Crop area estimate from original and simulated spatial resolution data and landscape metrics

Imagens coletadas no mesmo dia pelos sensores ETM+/Landsat-7 (30 m de resolução espacial) e MODIS/Terra (250 m) foram utilizadas para estimar a área de três importantes culturas agrícolas (soja, cana-de-açúcar e milho) com diferentes padrões de paisagem no Sudeste Brasileiro. Filtragem de Maioria dos resultados da classificação da imagem ETM+ foi aplicada para descrever o comportamento de 15 métricas em diferentes simulações de resolução espacial (90, 150, 210 e 270 m). Utilizando modelos de regressão, o desempenho do MODIS e de suas métricas para predizer a área das culturas, considerando os dados ETM+ como referência, foi analisado. Os resultados mostraram que o sensor MODIS superestimou as áreas de soja (15%) e cana-de-açúcar (1%) e subestimou a área de milho (12%). A regressão múltipla indicou que sensores de resolução espacial grosseira podem ser usados para predizer adequadamente a área vista por instrumentos com 30 m de resolução espacial apenas para culturas com baixo padrão de fragmentação como soja. Estes sensores não podem predizer adequadamente a área de milho devido aos efeitos de agregação de pixels das culturas menos fragmentadas (soja e cana-de-açúcar) sobre a mais fragmentada (milho), conforme demonstrado pela simulação da resolução espacial por filtragem de maioria da imagem ETM+. As métricas da paisagem melhoraram as estimativas de área com o MODIS apenas para a cana-de-açúcar, conforme indicado por maiores valores de R² observados para regressão múltipla do que para regressão simples. Apenas um número pequeno de métricas foi selecionado para compor os modelos de regressão visto que a maior parte delas não foi preservada entre resoluções espaciais diferentes (30 e 250 m).Images acquired at the same day by the ETM+/Landsat-7 (30 m of spatial resolution) and MODIS/Terra (250 m) sensors were used to estimate areas of three major crops (soybean, sugarcane, and corn) with different landscape patterns in Southeastern Brazil. Majority filtering of ETM + classification results was applied to describe the behavior of 15 selected landscape metrics at distinct simulated spatial resolutions (90, 150, 210 and 270 m). By using regression models, the performance of MODIS and derived metrics to predict adequately the crop area, considering ETM+ data as reference, were analyzed. Results showed that the MODIS instrument overestimated the areas of soybean (15%) and sugarcane (1%), and underestimated the area of corn (12%). Multiple regression results indicated that coarse spatial resolution sensors can be used to predict adequately the area viewed by the 30 m spatial resolution instruments only for crops with low fragmentation pattern such as soybean. These sensors cannot be used to predict the area of corn due to aggregation pixel effects of the less fragmented crops (soybean and sugarcane) over the most fragmented one (corn), as demonstrated by the spatial resolution simulation using majority filtering of the ETM+ image. Landscape metrics improved MODIS area estimates only for sugarcane, as indicated by higher values of R² for multiple than for simple regression. Only a small set of metrics was select to compose the multiple regression models because most of them were not preserved across different spatial resolutions (30 m and 250 m)

DIRECTIONAL EFFECTS ON THE SPECTRAL RESPONSE OF PINUS ELLIOTTII STANDS CULTIVATED IN SUBTROPICAL LATITUDES

Técnicas e produtos associados de sensoriamento remoto são uma alternativa eficiente e de baixo custo, com grande potencial para o monitoramento de cultivos de Pinus. No entanto, ainda não existem estudos conclusivos sobre a magnitude dos efeitos direcionais causados pela geometria de aquisição de dados por instrumentos orbitais com amplo campo de visada, considerando a arquitetura do dossel de Pinus. Este trabalho investiga a influência da geometria de visada na aquisição de dados de reflectância e índices de vegetação normalmente usados no monitoramento de povoamentos florestais de Pinus. Para a realização do trabalho foram adquiridas duas séries multitemporais de medidas de reflectância dos produtos MOD09GA e MCD43A4, sem e com aplicação da normalização ao nadir, respectivamente, sendo essas amostradas de acordo com o ângulo zenital de visada e em pares de datas consecutivas com observações realizadas em direções opostas de imageamento. A influência dos efeitos direcionais na resposta dos índices de vegetação Enhanced Vegetation Index, Normalized Difference Vegetation Index, e Wide Dynamic Range Vegetation Index foi verificada a partir de análise de variância (ANOVA). As medidas de reflectância foram influenciadas pelos efeitos direcionais, apresentando menores valores na direção do espalhamento frontal e maiores valores na direção do retroespalhamento. Dentre os três índices de vegetação estudados, o EVI foi o mais sensível aos efeitos direcionais. Entretanto, quando calculado com reflectância normalizada ao nadir, a influência direcional sobre o EVI foi amplamente reduzida quando comparada com àquela vista sobre os outros dois índices de vegetação

Mineralogical characterization of tropical soils by hyperspectral remote sensing

Dados hiperespectrais coletados no Brasil pelo sensor AVIRIS (Airborne Visible/Infrared Imaging Spectrometer) foram utilizados para a caracterização espectral de uma típica cena agropastoril e para testar o uso da técnica Spectral Feature Fitting (SFF) na identificação de minerais argilosos na imagem. Utilizou-se um modelo linear de mistura espectral, usando como membros de referência a vegetação verde e seca, a água, e os solos Nitossolo Vermelho, Latossolo Vermelho e Neossolo Quartzarênico órtico. Na identificação dos minerais, foram selecionados espectros de referência da biblioteca espectral do JPL/NASA. Os espectros dos pixels e das referências foram normalizados pelo método do contínuo espectral, entre 2.100 e 2.330 nm, e depois comparados quanto à similaridade com o uso da técnica SFF. A caulinita predomina na cena, cuja identificação remota é dependente do tipo de solo e das proporções dos componentes da cena no interior do pixels. Os melhores resultados foram obtidos em solos de reflectância intermediária a alta e em pixels com valor de abundância da fração solo superior a 70%. Isto ocorreu devido, respectivamente, à menor quantidade de substâncias opacas nestes solos e à redução nos pixels dos efeitos espectrais da lignina-celulose. Estes fatores tendem a mascarar as bandas de absorção das argilas.AVIRIS (Airborne Visible/Infrared Imaging Spectrometer) data collected in Brazil were used for the spectral characterization of a typical crop-pasture scene, and for the evaluation of the Spectral Feature Fitting (SFF) technique for clay mineral identification in the image. A six-endmember linear spectral unmixing model was applied, consisting of green and senescent vegetation, water, and the soils Alfisol, Oxisol and Entisol. For mineral identification of kaolinite, montmorillonite and gibbsite in the AVIRIS image, reference spectra from the JPL/NASA spectral library were selected. Pixel and reference spectra were normalized by the continuum removal method, in the 2,100-2,330 nm interval, and then compared by the use of the SFF technique. Kaolinite is the dominant mineral in the scene, whose identification is dependent on the soil type and on the spectral mixture at sub-pixel level. The best results were obtained for soils with intermediate to high overall reflectance and for pixels with soil abundance values greater than 70%, due, respectively, to the lower amount of opaque substances of these soils and to the reduction of spectral effects of the lignin-cellulose features. These factors tend to obliterate the absorption bands of clay minerals

PALSAR-2/ALOS-2 AND OLI/LANDSAT-8 DATA INTEGRATION FOR LAND USE AND LAND COVER MAPPING IN NORTHERN BRAZILIAN AMAZON

In northern Brazilian Amazon, the crops, savannahs and rainforests form a complex landscape where land use and land cover (LULC) mapping is difficult. Here, data from the Operational Land Imager (OLI)/Landsat-8 and Phased Array type L-band Synthetic Aperture Radar (PALSAR-2)/ALOS-2 were combined for mapping 17 LULC classes using Random Forest (RF) during the dry season. The potential thematic accuracy of each dataset was assessed and compared with results of the hybrid classification from both datasets. The results showed that the combination of PALSAR-2 HH/HV amplitudes with the reflectance of the six OLI bands produced an overall accuracy of 83% and a Kappa of 0.81, which represented an improvement of 6% in relation to the RF classification derived solely from OLI data. The RF models using OLI multispectral metrics performed better than RF models using PALSAR-2 L-band dual polarization attributes. However, the major contribution of PALSAR-2 in the savannahs was to discriminate low biomass classes such as savannah grassland and wooded savannah

Sunglint correction in airborne hyperspectral images over inland waters

This study assessed sunglint effects in airborne high spatial and high spectral resolution images acquired by the SpecTIR sensor under different view-illumination geometries over the Brazilian Ibitinga reservoir (Case II waters). These effects were corrected using the Goodman et al. (2008) and the Kutser et al. (2009) methods, and a variant that used the continuum removal technique to calculate the oxygen absorption band depth. The performance of each method to removing sunglint effects was evaluated by a quantitative analysis of pre- and post-sunglint correction reflectance values (residual reflectance images). Furthermore, the analysis was supported by inspection of the reflectance differences along transects placed over homogeneous masses of waters or over specific portions of the scenes affected and non-affected by sunglint. Results showed that the algorithm of Goodman et al. (2008) produced better results than the other two methods, as it approached to zero the amplitude of the reflectance values between homogenous water masses free and contaminated by sunglint. The Kutser et al. (2009) method had also good performance, except for the most contaminated sunglint portions of the scenes. When the continuum removal technique was incorporated to the Kutser et al. (2009) method, results varied with the scene and were more sensitive to atmospheric correction artifacts and instrumental signal-to-noise ratio

ANÁLISE DO NÍVEL DE LEGENDA DE CLASSIFICAÇÃO DE AREAS URBANAS EMPREGANDO IMAGENS MULTIESPECTRAIS E HIPERESPECTRAIS COM OS MÉTODOS ÁRVORE DE DECISÃO C4.5 E FLORESTA RANDÔMICA

Ambientes urbanos representam uma das áreas mais desafiadoras do sensoriamento remoto devido à grande diversidade encontrada nos materiais presentes na sua superfície. O uso de imagens com alta resolução espacial e alta resolução espectral surge como uma alternativa para aplicações urbanas, pois a combinação destas duas características permite uma melhor detecção e discriminação de alvos. O presente trabalho tem um duplo objetivo: i) avaliar dois conjuntos de dados na classificação fina de alvos urbanos para dois níveis de legenda (com 11 e 38 classes de cobertura do solo): um deles composto exclusivamente por uma imagem orbital multiespectral (WV-2) e o outro conjunto composto exclusivamente por uma imagem aerotransportada hiperespectral (SpecTIR), ii) bem como testar o desempenho de dois métodos diferentes de classificação de imagens, Árvore de Decisão C4.5 e Floresta Randômica (Random Forest), para ambos os níveis de legenda. Oito experimentos de classificação foram realizados para atender a tais objetivos de investigar a eficácia dos sensores e dos métodos em dois níveis de detalhamento. Foram obtidas classificações de elevada acurácia. Demonstrou-se para todos os níveis de detalhamento e métodos que as classificações obtidas com dados do sensor SpecTIR apresentaram resultados significantemente superiores aos das classificações com dados do sensor WV-2

Analysis of the level of detail in classifications of urban areas with optical VHR and hyperspectral images using C4.5 decison tree and random forest methods

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