Detecção Remota

Equipa docente:    
José Carlos Kullberg - Responsável. Regente das aulas práticas

Graça Brito - Regente das aulas teóricas e práticas

Cursos:    
Licenciatura em Engenharia Geológica - 3º Ano
 
Objectivos:    
Pretende-se que os alunos adquiram competências em interpretação de fotografias aéreas e análise de imagens de satélite preparando-os para disciplinas das áreas da Geologia Aplicada e Geologia de Engenharia. Serve também como instrumento fundamental de apoio à disciplina de Cartografia Geológica.
 
Programa:    

Aulas teóricas e teórico-práticas
1ª Parte - Fotogeologia
I. Fotogeologia quantitativa e qualitativa. Mapas fotogeológicos. Interpretação fotogeológica. Relações com as outras disciplinas.
II. Mecânica da fotografia aérea. Tipos de fotografia aérea. Geometria da fotografia aérea. Processos de voo. Mosaicos e foto-índices.
III. Estereoscopia; estereoscópios de bolso e de espelhos. Condições básicas de observação estereoscópia. Visão normal e visão estereoscópia. Sobreelevação vertical - fórmulas de Goodale e de Raasveldt. Variáveis estereoscópias - variação da sobreelevação com factores inerentes ao voo e os factores inerentes às condições de observação. Instrumentos de medida (estereomicrómetro).
IV. Processos de trabalho para interpretação fotogeológica. Principios de interpretação. Factores que afectam os resultados da interpretação. Critérios de identificação - estruturas-chave. Forma, tom, textura e rede hidrográfica. Análise da assimetria de declives de um e outro lado de uma crista. Diferentes tipos de redes hidrográficas.
V. Características fotogeológicas de diferentes tipos de rochas. Granitos, lavas basálticas e tufos. Arenitos, xistos argilosos, argilitos e calcários; Morfologia cársica. Serpentinitos, gneisses e quartzitos.
VI. Utilização de fotografia aérea em geologia aplicada.

2ª Parte – Satélites
VII. Conceito de Detecção Remota. Aplicação da Detecção Remota às Ciências da Terra. Características das ondas electromagnéticas. O espectro Electromagnético. A teoria da energia das partículas. Interacção da radiação electromagnética na atmosfera. Dispersão e absorção atmosférica. Interacção entre a radiação electromagnética e a superfície terrestre. Curvas de reflectância espectral. Comportamento espectral da água, solos, vegetação e rochas. Efeitos temporais e espaciais. Aquisição e interpretação de dados de detecção remota. Organização de uma imagem digital de satélite. Elementos de referência.
VIII. Satélites e Sensores – Objectivos. Sistemas de Sensores – Definições e tipos de sensores. Sensores Ópticos. Scanners multi-espectrais. Resolução dos Sensores. Resolução espacial, espectral e radiométrica. Comparação dos Scanners multiespectrais com os sistemas fotográficos. Sensores Multiespectrais, Térmicos e Hiper espectrais. Comparação das bandas espectrais dos principais sensores. Tipos de Plataforma em Detecção Remota. Plataformas terrestres. Plataformas aéreas. Plataformas espaciais (satélites). Órbitais dos Satélites. Satélites com orbitais de baixa altitude: Satélites de Observação da Terra. O programa Landsat. Orbital do satélite Landsat 5 e 7. Características do satélite Landsat 5 & 7. Sensor TM do satélite landsat 5 & 7. Características gerais do satélite landsat 5 & 7. Aplicações e vantagens das imagens Landsat 7. Exemplo de Imagens do satélite Landsat 5 & 7. O programa IKONOS. Características do satélite IKONOS II. Resolução espectral e espacial. Aplicações das imagens IKONOS. Exemplo de imagens IKONOS. O programa IRS. Resolução espactral e espacial. Características gerais. Aplicações e exemplo de imagens. O programa Spot. Características dos satélites SPOT. Características dos sensores dos satélites SPOT.Vantagens das imagens SPOT. Exemplo de imagem. Imagens hiper espectrais. O sensor hiper-espectral HYMAP. Características gerais. Resolução espectral e espacial. Aplicações. Exemplo de imagem. Satélites com orbitais de alta altitude. Satélites meteorológicos.
IX. Pre-processamento de imagens digitais: Rectificação e restauração de imagens, correção geométrica da imagem. Correcção radiométrica, remoção do “ruído” da imagem.
X. Processamento de imagens digitais: Técnicas de Realce. Técnicas de manipulação do contraste: Expansão de Contraste. Técnicas de manipulação de características espaciais: Filtros espaciais, Análise de Fourier. Técnicas de manipulação multi-imagens: Composição Colorida RGB. Diferenciação e “ratios” de bandas multiespectrais: Quocientes e Índices de Vegetação. Análise em Componentes Principais (ACP).
XI. Classificação espectral de imagens. Métodos de classificação espectral. Procedimentos Genéricos de classificação. Classificação Supervisionada ou Assistida. Algoritmos de Classificação: Distância Mínima ao Valor Médio da Classe, classificador do Paralelipípedo, classificador dos Paralelipípedos Múltiplos em Escada, classificador de Máxima Verossimilhança Gaussiana. Principais fases da Classificação Supervisionada. Métodos de avaliação das Áreas de Treino: representação gráfica (histogramas e gráficos de coberturas) e matrizes de Divergência (quantificação matemática). Classificação Automática: Algoritmo de agrupamento de dados - K-Means Clustering . Classificação Híbrida. Aferição da Qualidade da Classificação: Matriz dos erros de classificação (Tabelas de Contingência), comparação com áreas de teste homogeneas, amostragem aleatória da imagem.
XII. Radiação Micro-ondas. Sensores de Micro-ondas: Sistemas passivos, sistemas activos. Sensores de micro-ondas passivos. Aplicações dos Sensores de micro-ondas passivos. Sensores de Micro-ondas Activos. Tipos de sensor de radiação RADAR. Bandas de radiação dos sensores de micro-ondas Activos. Modo de operação dos sistemas SLAR. Sistema de operação do SLAR. Métodos para a aquisição de imagens estereo-radar. Resolução espacial dos sistemas SLAR. Factores que determinam a intensidade de retorno do sinal radar. Efeito do ângulo de depressão numa imagem de RADAR. Efeito da topografia do terreno. Efeito da rugosidade. Aplicações dos sensores de Micro-ondas Activos. Plataformas espaciais dos sistemas de RADAR. Sistemas activos LIDAR. Principais aplicações.

Aulas práticas
Observação e interpretação de fotografias aéreas com estruturas-chave. Interpretação de fotografias aéreas de áreas de diferente complexidade do território português. Processamento de imagens utilizando o programa ERMAPPER.

 
Requisitos:    

Aconselha-se a frequência desta disciplina após aprovação nas disciplinas de Geologia Geral, Topografia e Geologia de Campo, Sistemas de representação geológica e geográfica e Geologia Estrutural.
 
Métodos de Ensino:    

Na disciplina são utilizados diferentes métodos de ensino, a saber:

- Ensino tutorial, tradicional, correspondendo a componente lectiva presencial prevista no calendário escolar, para as componentes teórica e teórico-prática.

- Ensino assistido, não presencial, utilizando como ferramenta de comunicação o Moodle, onde o aluno contacta o docente para colocar dúvidas. Esta componente não substitui as horas convencionais semanais destinadas a dúvidas, previstas na Lei.
 
Métodos de Avaliação:    

Cada aluno tem de realizar um exame escrito teórico (T) (componentes de Fotogeologia (TF)e Satélites (TS)) e um exame prático na componente de Fotogeologia (PF). Na componente prática de Satélites (PS) os alunos realizam um trabalho em grupo (até 3 elementos)

A classificação final (F) é obtida através da seguinte equação:

F = 1/4(TF) + 1/4(TS) + 1/4(PF) + 1/4(PS)

Para o aluno ser aprovado terá de obter uma média final (F) igual ou superior a 9,5/20 valores, e em nenhuma componente da avaliação poderá ter classificação inferior a 8/20 valores.
A cerca de metade do semestre são realizados um teste teórico e um prático com a matéria dada até esse momento (Fotogeologia). Os alunos que obtiverem a classificação mínima de 8/20 valores ficam dispensados desta matéria no exame final.
 
Bibliografia:    

R. CHEVALIER (1965) - Photographie aérienne. Gauthier-Villars, Paris.
S. DRURY (1987) - Image interpretation in Geology. Allen & Unwin, London.
T. LILLESAND & R. KIEFER (1994) - Remote sensing and image interpretation. John Wiley &Sons, New York, 3ª ed.
V. MILLER & C. MILLER (1961) - Photogeology. McGraw-Hill Book Co., New York.
G. L., PROST (1994) - Remote Sensing for Geologists. Ed. Gordon and Breach Science Publishers.
M. RICCI & S. PETRI (1965) - Principios de aerofotogrametria e interpretação geológica. Comp. Ed. Nac., São Paulo.
F. F. SABINS (1996) - Remote Sensing, principles and Interpretation. W. H. Freeman and Company, 3rd éd.
J.-Y. SCANVIC (1983) - Utilisation de la télédétection dans les Sciences de la Terre. BRGM, Orleans, Manuels et Méthodes, nº 7.
P. STRAIN & F. ENGLE (1992) - A Terra vista do espaço. Turner Publishing Inc., Atlanta.
Manuel de photo - interprétation. Ed. Technip, Paris, 1970.
 
Carga horária:    
4 h Teórico-práticas (por semana)