Câmeras multi e hiperespectral aerotransportadas : contribuições para monitoramento de qualidade de águas continentais

Detalhes bibliográficos
Autor(a) principal: Olivetti, Diogo
Data de Publicação: 2019
Tipo de documento: Tese
Idioma: por
Título da fonte: Repositório Institucional da UnB
Texto Completo: https://repositorio.unb.br/handle/10482/37473
Resumo: Tese (doutorado)—Universidade de Brasília, Instituto de Geociências, Pós-Graduação em Geociências Aplicadas, 2019.
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spelling Olivetti, DiogoMartinez, Jean-MichelRoig, Henrique Llacer2020-04-14T12:38:23Z2020-04-14T12:38:23Z2020-04-142019-08-16OLIVETTI, Diogo. Câmeras multi e hiperespectral aerotransportadas: contribuições para monitoramento de qualidade de águas continentais. 2019. 144 f., il. Tese (Doutorado em Geociências Aplicadas)—Universidade de Brasília, Brasília, 2019.https://repositorio.unb.br/handle/10482/37473Tese (doutorado)—Universidade de Brasília, Instituto de Geociências, Pós-Graduação em Geociências Aplicadas, 2019.O monitoramento de qualidade da água é crucial para manter a conservação dos recursos hídricos oceânicos, costeiros e continentais. De modo geral, o monitoramento convencional de águas continentais de superfície é feito por amostragens pontuais, que se limitam a representar uma variabilidade espacial dos seus parâmetros. No intuito de complementar essa deficiência, técnicas de Sensoriamento Remoto pelo uso de imagens de sensores orbitais vêm sendo aplicadas para mapear alguns desses parâmetros, principalmente os Componentes Opticamente Ativos (COAs) – Sólidos Suspensos Totais (TSS), Clorofila-a (Chl-a) e Matéria Orgânica Dissolvida Colorida (CDOM). No entanto, a maioria dos sensores orbitais disponíveis possui ao menos uma limitação para o monitoramento dos COAs em relação às resoluções espectral, espacial e temporal. Além disso, todos os sensores orbitais estão sujeitos a perturbações atmosféricas, principalmente nos períodos de chuva, justamente quando o carreamento de sedimentos é mais intenso. Correções atmosféricas ainda apresentam limitações para aplicações em imagens de satélite no monitoramento de águas continentais. Nesse contexto, o objetivo deste trabalho foi testar a potencialidade de plataformas aerotransportadas, tripuladas e não tripuladas, com câmeras de pequeno porte multi e hiperespectrais de diferentes sistemas de geometria de aquisição de imagem, frame e pushbroom, para o monitoramento dos COAs em águas continentais. Duas câmeras multiespectrais foram testadas. A primeira foi a Tetracam MINI-MCA6, de frame, que permite um arranjo de 6 bandas por meio de um conjunto de filtros que cobre uma fração da faixa do espectro entre 400 a 1150 nm. A segunda é a câmera Parrot Sequoia, de frame, que possui quatro bandas nas faixas dos espectros do verde, vermelho, red-edge e infravermelho próximo. A hiperespectral é a câmera Headwall Nano- Hyperspec, pushbroom, de 276 bandas entre 400 a 1000 nm. Diversas campanhas de aerolevantamentos com essas plataformas foram feitas em corpos hídricos de diferentes biomas brasileiros: reservatórios hídricos do cerrado (Paranoá e Corumbá IV), águas dos rios Negro e Solimões e igarapés da Amazônia, tanques de piscicultura no entorno do Distrito Federal e ainda sobre a bacia do Rio Paraopeba, estas últimas no intuito de monitorar a carga de TSS após o rompimento da barragem de rejeitos em Brumadinho (MG). Dados in situ radiométricos, de propriedades ópticas da água e de COAs foram obtidos conjuntamente para calibrar as imagens, avaliar sua precisão radiométrica e gerar modelos Bio-Ópticos de estimativa dos COAs. Os resultados demonstraram que essas plataformas foram eficazes para o monitoramento de TSS e Chl-a em águas continentais, e superam as limitações de correções atmosféricas de imagens de sensores orbitais. Ademais, recomenda-se que uma câmera de pequeno porte ideal para o monitoramento dos COAs deve possuir bandas nos comprimentos de onda do espectroeletromagnético de: 750 a 950 nm para TSS; 670 a 680nm, 700 a 725 e ~750 nm para Chl-a, e ~440, 570 e 655 para CDOM. Ainda se relata que, diferente de pushbroom, as câmeras frame possuem limitações para cobrir corpos hídricos continentais de grande tamanho, como grandes rios e reservatórios, devido à dificuldade de construção de ortomosaico das imagens em áreas homogêneas pelos softwares de processamentos de imagens baseados em fotogrametria. Por fim, diante da variabilidade de Veículos Aéreos Não Tripulados (VANT), este trabalho procura indicar plataformas aerotransportadas ideais para o monitoramento de qualidade de águas continentais.Water quality monitoring is crucial for ocean, coastal and continental water resources conservation. In general, the conventional monitoring of surface continental waters is made by point sampling, which is limited by the spatial variability of its parameters. In order to complement this deficiency, Remote Sensing techniques using satellite images are used for monitoring some water quality parameters, especially the Optical Active Components (OACs) - Total Suspended Solids (TSS), Chlorophyll-a (Chl-a) and Colored Dissolved Organic Matter (CDOM). However, most of the available orbital sensors have at least one type of limitation for inland water quality monitoring related to their spectral, spatial, and temporal resolutions. Moreover, all orbital sensors are subject to atmospheric disturbances, especially during rainy periods, precisely when sediment transport is more intense. In addition, atmospheric correction is still a major challenge for inland water quality monitoring using satellite images. In this context, the objective of this work was to test the potentiality of manned and unmanned airborne platforms with small multi and hyperspectral cameras of different image acquisition geometry system - frame and pushbroom- for the monitoring of COAs in continental waters. Two multispectral cameras were tested. The first was the Tetracam MINI-MCA6 frame system, which allows a 6-band arrangement through a filter set that covers a fraction of the spectrum range between 400 to 1150 nm. The second is the Parrot Sequoia frame camera, which has four bands in the green, red, red-edge and near infrared spectrum ranges. The third, is the 276-band, in the range between 400 and 1000nm, pushbroom Nano-Hyperspec Headwall hyperspectral camera. Several aerial surveys with these platforms were carried out on water bodies from different Brazilian biomes: Cerrado water reservoirs (Paranoá and Corumbá IV), waters of the Negro and Solimões rivers and Amazon streams, pisciculture ponds around the Federal District and even on the Paraopeba River basin, the latter in order to monitor the TSS load after the tailings dam rupture in Brumadinho (MG). Radiometric in situ data, water optical properties and COAs were obtained simultaneously to calibrate the images, evaluate their radiometric accuracy and generate Bio-Optical COAs estimation models. The results showed that these platforms were effective to monitor TSS and Chl-a in continental waters, and overcomes the limitations of atmospheric correction of orbital sensor images. In addition, it is recommended that the ideal small camera for water quality monitoring should have bands on the wavelengths ranges of: 750 to 950 nm for TSS; 670 to 680nm, 700 to 725 and ~ 750 nm for Chl-a, and ~ 440, 570 and 655 for CDOM. It is also reported that, unlike pushbroom cameras, frame cameras have limitations when covering large continental water bodies, such as large rivers and reservoirs, due to the difficulty of orthomosaic image construction in homogeneous areas by photogrammetry-based image processing software. Finally, given the variability of Unmanned Aerial Vehicles (UAV), this thesis seeks to specify ideal airborne platforms for the monitoring of continental water quality.A concessão da licença deste item refere-se ao termo de autorização impresso assinado pelo autor com as seguintes condições: Na qualidade de titular dos direitos de autor da publicação, autorizo a Universidade de Brasília e o IBICT a disponibilizar por meio dos sites www.bce.unb.br, www.ibict.br, http://hercules.vtls.com/cgi-bin/ndltd/chameleon?lng=pt&skin=ndltd sem ressarcimento dos direitos autorais, de acordo com a Lei nº 9610/98, o texto integral da obra disponibilizada, conforme permissões assinaladas, para fins de leitura, impressão e/ou download, a título de divulgação da produção científica brasileira, a partir desta data.info:eu-repo/semantics/openAccessCâmeras multi e hiperespectral aerotransportadas : contribuições para monitoramento de qualidade de águas continentaisinfo:eu-repo/semantics/publishedVersioninfo:eu-repo/semantics/doctoralThesisSensoriamento remotoVeículos aéreos não tripulados (VANTs)Água - qualidadeÁguas continentaisComponentes opticamente ativosClorofilaMatéria orgânica do soloporreponame:Repositório Institucional da UnBinstname:Universidade de Brasília (UnB)instacron:UNBORIGINAL2019_DiogoOlivetti.pdf2019_DiogoOlivetti.pdfapplication/pdf14503044http://repositorio2.unb.br/jspui/bitstream/10482/37473/1/2019_DiogoOlivetti.pdf6311522f985faa8bbee06d0fba29039cMD51open accessLICENSElicense.txtlicense.txttext/plain671http://repositorio2.unb.br/jspui/bitstream/10482/37473/2/license.txtbacfee268cc5d4f6aaa2e6e0066d38f5MD52open access10482/374732023-07-10 10:24:03.966open accessoai:repositorio2.unb.br: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Biblioteca Digital de Teses e DissertaçõesPUBhttps://repositorio.unb.br/oai/requestopendoar:2023-07-10T13:24:03Repositório Institucional da UnB - Universidade de Brasília (UnB)false
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