmente identificável nas imagens orbitais, sendo formado por uma seqüência vulcânica caracterizada por depósitos efusivos e piroclásticos, de composição dominantemente ácida. Representa uma fração significativa do magmatismo alcalino sódico neoproterozóico no Escudo Sul-rio-grandense e marca um dos ciclos vulcânicos do período pós-colisional do Ciclo Brasiliano Este estudo testou e avaliou diversos processamentos das imagens multiespectrais para diferenciação litológica, a identificação de alvos e a definição de morfoestruturas da área do Platô da Ramada. A integração de dados geológicos existentes com os produtos obtidos neste estudo possibilitou novas informações anexadas ao mapa geológico utilizado como verdade terrestre. O processamento utilizando a técnica de Transformação por Componentes Principais Seletivas proporcionou os melhores resultados realçando diferenças espectrais existentes entre as rochas vulcânicas e hipabissais e as rochas sedimentares. A partir dessa técnica, selecionou-se as imagens CP2 dos pares das bandas 4-5 (R), 3-4 (G) e 8-9 (B) na geração de uma composição colorida. Esta imagem permitiu a diferenciação espectral entre as rochas vulcânicas do Platô da Ramada e as rochas sedimentares do Grupo Maricá, bem como a individualização, no Grupo Maricá, de duas subunidades, levando-se em conta a densidade de intrusões de diques riolíticos ao norte da área. Identificou-se, ainda, um corpo diorítico com forma elíptica na borda SW do Platô da Ramada, não registrado anteriormente.

Sistemas multiespectrales e hiperespectrales para la observación del territorio : análisis y aplicación a la prospección de hidrocarburos.

La observación de la Tierra es una herramienta de gran utilidad en la actualidad para el estudio de los fenómenos que se dan en la misma. La observación se puede realizar a distintas escalas y por distintos métodos dependiendo del propósito. El actual Trabajo Final de Grado persigue exponer la observación del territorio mediante técnicas de Teledetección, o Detección Remota, y su aplicación en la exploración de hidrocarburos. Desde la Segunda Guerra Mundial el capturar imágenes aéreas de regiones de la Tierra estaba restringido a usos cartográficos en el sentido estricto. Desde aquellos tiempos, hasta ahora, ha acontecido una serie de avances científicos que permiten deducir características intrínsecas de la Tierra mediante mecanismos complejos que no apreciamos a simple vista, pero que, están configurados mediante determinados parámetros geométricos y electrónicos, que permiten generar series temporales de fenómenos físicos que se dan en la Tierra. Hoy en día se puede afirmar que el aprovechamiento del espectro electromagnético está en un punto máximo. Se ha pasado del análisis de la región del espectro visible al análisis del espectro en su totalidad. Esto supone el desarrollo de nuevos algoritmos, técnicas y procesos para extraer la mayor cantidad de información acerca de la interacción de la materia con la radiación electromagnética. La información que generan los sistemas de captura va a servir para la aplicación directa e indirecta de métodos de prospección de hidrocarburos. Las técnicas utilizadas en detección por sensores remotos, aplicadas en campañas geofísicas, son utilizadas para minimizar costes y maximizar resultados en investigaciones de campo. La predicción de anomalías en la zona de estudio depende del analista, quien diseña, calcula y evalúa las variaciones de la energía electromagnética reflejada o emitida por la superficie terrestre. Para dicha predicción se revisarán distintos programas espaciales, se evaluará la bondad de registro y diferenciación espectral mediante el uso de distintas clasificaciones (supervisadas y no supervisadas). Por su influencia directa sobre las observaciones realizadas, se realiza un estudio de la corrección atmosférica; se programan distintos modelos de corrección atmosférica para imágenes multiespectrales y se evalúan los métodos de corrección atmosférica en datos hiperespectrales. Se obtendrá temperatura de la zona de interés utilizando los sensores TM-4, ASTER y OLI, así como un Modelo Digital del Terreno generado por el par estereoscópico capturado por el sensor ASTER. Una vez aplicados estos procedimientos se aplicarán los métodos directos e indirectos, para la localización de zonas probablemente afectadas por la influencia de hidrocarburos y localización directa de hidrocarburos mediante teledetección hiperespectral. Para el método indirecto se utilizan imágenes capturadas por los sensores ETM+ y ASTER. Para el método directo se usan las imágenes capturadas por el sensor Hyperion. ABSTRACT The observation of the Earth is a wonderful tool for studying the different kind of phenomena that occur on its surface. The observation could be done by different scales and by different techniques depending on the information of interest. This Graduate Thesis is intended to expose the territory observation by remote sensing acquiring data systems and the analysis that can be developed to get information of interest. Since Second World War taking aerials photographs of scene was restricted only to a cartographic sense. From these days to nowadays, it have been developed many scientific advances that make capable the interpretation of the surface behavior trough complex systems that are configure by specific geometric and electronic parameters that make possible acquiring time series of the phenomena that manifest on the earth’s surface. Today it is possible to affirm that the exploitation of the electromagnetic spectrum is on a maxim value. In the past, analysis of the electromagnetic spectrum was carry in a narrow part of it, today it is possible to study entire. This implicates the development of new algorithms, process and techniques for the extraction of information about the interaction of matter with electromagnetic radiation. The information that has been acquired by remote sensing sensors is going to be a helpful tool for the exploration of hydrocarbon through direct and vicarious methods. The techniques applied in remote sensing, especially in geophysical campaigns, are employed to minimize costs and maximize results of ground-based geologic investigations. Forecasting of anomalies in the region of interest depends directly on the expertise data analyst who designs, computes and evaluates variations in the electromagnetic energy reflected or emanated from the earth’s surface. For an optimal prediction a review of the capture system take place; assess of the goodness in data acquisition and spectral separability, is carried out by mean of supervised and unsupervised classifications. Due to the direct influence of the atmosphere in the register data, a study of the minimization of its influence has been done; a script has been programed for the atmospheric correction in multispectral data; also, a review of hyperspectral atmospheric correction is conducted. Temperature of the region of interest is computed using the images captured by TM-4, ASTER and OLI, in addition to a Digital Terrain Model generated by a pair of stereo images taken by ASTER sensor. Once these procedures have finished, direct and vicarious methods are applied in order to find altered zones influenced by hydrocarbons, as well as pinpoint directly hydrocarbon presence by mean of hyperspectral remote sensing. For this purpose ETM+ and ASTER sensors are used to apply the vicarious method and Hyperion images are used to apply the direct method.

Using aster multispectral imagery for mapping woody invasive species in pico da vara natural reserve (Azores Islands, Portugal)

This paper aims to assess the effectiveness of ASTER imagery to support the mapping of Pittosporum undulatum, an invasive woody species, in Pico da Vara Natural Reserve (S. Miguel Island, Archipelago of the Azores, Portugal). This assessment was done by applying K-Nearest Neighbor (KNN), Support Vector Machine (SVM) and Maximum Likelihood (MLC) pixel-based supervised classifications to 4 different geographic and remote sensing datasets constituted by the Visible, Near-Infrared (VNIR) and Short Wave Infrared (SWIR) of the ASTER sensor and by digital cartography associated to orography (altitude and "distance to water streams") of which the spatial distribution of Pittosporum undulatum directly depends. Overall, most performed classifications showed a strong agreement and high accuracy. At targeted species level, the two higher classification accuracies were obtained when applying MLC and KNN to the VNIR bands coupled with auxiliary geographic information use. Results improved significantly by including ecology and occurrence information of species (altitude and distance to water streams) in the classification scheme. These results show that the use of ASTER sensor VNIR spectral bands, when coupled to relevant ancillary GIS data, can constitute an effective and low cost approach for the evaluation and continuous assessment of Pittosporum undulatum woodland propagation and distribution within Protected Areas of the Azores Islands.

Ihwg-μnir: A Miniaturised Near-infrared Gas Sensor Based On Substrate-integrated Hollow Waveguides Coupled To A Micro-nir-spectrophotometer.

A miniaturised gas analyser is described and evaluated based on the use of a substrate-integrated hollow waveguide (iHWG) coupled to a microsized near-infrared spectrophotometer comprising a linear variable filter and an array of InGaAs detectors. This gas sensing system was applied to analyse surrogate samples of natural fuel gas containing methane, ethane, propane and butane, quantified by using multivariate regression models based on partial least square (PLS) algorithms and Savitzky-Golay 1(st) derivative data preprocessing. The external validation of the obtained models reveals root mean square errors of prediction of 0.37, 0.36, 0.67 and 0.37% (v/v), for methane, ethane, propane and butane, respectively. The developed sensing system provides particularly rapid response times upon composition changes of the gaseous sample (approximately 2 s) due the minute volume of the iHWG-based measurement cell. The sensing system developed in this study is fully portable with a hand-held sized analyser footprint, and thus ideally suited for field analysis. Last but not least, the obtained results corroborate the potential of NIR-iHWG analysers for monitoring the quality of natural gas and petrochemical gaseous products.

Measuring air pressure with a polymeric gas sensor

In this communication we describe the application of a conductive polymer gas sensor as an air pressure sensor. The device consists of a thin doped poly(4'-hexyloxy-2,5-biphenylene ethylene) (PHBPE) film deposited on an interdigitated metallic electrode. The sensor is cheap, easy to fabricate, lasts for several months, and is suitable for measuring air pressures in the range between 100 and 700 mmHg.

Active waveguide effects from porous anodic alumina: An optical sensor proposition

We present in this paper an active waveguide effect observed in porous anodic alumina (PA), which can be applied in optical sensors. The spectral position, shape, and polarization effect of the narrow waveguide modes is described. An analytical test with a commercial pesticide was performed. (C) 2010 American Institute of Physics. [doi: 10.1063/1.3447375]

Chromic materials for responsive surface-enhanced resonance Raman scattering systems: a nanometric pH sensor

The use of chromic materials for responsive surface-enhanced resonance Raman scattering (SERRS) based nanosensors is reported. The potential of nano-chromic SERRS is demonstrated with the use of the halochrome methyl yellow to fabricate an ultrasensitive pH optical sensor. Some of the challenges of the incorporation of chromic materials with metal nanostructures are addressed through the use of computational calculations and a comparison to measured SERRS and surface-enhanced Raman scattering (SERS) spectra is presented. A strong correlation between the measured SERRS and the medium's proton concentration is demonstrated for the pH range 2-6. The high sensitivity achieved by the use of resonance Raman conditions is shown through responsive SERRS measurements from only femtolitres of volume and with the concentration of the reporting molecules approaching the single molecule regime.

Flow injection analysis of paracetamol using a biomimetic sensor as a sensitive and selective amperometric detector

This work describes the coupling of a biomimetic sensor to a flow injection system for the sensitive determination of paracetamol. The sensor was prepared as previously described in the literature (M. D. P. T. Sotomayor, A. Sigoli, M. R. V. Lanza, A. A. Tanaka and L. T. Kubota, J. Braz. Chem. Soc., 2008, 19, 734) by modifying a glassy carbon electrode surface with a Nafion (R) membrane doped with iron tetrapyridinoporphyrazine (FeTPyPz), a biomimetic catalyst of the P450 enzyme. The performance of the sensor for paracetamol detection was investigated and optimized in a flow injection system (FIA) using a wall jet electrochemical cell. Under optimized conditions a wide linear response range (1.0 x 10(-5) to 5.0 x 10(-2) mol L(-1)) was obtained, with a sensitivity of 2579 (+/- 129) mu A L mu mol(-1). The detection and quantification limits of the sensor for paracetamol in the FIA system were 1.0 and 3.5 mu mol L(-1), respectively. The analytical frequency was 51 samples h(-1), and over a period of five days (320 determinations) the biosensor maintained practically the same response. The system was successfully applied to paracetamol quantification in seven pharmaceutical formulations and in water samples from six rivers in Sao Paulo State, Brazil.

Sensor arrays to detect humic substances and Cu(II) in waters

The interaction between poly(o-ethoxyaniline) (POEA) adsorbed onto solid substrates and humic substances (HS) and Cu(2+) ions has been investigated using UV-vis spectroscopy and atomic force microscopy (AFM). Both HS and Cu(2+) are able to dope POEA and change film morphology. This interaction was exploited in a sensor array made with nanostructured films of POEA, sulfonated lignin and HS, which could detect small concentrations of HS and Cu(2+) in water. (C) 2009 Elsevier B.V. All rights reserved.

Phase fraction distribution measurement of oil-water flow using a capacitance wire-mesh sensor

In this paper, a novel wire-mesh sensor based on permittivity (capacitance) measurements is applied to generate images of the phase fraction distribution and investigate the flow of viscous oil and water in a horizontal pipe. Phase fraction values were calculated from the raw data delivered by the wire-mesh sensor using different mixture permittivity models. Furthermore, these data were validated against quick-closing valve measurements. Investigated flow patterns were dispersion of oil in water (Do/w) and dispersion of oil in water and water in oil (Do/w&w/o). The Maxwell-Garnett mixing model is better suited for Dw/o and the logarithmic model for Do/w&w/o flow pattern. Images of the time-averaged cross-sectional oil fraction distribution along with axial slice images were used to visualize and disclose some details of the flow.