Geoprocessing of digital elevation models for mapping plan curvature in watersheds

Este trabalho tem o objetivo de desenvolver e avaliar um procedimento de análise de Modelos Digitais de Elevação (MDE) com Sistemas de Informação Geográfica (SIG) para mapeamento da curvatura horizontal. O método baseia-se em janelas móveis aplicadas sobre a imagem de orientação de vertentes, derivada do MDE. Os testes envolveram dados de seis microbacias de diferentes tipos de relevo, krigados a partir de curvas de nível de mapas publicados. O cálculo de curvatura horizontal programado demandou a resolução espacial como uma das entradas, de modo a resultar em valores absolutos comparáveis, com diferença de oângulo de azimute por distância horizontal (/m) como unidade. A sobreposição dos resultados calculados em cada passagem da janela móvel, orientada nas direções dos oito pixels vizinhos em cada posição da janela, foi coordenada em octantes, de acordo com a classe de orientação das vertentes. A interpretação visual de resultados numéricos aliado ao reconhecimento de formas conhecidas de relevo subsidiou o estabelecimento de limiares arbitrários de curvatura para uma classificação das vertentes (convergentes, retilíneas e divergentes). _________________________________________________________________________________ ABSTRACTThis study aims the description and evaluation of a simple approach to map plan curvature from Digital Elevation Models (DEM) with common tools of Geographical Information Systems (GIS). This method is based on the application of a local 3x3 pixel moving window on the aspect image, derived from the DEM. The testes used data kriged from contour lines of published maps of six watersheds from different terrain types. The curvature calculation required the DEM spatial resolution as one of the inputs, so oas to calculate a comparable absolute value, with slope azimuth angle per horizontal distance (/m) as unit. The classification of slope direction in octants was used to control the overlapping of the curvature results, calculated towards the eight neighbor pixels of each windowed position. The placement of boundaries with guidance from visual analysis of known slope forms assisted the establishment of arbitrary curvature thresholds for the slope curvature classes (convergent, divergent and rectilinear)

MODIS NDVI, EVI and NDWI time series for cotton phenological characterization

O desenvolvimento e a competitividade do setor agrícola brasileiro estão atrelados aos avanços tecnológicos e eficiência na alocação dos recursos. A utilização de dados de sensores orbitais destaca-se como ferramenta para o acompanhamento dos cultivos, a avaliação dos sistemas de produção e a previsão de safra. Esse potencial dos sensores orbitais foi impulsionado pelos avanços da resolução temporal, destacando-se o sensor Moderate Imaging Spectroradiometer (MODIS). O presente trabalho teve como objetivo caracterizar os estádios fenológicos do algodão no Cerrado utilizando séries temporais de NDVI, EVI e NDWI do sensor MODIS. A utilização efetiva dessas séries temporais mostra-se dependente do tratamento dos ruídos. O emprego conjunto do filtro de mediana e da transformação inversa da Fração Mínima de Ruído (FMR) apresentou-se como eficiente alternativa para o tratamento dos ruídos. Os comportamentos médios anuais de NDVI, EVI e NDWI evidenciam uma variação sazonal que caracterizam os estágios fenológicos da cultura do algodão. ____________________________________________________________________________________ ABSTRACTThe development and competitiveness of the Brazilian agricultural sector are coupled to technological advances and efficiency in resource allocation. The use of orbital sensor data stands as an important tool for the crops monitoring, production system evaluation and forecasting. This potential was driven by the improving of the temporal resolution specially the Moderate Imaging Spectroradiometer (MODIS). This work aimed to characterize the phenological stages of cotton in the Cerrado biome using MODIS NDVI, EVI and NDWI time series. However, the effective utilization of this time series is dependent of the noise reduction. The employment of the median filter and inverse transformation of Minimum Noise Fraction (MNF) proved to be efficient as noise reduction procedures. The annual average temporal behavior of NDVI, EVI and NDWI show a seasonal variation that characterizes the phenological stages of the cotton crops. Beyond this phenological characterization, the procedures presented can support the regional production arrangements, energetic fluxes monitoring and evaluation of production system efficiency

Modis time series applied to crop succession of soybean (Glycine max (L.) Merril) and maize (Zea mays L.) in no-tillage system

Os sensores orbitais com alta resolução temporal proporcionam identificar as etapas fenológicas dos cultivos agrícolas. O presente artigo teve como objetivo analisar séries temporais do sensor Moderate Imaging Spectroradiometer (MODIS) para a descrição das sucessões soja-milho e milho-soja em sistema de plantio direto. As imagens utilizadas são os produtos de reflectância de superfície composição de oito dias (MOD09), contendo sete bandassobre um período de 12 anos (200-2011). A metodologia adotada pode ser subdividida nas seguintes etapas: (a) eliminação dos ruídos das séries temporais a partir da combinação do filtro de mediana com a Fração Mínima de Ruido (FMR), (c) elaboração dos índices de vegetação Normalized Difference Vegetation Index (NDVI); Enhanced Vegetation Index (EVI) e Normalized Difference Water Index (NDWI); (c) análise estatística com o propósito de identificar a correspondência das séries temporais com as fases de sucessão de culturas soja e milho. Os dados temporais NDVI, EVI, e NDWI apresentam respostas sazonais para o cultivo de sucessão de milho-soja e soja-milho, mostrando-se consistentes com a fenologia das culturas. Os perfis temporais tratados evidenciaram os comportamentos ao longo do tempo, sendo que a soja como primeira cultura apresentou maiores valores para todos os índices avaliados. A soja apresentou em média um ciclo de 143 dias, com início da semeadura em 23 de outubro. O ciclo produtivo médio do milho como cultura principal foi 127 dias, com início em 08 de novembro. _________________________________________________________________________________ ABSTRACTThe orbital sensors with high temporal resolution allowed improvements in the phonological stages characterization. This paper aimed to analyze time series from Moderate Imaging Spectroradiometer (MODIS) sensor for the soybeancorn and corn-soybean succession in no-tillage system. The images used are the MODIS surface reflectance 8-day composite products (MOD09), containing seven-band over a 12-year period (2000-2011). The methodology can be subdivided into the following steps: (a) noise elimination of time series combining the median filter with a Minimum Noise Fraction (MNF); (c) application of vegetation indices: Normalized Difference Vegetation Index (NDVI), Enhanced Vegetation Index (EVI) and Normalized Difference Water Index (NDWI); and (c) statistical analysis in order to identify the correspondence of the time series with the phases of crop rotation soybeans and corn. EVI, NDVI and NDWI temporal profiles show seasonal responses to crop succession of corn-soybeans and soybeans- corn. Temporal signatures were consistent with the general phenological characteristics. The smoothed temporal profiles evidenced the behavior through the time and that the soybean as first crop showed the highest values for all vegetation indices evaluated. The soybean had an average 143-days cycle, beginning in October 23th. The average productive cycles of the maize as main crop were 127-days, starting in November 8th

Ecologia da paisagem voltada para o manejo de avifauna

A análise da paisagem, mais especificamente a ecologia da paisagem permite estabelecer uma base de estudo para compreendermos os impactos humanos na fragmentação da vegetação e na distribuição e conservação das aves. Os estudos de fragmentação da vegetação exploram as várias áreas de conhecimento, sendo um deles o impacto da fragmentação na distribuição das espécies. Para se fazer às análises de fragmentação e de distribuição existem duas ferramentas muito importantes que são ouso de imagens de satélite para a análise da vegetação e o uso do sistema de informações geográficas (SIG) para as análises de distribuição das espécies e dos fragmentos de vegetação. Com esta base teórica e com as ferramentas necessárias, é possível se obter informações importantes e conhecimento sobre as causas da fragmentação e suas conseqüências além de podermos utilizar este conhecimento para fazermos estudos de conservação da natureza para manutenção da biodiversidade e manejo e manutenção de espécies ameaçadas. _________________________________________________________________________________ ABSTRACTThe Landscape Analysis, more specifically Landscape Ecology, provides the basic knowledge necessary in order to understand the human impacts on forest fragmentation and on the distribution and conservation of bird species. The study of forest fragmentation has been explored in many fields, including the study of forest fragmentation and its impacts on the distribution of bird populations. There are two main resources that are used to help in the analysis, the use of satellite images to visualize the forest fragmentation and the use of geographic information systems (GIS)for the species distribution analysis. With the basis background knowledge and the necessary tools, one is able to predict the causes of forest fragmentation and its consequences, as well as being able to use these predictions to study biodiversity and conservation of endangered species

Identificação regional da Floresta Estacional Decidual na bacia do Rio Paranã a partir da análise multitemporal de imagens MODIS

A bacia hidrográfica do rio Paranã possui um dos maiores fragmentos da Floresta Estacional Decidual no Brasil, também chamada de Mata Seca. Esse tipo de vegetação apresenta-se bastante fragmentada principalmente pela exploração seletiva de madeira e ampliação de áreas destinadas à pastagem, o que torna necessário estudos para compreensão de sua dinâmica e manutenção de sua diversidade, cuja flora é muitas vezes endêmica. Nesse sentido, o presente trabalho teve como objetivo definir um método de identificação regional da Mata Seca na bacia hidrográfica do rio Paranã. Devido ao comportamento sazonal desse tipo de vegetação foi utilizada na sua detecção uma seqüência temporal de imagens do índice NDVI do sensor MODIS. A metodologia pode ser subdividida nas seguintes etapas: (a) confecção de um cubo 3D relativo à série de imagens temporais do índice NVDI, (b) tratamento do ruído presente no espectro do NDVI multitemporal utilizando o método Minimum Noise Fraction (MNF) e (c) análise do espectro do NDVI multitemporal com a formulação de um índice com o propósito de realçar a presença da Mata Seca. A Mata Seca apresenta um comportamento espectral do NDVI multitemporal típico com os valores mais altos na época de chuva e mais baixos na época de estiagem, diferenciando-se dos demais tipos de vegetação. O método de detecção de mudança pela subtração permitiu realçara a localização da ocorrência de Mata Seca. Desta forma, a metodologia adotada mostrou-se eficaz para a delimitação regional da Mata Seca.Paranã river basin has one of the major fragments of Decidual Seasonal Forest in Brazil. This vegetation is widely fragmented due to the selective wood exploitation and the growth of pasture areas, what justifies the development of studies in order to understand its dynamics and preserve its diversity. Thus, the present study aimed at defining a method for regional identification of the Deciduous Forest in the Paranã river basin. The deciduous forest has a typical phenological cycle in comparison with other savanna physiognomies. Due these characteristics, a temporal series of normalized difference vegetation index (NDVI) images of the MODIS sensor was used for its detection. The adopted methodology may be subdivided into the following steps: (a) elaboration of the 3D cube of NDVI images, where the z profile corresponding to temporal signature or NDVI spectrum, (b) noise elimination using the Minimum Noise Fraction (MNF) transformation, and (c) NDVI temporal variability examination of deciduous forest vegetation, with the establishment of the best NDVI band applied in the vegetation index differencing method. The Deciduous Forest presents a typical NDVI spectral behaviour, with higher values in the raining season and lower values in the dry season, what makes this kind of vegetation different from others. The employment of a changing detection algorithm between two images: one for the dry season and the other for the raining season enhances the localization of the Decidual Seasonal Forest. So, the methodology has proved to be effective for regional delimitation of Deciduous Forests considering the MODIS sensor. Considering the changing detection method, Deciduous Forest region is characterized by presenting NDVI alteration values

Improvement of Methods and Techniques that Subsidize the Analysis of Land Use Changes Over Time

Both natural evolution and human activities result in changes in natural resources and in the terrestrial environment. Observation of the temporal and spatial level of the Earth allows us to understand the interrelationship of the phenomena that cause these changes. The studies carried out in this sense vary according to the need of the researchers and the object to be studied. There is a need to work with a large amount of time in a temporal series of multispectral images in order to obtain more detailed data of the space changes over time. This work aims to contribute to the area of geoprocessing regarding the improvement of methods and techniques that subsidize the analysis of land use changes over time. For this purpose, an approach was proposed in order to allow the analysis of an image with -bands, in -times simultaneously, so the time dimension was added to the model of a common three-dimensional digital image (lines, columns and bands), making it four-dimensional (lines, columns, bands and times). New multispectral and multitemporal data storage formats (TBSQ, TBIL, TBIP) were produced, to test them was developed a two-stage prototype. The first version of the prototype consumed a considerable time to execute the tests, leading to the need for improving the prototype. In the second version of the prototype, a multi-pointer technique was implemented, which brought significant performance gains to the initial version.Tanto a evolução natural quanto as atividades humanas acarretam em alterações nos recursos naturais e no meio ambiente terrestre. A observação a nível temporal e espacial da Terra nos permite entender o inter-relacionamento dos fenômenos causadores dessas mudanças. Os estudos realizados neste sentido variam de acordo com a necessidade dos pesquisadores e do objeto a ser estudado. Existe a necessidade de se trabalhar com uma grande quantidade de tempos em uma série temporal de imagens multiespectrais a fim de obter dados mais detalhados das mudanças do espaço no decorrer do tempo. O objetivo deste trabalho é contribuir com a área de geoprocessamento no que se refere ao melhoramento de métodos e técnicas que subsidiem as análises de mudanças de uso do solo ao longo do tempo. Para isso, uma abordagem foi proposta a fim de possibilitar a análise de uma imagem com -bandas, em -tempos simultaneamente, para isso a dimensão tempo foi agregada ao modelo de uma imagem digital comum, tridimensional (linhas, colunas e bandas), tornando-a quadridimensional (linhas, colunas, bandas e tempos). Foram elaborados novos formatos de armazenamento de dados multiespectrais e multitemporais (TBSQ, TBIL, TBIP), para testá-los, foi desenvolvido um protótipo em duas etapas. A primeira versão do protótipo consumiu um considerado tempo na execução dos testes, levando à necessidade de aprimoramento do protótipo. Na segunda versão do protótipo foi implementada uma técnica de multi-ponteiros, o que trouxe ganhos significativos de performance

Identificação das assinaturas temporais NDVI das principais fisionomias da região do Ecomuseu do cerrado

A Savana brasileira, conhecida como Cerrado, é o principal tipo de vegetação no Brasil Central, cobrindo aproximadamente 23% do território nacional. É formado por um mosaico de coberturas como campestres, arbustiva e florestal, e apresenta uma fenologia típica, resultante da variação pluviométrica e alta dependência geobotânica nesta região. Imagens adquiridas na mesma área em tempos diferentes representam uma valiosa fonte de informação para o monitoramento regular da superfície terrestre, permitindo descrever a evolução da cobertura da terra, fenologia da vegetação entre outros. Desta forma, o objetivo deste trabalho é identificar as assinaturas temporais do cerrado na região do Ecomuseu do Cerrado através do processamento de série temporal de imagens MODIS. A metodologia pode ser subdivida nas seguintes etapas: (a) elaboração do cubo das imagens de NDVI, onde o perfil “Z” corresponde à assinatura temporal do NDVI, (b) eliminação do ruído utilizando a transformação Mininum Noise Fraction (MNF), e (c) análise da assinatura temporal do NDVI. O estudo concluiu que o NDVI é útil na diferenciação entre os tipos de vegetação do Cerrado. A formação florestal apresentou os maiores valores de NDVI entre os perfis temporais, além da menor variação entre as estações. ________________________________________________________________________________________ ABSTRACTThe Brazilian Savanna, known as Cerrado, is the main vegetation type in Central Brazil, covering approximately 23% of the national territory. The Cerrado is formed by a mosaic of land cover types such as grassland, shrubland and woodland, and shows a typical phenology, due to the pluviometric variation and high geobotanical dependence. Images acquired on the same area at different times represent a valuable source of information for a regular monitoring of the earth’s surface that enables to describe the land-cover evolution, vegetation phenology, among others. Thus, the scope of the paper is to identify temporal signatures of the Cerrado in the Ecomuseu do Cerrado region by image processing of MODIS time series. The adopted methodology may be subdivided into the following steps: (a) elaboration of the NDVI images cube, where the z profile corresponding to NDVI temporal signature, (b) noise elimination using the Minimum Noise Fraction (MNF), and (c) NDVI temporal signature analysis. The study concluded that the NDVI series is useful in differentiation among Cerrado vegetation types. The forest formation showed the higher NDVI values among the temporal profiles and lower variation between seasons

ANÁLISE DOS FRAGMENTOS FLORESTAIS NA BACIA DO RIO GRANDE (BA), UTILIZANDO IMAGENS ALOS E MODELAGEM MATEMÁTICA, COMO FORMA DE SUBSIDIAR O PLANEJAMENTO DA ÁREA.

The West Region of Bahia state had a strong expansion of the agricultural sector since the 1970s, completely changing the natural landscape. This rapid change and intense land use has produced impacts in the permanent preservation areas (APP) and native vegetation fragmentation. This work aims to evaluate the permanent preservation areas of rio Branco basin, identifying areas with soil misuse, but also to verify the effects of forest fragmentation. In this work, were used panchromatic sensor PRISM / ALOS images with high spatial resolution (2.5 meters), acquired in 2008. The methodology can be subdivided into the following steps: (a) ALOS image processing, (b) elaboration of land use map, (c) delimitation of permanent preservation areas, and (d) calculation of metrics fragments of native vegetation. To calculate metric fragments was utilized FRAGSTATS software considering two scenarios: (a) current situation, and (b) with the preserved APP. The total APP area is 583.59 km ², in which 48.28 km² was soil misuse. Considering the ideal scenario with the total APPs area being preserved, the forest area presents the follow changes: (a) the number of fragments decreases from 338 to 187 and (b) the average size of the fragments increase significantly.A região do Oeste do estado da Bahia teve uma forte expansão do setor agropecuário desde a década de 1970, modificando totalmente a paisagem natural. Essa mudança rápida e intensa no uso da terra tem produzido impactos nas áreas de preservação permanente (APP) e fragmentação da vegetação nativa. O presente trabalho possui como objetivo avaliar na bacia do rio Branco as áreas de preservação permanente, detectando as áreas com uso indevido, como também verificar o grau de fragmentação da vegetação. No presente trabalho foram utilizadas imagens pancromáticas do sensor PRISM/ALOS de alta resolução espacial (2,5 metros), referentes ao ano de 2008. A metodologia pode ser subdividida nas seguintes etapas: (a) processamento das imagens ALOS; (b) confecção do mapa do uso da Terra; (c) delimitação das áreas de preservação permanente; e (d) cálculo das métricas dos fragmentos da vegetação nativa. Para o cálculo das métricas dos fragmentos foi utilizado o programa FRAGSTATS considerando dois cenários: (a) situação atual, e (b) com as APPs preservadas. A área de APP identificada é de 583,59 km², na qual foi constatado uso inadequado em 48,28 km². Considerando o cenário ideal com as APPs preservadas observa-se uma melhora da fragmentação com: (a) diminuição do número de fragmentos de 338 para 187 e (b) significativo aumento do tamanho médio dos fragmentos