Fundamentos e Aplicações do Sensoriamento Remoto Agrícola

Perguntas Frequentes sobre Sensoriamento Remoto (SR)

1) Qual a definição geral de Sensoriamento Remoto (SR)? E como ele se aplica à área agrícola?

Sensoriamento Remoto é o processo de capturar informação sobre um objeto ou fenômeno sem estar em contato físico com ele. Exemplos incluem o uso dos olhos para detectar luz, ouvir o barulho da buzina, ou detectar a energia eletromagnética refletida pelos objetos.

Na agricultura, o SR permite obter dados espaciais atualizados e detalhados, possibilitando uma visão temporal do ambiente, como o uso e ocupação do solo, e o monitoramento da saúde e produtividade das culturas.

2) O que é caracterizado por “Espectro Eletromagnético”?

É o intervalo completo de todas as possíveis frequências da radiação eletromagnética. O espectro eletromagnético se estende desde as ondas de baixa frequência (como as ondas de rádio) até as de maior frequência (como a radiação gama).

3) Quais comprimentos de onda podem ser utilizados no SR? Quais são os mais utilizados?

Os comprimentos de onda utilizados no SR incluem:

• Banda Ultravioleta (UV):
  • UV longa (0,01 a 0,2 µm)
  • UV média (0,2 a 0,3 µm)
  • UV próxima (0,3 a 0,4 µm)
• Nota: A atmosfera bloqueia comprimentos de onda abaixo de 0,3 µm. Somente a UV próxima está disponível para SR.
• Banda Visível ou Espectro Visível (0,4 a 0,7 µm)
• Bandas do Infravermelho (IV):
  • IV próximo (0,7 a 1,5 µm)
  • IV médio (1,5 a 5,6 µm)
  • IV longo (5,6 a 1.000 µm)
  • IV refletido (0,7 a 3 µm)
  • IV emitido ou termal (3 a 1.000 µm)
• Banda de Micro-ondas (0,1 a 1 m)

Os mais utilizados no SR agrícola são as bandas Visível e Infravermelho Próximo (NIR), cruciais para o cálculo de índices de vegetação.

4) Quais as 3 propriedades que podem ser verificadas quando a Radiação Eletromagnética (REM) incide em um determinado objeto?

Quando a REM atinge um objeto (como uma folha), ela pode ser:

1. Refletida: A energia é devolvida ao sensor.
2. Transmitida: A energia atravessa o objeto.
3. Absorvida: A energia é retida pelo objeto (e usada, por exemplo, na fotossíntese).

5) Em SR, o que são definidas como “Bandas Espectrais”?

Bandas Espectrais são faixas específicas do Espectro Eletromagnético que os sensores existentes nos satélites conseguem discretizar e capturar, permitindo a análise detalhada da interação da REM com a superfície terrestre.

6) Qual a diferença entre sensores remotos “passivos” e “ativos”?

• Sensores Passivos: Detectam a radiação solar refletida a partir da Terra e a radiação térmica nos comprimentos de onda visíveis e de infravermelho do espectro eletromagnético. Eles não emitem sua própria radiação, mas apenas recebem luz natural e radiação de calor refletida pela superfície da Terra.
• Sensores Ativos: Irradiam energia artificial (como pulsos de radar ou laser) para monitorar a superfície terrestre ou características atmosféricas.

7) Cite e descreva brevemente os 3 diferentes níveis de coletas de dados realizados no SR agrícola.

• Terrestre: Utiliza equipamentos próximos ao alvo, como Radiômetros e Espectroradiômetros.
• Suborbital: Coleta de dados realizada por plataformas aéreas (aerotransportadas), como câmeras, radiômetros hiperespectrais, scanners e radares.
• Orbital: Coleta de dados realizada por satélites, utilizando câmeras, scanners e radares imageadores.

8) O que representa o “pixel” de uma imagem digital utilizada em SR?

O pixel (picture element) é a menor unidade de informação em uma imagem digital. Ele representa um valor de brilho ou cor (Digital Number – DN) que, em conjunto, forma a imagem em uma escala maior.

9) Qual a importância da resolução espacial na utilização de imagens de satélite para uso agrícola?

A resolução espacial é crucial, pois determina o tamanho do menor objeto possível de ser identificado na imagem. Ela auxilia no reconhecimento de alvos de menor tamanho (como plantas individuais ou falhas de plantio) e ajuda a definir melhor os limites e detalhes da imagem, sendo essencial para a Agricultura de Precisão.

10) Qual o significado dos índices de vegetação, que são amplamente utilizados na agricultura?

Os índices de vegetação (IV) são razões matemáticas que utilizam as informações espectrais da vegetação em relação às demais superfícies da Terra. São amplamente utilizados para fornecer medidas quantitativas do solo e parâmetros biofísicos da vegetação, como vigor, saúde e biomassa.

11) O que significa uma composição RGB falsa cor? Quais os objetivos de utilizá-las?

Uma composição RGB (Red, Green, Blue) falsa cor ocorre quando bandas espectrais que não são visíveis ao olho humano (como o Infravermelho Próximo ou Médio) são atribuídas aos canais de cor R, G e B. Isso gera uma cor artificial para o objeto, que facilita a distinção de diferentes alvos.

Objetivos e Exemplos:

• Objetivo: Distinguir objetos que parecem semelhantes na cor real, mas que possuem assinaturas espectrais diferentes.
• Exemplo de atribuição (Falsa Cor Padrão): R: Infravermelho Próximo, G: Vermelho, B: Verde.
• Resultado: Vegetação saudável aparece em tons de vermelho intenso, água em azul escuro, e solo exposto em tons de cinza ou marrom.

Glossário de Conceitos Fundamentais em Sensoriamento Remoto

Definição Científica de Sensoriamento Remoto

Disciplina científica que reúne os conhecimentos e técnicas usadas para a observação, a análise, a interpretação e a gestão do espaço terrestre usando medidas adquiridas a partir de plataformas aéreas, espaciais, terrestres ou marítimas.

Assinatura Espectral

É a característica de refletância de um objeto para cada comprimento de onda. É a assinatura espectral do objeto que permite a sua identificação, sua localização, sua caracterização e sua diferenciação de outros objetos.

Interação Folha-Radiação Eletromagnética (REM)

A REM que atinge a folha é refletida, transmitida ou absorvida. Isso depende de:

• Comprimento de onda;
• Ângulo de incidência;
• Textura, propriedades ópticas e bioquímicas das folhas.

Apenas 28% da REM absorvida pelas folhas são utilizadas para realizar a fotossíntese. As propriedades ópticas da folha dependem de:

• Qualidade e intensidade da REM;
• Espécie;
• Espessura e estrutura foliar;
• Teor de clorofila e caroteno;
• Teor de matéria seca por unidade de área.

Bandas do Espectro Eletromagnético Importantes para SR

Para o Sensoriamento Remoto, três bandas do Espectro Eletromagnético (EM) são importantes:

1. Visível: A resposta depende do tipo de pigmento e do comprimento de onda em observação.
2. IV Próximo: A estrutura interna da folha é o fator predominante para controlar a resposta espectral. Caracteriza-se pela alta reflectância e transmitância, e absorção mínima. A resposta do dossel é diferente de uma folha isolada.
3. IV Médio: Caracteriza-se pela baixa reflectância e alta absorção pela H₂O (em 2.660, 2.730 e 6.270 nm), e média absorção pela H₂O (em 1.200, 1.450, 1.940 e 2.500 nm).

Resoluções em Sensoriamento Remoto

Resolução Espacial

Determina o tamanho do menor objeto possível de ser identificado na imagem. Leva em consideração o tamanho do pixel da imagem. Por exemplo: se um determinado alvo tem dimensões de 10 m x 10 m, a resolução espacial da imagem para que esse elemento seja identificado deve ser de 10 m.

Resolução Espectral

Envolve três parâmetros de medida: número de bandas, largura do comprimento de onda e posição da banda no espectro. Quanto mais bandas um sensor possuir, maior será sua resolução espectral. Se o sensor possui a capacidade de imagear várias faixas (largura do comprimento de onda), é possível identificar mais claramente diferentes tipos de materiais na superfície.

Resolução Radiométrica

É dada pelo número de níveis de cinza (ou DN – Digital Number) utilizados para compor a imagem. Tais valores de DN são expressos em forma de números de dígitos binários (bits). Uma imagem de 1 bit terá 2 níveis de cinza (2¹ = 2), já uma imagem de 8 bits terá 256 níveis de cinza (2⁸ = 256).

Resolução Temporal

É o tempo de revisita do satélite para imagear uma determinada área no globo. Cada satélite possui uma resolução temporal distinta.

Satélites de Observação da Terra e Resolução Temporal

Sistemas de Sensores Passivos

• Média Resolução Espacial: Landsat, CBERS, SPOT.
• Alta Resolução Espacial: IKONOS, QuickBird.

Tempo de Revisita de Satélites Selecionados

• LANDSAT: 16 dias
• QuickBird: 1 a 3,5 dias (dependendo da latitude)
• CBERS: 26 dias (variações de sensor para sensor)
• RapidEye: 24 horas
• Sentinel 2: 5 dias
• IKONOS: 1,5 a 3 dias (dependente da latitude)
• MODIS: 1 a 2 dias

Índices de Vegetação (IV) e NDVI

Cálculo e Significado do NDVI

A produtividade das culturas pode ser estimada via SR, utilizando Índices de Vegetação (IV), obtidos através de imagens multiespectrais.

NDVI é a sigla em inglês para Normalized Difference Vegetation Index (Índice de Vegetação da Diferença Normalizada). É um índice que analisa a condição da vegetação no campo através de sensoriamento remoto.

Fórmula:

$$NDVI = \frac{(NIR – R)}{(NIR + R)}$$

Onde:

• NIR: Reflectância da vegetação na banda do Infravermelho Próximo.
• R: Reflectância da vegetação na banda do Vermelho.

O NDVI varia de -1 a 1. Valores negativos geralmente não representam vegetação; valores próximos a zero indicam cultura em fase inicial ou solo exposto; e valores mais próximos a 1 indicam melhor vigor da vegetação.

Aplicações de VANTs e Drones na Agricultura

Veículos Aéreos Não Tripulados (VANTs) e Drones são ferramentas de SR suborbital com diversas aplicações:

• Estimativa de Área Plantada: Permite controlar e acompanhar o crescimento da área plantada.
• Levantamento do Número de Plantas: Utilizando algoritmos modernos, é possível conhecer a quantidade de plantas existentes, detectar áreas de menor densidade e otimizar o plantio.
• Saúde das Plantas: Através das diferentes colorações das plantas nas imagens, é possível perceber aquelas que não estão se desenvolvendo como deveriam.
• Detecção de Pragas na Plantação: Assim como no monitoramento da saúde das plantas, a análise da coloração das imagens auxilia a encontrar pragas e locais de baixa produção.