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Monitoramento ambiental por sensoriamento remoto

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O monitoramento ambiental pode ser compreendido como o conjunto de atividades realizadas para obter conhecimento e acompanhar sistematicamente a situação dos recursos naturais. Com isso, é possível proporcionar aos recursos monitorados sua preservação, mitigar impactos e também garantir o seu uso de maneira sustentável.

Neste post vamos entender a quais atividades produtivas o monitoramento ambiental está relacionado, as principais formas de realizar um monitoramento e suas vantagens, quais as inovações e tendências relacionadas ao tema, e ainda estudos relacionados ao sensoriamento remoto para monitoramento ambiental.

Quais as vantagens do monitoramento ambiental realizado a partir do espaço?

São diversas as atividades humanas e produtivas que necessitam de uma solução para o monitoramento ambiental. Elas são advindas de exigências legais atreladas ao processo de licenciamento ambiental do empreendimento, ou ainda por questões de compliance ambiental, visando acesso à mercados diferenciados ou obtenção de crédito e investimentos.

Como exemplos de atividades que frequentemente necessitam de uma solução de monitoramento ambiental podemos destacar as atividades industriais (extração e transformação),  obras civis (construção de rodovias, ferrovias e linhas de transmissão), serviços de utilities, atividades agropecuárias e atividades envolvendo a extração e uso dos recursos naturais (silvicultura, exploração florestal).

Convencionalmente, os programas de monitoramento ambiental são desenvolvidos de duas formas: 
(1) baseados principalmente na coleta de dados em campo, com posterior análises conduzidas em laboratório ou no escritório; ou 
(2) através do sensoriamento remoto

Apesar de a coleta de dados em campo ser a prática mais comum entre as empresas e empreendimentos, este tipo de abordagem consome grande quantidade de recursos humanos e financeiros, além de apresentar limitações. Dependendo do objetivo do monitoramento, podemos citar algumas dificuldades relacionadas:

  1. Baixa representatividade espacial e temporal na maioria dos casos;
  2. Coleta de dados de maneira  intrusiva, havendo interação com o ambiente monitorado; e
  3. Dificuldade de acesso o que pode impossibilitar à coleta de dados em locais de interesse.

A alternativa é o sensoriamento remoto, uma abordagem já bem difundida que apresenta grande potencial para o desenvolvimento de aplicações para o monitoramento ambiental. É feita a partir do uso de dados e imagens coletados por sensores a bordo de satélites.

O monitoramento ambiental por Sensoriamento Remoto

O monitoramento ambiental por sensoriamento remoto se baseia no processamento de dados e imagens adquiridas por sensores a bordo de satélites e outros tipos de plataformas, a fim de se extrair informação sobre alvos na superfície terrestre  ou processos de interesse ao longo do tempo.

É importante ressaltar que o monitoramento por sensoriamento remoto não é aplicável à todas as situações existentes ou exigidas em um monitoramento de grande complexidade. Em alguns casos, a técnica é utilizada de maneira complementar ao método convencional de monitoramento. Em outros, pode suprir totalmente a necessidade de idas a campo e gastos com análises laboratoriais ou no escritório.

As principais vantagens desta abordagem em relação à abordagem convencional são:

  •  Maior representação espacial da área monitorada;
  • Maior frequência na obtenção de dados;
  • Cobertura de grandes áreas;
  • Coleta de dados de maneira não intrusiva e sistemática;
  • Possibilidade de aquisição de informação em áreas de difícil acesso;
  • Possibilidade de redução de custos atrelados aos programas de monitoramento;
  • Maior rapidez na disponibilização da informação aos tomadores de decisão.

Dentre as aplicações de imagens coletadas por satélites para o monitoramento ambiental podemos destacar o monitoramento da qualidade da água em reservatórios e outros tipos de corpos hídricos, o monitoramento da vegetação em áreas de impacto direto e indireto de empreendimentos (áreas de mineração, construção de rodovias e linhas de transmissão de energia), o monitoramento de conformidade ambiental em estabelecimentos agropecuários e propriedades agrícolas, entre outros.

Alguns exemplos:

Floração de algas no reservatório da UHE Tucuruí, próximo à cidade de Breu Branco no Pará.  Observada pelo Sentinel-2, sensor MSI, em 20/04/2017. Composição cor verdadeira R4G3B2:

sensoriamento remoto

Área de impacto direto de atividade de extração mineral na região de Carajás, Pará. Observado em 09/07/2017. Composição cor verdadeira. Fonte: Google Earth:

sensoriamento remoto floresta

Vantagens do monitoramento ambiental por Sensoriamento Remoto

Um aspecto muito positivo com relação ao monitoramento ambiental por sensoriamento remoto é o fato de que atualmente existem diversas missões de satélites ativas, disponibilizando (publicamente ou comercialmente) dados e imagens com diferentes características e resoluções espaciais, espectrais e temporais. Como missões de destaque podem ser citadas as missões Landsat da Agência Espacial Americana (NASA), Sentinel da Agência Espacial Europeia (ESA) e CBERS da parceria Brasil e China, que disponibilizam publicamente série históricas de imagens coletadas, na forma de produtos padronizados em arquivos georreferenciados, pronto para serem consumidos pelo usuário final.

Outro aspecto importante é a disponibilidade cada vez maior de sensores com com diferentes características, o que possibilita à coleta dos mais variados tipos de dados e imagens, ampliando as possibilidades de aplicações para fins de monitoramento ambiental. Os principais tipos de sensores utilizados, características e aplicações para o monitoramento ambiental são apresentados no Quadro abaixo:

Tipo de sensorCaracterísticasExemplos de aplicações
Óptico multi e hiperespectralColeta informação nas faixas espectrais do visível e infravermelho próximo e de ondas curtas. O sol é a principal fonte de energia utilizada neste tipo  de imageamento, sendo possível coletar dados apenas durante o dia. Sofre influencia das condições meteorológicas, sendo incapaz de coletar imagens em períodos nublados.– Monitoramento de aspectos quantitativos (p.ex. supressão e regeneração) e qualitativos (p.ex. detecção de espécies de interesse ) da vegetação; – Monitoramento da qualidade da água; – Monitoramento de processos erosivos.
TermalRegistra à energia emitida pelos alvos da superfície terrestre, sendo capaz de adquirir dados durante o dia e à noite.– Monitoramento de focos de queimadas; – Monitoramento de ilhas de calor; – Monitoramento de fontes de poluição térmica em corpos hídricos.
RADAR (RAdio Detection And Ranging)É considerado um sensor ativo, possuindo fonte de energia própria, sendo portanto capaz de coletar dados durante o período noturno. Registra à energia na faixa das microondas, sendo capaz de coletar informação independente das condições meteorológicas.– Monitoramento de biomassa e carbono florestal; – Monitoramento de aspectos quantitativos e qualitativos da vegetação; – Monitoramento de movimento de massas;
LiDAR (Light Detection And Ranging)É considerado um sensor ativo, possuindo fonte de energia própria, sendo portanto capaz de coletar dados durante o período noturno. É capaz de coletar informação independente das condições meteorológicas.– Monitoramento de biomassa e carbono florestal; – Monitoramento de aspectos quantitativos e qualitativos da vegetação;
Principais tipos de sensores, características e aplicações de monitoramento ambiental.

Tendências tecnológicas

Com relação às tendências tecnológicas na forma de aquisição de dados através de sensoriamento remoto podemos destacar o advento e massificação do uso de nanossatélites. Estes são satélites miniaturizados que podem ser operados na forma de constelações, ampliando a forma de imageamento da superfície da Terra de uma forma jamais vista. Como case de sucesso pode ser destacada a empresa da Califórnia Planet, que opera mais de 150 nanosatélites organizados em diferentes constelações, e fornece dados e produtos em uma combinação única de alta resolução espacial e frequência de imageamento.

Por sua vez, com relação às tendências  tecnologias para armazenamento e processamento de dados podemos destacar a disponibilização das principais coleções de imagens de satélites em serviços de armazenamento e processamento em nuvem, como o Earth on AWS, da  Amazon, Google Earth Engine, da Google. 

Entre as  vantagens de desenvolver soluções de monitoramento baseadas nesse tipo de tecnologia podem ser destacadas a facilidade de manipulação de grandes volumes de dados sem necessidade de transferência de arquivos (download), processamento utilizando capacidade computacional da nuvem, possibilidade de desenvolver algoritmos utilizando plataformas de machine learning e deep learning amplamente utilizadas (p.ex. PyTorch e Tensorflow).

O time da CERTI está capacitado para desenvolver soluções de monitoramento ambiental utilizando o estado da arte no que diz respeito à aquisição e processamento de dados de satélite. Caso tenha interesse em saber mais sobre os projetos desenvolvidos, entre em contato conosco: negocios@certi.org.br

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