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Introdução ao Sensoriamento

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desenvolvimento_das_geotecnologias_— Deg —_e_da_internet_trouxeram_as_imagen IniciacaoSensoriamento

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SENSORIAMENTO

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EVLYN EVL YN M. L. DE MORAES NOVO

SENSORIAMENTO

REMOTO PRINCÍPIOS E APLICAÇÕES

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Sensoriamento remoto – Princípios e aplicações © 201 20100

Evlyn M. L. de Moraes Novo

4ª edição – 201 20100 Editora Edgard Blücher Ltda.

Ficha Catalográfica Rua Pedroso Alvarenga, 1245, 4º andar 04531-012 04531-0 12 - São Paulo - SP - Brasil Tel 55 11 3078-5366 editora@blucher.com.br www.blucher.com.br

Novo, Evlyn M. L. de Moraes Moraes  Sign up to vote on thisprincípios title Sensoriamento remoto: e aplic Useful Not useful L. de Moraes  Novo. -- 4. ed. São Evlyn M. Blucher, 201 2010. 0.

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Aprese Apr esenta ntação ção da 3 edição

Esta terceira edição do livro Sensoriamento remoto: princípios e ções, de autoria da Dra. Evlyn Novo, lançada na ocasião do 50º aniver Editora Blucher, merece pelo menos dois cumprimentos. Primeiro é à que corajosamente e obediente a seu perfil, editou a primeira edição d vroo na décad vr décadaa de 1980. Nesta época época,, o sensor sensoria iamento mento remoto era do conhecimento relativamente nova no meio acadêmico, porém, dav de que seria promissora, notadamente em função do já consolidado C Pós-graduação do INPE, em São José dos Campos e, do ainda incipie UFRGS, em Porto Alegre. Algumas disciplinas específicas de sensori remoto também tomavam impulso em vários centros de formação aca Apesar desses esforços acadêmicos, houve momento de especial esca livros liv ros na área do sensoriamento sensori amento remoto. A Editora Blucher acreditou no editou o livro liv ro que se tornou material de referência a inúmeros alunos, d e profissionais profissionais no Brasil e na América de língua espanhola.

O segundo cumprimento — com enorme mérito — é feito à auto a qual jamais a obra viria a lume. Pesquisadora do Instituto Nacional quisas Espaciais desde os inícios do sensoriamento remoto espacial no praticamente viu nascer na scer esse campo no País. Dotada de notável senso c sem abrir mão do caráter didático, e também da indispensável disciplin  Sign up to vote on this title nizacional, conseguiu fazer este livro técnico em sua primeira edição to useful  Useful  Not sucesso imediato. imed iato. Veio Veio a segunda edição, com o mesmo acolh acolhimento. imento.

Como é comum no meio acadêmico, com o envolvimento do cient

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Prefácio da 3 edição

Relutei em me lançar na aventura de escrever a terceira edição r ampliada amplia da deste livro. liv ro. Um pouco pouco foi por por medo: ele foi tão bem recebido recebido na ra edição, que não quis passar pelo vexame de um retrocesso. Quando consciência de que se marcou um gol por acaso, o melhor é sair discret de campo. E também por falta de motivação. A primeira edição do livro da necessidade premente que tive de me preparar para dar o curso d dução ao Sensoriamento Remoto no Programa de Pós-graduação do I Nacional de Pesquisas Espaciais. Precisava me preparar porque ia rece nos que mereciam mereciam um u m bom curso, ou ou pelo menos, menos, um curso mais ma is organ que aquele que eu tivera. Neste o material de consulta era formado por esparsos, livros l ivros e mais ma is livros, liv ros, nos quais encontrava, depois de muito esf guma informação. i nformação. Os livros e artigos a rtigos de difere di ferentes ntes fontes, fontes, muitas muitas vezes notações e nomenclatura distintas. O esforço de dar nexo ao que se imenso. E, por isso, pensei que o processo de aprendizagem das noções seria mais eficiente e rápido se os alunos não tivessem que refazer o c que eu fizera. Com isso, organizei uma apostila que serviria de ponte, p eles pudessem aprender aprender rapidamente o que eu sabia, e seguir segui r em frente tempo,, surgiu a interne tempo i nternet, t, o inglês in glês virou língua l íngua quase oficial para qualqu de universidade, surgiram vários livros sobre o assunto no mercado. P  Sign up to vote on this title não havia mais motivo para escrever escrever uma versão atualizada atual izada desse liv Useful Not useful  consultar precisasse de informação atual poderia rapidamente o Googl disso, vários livros foram publicados em português, tratando de muitos

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erros crassos, afirmações datadas, e tudo o que torna a vida de quem esc um pesadelo), pesadelo), mas a defasagem era tão grande gr ande que não me julguei capaz da preitada. A tecnologia e a ciência do sensoriamento remoto tinham avan tanto nesse período, com diversi diversificação ficação em áreas área s de conheci conhecimento mento tão esp cas que eu sentia não ter a competência para responder ao desafio de atua nem mesmo um livro básico, como o da primeira edição.

Mas então, fui convidada para dar um curso de Introdução ao Sens mento Remoto no programa de Pós-graduação em Geografia, na Universi Federal Fed eral de Santa Maria (RS). Para isso precise preciseii preparar material atuali Precisei estudar estuda r e pesquisar pesquisa r coisas novas. Paralelamente, Para lelamente, Dr. Dr. Edgard foi s nando mais insistente, e então eu pensei que se outro professor precisass um curso introdutório de sensoriamento remoto, ele talvez pudesse ter tempo para se dedicar aos exercícios práticos, se não tivesse que pesq livros, artigos, teses, dissertações, páginas da internet, como eu estava n mente a fazer. Descobri também, ao preparar o curso, que o velho livro uma vir v irtude tude – a de ser básico e amplo, amplo, ou seja, ele cobria, cobria, em média ampli a mpli todos os tópicos relevantes relevantes para pa ra a compreensão inicial in icial do assunto. O fato o meu mérito, se existe, tanto na primeira edição quanto nessa, foi apen de organizar o conhecimento tirado de uma infinidade de fontes. Nada n livro é meu. Tudo foi lido e adaptado para que ideias complexas se torna de mais fácil compreensão.

Mas o que há de novo nessa edição? Há vários conteúdos novos, emb estrutura dos capítulos tenha sido mantida. O capitulo que sofreu menos rações foi o dois que trata das interações entre a energia e a matéria. Eu baseado esse conteúdo no livro de Slater (1980), e consultando novas ed sobre o assunto, assu nto, achei que o básico deveria ser mantido. Acrescentei, entr to, as interações na região termal e de micro-ondas, cuja fonte principal livro de Elachi (1987). O Capítulo 3, sobre sensores, foi bastante modific porque reduzi o tratamento trata mento de sensores fotográficos e introduzi introdu zi os novos s  res que se tornaram tornar am disponíveis dispon íveis a partir parti r de 1990, 1990, como osonsensores hipere Sign up to vote this title trais, os sistemas de radar de abertura sintética, os radares interferomét  Useful  Not useful e os sensores de alta resolução. O Capítulo 4 sofreu poucas alterações, m Capítulo 5, apesar de deixar intacta toda a parte referente ao Programa

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Espero que esse livro possa contribuir para a ampliação do uso da logia de sensoriamento sensoria mento remoto no Brasi Brasil.l. Antes mesmo de ser publicad que ele já está desatualizado, tal o dinamismo dessa área do conhec principalmente com o aumento da demanda por informações que perm construção de cenários sobre o futuro do planeta. A disponibilidade de tivos de processamento de imagens gratuitos (http://www.dpi.inpe.br www.dpi.inpe.br/>), imagens CBERS e TM (http://www.inpe.br )) geraram inpe.br/> gerara m uma demanda dema nda por mais conhecimento sobre método nicas de análise de imagens. É a essa nova geração de usuários que talv livro venha a servir. serv ir.

Tenho que agradecer a muitas pessoas pela ousadia de publicar es porém, de forma especial, ao Dr. Edgard pela paciência, ao meu marido tolerado o meu mau humor e a Vivian Rennó, que me ajudou na triste t revisão do texto. Quero oferecer esse livro aos meus filhos e aos meus Uns dão sentido à minha minh a vida. Outros Outro s dão sentido ao meu meu trabalho. trabal ho. São me desafiam e me arrastam para par a o futuro. Evlyn Márcia Márci a Leão Leã o de Mor

Pesquisadora Pesquisadora Divisão de Sensoriamento Instituto Nacional de Pesquisas E


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Lista de Siglas e Acrônimos ................ ................................. ................................... ................................. ...............

1 Introdução ................. .................................. ................................... ................................... .................................. ................. 1.1 O que é Sensoriamento Remoto ............... ................................ ............................... .............. 1.2 Origem e Evolução do Sensoriamento Remoto ............... ....................... ........ 1.3 O Sensoriamento Remoto como Sistema de Aquisição de Informações ................ ................................. .................................. .................................. ..................... ....

2 Princípios Físicos ................. .................................. .................................. .................................. ........................ ....... 2.1 2. 1 As Interações entre Energia e Matéria ............... ................................ ...................... ..... 2.1 2. 1.1 Natureza e Propriedades da Radiação Eletromagnétic 2.1 2. 1.2 Fontes de Radiação Eletromagnética ................ ........................... ........... 2.1 2. 1.3 Medidas da Energia Radiante ................. .................................. ...................... ..... 2.2 Interações na Região Visível e Infravermelha do Espectro Eletromagnético ................. .................................. .................................. ................................... .................. 2.2.1 2.2. 1 Refexão, Transmi Transmissão ssão e Espalha Espalhamento mento ........ ................. ................... ................. ....... 2.2.2 Processos Vibracionais ............... ................................ .................................. ................. 2.2.3 Processos Eletrônicos.................... Eletrônicos..................................... ............................... ..............  2.2.4 Fluorescência ................ ................................. .................................. .............................. ............. Sign up to vote on this title 2.3 Interações na Região do Infravermelho Termal ermal........................ ........................ useful  Useful  Not 2.4 Interações na Região de Micro-ondas .................. ................................... ................. 2.4.1 2.4. 1 Radiação Emitida

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Sensores Não imageadores ................. .................................. .................................. ....................... ...... Sensores Imageadores ............... ................................ .................................. ................................ ............... 3.4.11 Siste 3.4. Sistemas mas Fotográfc Fotográfcos os...................................................... ...................................................... 3.5 Sistemas de Imageamento Eletro-óptico ................. .................................. .................... ... a) Sistemas de Imageamento de Quadro ................ ......................... ......... b) Sistemas de Varredura Mecânica ............... ................................ ................. c) Sistemas de Varredura Eletrônica ............... ................................ ................. 3.5.11 Sensores Multiespectrais ............... 3.5. ................................ .................................. ................. 3.5.2 Sensores Hiperespectrais ................. .................................. ................................ ............... 3.5.3 Sensores Multiangulares ................ .................................. ................................... ................. 3.6 Sensores Termais ................ ................................. .................................. .................................. ....................... ...... 3.7 Sistemas Passivos – Radiômetros de Micro-ondas ................. .................... ... 3.8 Sistemas Ativos – Radares de Visada Lateral (SLAR – Side Looking Airborne Airborne RADAR)...................................... RADAR)...................................... 3.8.11 Radares de Aber 3.8. Abertura tura Sintética (SAR – Sinthetic Aper Aperture ture Radar) .................. ................................... ................. 3.8.2 Radares Interferométri Interferométricos cos de Aber Abertura tura Sintética (InSAR – Interferometric Sinthetic Aper Aperture ture Radar) ......... 3.99 Senso 3. Sen Sensores sore ress de Al Alta ta Re Reso Resolução solu luçã ção o ................ ................................. .................................. ....................... ...... 3.10 3. 10 Vantagens e Limitações dos Diferentes Sistemas Sensores ....... ................................. .................................. .......................... ......... 4 Ní Nív Níveis vei eis s de Aquisição Aqui Aq uisi siçã ção o de Dados Dado Da dos s ................ 4.1 4.1 4.2 4.3

Nível de Laboratório e Campo ................ ................................. .................................. ................. Nível de Aeronave Aeronave......................................................................... ......................................................................... Nível Orbital ................. .................................. .................................. .................................. .......................... .........

.................................. .................................. .................................. ............................. ............ 5 Sistemas Orbitais .................

5.11 Programa Landsat ................. 5. .................................. ................................... ................................... ....................... ...... 5.11.1 Origem do Programa Landsat ................ 5. ................................. .......................... ......... 5.11.2 Componentes do Sistema Landsat ................ 5. .................................. ..................  up to vote on this.................. title 5.11.2. 5. .2.11 Satéli Satélites tes Land Landsat sat 1, 2, Sign 3 .......... ................... .................. ......... Not useful 1, 2, 3  Useful doLandsat a) Principais Características b) Características de Órbita dos Satélites Landsat 1, 2, 3

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5.1.2.3 Satélites Landsat 6 e 7 ................. 5.1 .................................. ................. 5.11.2.4 Segmento Solo ................. 5. .................................. ............................... .............. 5.11.2.5 Disponibilidade de Dados ................. 5. ............................... .............. 5.2 O Programa SPOT (Système Probatoire d’Observation de la Terre) ............... ................................ .................................. .................................. ............................... .............. 5.2.11 Características Gerais do Programa SPOT ................ 5.2. 5.2.2 Componentes do Sistema SPOT .................. .................................. ................ 5.2.3 Características Orbitais do Satélite SPOT ............... .................... ..... 5.2.4 Os Sensores de Alta Resolução e Apontamento Perpendicular à Órbita ................ ................................. .................................. ................. 5.2.5 O Sensor de Apontamento ao Longo da Órbita ............ 5.3 O Programa RADARSAT (Radar Satellite) ................ ................................ ................ 5.4 O Programa JERS (Japonese Earth Resources Satellite) ........ 5.5 O Programa ENVISA ENVISAT T (Environmental Satellite) ............... ....................... ........ 5.6 Programa ALOS (Advanced Land Observing Satellite – Satélite Avançado de Observação da Terra) ................. ............................ ........... 5.7 Programa DMC (Disaster Monitoring Constellation) ................ 5.8 Programa EOS (Earth Obser Observing ving System) ................. ............................... .............. 5.9 Programa CBERS (China-Brazil Earth Resources Satellite)..... 5.9.11 Características de Órbita ............... 5.9. ................................ ............................... .............. 5.9.2 Sensores a Bordo dos Satélites CBERSCBERS-11 e 2.............. 5.9.2.11 Imageador de Amplo Campo de Visada 5.9.2. (WFI — Wide Field Imager) ................ .............................. .............. 5.9.2.2 Câmera Imageadora de Alta Resolução (CCD — High Resolution CCD Camera) ......... 5.9.2.3 Imageador por Varredura de Média Resolução (IRMSS — Infrared Multispectral Scanner) ..... 5.9.3 Sensores a Bordo dos Satélites CBERS-2B ................. ............................ ........... 5.9.3.11 Câmera Pancromática de Alta Resolução 5.9.3.  (HRC — High Resolution ................ Sign up toCamera) vote on this title 5.9.4 Sensores a Bordo dos Satélites CBERS-3 e 4 .............  Useful  Not useful 6 Comportamento Espectral de Alvos

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6.2.6.3 Rochas e Minerais ............... ................................ ................................ ............... 6.2.6.4 Água ................ ................................. .................................. ................................... .................. 6.2.6.5 Superfícies Construídas (concreto (concreto,, asfalto) ........ 6.2.7 Fatores de Contexto que Interferem no Comportamento

6.3

Espectral dos Objetos da Superf Superfície ície ................. ................................ ............... 6.2.8 Variação Temporal do Comportam Comportamento ento Espectral de Alvos................. .................................. .................................. .................................. .......................... ......... 6.2.9 Variação Espacial do Comport Comportamento amento dos Alvos ............ 6.2.110 Variações Intrínsecas ao Alvo ................. 6.2. .................................. .......................... ......... 6.2.111 Variaçõe 6.2. Variaçõess da Locali Localização zação do Alvo em Rela Relação ção à Fonte e ao Sensor ................. .................................. .................................. .................................. ................. Comportamento Comport amento Espectral na Região de Micro-ondas ............... 6.3.11 Comportam 6.3. Comportamento ento Espectral da Vegetação nas Bandas de Operação de Sensores Ativos de Micro-ondas ...........

.................. ................... ................... ................. ........ 7 Métodos de Extração de Informações ......... 7.1 7.2 7.3

7.4 7.5

7.6

Características das Imagens Digitais ................. .................................. .......................... ......... Conceito de Processamento Digital ................ ................................. ............................. ............ Correção de Erros Inerentes à Aquisição de Imagens Digitais de Sensoriamento Remoto .................. ................................... .................................. ....................... ...... 7.3. .3.11 Efeitos Atmosfé Atmosféricos ricos Sobr Sobree as Image Imagens ns de Sensoriamento Remoto e sua Correção ............... ........................... ............ 7.3.2 Erros Instrumentais e sua Correção ............... ................................. .................. 7.3.3 Erros Geométricos e sua Correção ................ ................................. ................. Técnicas de Realce ............... ................................ ................................... ................................... ................. .................................. .................................. .......................... ......... Técnic écnicas as de Classi Classicação cação ................. ................................. ..................... ... 7.5. .5.1 1 Classi Classicação cação Não super supervision visionada ada ............... .................................. .......................... ......... 7.5.2 Classicação Supervisionada ................. a) Seleção de Canais ................ ................................. .................................. ....................... ......  b) Seleção de Amostras ................. .................................. .................................. Sign up to vote on this ................. title .................... ................. ... c) A Aval Avaliação iação da Exatidão da Classicação  Useful  Not useful A Análise Visual de Imagens ................ ................................. .................................. ....................... ......

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8.3 8.4 8.5 8.6 8.7

8.2.6 Determinação do Campo de Vent Vento o de Superfície sobre os Oceanos ............... ................................ .................................. ........................ ....... 8.2.7 Outras Aplicações de Sensoriamento Remoto ao Estudo da Hidrosfera ................ ................................. .................................. ................. Aplicação de Sensores de Alta Resolução em Estudos Urbanos ................. .................................. .................................. .................................. ................. Aplicações de Sensores de Alta Resolução em Cartografa Aplicações em Agricultura ................ ................................. .................................. ..................... .... Aplicações em Estudos Florestais ............... ................................ ............................ ........... Aplicações em Geologia ................ ................................. .................................. ........................ .......

Referências Bibliográcas ......... ................... ................... .................. .................. ................... ................... .........

Índice Alfabético ................. .................................. .................................. .................................. .............................. .............


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Lista de Siglas e Acrônimos

ACRIM

Active Cavity Radiometer Irradiance Monitor

Radiômetro de Cavidade At Monitoramento da Irradiânc

ACS

Attitude Control Subsystem

Subsistema de Controle de

ADEOS

Advanced Earth Observing Satellite

Satélite Avançado de Obser da Terra

ADPCM

Adaptive Differential Pulse Code Modulation

Modulação de Código de Pu Diferencial Adaptável

AIRS

Atmopheric Infrared Sounder

Sonda para Medição de Temperatura e Umidade da Atmosfera

ALOS

Advanced Land Observing Satellite

Satélite Avançado de Obser da Terra

AlSAT

Algeria Satellite

Satélite da Argélia

ALT

Altimeter

Altímetro

AMS

Attitude Measurement Subsystem

Subsistema de Medida de P

AMSR

Advanced Microwave Scanning Radiometer

Radiômetro Avançado de Varredura de Micro-ondas

AMSU

Advanced Microwave Sounding Unit-A

Sonda para Medir Tempera  Sign up to vote on title Umidade dathisAtmosfera

ARGOS

Argos Global Satellite-based Location and Data Collection

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Sistema Argos de Localizaç Coleta de Dados por Satélit

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AVHRR

Advanced Very High Resolution Radiometer

Radiômetro Avançado de Alta Resolução

AVIRIS

Visible Infrared Imaging Spectrometer

Espectrômetro Imageador no Visível e Infravermelho

AVNIR-2

Advanced Visible and Near Infrared Radiometer Type 2

Radiômetro Visível e Infraverm Avançado do Tipo 2

BILSAT

Bil Satellite

Satélite Turco Turco da Constelação Constelaç ão D

BLMIT

Beijing Land View Mapping Information Technology

Tecnologia de Informação para Observação Observaç ão e Mapeamento Terra de Beijing

BNSC

British National Space Center

Centro Espacial Nacional Britân

CALIPSO

Cloud-Aerosol Lidar and Infrared Pathfinder Pathfi nder Satellite Observation

Satélite de observação de Núv e Aerossóis com Sensores Las Infravermelho

CASI

Compact Airborne Spectrographic Imager

Imageador Espectral Compacto Aerotransportado

CBERS

China-Brazil Earth Resources Satellite

Satélite Sino-brasileiro de Recursos Terrestres

CCD

Coupled Charged Device

Dispositivo de Carga Acoplada

CCD

Charge-coupled Detector

Detector de Carga Acoplada

Sheet Music

CDSR

Centro de Dados de Sensoriam Remoto

CERES

Clouds and the Earth Radiant Energy System

Sistema de Medição da Troca d Energia Radiante entre o Sol e Terra.

CloudSat

Cloud Satellite

Satélite de Monitoramento de Nuvens

CNES

Centre National d’Études Spatiales

 Centro Nacional Sign up to vote on thisde titleEstudos Espaciais  Useful  Not useful

CNTS

Centre National des Techniques Spatiales

Centro Nacional de Técnicas Espaciais

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Sensoriamento Remoto ERBE

Earth Radiation Budget Satellite

Satélite de Balanço de Radi Terra

EREP

Earth Resources Experimental Package

Sistema Experimental de R Terrestres

Earth Resources Observation Obs ervation Satellite-A (Israel)

Satélite de Observação Observaç ão de T (Israel)

ERS-1

European Remote Sensing Satellite

Satélite Europeu de Sensor Remoto

ERTS

Earth Resources Technology Satellite

Satélite Tecnológico de Rec Terrestres

ESA

European Space Agency

Agência Espacial Europeia

Sheet Music

EROS A

ETC

Estação Terrena de Cuiabá

ETM+

Enhanced Thematic Mapper Plus

Mapeador Temático Avança Superior

FORMOSAT

Formosa Satellite

Satélite de Formosa (China

FOV

Field of View

Campo de Visada

FSAS

Field Signature Acquisition System

Sistema de Aquisição de Assinatura de Campo

GCMs

Global Climatic Models

Modelos Climáticos Globais

GLAS

Geoscience Laser Altimeter System

Sistema Altímetro a Laser p Aplicação em Geociências

GLAS

Geoscience Laser Altimeter System

Sistema Altímetro a Laser p Geociência

GOME

Global Ozone Monitoring Experiment

Experimento Global de Monitoramento de Ozônio

GPSDR

Global Positioning System Demonstration Receiver

Receptor de Demonstração  Sign up to vote de on this title Sistema Posicionamento

GRACE (–)

Gravity Recovery and Climage Experiment



 Experimento para Medição Gravidade e Clima

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HRD

High Geometric Resolution

Sensor de Alta Resolução Geométrica

HRS

High Resolution Stereocopic

Sensor de Alta Resolução Estereoscópica

HRV

Haute Resolution Visible

Sensor de Alta Resolução no Visível

HSB

Humidity Sounder of Brazil

Sonda de Umidade do Brasil

ICESat (–)

Ice, Cloud,and land Elevation Satellite

Satélite para Altimetria do Gelo Nuvem e Continente

IGS

International Ground Station

Estação Terrena Internacional

Sheet Music

INP E

I n s ti t u t o N a c i on a l d e Pe s q ui s Espaciais

InSAR

Interferometric Sinthetic Aperture Radar

Radares Interferométricos de Abertura Sintética

IRMSS

Infrared Infrar ed Multispectral Scanner

Imageador Infravermelho por Varredura

IRMSS

Infrared Infrar ed Multispectral Scanner

Varredor Multiespectral Infravermelho

Indian Remote Sensing Satellite

Satélite Indiano de Sensoriame Remoto

JAXA

Japan Aerospace Exploration Agency

Agência Espacial Japonese

JERS-1

Japanese Earth Resources Satellite 1

Satélite Japonês de Recursos Terrestres Número 1

KFA

Photographic Camera

Câmeras Fotográficas

Korean Multi-purpose Satellite

Satélite Coreano de Finalidade Múltiplas

LANDSAT

Land Satellite

 Satélite Sign up toda voteSuperfície on this title Terrestre

LASER

Light Amplification by Stimulated Emission of Radiation

 Useful  Not Amplificação deuseful Luz Estimulad por Emissão de Radiação

IRS

KOMPSAT

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Sensoriamento Remoto MOC

Mission Operating Center

Centro de Operação de Mis

MODIS

Moderate Resolution Imaging Spectroradiometer

Espectrorradiômetro Image Resolução Moderada

MOPITT

Measurement of Pollution in the Troposphere

Medidas de Poluição na T

MOS

Marine Observation Satellite

Satélite de Observação Mar

MSR

Microwave Scanning Radiometer

Radiômetro de Varredura d Micro-ondas

MSS

Multispectral Scanner

Sistema de Varredu Varredura ra Multiespectral

MSU

Microwave Sound Unit

Sonda de Micro-ondas

MUT

Mohanakorn University of Technology (Tailândia)

Universidade Mohanakorn d Tecnologia da Tailândia

MUXCAM

Multispectral Camera

Câmera Multiespectral

MWIR

Midle Wave Infrared

Infravermelho Médio

NASA

National Aeronautics and Space Administration

Administração Nacional da Aeronáutica e Espaço

NASDA

Nipon Aerospace Development D evelopment Agency (antigo nome)

Agência Espacial Japonesa Desenvolvimento Aeroespa

NASRDA

National Space Research & Development Agency (Nigéria)

Agencia Nacional de Desenvolvimento e Pesquis Espacial da Nigéria

NIR

Near Infrared

Infravermelho Próximo

NLST

National Center for Science and Technology

Centro Nacional para Ciênc Tecnologia do Vietnã

NOAA

National Oceanic and Atmospheric Administration

Administração Nacional do e Atmosfera

OMI

Ozone Monitoring Instrument

OPS

Optical Sensor

 Sign up to vote on this Instrumento detitle Monitorame

 Useful Ozônio Not useful

Sensor Óptico

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PCD

Plataformas de Coleta de Dado

PCM

Plataforma de Coleta de Dados Meteorológicos

PHI

Pushbrum Hyperspectral Imager

Imageador Hiperspectral do Ti Pushbroom

Pleiades

High Resolution Optical Observation System

Sistema de Alta Resolução de Observação Observaç ão da Terra

POAM

Polar Ozone and Aerosol Measurement

Medidas de Ozônio Polar e de Aerossol

POLDER

Polarization and Directionality of the Earth’s Reflectance

Polarização e Direção da Reflectância da Terra Terra

PPI

Plan Position Indicator

Indicador de Posição no Plano

PRARE

Precise Range and Range Rate Experiment

Experimento de Medição Preci de Distância e Variação de Distância

PRISM

Panchromatic Remote-sensing Panchromatic Instrument for StereoMapping

Insrumento de Sensoriamento Remoto Pancromático para Mapeameno Estereoscópico

QuickBird

Quick Bird Satellite

Satélite Quick Bird

QuickScat

Quick Scatterometer

Escaterômetro Rápido

RA

Radar Altimeter

Radar Altímetro

RA22 RA

Radar Altimeter 2

Radar Altímetro 2

RADAR

Radio Detection and Range

Detecção de Objetos e Determinação de Distância com Ondas de Rádio

Radarsat

Radar satellite

Satélite Radarsat (Canadá)

RapidEye

RapidEye Satellite

Satélite RapdEye

RBV

Return Beam Vidicon

Sign up to de voteCâmara on this titlede Vídeo c Sistema Not useful Deflexão  Useful de  Feixe

REM



Radiação Eletromagnética

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Sensoriamento Remoto Seasat

Sea Satellite

Satélite do Mar

SeaSTAR

SeaStar Satellite

Satélite SeaStar

SeaWiFS

Sea-viewing Wide Field-of-view Sensor

Sensor Oceânico de Amplo de Visada

SeaWINDS

Sea Wind Scatterometer Scat terometer

Escaterômetro para Medida Vento do Mar

SEM

Space Environment Monitor

Sistema de Monitoramento Ambiente Espacial

SLAR

Side Looking Airborne RADAR

Radar de Visada Lateral Aerotransportado

SLAT

Spacecraft Location and Attitude Tape

Registro de Localização de Posicionamento da Espaçon

SMMR

Scanning Multichannel Microwave Radiometer

Radiômetro de Micro-ondas com Sistema de Varredura Multiespectral (Multicanal)

SNSB

Swedish National Space Board

Conselho Nacional Sueco Sueco p Espaço

SOLSTICE

Solar/Stellar Irradi Irradiance ance Comparison Experiment

Experimento de Comparaçã Irradiância Solar e Estelar

SORCE (–)

Solar Radiation and Climate Experiment

Experimento de Radiação S Clima

SPOT

Système Probatoire d’Observation de la Terre

Sistema Experimental de Observação Observaç ão da Terra

SRMT

Shuttle Radar Mapping Mission

Missão de Mapemento com RADAR a Bordo do Ônibus

SSALT

Single-frequency Solid-State Single-frequency Altimeter

Altímetro de Frequência Ún

SSM

Solar Maximum Mission

SSR

Solid State Recorder

STDN

Space Flight Tracking Data

Missão de Observação  do M

Sign up to vote on this title Solar

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Gravador de estado sólido

Rede de Conexão de Dados

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TIR

Thermal Infrared

Infravermelho Termal

TM

Thematic Mapper

Mapeador Temático

TMA

Three Mirror Anastigmatic

Espelho Triplo Triplo sem Defeitos D efeitos de Curvatura

TMR

TOPEX Microwave Radiometer

Radiômetro de Micro-ondas TOPEX

TOMS

Total Ozone Mapping Spectrometer

Espectômetro para Mapeamen do Ozônio Total

TopSat

Top Satellite

Satélite de Última Geração

TRMM

Tropical Rainfall Measuring Mission

Missão de Medida da Chuva Tropical

USAF

United States Aerial Force

Força Aérea dos Estados Unido

USDA

United States Department of Agriculture

Departemento de Agricultura d Estados Unidos

USGS

United States Geological Survey

Serviço Geológico dos Estados Unidos

VIS

Visible

Visível

VTIR

Visible Thermal Infrared Radiation

Radiação Infravermelho Terma Visível

WBVTR

Wideband Tape Recorders

Gravador de Banda Larga

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Capítulo 1 — Introdução

C a p í t u l o

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Introdução

1.1. O Que é Sensoriamento Remoto

Se fizermos um levantamento das definições de riamento remoto em diferentes autores, verificarem existem pontos de divergência e de convergência ent Charles Elachi em seu livro Introduction to the Phys Techniques of Remote Sensing (Elachi, 1987) define riamento Remoto como “a aquisição de informação so objeto sem que se entre em contato físico com ele”.

Essa definição, entretanto, é muito ampla, pois p obter informações sobre objetos sem entrar em cont co com eles, ouvindo, por exemplo, a uma partida de Para estreitar estreita r um pouco mais a sua definição definiçã o de senso to remoto, Elachi qualifica o modo pelo qual a inform  Sign up Elachi, to vote on this title bre o objeto é adquirida. Para sensoriament Useful  Not to implica na obtenção de  informação auseful partir da det mensuração mensuraç ão das mudanças que um determ determinado inado objet aos campos de força que o circundam, sejam estes

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Sob o ponto ponto de vista lógico, essa realmente seria a definição defin ição mais adeq de sensoriamento sensoria mento remoto, remoto, visto que os sensores que operam com ondas son permitem a aquisição de informações sobre objetos, os mais diversos, sem entremos em contato com eles, através da simples detecção e mensuraçã alterações que provocam no campo acústico.

Os Sonares, Sonare s, por exemplo, exemplo, são sensores que permitem per mitem a detecção de ob submersos a partir da mensuração das alterações que estes provocam no po acústico (ondas sonoras). O tempo gasto entre a transmissão de um p sonoro e a recepção do som refletido (eco) (eco) por um objeto é usado us ado para det nar sua distância. Os sonares se baseiam no princípio de que as ondas son se propagam a velocidades constantes em meios homogêneos, e que em rentes meios, a velocidade do som é diferente. di ferente. Sabendo-se Sabendo-se que a velocidad som na água (para uma u ma dada temperatura) temperatura) é de 1 450 ms –1 pode-se dete a profundidade em que se encontra o objeto medindo-se o eco, ou seja, a sonora por ele refletida. Os primeiros ecobatímetros, embora bastante sim em sua concepção, permitiram o mapeamento das fossas oceânicas bem c a determinação de sua profundidade.

Os sistemas mais sofisticados operam com pulsos de diferentes freq cias e permitem perm item o mapeamento mapeamento detalhado dos fundos oceânicos. A anál intensidade, frequência e outras características dos ecos permite determ a localização, composição e tamanho de diferentes objetos. O nível de so cação dos sistemas atuais é tal que existem bibliotecas de sons que perm distinguir distin guir diferente diferentess tipos de sinais emitidos por submari submarinos nos de diferen pos, incluindo sinais de alerta em casos de acidentes. O uso das variaçõe campo acústico para aplicações em navegação e em medicina se tornou lilinha nha autônoma de conhecimento, com métodos métodos e abordagens distintas disti ntas da englobam hoje a tecnologia de sensoriamento remoto de recursos terrestr

Outro tipo de sensor que perm permite ite extrair extra ir informações in formações sobre fenômeno fenô meno  Sign up to votepermitem on this title ocorrem à distância são os sismógrafos. sismógrafos. Os sismógrafos dete useful  Not a velocidade de propagação de ondas elásticas  nasUseful rochas e estruturas geo cas. Os estudos est udos sismológicos permitem desenvolver teorias sobre a compo

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São diversas as razões pelas quais o termo sensoriamento remoto nou restrito ao uso de sensores de radiação eletromagnética. Em p lugar, a radiação eletromagnética não necessita de um meio de prop como os demais campos. Assim sendo, os sensores puderam ser co cada vez mais distantes dos objetos a serem medidos, até que passara colocados em satélites, dando também uma conotação de distância palavra palav ra “remoto” “ remoto”..

Além desses aspectos, todo o embasa mento teórico que envolve envolve a in desses diferentes campos de força com os objetos encontram-se dist em disciplinas tão diversas, e tecnologias tão distintas, que o desenvol de sensores, teorias e aplicações das informações derivadas das mudan diferentes campos de força passaram a constituir ramos distintos do c mento científico.

Mas se adotarmos esse conceito, ainda estaremos dando ao estudo soriamento remoto um escopo muito amplo, porque existem sensores utilizados para o levantamento de propriedades de estrelas, planetas priedades do espaço cósmico. Desde 1980 praticamente todos os plan sistema solar já foram “visitados” por espaçonaves com sensores que ram o levantamento de suas propriedades.

Há também um grande número de satélites que possui sensores e cos para medir propriedades da atmosfera, tais ta is como umidade, tempera topo das nuvens, ou ainda sua composição química. Esses satélites são cidos como satélites ambientais, e fazem medidas remotas também. As de análise desses dados, com uso de modelos numéricos de previsão de fizeram com que o termo sensoriamento remoto ficasse limitado aos s voltados ao levanta leva ntamento mento de propriedades proprieda des da superfície superf ície terrestre. terre stre. Sobr todos de extração extraç ão de informações in formações de sensores a bordo de satélites mete cos consultar Ceballos e Bottino, 2007; 2007; Ferreira, 2004; Carvalho Car valho et al Sign up to vote on this title



Não é esse o conceito de Sensoriamento Remoto adotado aqui. Os Useful  Not useful pios e técnicas a serem estudados no âmbitodeste livro se limitam à aq de informações sobre objetos da superfície terrestre, ou seja, serão enf

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campo) não é relevante na sua definição. O aspecto chave na definição é o de sensores de radiação eletromagnética para inferir propriedades de ob da superfície terrestre.

Podemos, então, a partir de agora, definir Sensoriamento Remoto c sendo a utilização conjunta de sensores, equipamentos para processamen dados, equipamentos de transmissão de dados colocados a bordo de ae ves, espa espaçonaves, çonaves, ou outra outrass plata plataforma formas, s, com o objetivo de estu estudar dar eve fenômenos e processos que ocorrem na superfície do planeta Terra a part registro e da análise a nálise das da s interações entre a radiação eletromagnética eletromagnética e as tâncias que o compõem em suas mais diversas d iversas manifestações.

1.2. Origem e Evolução do Sensoriamento Remoto

A história do Sensoriamento Remoto é um assunto bastante controv do. Alguns autores limitam o Sensoriamento Remoto ao desenvolvimento sensores fotográficos e ao seu uso para atividades de defesa e reconhecim do terreno. Esta é, por exemplo, a visão da Amer America ican n Soci Society ety of Photo metry met ry. O Manual of Remote Sensing ASP (1975, 1983) dividia a históri Sensoriamento Remoto em dois períodos principais: o período de 1860 a 1 no qual o Sensoriamento Remoto era baseado na utilização de fotografia reas e o período de 1960 até os nossos dias, caracterizado pela multiplici de sistemas sensores. Na realidade, a partir de 1990, houve algumas mu ças de paradigma na aquisição de dados de sensoriamento. Não houve ap avanços na tecnologia de construção de sensores que ficaram mais sens houve avanços também na capacidade de transmissão, armazenamento e cessamento graças aos avanços das telecomunicações e da informática. isso, muitas missões passaram a ter cargas úteis complexas, como é o caso plataformas do programa Earth Observation System (EOS) da National A  Sign up to vote on this title nautics and Space Administration (NASA). 

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Com o avanço tecnológico, entretanto, paralelamente a essas missões demandavam grandes investimentos em lançadores, satélites de grande

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Independentemente das tendências atuais, o desenvolvimento in sensoriamento remoto é cientificamente ligado ao desenvolvimento da fia e à pesquisa espacial. As fotografias aéreas foram o primeiro mé sensoriamento remoto a ser utilizado, tanto é assim que a fotograme fotointerpretação são termos muito anteriores ao termo sensoriamento propriamente dito.

A primeira primeir a fotografia de que se tem notícia foi obtida obtida por Daguerre e em 1839 e já em 1840 1840 o seu uso estava est ava sendo recomendado recomendado para levanta topográficos. topográ ficos. O desenvolvimento nesta direção d ireção foi tão rápido, que já em Corpo de Engenhar Engenharia ia da França estava utilizando utili zando fotografias fotografias tomadas de balões para o mapeamento topográ topográfico. fico. As primeiras pri meiras fotografias fotografi as aérea tomadas em 1909 pelos irmãos Wright sobre o território italiano. As fot aéreas coloridas se tornaram disponíveis a partir de 1930, enquanto na época já haviam se iniciado os estudos para a produção de filmes s à radiação infravermelha. O desenvolvimento da aviação simultaneam aperfeiçoamento dos sistemas fotográficos (lentes, filtros, filmes e mec de sincronização da operação da câmara com o deslocamento do avião) um grande gra nde impulso ao uso de fotografia fotografiass aéreas, principalmente principalmente duran meira guerra mundial. Com o fim da primeira pri meira grande guerra parte dess ços foram foram canalizados can alizados para o uso de sistemas fotográficos fotográficos para a cartog car tog pequena peque na escala. Dentre os sistemas mais utilizados nesse período dest câmara trimetrogon (um sistema compreendido por três câmeras, uma e duas oblíquas, para obtenção simultânea de imagens do terreno) e amplamente utilizada para o mapeamento topográfico de pequena esca câmara foi utili utilizada zada pela força aérea aérea Americana (US Army A rmy Air Fo Force rce)) em missões de aerolevantamento não só internamente, como em diverso nos anos que antecederam antecedera m à segunda guerra guer ra mundial mundia l (1931 (1931). ). Existem re que foram foram tomadas sobre o Canadá mais ma is de 200 mil mi l fotografia fotografiass com est ra com o objetivo objetivo de gerar gerar carta ca rtass na escala 1: 1.000.000. 1.000.000. (http:// (http ://ww www w.ma ing.com/apty ing.co m/aptypes. pes.php/; php/; http://w http://www. ww.mapna mapnavigation.n vigation.net/aeria et/aerial-p l-photo hotograph graph Sign up to vote on this title http://www. http://w ww.rb-29 rb-29.net/HTM .net/HTML/ L/991stSRS 1stSRSHistory/ History/00.25. 00.25.991stsrshist-cvr 1stsrshist-cvr.htm .htm 

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Com a invasão da Polônia em 1939, as forças armadas americanas c raram como uma missão estratégica de defesa a obtenção de mapas d

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Com o fim da guerra, toda essa tecnologia ficou disponível para uso Isto deu um grande impulso às aplicações de fotografias para o levantam de recursos naturais, visto que permitiu a obtenção de dados sob cond controladas, e com o recobrimento de áreas relativamente amplas. Em foram iniciadas iniciada s as pri primeiras meiras aplicações sistemáticas de fotogra fotografias fias aéreas fonte de informações para o mapeamento de formações vegetais nos Est Unidos da América. No Brasil, datam de 1958 as primeiras fotografias aé na escala 1:25.000 obtidas com o propósito de levantar as característica Bacia Terciária do Vale do Rio Paraíba como parte de um extenso prog de aproveitamento de seus recursos hídricos que culminou com a retific de seu médio curso entre Jacareí e Cachoeira Paulista, e com a construçã reservatório hidrelétrico de Paraibuna.

Embora a radiação radiaç ão de micro-ondas fosse conhecida desde o início do sé e existissem sistemas de radar em operação desde a Segunda Grande Gu apenas na década de 1960 o uso de radares como sistemas de sensoriam remoto se tornou operacional.

O termo sensoriamento remoto apareceu pela primeira vez na litera científica em 1960 e significava simplesmente a aquisição de informações contato físico com os objetos. Desde então esse termo tem abrigado tec gia e conhecimentos conheci mentos extremamente complexos complexos derivados de diferentes ca que vão desde a física até a botânica e desde a engenharia eletrônica cartografia.

O campo de sensoriamento remoto representa a convergência de con mento derivado de duas grandes linhas de pesquisa. De um lado, como j dito, os métodos de sensoriamento remoto são tributários de todos os ava no campo da aerofotogrametria aerofotogrametri a e fotointerpretação, de outro lado, seu pro so se deve muito à pesquisa espacial e aos avanços tecnológicos por ela i zidos que resultaram em novos sensores baseados em fotodetectores e na  não sibilidade de obter informações sobre a superfície terrestre a partir Sign up to vote on this title de aviões, mas sim de satélites. Esse foi um grande po useful  Useful salto  Nottecnológico induziu avanços em vários campos do conhecimento. Tornaram-se necess sensores mais sensíveis, regiões espectrais ampliadas, novos métodos r

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Geológicas: minerais, petróleo, gás natural. Ecológicas (regiões alagadas, solos, florestas, oceanos, água nentais). Florestais (produção de madeira, controle de desflorestamen mativa de biomassa). biomass a). Cartográficas (mapeamento topográfico, mapeamento temático zação de terra). Oceanográficas (produtividade primária, monitoramento de óle dos costeiros, circulação oceânica etc.). Hidrológicas (mapeamento de áreas afetadas por inundações ção de consumo de água por irrigação, modelagem hidrológica) Limnológicas (caracterização da vegetação aquática, identific tipos de água; avaliação do impac i mpacto to do uso da terra em sistema ticos). Militares, Mil itares, e muitas outras.

Cada uma dessas aplicações têm requisitos de frequência de revi solução espacial, espectral e radiométrica, faixa imageada diferentes e Esses requisitos precisam ser adaptados aos diferentes dados disponí gumas aplicações, como as voltadas ao monitoramento dos oceanos, re aquisição frequente, mas não têm requisitos rígidos de resolução espac que o fenômeno a ser estudado compreende grandes massas de água, mente homogêneas.

As informações derivadas de sensores remotos podem também s zadas para alimentar e/ou validar modelos numéricos tais como os m climáticos cli máticos globais (Global Climatic Models – GCMs) GCMs) desenvolvidos desenvolvidos para os processos ambientais ou fazer previsões de mudanças derivadas  Sign up to vote on this title antrópica.  Useful  Not useful

Recentemente o desenvolvimento de tecnologias de geoprocess aproximou os usuários de dados de sensoriamento remoto do processo

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pela superfície terrestre (mede o fluxo de radiação eletromagnética em pela superfície superf ície)) a resolução espacial espacia l desse sensor é baixa, bai xa, ou seja, o meno mento men to que o sensor consegue distinguir disting uir na superfície tem uma área pró 1,0 3 1, 1,00 km no centro da cena.

A energia emitida em itida pela superfície pode ser convertida em Temperatu superfície através de modelos modelos físicos. Com isso, esse sensor permite per mite regi temperaturas que estejam acima de certo limiar (definido por especial em combustão) e relacionar a presença dessas regiões como áreas em ocorrem focos de calor. Um foco de calor não é necessariamente um foc fogo ou incêndio. incênd io.

Para que um dado foco de calor seja interpretado como um possível de fogo, ou ocorrência de incêndio, a informação extraída do satélite pr Sistem ema a de Inform Informaçõe açõess Geo ser associada a outras informações em um Sist cas. As informações relevantes a serem associadas precisam ser definida meteorologistas (que vão informar se uma dada região apresenta as cond de precipitação, temperatura e umidade favoráveis à ocorrência de incên por Engenheiros Florestais Floresta is e Biólogos Biólogos (que (que vão informar inform ar sobre a susceptib de da cobertura vegetal à combustão natural ou induzida por queimadas) Geógrafos (que vão informar sobre a distribuição de usos da terra em dife tes áreas, sobre as práticas agrícolas, culturas dominantes etc.).

Quanto maior o número de “camadas” de informações agregadas à d buição de focos de calor, mais precisa será a previsão sobre a ocorrênc focos de fogo, e mais eficiente torna-se a ação dos órgãos de fiscalização.

Muitas das outras informações agregadas à distribuição de focos de são também ta mbém derivadas de sensores remotos. O uso da terra ter ra atual, atua l, por exe pode ser obtido em imagens de satélites de recursos naturais.

Quando se associa uma ampla área de solo preparado para oplanti Sign up to, vote title verão (mapeado em uma u ma im imagem agem do satél s atélite ite La Landsat ndsat, p oronexemplo por ethis xemplo) ) a um Useful Not useful  probabilidade  de calor, pode-se deduzir que esse foco tem alta de ser um de fogo, fogo, porque a queimada é uma u ma prática tradicional tr adicional de preparação prepar ação do sol

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minutos após a passagem pa ssagem dos vários vár ios satélites. Esse exemplo exemplo permite a a natureza multidisciplinar da tecnologia de sensoriamento remoto obtenção do dado dado de satélite até sua transformação tran sformação em informação in formação par fício da sociedade (http://www.cptec.inpe.br/queimadas/).

1.3. O Sensoriamento Remoto como Sistema de Aquisição de Informações

O sensoriamento sensoria mento remoto remoto como sistema de aquisição de informações in formações p dividido em dois grandes subsistemas: 1) Subsistema de Aquisição de D Sensoriamento Remoto; 2) Subsistema de Produção de Informações. (Fi

O Subsistema de Aquisição de Dados de Sensoriamento Remoto é do pelos seguintes componentes: Fonte de Radiação, Plataforma (Saté ronave), Sensor, Centro de Dados (Estação de Recepção e Processam Dados de Satélite e Aeronave). O Subsistema de Produção de Inform composto por: Sistema de Aquisição de Informações de Solo para Cal dos Dados de Sensoriamento Remoto; Sistema de Processamento de I Sistema de Geoprocessamento.

A análise da Figura 1.1 permite verificar que cada um dos comp do sistema envolve vários campos de conhecimento que abrangem do Estado Sólido que permitiu o desenvolvimento de semicondutores, aperfeiçoamento contínuo que possibilitou em poucos anos a substitu sistemas fotográficos pelos atuais sensores de alta resolução, com cap de identificar, a partir de satélites com órbitas a mais de 400 km de objetos menores que 50 cm.

Os avanços da Física e da Química permitiram o desenvolvimento d materiais, que foram sendo incorporados pelaSignEngenharia Espacial, pel  up to vote on this title nharia nha ria de Telecomunicações, Telecomunicações, pela Engenharia Engenha riada Computação para o des Useful  Not useful mento de satélites, sensores, sistemas de transmissão e comando autom

Paralelamente, para que houvesse um maior aproveitamento das i

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Aquisição de dados

Produção de informação

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Informação qualificada Banco de dados

Geop Ge opro roce cess ssam amen ento to

Mo

Informação primária

Calibragem Estação de recepção

Centro de dados

Processamento Geração de catálogos Arquivo Distribuição

Dados colaterais Imagens Dados de campo

Processamento de imagens Correção atmosférica Radiométrica Geométrica Realce Classificação

Figura 1.1 Subsistemas que compõem o sistema de informações deriva de sensoriamento remoto.

tal envergadura, que o uso final dos dados era apenas um benefício adici Trinta anos depois das primeiras missões o grande desafio da tecnolo transformar a Informação Primária, derivada do processamento das imag em Informação Qualificada, ou seja, uma informação passível de ser in porada prontamente pelos usuários, sejam eles empresas privadas ou ór  governamentais. Em muitas áreas de aplicação Sign essa incorporação up to vote on this title já é efe Em outras áreas o desafio ainda está para ser vencido.  Useful  Not useful

Nos próximos capítulos iremos estudar cada um desses componente

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