O estudo do comportamento espectral de culturas agrícolas, por meio da radiometria de campo, contribui para a obtenção de uma maior precisão nos modelos gerados pelo sensoriamento remoto, quando utilizados na estimativa e análise de variáveis agronômicas de culturas. Tendo em vista que os sensores a bordo de satélites podem adquirir imagens sob diferentes ângulos de visada e em diferentes horários de passagem, torna-se necessário o conhecimento do efeito dessas variáveis sobre a resposta espectral das culturas. A presente pesquisa teve como objetivo avaliar a influência de três ângulos de visada (0º, 30º e 45º) e três horários de medição (10 horas, 12 horas e 14 horas), o que implica em diferentes ângulos de elevação solar, na resposta espectral da cultura de feijão, como também nas relações entre o índice de área foliar (IAF) e o Índice de Vegetação Diferença Normalizada (NDVI). O experimento foi conduzido na "Fazenda Areão", pertencente à Escola Superior de Agricultura 'Luiz de Queiroz' (ESALQ/USP), Piracicaba, SP, de março a junho de 2005. O delineamento experimental foi o de blocos ao acaso, com parcelas subdivididas, constituído de três blocos, três tratamentos primários referentes aos horários de leitura e três tratamentos secundários relacionados ao ângulo de visada. Foram realizadas nove campanhas de medição no campo, com o espectroradiômetro SPECTRON SE-590. Dos fatores de reflectância (FR) determinados, simularam-se as bandas TM3 e TM4 e, a partir destes, foram gerados os índices de vegetação. De acordo com os resultados obtidos, concluiu-se que a variação do horário de medição não proporcionou variação significativa sobre os valores do FR nas bandas TM3 e TM4. Já a variação do ângulo zenital de visada influenciou significativamente, ao nível de 5 % de probabilidade, o FR nas bandas TM3 e TM4, para todos os dias de leitura. Quanto às relações IAF e NDVI, o modelo linear apresentou melhores ajustes, estatisticamente significativos (p≤0,05). / The study of the spectral behavior of crops, through field radiometry, contributes to a better precision in models generated by remote sensing, when they are used to estimate and analyze crops’ agronomic variables. Once sensors aboard of satellites are able to acquire images under different viewing angles and at different times of the day, it is necessary to understand the effect of such variables on the crops’ spectral response. The objective of this research was to evaluate the influence of the viewing angles (0º, 30º and 45º) and three radiometric acquisition times (10:00 a.m, 12:00 a.m and 2:00 p.m), related to different sun elevation angles, on the spectral behavior of bean crop, as well as on the relationship between Leaf Area Index (LAI) and Normalized Difference Vegetation Index (NDVI). The experiment was installed in the "Fazenda Areão", of the ESALQ/USP, in Piracicaba, SP, from March to June, 2005. The experimental design was the randomized blocks, with split plots, with three blocks, three primary treatments (acquisition times) and three secundary treatments (viewing angles). Nine field campaigns were carried out with the SPECTRON SE-590 spectroradiometer. Bands TM3 e TM4 were simulated from the determined reflectance factors and, with these bands, vegetation indices were generated. According to the results, it was concluded that the variation on acquisition time did not lead to a significant variation on the reflectance factors in the TM3 and TM4 bands. On the other hand, the variation in the viewing angle significantly affected (p≤0,05) the reflectance factor in the TM3 and TM4 bands, for every day of measurement. Regarding the relationships between LAI and NDVI, the linear model showed the best fit (p≤0,05).

The building of reservoirs for energy generation and water flow control generated river environmental changes as well as modifications on fluvial environment. In such context, remote sensing is a tool that enables spatial analysis and temporal aquatic environmental information acquisition. This research present a study on water spectral behavior in Passo Real reservoir, that is located in the Jacuí River watershed, in Rio Grande do Sul state, Brazil. Such study aims to evaluate leading factors to water spectral differences. The methodology comprehends spectral data collection on field by the use of spectroradiometer in September 2008; orbital data collection by Landsat satellite image in April 2009 and limnological data in September 2008, February, April and June 2009 ( total of sediments in suspension (TSS), Chlorophyll-a (Chl-a), Secchi disk (SD), hydrogenionic potential (pH), electrical conductivity (EC), organic carbon (CO) and water temperature. Besides that, one realized a simulation of spectral answers based on limnological data. The results show that the distribution of limnological variables is in accordance with the times of the year and reservoir sections. One noticed that water transparency is in an inverse proportionality in relation to solids in suspension, taking into account that such variables are quite related to reservoir sections, mainly, to tributary that are close to dike areas. The presence of solids in suspension in the Jacuí River has mainly reflected in water reflectance that was observed in field specters and orbital data. However, correlations between limnological and field spectral data appeared to be less meaningful, once the best correlations were found between orbital and limnological data. Nevertheless, both groups of data (spectra field and orbital) exhibited the same trend to results. In sum, the use of field spectral and orbital data is an important tool that may be used as a possible solution for the analysis of reflectance appearance of the water and its relationship with limnological data. / A construção de reservatórios para fins de geração de energia ou controle de fluxo de água gera alterações em ambiente de rios e provoca modificações nas características do ambiente fluvial. Nesse contexto, o sensoriamento remoto é uma ferramenta que torna possível a aquisição de informações para análise espacial e temporal de ambientes aquáticos. Este trabalho apresenta o estudo sobre o comportamento espectral da água no reservatório Passo Real - RS, localizado na bacia hidrográfica do Rio Jacuí, a fim de avaliar os fatores condicionantes às diferenças espectrais na água. Para isso, a metodologia compreendeu a coleta de dados espectrais em campo com a utilização de espectroradiômetro no mês de setembro de 2008; dados orbitais a partir de imagem do satélite Landsat para o mês de abril de 2009 e de dados limnológicos para os meses de setembro de 2008, fevereiro, abril e junho de 2009 (total de sedimentos em suspensão (TSS), clorofila-a (Chl-a), disco de Secchi (DS), potencial hidrogeniônico (pH), condutividade elétrica (CE), carbono orgânico (CO) e temperatura da água). Além disso, realizou-se a simulação de respostas espectrais a partir dos dados limnológicos. Os resultados encontrados mostraram a distribuição das variáveis limnológicas de acordo com o período do ano e com os setores do reservatório. Observou-se que a transparência da água possui uma relação inversamente proporcional a presença de sólidos suspensos, sendo que estas variáveis estão bastante relacionadas aos setores do reservatório, principalmente nos afluentes e na área próxima ao dique. A presença de sólidos em suspensão no Rio Jacuí, principalmente, refletiu na reflectância da água observada nos espectros de campo e nos dados orbitais. Porém, as correlações entre dados limnológicos e os dados espectrais de campo se mostraram pouco significativas, sendo que as melhores correlações foram encontradas entre os dados orbitais e limnológicos. No entanto, os dois conjuntos de dados (espectros de campo e orbitais) demonstraram a mesma tendência para os resultados. Em síntese, a utilização de dados espectrais de campo e orbitais são ferramentas importantes e que podem ser utilizadas como soluções viáveis para a análise das feições de reflectância da água e sua relação com dados limnológicos.

Submitted by Irene Nascimento (irene.kessia@ufpe.br) on 2016-08-02T17:28:54Z No. of bitstreams: 2 license_rdf: 1232 bytes, checksum: 66e71c371cc565284e70f40736c94386 (MD5) 13_06_16_Guillou%2c A.N. - Versão Digital.pdf: 2609027 bytes, checksum: a4392d787b0a41afa298cb89e67877d8 (MD5) / Made available in DSpace on 2016-08-02T17:28:54Z (GMT). No. of bitstreams: 2 license_rdf: 1232 bytes, checksum: 66e71c371cc565284e70f40736c94386 (MD5) 13_06_16_Guillou%2c A.N. - Versão Digital.pdf: 2609027 bytes, checksum: a4392d787b0a41afa298cb89e67877d8 (MD5) Previous issue date: 2016-03-01 / capes / A análise da detecção de bordas das margens de grandes reservatórios de água utilizando imagens de diferentes resoluções espaciais, espectrais, radiométricas e temporais, constitui um problema complexo que requer o uso adequado de técnicas de processamento de imagens, a exemplo dos filtros de bordas e fusão de imagens. O desenvolvimento de novas técnicas de análise integrada de imagens orbitais do OLI LANDSAT-8 (Operational Land Imager- Land Remote Sensing Satellite-8), representa uma demanda a ser atendida no processamento de imagens. Um trecho das bordas do reservatório de Itaparica, entre os Estados Pernambuco e Bahia, constitui uma área de estudo para testes e experimentos de detecção de borda de valor estratégico diante da redução e recuo da lâmina de água, afetando a captação, navegação e uso e ocupação do solo ao redor das margens. Esta é a área de estudo do Projeto INNOVATE (INterplay between the multiple use of water reservoirs via inNOVative coupling of substance cycles in Aquatic and Terrestrial Ecosystems), envolvendo estudos sobre a qualidade da água e uso do solo. Como resultado deste trabalho foi realizada a aplicação de uma metodologia de leitura de pixels para a análise do comportamento espectral dos alvos de interesse e assim podendo gerar uma assinatura espectral para avaliar as melhores bandas a serem trabalhadas. Outro resultado obtido foi a análise espacial feita a partir do cálculo da distância Euclidiana, comparando a borda gerada pela segmentação por crescimento de regiões com as bordas geradas a partir da aplicação do filtro de detecção de borda de Sobel. A partir das análises realizadas, percebeu-se uma grande demanda em sensoriamento remoto, visto que os diferentes resultados motivam o estudo por novas pesquisas em busca de resultados mais precisos. / Edge detection analysis of large reservoirs by using images different spatial resolutions, spectral, radiometric and temporal, is a complex problem that requires the proper use of image processing techniques, such as the edges and merging filters images. The development of new techniques for integrated analysis of satellite images from Landsat-8 OLI (Operational Land Imager- Land Remote Sensing Satellite-8) represents a demand to be met in image processing. An excerpt from the Itaparica’s reservoir edge, between Pernambuco and Bahia, is a study area for testing and strategic value of edge detection experiments on the reduction and decrease of water depth, affecting the capture, navigation and use and land use around the edges. This is the study area of INNOVATE Project (Interplay between the multiple use of water reservoirs via innovative coupling of substance cycles in Aquatic and Terrestrial Ecosystems), involving studies on water quality and land use. As a result of this study, it was used a pixel reading methodology for analyzing the spectral behavior of targets of interest and sign may generate a spectral signature to evaluate the best bands to be worked. Another result was the spatial analysis from the calculation of the Euclidean distance, comparing the edge generated by growth targeting regions with the edges generated from the application of Sobel edge detection filter. Through these analyzes, a great demand was realized in remote sensing, since different results motivate new research study by looking for more accurate results.

O estudo do comportamento espectral de culturas agrícolas, por meio da radiometria de campo, contribui para a obtenção de uma maior precisão nos modelos gerados pelo sensoriamento remoto, quando utilizados na estimativa e análise de variáveis agronômicas de culturas. Tendo em vista que os sensores a bordo de satélites podem adquirir imagens sob diferentes ângulos de visada e em diferentes horários de passagem, torna-se necessário o conhecimento do efeito dessas variáveis sobre a resposta espectral das culturas. A presente pesquisa teve como objetivo avaliar a influência de três ângulos de visada (0º, 30º e 45º) e três horários de medição (10 horas, 12 horas e 14 horas), o que implica em diferentes ângulos de elevação solar, na resposta espectral da cultura de feijão, como também nas relações entre o índice de área foliar (IAF) e o Índice de Vegetação Diferença Normalizada (NDVI). O experimento foi conduzido na “Fazenda Areão”, pertencente à Escola Superior de Agricultura 'Luiz de Queiroz' (ESALQ/USP), Piracicaba, SP, de março a junho de 2005. O delineamento experimental foi o de blocos ao acaso, com parcelas subdivididas, constituído de três blocos, três tratamentos primários referentes aos horários de leitura e três tratamentos secundários relacionados ao ângulo de visada. Foram realizadas nove campanhas de medição no campo, com o espectroradiômetro SPECTRON SE-590. Dos fatores de reflectância (FR) determinados, simularam-se as bandas TM3 e TM4 e, a partir destes, foram gerados os índices de vegetação. De acordo com os resultados obtidos, concluiu-se que a variação do horário de medição não proporcionou variação significativa sobre os valores do FR nas bandas TM3 e TM4. Já a variação do ângulo zenital de visada influenciou significativamente, ao nível de 5 % de probabilidade, o FR nas bandas TM3 e TM4, para todos os dias de leitura. Quanto às relações IAF e NDVI, o modelo linear apresentou melhores ajustes, estatisticamente significativos (p≤0,05). / The study of the spectral behavior of crops, through field radiometry, contributes to a better precision in models generated by remote sensing, when they are used to estimate and analyze crops’ agronomic variables. Once sensors aboard of satellites are able to acquire images under different viewing angles and at different times of the day, it is necessary to understand the effect of such variables on the crops’ spectral response. The objective of this research was to evaluate the influence of the viewing angles (0º, 30º and 45º) and three radiometric acquisition times (10:00 a.m, 12:00 a.m and 2:00 p.m), related to different sun elevation angles, on the spectral behavior of bean crop, as well as on the relationship between Leaf Area Index (LAI) and Normalized Difference Vegetation Index (NDVI). The experiment was installed in the “Fazenda Areão”, of the ESALQ/USP, in Piracicaba, SP, from March to June, 2005. The experimental design was the randomized blocks, with split plots, with three blocks, three primary treatments (acquisition times) and three secundary treatments (viewing angles). Nine field campaigns were carried out with the SPECTRON SE-590 spectroradiometer. Bands TM3 e TM4 were simulated from the determined reflectance factors and, with these bands, vegetation indices were generated. According to the results, it was concluded that the variation on acquisition time did not lead to a significant variation on the reflectance factors in the TM3 and TM4 bands. On the other hand, the variation in the viewing angle significantly affected (p≤0,05) the reflectance factor in the TM3 and TM4 bands, for every day of measurement. Regarding the relationships between LAI and NDVI, the linear model showed the best fit (p≤0,05).

A obtenção de informações sobre áreas queimadas vem sendo estudada e aprimorada nas últimas décadas, a grande questão está baseada na aquisição de dados consistentes e detalhados sobre a ocorrência de queimadas de forma simples e eficaz. Diante disso, o sensoriamento remoto se apresenta como uma ferramenta de elevado de interesse, pois possibilita obter informações em áreas extensas e de difícil acesso, sendo possível a identificação de áreas queimadas em função do comportamento espectral das mesmas. Neste trabalho, o objetivo foi analisar o desempenho de índices espectrais na identificação de área queimada em imagens do satélite OLI/Landsat-8 em três regiões de cerrado Tocantinense. Para isso foram calculados os índices espectrais em imagens antes e depois do fogo, os quais utilizaram as bandas do vermelho e do infravermelho próximo: NDVI, MSAVI, SAVI, GEMI; e as bandas do infravermelho próximo e do infravermelho de ondas curtas: NBR, BAIMmod, MIRBImod. Posteriormente, foi calculada a diferença entre cada índice pré e pós-fogo: dNDVI, dMSAVI, dSAVI, dGEMI, dNBR, dBAIMmod e dMIRBImod. A partir desses índices, foram criadas seis diferentes composições (RGB) e que posteriormente foram segmentadas e classificadas de forma supervisionada para a extração da área de interesse (área queimada). Os resultados dessa classificação foram validados com os dados de referência obtidos através da interpretação visual de imagem, em que os métodos apresentaram semelhança entre si, havendo uma pequena diferença no desempenho dos métodos nas áreas estudadas, com uma porcentagem de acerto variando de 65,83 a 83,01% para a Área 1, de 62,9 a 76,3% para a Área 2 e de 85,54 a 92,46% na Área 3 e, segundo os valores Kappa obtidos, o desempenho dos métodos é classificado de muito bom a excelente. / Obtaining information on burned areas has been studied and improved in the last decades, and the biggest question is to acquire consistent and detailed information about the occurrence of burnings in a simple and effective way. In view of this remote sensing is a very interesting tool because it allows obtaining information in large areas and difficult to access. The identification of the areas burned by orbital data is directly related to their spectral behavior. The objective of this work was to analyze the performance of spectral indices in the identification of burned area in OLI / Landsat-8 satellite images to three areas of tocantinense Cerrado. For this the indexes for the before and after fire images were calculated, using bands of red and near infrared: NDVI, MSAVI, SAVI, GEMI and bands of near infrared and short wave infrared: NBR, BAIMmod, MIRBImod, as well as to calculate the difference between pre and post-fire index: dNDVI, dMSAVI, dSAVI, dGEMI, dNBR, dBAIMmod and dMIRBImod. From these indices, six different compositions (RGB) were created and later they were segmented and classified in a supervised way and soon after the extraction of the area of interest. The results of this classification were validated with the reference data obtained through the visual interpretation of the image, where the methods showed a great similarity between them, has been a small difference in performance of methods in the areas estudieds, wuth percentage of accuracy ranging from 65,83 to 83,01% to area 1, to area 2 from 62,9 to 76,3% and in the area 3 from 85,54 a 92,46% and according Kappa value, the performance of methods is classified form very good to excellent.

O conhecimento dos atributos do solo e de sua variabilidade espacial são essenciais para a aplicação de um manejo racional, promovendo altas produtividades e baixo impacto ambiental. Dentre as informações mais utilizadas para o planejamento e tomadas de decisão na atividade agrícola, observa-se o mapa pedológico. Este indica de maneira simplificada uma série de atributos, tais como a textura, as condições químicas e a morfologia. Em contrapartida, estes mapas são escassos, desatualizados ou mesmo apresentam-se em escala inadequada, resultando em um entrave no desenvolvimento agrícola sustentável. Desta forma, surge a necessidade de ferramentas que auxiliem no processo de levantamento e mapeamento de solos, reduzindo custos e tempo de execução. Duas técnicas capazes de atenuar tal problemática são a espectroscopia de reflectância e o mapeamento digital de solos. Diversos trabalhos indicam o potencial das curvas espectrais para determinar atributos como teor de argila e carbono, no entanto, há carência de estudos avaliando relações entre classes taxonômicas e o comportamento espectral. Da mesma forma, não se encontra na literatura pesquisas que conciliaram o mapeamento digital de solos e o espectro eletromagnético. Sendo assim, este trabalho foi desenvolvido visando responder os seguintes questionamentos: (a) Existe correlação entre atributos do solo e o comportamento espectral para as amostras estudadas?; (b) Teriam as curvas espectrais padrões específicos para diferentes classes taxonômicas? (c) Seria possível distinguir diferentes classes de solo utilizando técnica de classificação numérica de perfis e dados de reflectância? (d) Seria possível estabelecer limites de solo em topossequências utilizando somente curvas espectrais e métodos estatísticos? (e) O processo de mapeamento digital de solos é capaz de produzir mapas semelhantes aos obtidos por metodologia convencional? / The knowledge of the spatial distribution of soils is important for crop management, providing a high productivity and less environmental impact. The soil map is one of the most important information used for planning or to make a decision in agriculture. It is a simply way to acquire information about soil attributes, such as texture, morphology and chemical conditions. However, the existent soil maps are outdated or present an inadequate scale. This issue is an obstacle to sustainable agricultural development. Due to this, arises the need for tools to help the process of surveying and mapping of soils, reducing costs and time. Two techniques that could help to mitigate such problems are reflectance spectroscopy and digital soil mapping. Several studies indicate the potential of spectral curves to determine attributes such as clay and carbon, however there are few studies evaluating the relationships between taxonomic classes and soil spectral behavior. Also, there is not many works evaluating the use of soil spectra in digital soil mapping. Thus, this study attempts to answer the following questions: (a) Is there any correlation between soil properties and spectral behavior of the studied samples? (B) Would the spectral curves have specific features for different taxonomic classes? (C) Is It possible to distinguish different soils using a profile numerical classification technique and reflectance data? (D) Is it possible to establish boundaries on soil toposequences using only spectral curves and statistical methods? (E) Is digital soil mapping able to produce similar maps to those obtained by conventional methods?

Com a intensificação e expansão da produção agrícola brasileira, seguidas da crescente preocupação ambiental, surge a necessidade da adoção de novas tecnologias para o monitoramento e avaliação em larga escala dos recursos naturais, em especial o solo. Nesse sentido a espectroscopia de reflectância, aliada as bibliotecas espectrais, atende estas expectativas por ser uma técnica eficiente, rápida, barata e não poluente, pois não usa reagentes e nem gera resíduos, porém sua aplicação nos solos tropicais brasileiros ainda é incipientes e carece de mais estudos. Sendo assim, o objetivo principal do trabalho foi comparar as informações espectrais obtidas por espectroscopia de reflectância nas faixas do visível, infravermelho próximo e, principalmente, no infravermelho médio com análises convencionais de solo a fim entender as relações existentes entre o comportamento espectral e os atributos físicos, químicos e mineralógicos dos solos estudados, ainda quantificar e caracterizar a variabilidade desses atributos e dos solos com base no comportamento espectral. Para tanto, foram utilizadas 1288 amostras de solo correspondentes a diferentes horizontes de 458 perfis da região central brasileira (GO, MS, MG e SP), sobre as quais foram procedidas análise granulométrica e química, para fins de levantamento de solos, e mineralógica. Os espectros VisNIR foram adquiridos com o sensor FieldSpec Pro, enquanto que espectros Mid-IR com o sensor Nicolet 6700 Fourier Transform Infrared (FT-IR) e, após isso, os dados foram transformados com os seguintes préprocessamentos: remoção do espectro contínuo, absorbância e correção da linha base. As diferentes faixas espectrais também foram combinadas pela outer product analysis. A distribuição dos dados espectrais e a influência de cada atributo nos comportamentos espectrais dos solos foram avaliadas através de análises estatísticas multivariadas, tais como correlação multivariada, análise por componentes principais, seguidas das análises de agrupamento kmédias, para a avaliação entre amostras, e distância taxonômica, para avaliação entre perfis. A predição dos atributos dos solos com base nos dados espectrais foi determinada pelos algoritmos de regressão multivariada: mínimos quadrados parciais (PLSR), árvores de regressão ampliadas (BT) e máquina de vetor suporte (SVM); sendo que a qualidade das predições foi definida pelos R2, RMSE, RPD e RPIQ. O comportamento espectral das principais classes de solos tropicais brasileiros, em ambas as faixas espectrais, foi apresentado juntamente com as principais feições de absorção diagnosticadas (minerais 2:1, caulinita, óxidos de Fe e Al), assim como a contribuição de cada atributo do solo na variação dos espectros. Foi possível estabelecer a formação de grupos de solo com base no grau de intemperismo das amostras, enquanto que os perfis das principais classes de solos puderam ser discriminados com base na variação do comportamento espectral em profundidade. Grande parte dos atributos estudados pode ser quantificada nas duas faixas espectrais pelo menos com um nível de qualidade razoável (RPD > 1,40), sendo que o principal algoritmo de predição foi o SVM com os espectros em valores de absorbância. A espectroscopia de reflectância, principalmente na faixa Mid-IR, apresenta-se como uma tecnologia eficaz de alta potencialidade e aplicabilidade nas análises qualitativa e quantitativas dos solos, principalmente para fins de levantamento e mapeamento. / Considering the intensification and expansion of Brazilian agricultural production followed by the growing environmental concern, there is the necessity of adopting new technologies to monitor on a large scale the natural resources, in particular, the soil. In this sense, reflectance spectroscopy, integrated with spectral libraries, meets that expectation as an alternative for proximal soil sensing because its more efficient than other techniques being cheaper and faster than conventional analyses, besides, it doesnt produce waste. However, its application on Brazilian tropical soils is still incipient and needs more studies. The main aim of this research was to compare spectral information acquired by reflectance spectroscopy in the visible, near infrared and, mainly, in the mid infrared ranges with conventional soil analyses in order to understand the relationships among spectral behavior and physical, chemical, and mineralogical attributes of the studied soils, also, to quantify and characterize the variability of these attributes and soils based on their spectral behavior. For that, a dataset with 1288 soil samples referring to different horizons from 458 soil profiles from the central region of Brazil (States of Goiás, Mato Grosso do Sul, Minas Gerais e São Paulo) was used, and convetional analyses (granulometric, chemical and mineralogical) for soil survey were applied over them. VisNIR reflectance data were acquired by the FiledSpec Pro sensor whereas Mid-IR spectral data were acquired by the Nicolet 6700 (FT-IR) sensor and, after that, both data were transformed by the following pre-processing: continuum removal, absorbance and baseline correction. The different spectral ranges were also combined by outer product analysis. The data distribution and the influence of each attribute on soil spectral behavior were evaluated by multivariate statistical analyses, such as, multivariate correlations, principal component analysis followed by k-means clustering, for assessment among soil samples, and by taxonomic distance, for assessment among soil profiles. Predictions of soil attributes based on spectral data were modeled by following multivariate regression algorithms: partial least square regression (PLSR), boosted regression trees (BT) and support vector machine (SVM) and quality of modeling were evaluated by R2, RMSE, RPD and RPIQ. Spectral behavior of the main soil classes, in both ranges, were showed along with the absorption features of the major tropical minerals (2:1 minerals, kaolinite, Fe and Al oxides), as well as, the contribution of each soil attribute on spectra variations. Sample clustering based on different weathering levels of soils was possible regarding differences in absorbance intensities and features whereas profiles of the main soil classes could be discriminated based on variation of spectral behavior in depth. Much of the studied attributes could be predicted in both spectral range at least in a reasonable level of quality (RPD > 1,40), and SVM was considered the principal prediction algorithm as well as absorbance transformation as the major pre-processing. Reflectance spectroscopy, especially in the Mid-IR range, shows up as a high potential technique for qualitative and quantitative analysis of Brazilian soils, in particular for soil survey or mapping.

O conhecimento dos atributos do solo e de sua variabilidade espacial são essenciais para a aplicação de um manejo racional, promovendo altas produtividades e baixo impacto ambiental. Dentre as informações mais utilizadas para o planejamento e tomadas de decisão na atividade agrícola, observa-se o mapa pedológico. Este indica de maneira simplificada uma série de atributos, tais como a textura, as condições químicas e a morfologia. Em contrapartida, estes mapas são escassos, desatualizados ou mesmo apresentam-se em escala inadequada, resultando em um entrave no desenvolvimento agrícola sustentável. Desta forma, surge a necessidade de ferramentas que auxiliem no processo de levantamento e mapeamento de solos, reduzindo custos e tempo de execução. Duas técnicas capazes de atenuar tal problemática são a espectroscopia de reflectância e o mapeamento digital de solos. Diversos trabalhos indicam o potencial das curvas espectrais para determinar atributos como teor de argila e carbono, no entanto, há carência de estudos avaliando relações entre classes taxonômicas e o comportamento espectral. Da mesma forma, não se encontra na literatura pesquisas que conciliaram o mapeamento digital de solos e o espectro eletromagnético. Sendo assim, este trabalho foi desenvolvido visando responder os seguintes questionamentos: (a) Existe correlação entre atributos do solo e o comportamento espectral para as amostras estudadas?; (b) Teriam as curvas espectrais padrões específicos para diferentes classes taxonômicas? (c) Seria possível distinguir diferentes classes de solo utilizando técnica de classificação numérica de perfis e dados de reflectância? (d) Seria possível estabelecer limites de solo em topossequências utilizando somente curvas espectrais e métodos estatísticos? (e) O processo de mapeamento digital de solos é capaz de produzir mapas semelhantes aos obtidos por metodologia convencional? / The knowledge of the spatial distribution of soils is important for crop management, providing a high productivity and less environmental impact. The soil map is one of the most important information used for planning or to make a decision in agriculture. It is a simply way to acquire information about soil attributes, such as texture, morphology and chemical conditions. However, the existent soil maps are outdated or present an inadequate scale. This issue is an obstacle to sustainable agricultural development. Due to this, arises the need for tools to help the process of surveying and mapping of soils, reducing costs and time. Two techniques that could help to mitigate such problems are reflectance spectroscopy and digital soil mapping. Several studies indicate the potential of spectral curves to determine attributes such as clay and carbon, however there are few studies evaluating the relationships between taxonomic classes and soil spectral behavior. Also, there is not many works evaluating the use of soil spectra in digital soil mapping. Thus, this study attempts to answer the following questions: (a) Is there any correlation between soil properties and spectral behavior of the studied samples? (B) Would the spectral curves have specific features for different taxonomic classes? (C) Is It possible to distinguish different soils using a profile numerical classification technique and reflectance data? (D) Is it possible to establish boundaries on soil toposequences using only spectral curves and statistical methods? (E) Is digital soil mapping able to produce similar maps to those obtained by conventional methods?

Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior / The vegetation indexes, derived from products of remote sensing, are powerful tools which indicate the vegetation development. Thus, this work aims at studying the behavior of the forest and crop vegetation through the analysis of the variation of Normalized Difference Vegetation Index (NDVI) to the state of Rio Grande do Sul, during the year of 2009, as well as to correlate such behavior to the climatic, temperature and precipitation variables. In order to accomplish it product images of MOD09 and meteorological data of the year 2009 were used, along with cartographic data in order to build up a data bank, generating the applicative SPRING, version 5.1.3. A prelimary assessment of the data visually analyses the generated images, and it demonstrates to be possible observing the changes in the phenological state of the vegetation on each considered date. The applicative R was applied to the statistical analysis and Excel 2007 to the explanatory data analysis and data correlation. To the explanatory analysis, the results demonstrate average values in NDVI of agricultural areas which go from a bit more than 0,5 to approximately 0,7, and from approximately 0,65 to a bit more than 0.8 for forest areas. The average values of NDVI describe curves with similar behavior, however in different response levels. The area of Julio de Castilhos presented the biggest amplitudes in the NDVI variation, both agricultural and forest, indicating the vegetation heterogeneity. The correlation analysis for the NDVI Forest and Temperature variables reached 0,7613 and 0, 6244 to São Borja e São Martinho da Serra, respectively. The Agriculture NDVI had a correlation of 0,5956 with the Temperature in Caxias do Sul. The other correlations for Temperature and all for Precipitation were considered low, they did not allow the association to the intended variables. / Os índices de vegetação, derivados de produtos de Sensoriamento Remoto, são poderosas ferramentas indicadoras do desenvolvimento da vegetação. Assim, este trabalho objetiva estudar o comportamento da vegetação florestal e agrícola através da análise da variação do Índice de Vegetação por Diferença Normalizada (NDVI) para o Estado do Rio Grande do Sul, durante o ano de 2009, bem como correlacionar esse comportamento com as variáveis climáticas temperatura e precipitação. Para tanto utiliza imagens do produto MOD09 e dados meteorológicos do ano de 2009, além de dados cartográficos para construção do banco de dados, gerado do aplicativo SPRING, versão 5.1.3. Uma avaliação preliminar dos dados analisa visualmente as imagens geradas, e mostra ser possível observar mudanças no estado fenológico da vegetação a cada data considerada. Para a análise estatística utilizou-se o aplicativo R e o Excel 2007 para a análise exploratória dos dados e de correlação. Para a análise exploratória, os resultados mostraram valores médios no NDVI de áreas agrícolas que variam de pouco mais de 0,5 até aproximadamente 0,7, e de aproximadamente 0,65 até pouco mais de 0,8 para as áreas florestais. Os valores médios de NDVI descreveram curvas com comportamento semelhante, porém em níveis de respostas diferentes. A região de Júlio de Castilhos apresentou as maiores amplitudes de variação do NDVI, tanto para agricultura quanto floresta, indicando a heterogeneidade da vegetação. A análise de correlação para as variáveis NDVI Floresta e Temperatura alcançou 0,7613 e 0,6244 para São Borja e São Martinho da Serra, respectivamente. O NDVI Agricultura teve uma correlação de 0,5956 com a Temperatura na região de Caxias do Sul. As demais correlações para Temperatura e todas as para a Precipitação foram consideradas baixas, não permitindo associar as variáveis pretendidas.

Com a intensificação e expansão da produção agrícola brasileira, seguidas da crescente preocupação ambiental, surge a necessidade da adoção de novas tecnologias para o monitoramento e avaliação em larga escala dos recursos naturais, em especial o solo. Nesse sentido a espectroscopia de reflectância, aliada as bibliotecas espectrais, atende estas expectativas por ser uma técnica eficiente, rápida, barata e não poluente, pois não usa reagentes e nem gera resíduos, porém sua aplicação nos solos tropicais brasileiros ainda é incipientes e carece de mais estudos. Sendo assim, o objetivo principal do trabalho foi comparar as informações espectrais obtidas por espectroscopia de reflectância nas faixas do visível, infravermelho próximo e, principalmente, no infravermelho médio com análises convencionais de solo a fim entender as relações existentes entre o comportamento espectral e os atributos físicos, químicos e mineralógicos dos solos estudados, ainda quantificar e caracterizar a variabilidade desses atributos e dos solos com base no comportamento espectral. Para tanto, foram utilizadas 1288 amostras de solo correspondentes a diferentes horizontes de 458 perfis da região central brasileira (GO, MS, MG e SP), sobre as quais foram procedidas análise granulométrica e química, para fins de levantamento de solos, e mineralógica. Os espectros VisNIR foram adquiridos com o sensor FieldSpec Pro, enquanto que espectros Mid-IR com o sensor Nicolet 6700 Fourier Transform Infrared (FT-IR) e, após isso, os dados foram transformados com os seguintes préprocessamentos: remoção do espectro contínuo, absorbância e correção da linha base. As diferentes faixas espectrais também foram combinadas pela outer product analysis. A distribuição dos dados espectrais e a influência de cada atributo nos comportamentos espectrais dos solos foram avaliadas através de análises estatísticas multivariadas, tais como correlação multivariada, análise por componentes principais, seguidas das análises de agrupamento kmédias, para a avaliação entre amostras, e distância taxonômica, para avaliação entre perfis. A predição dos atributos dos solos com base nos dados espectrais foi determinada pelos algoritmos de regressão multivariada: mínimos quadrados parciais (PLSR), árvores de regressão ampliadas (BT) e máquina de vetor suporte (SVM); sendo que a qualidade das predições foi definida pelos R2, RMSE, RPD e RPIQ. O comportamento espectral das principais classes de solos tropicais brasileiros, em ambas as faixas espectrais, foi apresentado juntamente com as principais feições de absorção diagnosticadas (minerais 2:1, caulinita, óxidos de Fe e Al), assim como a contribuição de cada atributo do solo na variação dos espectros. Foi possível estabelecer a formação de grupos de solo com base no grau de intemperismo das amostras, enquanto que os perfis das principais classes de solos puderam ser discriminados com base na variação do comportamento espectral em profundidade. Grande parte dos atributos estudados pode ser quantificada nas duas faixas espectrais pelo menos com um nível de qualidade razoável (RPD > 1,40), sendo que o principal algoritmo de predição foi o SVM com os espectros em valores de absorbância. A espectroscopia de reflectância, principalmente na faixa Mid-IR, apresenta-se como uma tecnologia eficaz de alta potencialidade e aplicabilidade nas análises qualitativa e quantitativas dos solos, principalmente para fins de levantamento e mapeamento. / Considering the intensification and expansion of Brazilian agricultural production followed by the growing environmental concern, there is the necessity of adopting new technologies to monitor on a large scale the natural resources, in particular, the soil. In this sense, reflectance spectroscopy, integrated with spectral libraries, meets that expectation as an alternative for proximal soil sensing because its more efficient than other techniques being cheaper and faster than conventional analyses, besides, it doesnt produce waste. However, its application on Brazilian tropical soils is still incipient and needs more studies. The main aim of this research was to compare spectral information acquired by reflectance spectroscopy in the visible, near infrared and, mainly, in the mid infrared ranges with conventional soil analyses in order to understand the relationships among spectral behavior and physical, chemical, and mineralogical attributes of the studied soils, also, to quantify and characterize the variability of these attributes and soils based on their spectral behavior. For that, a dataset with 1288 soil samples referring to different horizons from 458 soil profiles from the central region of Brazil (States of Goiás, Mato Grosso do Sul, Minas Gerais e São Paulo) was used, and convetional analyses (granulometric, chemical and mineralogical) for soil survey were applied over them. VisNIR reflectance data were acquired by the FiledSpec Pro sensor whereas Mid-IR spectral data were acquired by the Nicolet 6700 (FT-IR) sensor and, after that, both data were transformed by the following pre-processing: continuum removal, absorbance and baseline correction. The different spectral ranges were also combined by outer product analysis. The data distribution and the influence of each attribute on soil spectral behavior were evaluated by multivariate statistical analyses, such as, multivariate correlations, principal component analysis followed by k-means clustering, for assessment among soil samples, and by taxonomic distance, for assessment among soil profiles. Predictions of soil attributes based on spectral data were modeled by following multivariate regression algorithms: partial least square regression (PLSR), boosted regression trees (BT) and support vector machine (SVM) and quality of modeling were evaluated by R2, RMSE, RPD and RPIQ. Spectral behavior of the main soil classes, in both ranges, were showed along with the absorption features of the major tropical minerals (2:1 minerals, kaolinite, Fe and Al oxides), as well as, the contribution of each soil attribute on spectra variations. Sample clustering based on different weathering levels of soils was possible regarding differences in absorbance intensities and features whereas profiles of the main soil classes could be discriminated based on variation of spectral behavior in depth. Much of the studied attributes could be predicted in both spectral range at least in a reasonable level of quality (RPD > 1,40), and SVM was considered the principal prediction algorithm as well as absorbance transformation as the major pre-processing. Reflectance spectroscopy, especially in the Mid-IR range, shows up as a high potential technique for qualitative and quantitative analysis of Brazilian soils, in particular for soil survey or mapping.