Contribuição das imagens R99SAR e de dados geofísicos para o mapeamento geológico do Rifte Arai, Nordeste de Goiás

Tese (doutorado)—Universidade de Brasília, Instituto de Geociências, 2009.Nos últimos seis anos a comunidade científica brasileira vem obtendo acesso a dados SAR com múltiplas polarizações e alta resolução espacial através das plataformas aéreas R99 pertencentes ao Sistema de Proteção a Amazônia (SIPAM). No entanto ainda existe uma carência em relação ao corpo técnico no país, limitando a disseminação nas diferentes áreas da ciência no uso destas imagens, incluindo a geologia. Esta pesquisa demonstra que a possibilidade de configuração da geometria de aquisição de dados, do modo de operação, da data de imageamento e processador para a geração das imagens são as maiores vantagens deste sistema. No entanto, a falta de parâmetros do sistema sensor possibilita a plena capacidade do R99SAR em termos de multipolarimetria somente mediante alto custo e logística própria. Mesmo assim, para mapeamento geológico o processamento das imagens das múltiplas polarizações permite excelente interpretação, sendo a análise baseada em adaptações de métodos convencionais de fotointerpretação. Esta capacidade foi comprovada na região representativa do Rifte Araí, entre as cidades de Cavalcante, Monte Alegre de Goiás e Nova Roma, nordeste do Estado de Goiás. Essa região foi alvo de campanhas de mapeamentos geológicos sistemáticos da Universidade de Brasília em escalas de 1:50.000. Nesta região, a extração das feições de relevo e drenagem e a tonalidade das imagens permitiram a diferenciação e delimitação de trinta e quatro zonas homólogas que apresentam alta correlação aos mapas prévios e que podem acrescentar novas informações de cunho litológico e estrutural. Nas áreas onde as feições radarinterpretativas de relevo foram nulas e a densidade de drenagem muito baixa, foram utilizadas, para complementar as informações, as imagens obtidas na terceira etapa do Levantamento Aerogeofísicos do Estado de Goiás. A concepção de um banco de dados, em um sistema de informação geográfica, onde foram cadastradas informações de natureza completamente distintas, provenientes de observações de campo, interpretações de imagens radargramétricas e aerogeofísicas e mapeamentos pretéritos mostrou-se favorável para a identificação de unidades geológicas de mapeamentos. Este trabalho coloca novas perspectivas de reinterpretações geológicas para uma área, de tal modo que possam vir a contribuir para um melhor entendimento da evolução geológica e estrutural e das potencialidades prospectivas. De outra forma, a inclusão das informações em bancos de dados georreferenciados, além e organizar e facilitar a consulta e visualização da maioria dos dados levantados em uma área, é uma das formas mais seguras de preservar o acervo geológico brasileiro. ______________________________________________________________________________ ABSTRACTDuring the last six years the Brazilian scientific community has gotten access to multipolarized and high spatial resolution SAR data, obtained by the R99 platforms, a equipment of the Amazon Protection System (SIPAM).It is important to say that there is still a lack concerning to the technical people on the country, limiting the dissemination and the use of those images in different areas of the science, including geology. The possibility of configuring the geometry of data acquisition, operating mode, image date and processor used for imaging generation are the main advantages of this system. However, the lack of parameters of the sensor system allowed the maximum capacity of the R99SAR in terms of multi-polarimetry only if a high budget and and adequate logistic are available. Thus, for geological mapping purposes the image processing of the multipolarizations allow an excellent interpretation capacity, being the analysis based on adaptations of the conventional photo-interpretation methods. This capacity was proven on the region of the Arai Rift, located between the cities of Cavalcante, Monte Alegre de Goiás and Nova Roma, on the northeast portion of the Goiás State. This region was a target for a systematic 1:50.000 geological mapping, carried out by the University of Brasilia. On that region, the extraction of the relief and drainage features and the tonality difference on the images allowed the differentiation and delimitation of homologue zones, which showed a high correlation to the former maps and can add new and important information in terms of lithology and structure to the region regional geology. On those áreas where the relief radar-interpreted features were null and the drainage density is too low, aero-geophysical data, surveyed during the third stage of the Goias State Aero- Geophysical Survey, were used to complete the information. The conception of a data base, on a geographical information system (GIS) format was successful on the identification of geological unities for mapping. Different information were registered on this system, as for instance field data, interpretation of radar images, interpretation of geophysical images and former maps. This survey bring a new perspective of geological reinterpretation for a named area, helping on a better understanding of its geological and structural evolution and on the evaluation of its prospective potential. In addition, the inclusion of information on a geo-referenced data base, besides to organize and facilitate the visualization and consultation of the data, is one of the most secure manners of preserving the Brazilian geological records

Modelos exploratorios para a prospecção de pb/zn utilizando dados de sensoriamento remoto : estudo de caso do prospecto Salobro (Porteirinha - MG)

Orientadores: Carlos Roberto de Souza Filho, Alvaro Penteado CrostaDissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Instituto de GeocienciasResumo: Esta dissertação propõe estratégias para a prospecção de Pb e Zn em depósitos tipo SEDEX e VMS, com base em dados de sensoriamento remoto. Com este objetivo, este estudo foi subdividido em 2 etapas: na primeira, foram confeccionados, através de compilação bibliográfica, modelos descritos para diversos tipos e sub-tipos de depósitos de Pb e Zn e indicados intervalos espectrais ótimos para a detecção, por sensores mu1tiespectrais, de feições relacionadas à estes depósitos. Na segunda etapa, foi realizado o teste do modelo de detecção, utilizando-se dados do sensor GEOSCAN (24 bandas espectrais e resolução especial de 5m) na área do Pro5pecto Salobro (Porteirinha - MG), que compreende uma minera1ização de Zn, com Pb subordinado. A partir dos modelos descritivos constatou-se que os depósitos tipo SEDEX e VMS diferem principalmente quanto à rocha hospedeira do minério, sedimentar e vulcânica, respectivamente. As características potenciaImente detectáveis por sensoriamento remoto para depositos tipo SEDEX são principalmente aquelas relacionadas aos produtos de alteração primária e secundária. enquanto nos depósitos tipo VMS, a rocha hospedeira constitui-se no principal alvo do sensoriamento. Com intuito de subsidiar a adaptação do modelo de detecção conceitual e sua aplicação ao Prospecto Salobro, foi realizado um estudo petrográfico e espectral na área do prospecto, assim como levantados os aspectos fisiográficos locais. A existência de densa vegetação (mesmo na época de seca) e a presença de solos in situ e transportados, sobre grande parte das rochas do prospecto, limitam consideravelmente a aplicação do modelo de detecção. Desta forma, foram definidos dois intervalos espectrais a serem explorados no processamento dos dados GEOSCAN, enfocando a detecção potencial das rochas hospedeiras (horizonte de metadzert ferruginoso) e outras rochas diretamente associadas à mineralização (formações ferríferas): (i) 300-1000nm - cobrindo o espectro visível e infra-verrnelho próximo, para o mapeamento de óxidos e hidróxidos de F e; e (li) 8500-12500nm - cobrindo o espectro termal, para o mapeamento de zonas ricas em sílica.O processamento digital dos dados GEOSCAN foi subdividido entre a aplicação de técnicas tradicionais para a discriminação das rochas presentes no prospecto (i.e., RGB, operações aritméticas e principais componentes) e a aplicação de técnicas objetivando a identificação direta destas rochas (te., SAM e SFF). Conforme previsto no modelo, ambas as técnicas, principalmente tradicionais (i.e., banda 20-917Onm:i:530nm; banda 14 - 2176nm:i: 44nme banda 6- 74Onm:i:23nm, em RGB), furam C3plZe5 de mapear com sucesso a expressão superficial do minério (meta:hert ferruginoso) e das formações ferríferas comandadas associadas. As demais rochas reconhecidas no prospecto não puderam ser discriminadas ou identificadas, principalmente devido aos obstáculos impostos pela cobertura vegetal e solos.Esta pesquisa demonstrou que modelos exploratórios teóricos baseados em dados de sensoriamento remoto são degrande importância na delimitação de jazimentos de metais base. Porém, o o, impacto dos aspectos fisiográficos locais, bem como a escolha do tipo de sensor a ser utilizado devem ser considerados com cautela na estratégia de prospecção. No Prospecto Salobro, apesar das características fisiográficas serem desfavoráveis, a utilização de um modelo de detecção específico para o depósito, juntamente com dados de alta resolução especia1 e espectral, possibilitou o tmpea1m1to remoto do horizonte minera1izado em zinco, resultado raramente atingido em estudos prévios realizados em terrenos tropicaisAbstract: The chief gool ofthis research is to design rernte seming straregies fortargeting SEDEX and VMS-type PbZn depo)its. The investigation was two-fulded. FJI'Stly, bIsed on 1he available Iitfratnre, descriptive trodels were compiled for several types and sub-types ofPb/Zn depooits and optimum spectral bmdwitly by 1heir host rocks, wbich are sedim;nts and volcanics, respectively. The characttristics ofSEDEX depooits 1hat are potentially deteclable by remate seming cornprehend primary and saxmdaIy alteralionassemblages, whereas VMS depooits can be semed by 1heir loyed to identü)r such rocks bIsed 00. spectIal h"braries. As predicted by 1he detection trodel, both sets oftechniques, JE1icularly the ordimry ones (e.g., band 20 - 9170nm = 530nm; band 14 - 2176nm = 44nm and 00nda 6 -74Omn:r23mn, in RGB), were able to successfully rmp 1he sur1àce exçression of the ore zone and the hmded iron fonnatiom within the J1'OSPOCl However, IIDSt ofthe other geologic reatures associated to the depooit were rmsked by vegetation and soil cover. This research has demonstrated that theaetical exploration trodels bIsed on remote sensing data can sufficiently support the indirect targeting oftme treIal depooits. However, the physical enviromnent at the Slrice as well as the choice of rem>te sensing data may constrain the suitabili1y of 1he trodel for a JE1icular scale. Using 1he Salorro Pro5pect as a control, this waX showed that the application of a speci1ic deteclion trodel coupled with the mxIerately high spúial and spectml resolution ofGEOSCAN data was able to ftaIre the ore zone accurately, an achievetrent 1hat has been rarely repeated in tropical terrainsMestradoMetalogeneseMestre em Geociência

Seasonal effect on spatial and temporal consistency of the new GPM-based IMERG-v5 and GSMaP-v7 satellite precipitation estimates in Brazil’s Central Plateau Region

This study assesses the performance of the new Global Precipitation Measurement (GPM)-based satellite precipitation estimates (SPEs) datasets in the Brazilian Central Plateau and compares it with the previous Tropical Rainfall Measurement Mission (TRMM)-era datasets. To do so, the Integrated Multi-satellitE Retrievals for GPM (IMERG)-v5 and the Global Satellite Mapping of Precipitation (GSMaP)-v7 were evaluated at their original 0.1 spatial resolution and for a 0.25 grid for comparison with TRMM Multi-satellite Precipitation Analysis (TMPA). The assessment was made on an annual, monthly, and daily basis for both wet and dry seasons. Overall, IMERG presents the best annual and monthly results. In both time steps, IMERG’s precipitation estimations present bias with lower magnitudes and smaller root-mean-square error. However, GSMaP performs slightly better for the daily time step based on categorical and quantitative statistical analysis. Both IMERG and GSMaP estimates are seasonally influenced, with the highest difficulty in estimating precipitation occurring during the dry season. Additionally, the study indicates that GPM-based SPEs products are capable of continuing TRMM-based precipitation monitoring with similar or even better accuracy than obtained previously with the widely used TMPA product

QUANTIFYING ILLEGAL DEFORESTATION IN FRONT OF THE FOREST CODE: POTENTIALITY AND CHALLENGE

Brazil confronts a challenge to implement the Forest Code, now called Native Vegetation Protection Law (LPVN), issued in 2012 under the number 12.651/12. The law introduced new mechanisms to quantified environmental liabilities in Permanent Protection Areas (APP) and Legal Reserve Areas (RL). Thus, this study presents a methodological proposal for calculation of environmental liabilities in areas of "water" permanent preservation and legal reserve using geoprocessing tools. This way, a complex analysis was required, based on the size of the private rural properties, the type of land use/cover, and “temporal cut”, for which there is no methodology defined. The “temporal cut” was defined to fine cancel those who practiced illegal deforestation prior to 22 July 2008, thus creating the figure of the "Consolidated Productive Areas”. This methodology was tested and applied in the municipality of São Félix do Xingu-PA and the results pointed to a total environmental liability of the municipality of 178,835 hectares by 2010. According to requirements established in article 61-A, the settlements were considered rural properties with consolidated productive areas, and thus benefited by law. Despite this, it is important to improve environmental education techniques and the recovering of environmental liabilities of settlements, mainly for sustainable production purposes

DETERMINATION OF POTENTIAL AREAS FOR RESETTLEMENT OF FAMILIES AFFECTED BY THE SÃO FRANCISCO RIVER INTEGRATION PROJECT USING GEOTECHNOLOGIES

The São Francisco River Integration Project is an infrastructure work conducted by the Brazilian federal government, aiming to guarantee water resources security to 390 municipalities, benefitting about 12 million people that suffer with water scarcity in one of the driest regions in the country. This work presents the method and tools used to evaluate land suitability for rural resettlement of displaced families. All with the intent of mitigating socioeconomic impacts for one of the annex channels in the main project axis, considering legal and technical criteria. Using geoprocessing tools, 4490 hectares of land were effectively identified as best suited for this purpose, helping public managers to promptly decide the adequate course of action

Classificação orientada a objeto em associação às ferramentas reflectância acumulada e mineração de dados

The objective of this work was to use the accumulated reflectance technique and data mining application, followed by object-oriented classification, in images of Operational Land Imager (OLI) sensor, Landsat 8, for the classification of native vegetation and agricultural coverage of Cerrado. Four reflectance images were used for the discrimination of six classes – agriculture, livestock, wetland, savannah, forest, and grassland –, for classification of Parque Nacional das Emas and surrounding areas in the state of Goiás, Brazil. The images were segmented for the extraction of sample spectral attributes and application of attribute combinations (mean + mode, all attributes) on data mining. The Weka software was used to construct the decision trees. This methodology indicated that the differentiation among targets increased from the temporal accumulation of the reflectance in all bands and classes, and that the optimal image was that of the sum of the four dates. The classification based on the attribute associations mean + mode showed no restraints in the decision rules processing, unlike the association of all attributes. The mean + mode classification showed a satisfactory accuracy (global accuracy, 69%; Kappa, 58%; and TAU, 63%). The integration of these techniques shows potential to differentiate native and anthropogenic vegetation in the Cerrado.O objetivo deste trabalho foi utilizar as técnicas de reflectância acumulada e mineração de dados, seguidas por classificação orientada a objeto, em imagens do sensor Operational Land Imager (OLI), satélite Landsat 8, para a classificação de vegetação nativa e cobertura agropecuária do Cerrado. Quatro imagens de reflectância foram utilizadas para a discriminação de seis classes – agricultura, pecuária, campo limpo úmido, savana, floresta e campo –, para a classificação do Parque Nacional das Emas, no Estado de Goiás, e adjacências. As imagens foram segmentadas para a extração de atributos espectrais de amostras e a aplicação de combinações de atributos (média + moda, todos os atributos) na mineração de dados. O programa Weka foi utilizado para a construção das árvores de decisão. Essa metodologia indicou que a diferenciação entre alvos aumentou a partir da acumulação temporal da reflectância, em todas as bandas e as classes, e a melhor imagem foi aquela do somatório das quatro datas. A classificação baseada na associação de atributos média + moda não apresentou impedimentos no processamento das regras de decisão, diferentemente da associação de todos os atributos. A classificação média + moda apresentou acurácia satisfatória (exatidão global, 69%; Kappa, 58%; e TAU,  63%). A integração dessas técnicas apresenta potencial para a diferenciação de vegetação nativa e antrópica do Cerrado

LAND USE/ COVER (LULC) MAPPING IN BRAZILIAN CERRADO USING NEURAL NETWORK WITH SENTINEL-2 DATA

The Sentinel-2a and 2B satellites form a multispectral imaging mission for Earth observation. They have promising characteristics for the study of soils and vegetation cover, and their data can be applied for land use/cover (LULC) mapping. To this end, neural networks have shown good results in pattern recognition tasks in orbital images. In this sense, the study aimed to evaluate the use of Sentinel 2 (ESA) image for LULC mapping in the Cerrado Biome, through the application of artificial neural network methodology. Among the classes of use and occupation examined, 8 classes were selected, 4 of which were natural (water bodies, savanna, forest and field formation) and 4 anthropic (Pasture, Urban areas, Silviculture and Seasonal Crop). The classification system by artificial neural network (ANN) was considered successful, with thematic accuracy (Kappa coefficient) of 0.77. Although there are still some thematic confusions during the classification process, the classification results were considered superior when compared to the MaxVer classifier. The Sentinel-2 image, together with the use of a neural network, was shown a good input for carrying out this type of mapping.Key words: Orbital Remote Sensing System, Supervised Classification Techniques, LULC classes

Object-oriented classification in association with accumulated reflectance and data mining tools

O objetivo deste trabalho foi utilizar as técnicas de reflectância acumulada e mineração de dados, seguidas por classificação orientada a objeto, em imagens do sensor Operational Land Imager (OLI), satélite Landsat 8, para a classificação de vegetação nativa e cobertura agropecuária do Cerrado. Quatro imagens de reflectância foram utilizadas para a discriminação de seis classes – agricultura, pecuária, campo limpo úmido, savana, floresta e campo –, para a classificação do Parque Nacional das Emas, no Estado de Goiás, e adjacências. As imagens foram segmentadas para a extração de atributos espectrais de amostras e a aplicação de combinações de atributos (média + moda, todos os atributos) na mineração de dados. O programa Weka foi utilizado para a construção das árvores de decisão. Essa metodologia indicou que a diferenciação entre alvos aumentou a partir da acumulação temporal da reflectância, em todas as bandas e as classes, e a melhor imagem foi aquela do somatório das quatro datas. A classificação baseada na associação de atributos média + moda não apresentou impedimentos no processamento das regras de decisão, diferentemente da associação de todos os atributos. A classificação média + moda apresentou acurácia satisfatória (exatidão global, 69%; Kappa, 58%; e TAU,  63%). A integração dessas técnicas apresenta potencial para a diferenciação de vegetação nativa e antrópica do Cerrado.The objective of this work was to use the accumulated reflectance technique and data mining application, followed by object-oriented classification, in images of Operational Land Imager (OLI) sensor, Landsat 8, for the classification of native vegetation and agricultural coverage of Cerrado. Four reflectance images were used for the discrimination of six classes – agriculture, livestock, wetland, savannah, forest, and grassland –, for classification of Parque Nacional das Emas and surrounding areas in the state of Goiás, Brazil. The images were segmented for the extraction of sample spectral attributes and application of attribute combinations (mean + mode, all attributes) on data mining. The Weka software was used to construct the decision trees. This methodology indicated that the differentiation among targets increased from the temporal accumulation of the reflectance in all bands and classes, and that the optimal image was that of the sum of the four dates. The classification based on the attribute associations mean + mode showed no restraints in the decision rules processing, unlike the association of all attributes. The mean + mode classification showed a satisfactory accuracy (global accuracy, 69%; Kappa, 58%; and TAU, 63%). The integration of these techniques shows potential to differentiate native and anthropogenic vegetation in the Cerrado

ANALYSIS OF THE EFFECTS OF ATMOSPHERIC CORRECTION ON ORBITAL IMAGES FOR STUDIES IN INTERIOR WATER BODIES

The water reservoirs, in addition to their significance in electricity generation, serve as vital resources for various other requirements of the population. Images from orbital sensors have been applied to complement the monitoring of these environments and thus overcome the deficiency of spatial and temporal coverage of traditional techniques. However, studies involving water quality are still a great challenge due to the low signal coming from the water body and the interference of external factors (or environmental factors). Image correction/improvement procedures are often proposed, mainly to reduce atmospheric interference. In this study the best available atmospheric correction techniques were evaluated in order to indicate the technique that most closely matches the spectral response of remotely sensed images obtained in the field. During the study six atmospheric correction algorithms were applied (FLAASH, Second simulation of a Satellite Signal in the Solar Spectrum (6S), L8SR, Aquatic Reflectance (NASA/USGS), ACOLITE and Sen2Cor) that, based on the statistical analysis of discriminant analysis and covariance, indicated the 6S for Landsat and Sentinel images and ACOLITE for Landsat images as the most accurate. Although 6S showed a response close to the reference data, low variability in spectral response was observed. For time series, ACOLITE showed better capacity to correct the data. The type of application is also a preponderant factor, since it was evident that the use of time series indicated a different atmospheric correction technique when compared to the analysis of the scenes individually