A utilização de dados provenientes do sensoriamento remoto é alternativa para otimizar a utilização de insumos, dentre eles o nitrogênio. O presente trabalho teve como objetivo verificar a possibilidade de uso de um sensor hiperespectral em dossel na cultura da cana-de-açúcar, verificando sua capacidade em discriminar a resposta da cultura as diferentes doses de nitrogênio e estimar o teor foliar de nitrogênio, em três áreas experimentais. O trabalho foi dividido em três capítulos: O primeiro capitulo utiliza os dados hiperespectrais somente da variedade SP 81-3250, única comum em todas as áreas, de todas as datas de coleta das três áreas experimentais para verificar o potencial dos dados em diferenciar as doses de nitrogênio aplicado (0, 50, 100 e 150 kg.ha-1) e qual melhor época. Os dados espectrais foram avaliados pela estatística multivariada da análise discriminante, em que os centroides das diferentes doses foram submetidos a análise de variância. Os resultados obtidos foram que os meses de dezembro, janeiro e fevereiro discriminou todas as doses nas três áreas, o mesmo não ocorreu no mês de agosto. As bandas que apresentaram maiores significância foram na região do verde, red-edge e infravermelho próximo. No segundo capitulo foi avaliado a sensibilidade dos dados hiperespectrais em estimar a biomassa do ponteiro da cana-de-açúcar. Para isso foi utilizado somente os dados de Piracicaba. A análise espectral foi realizada aos 137, 169 e 193 Dias Após o Corte (DAC) e a avaliação biométrica foi realizada aos 345 DAC. Durante o corte de dois metros de linha, realizado manualmente. A biomassa do ponteiro foi submetida ao teste de Shapiro-Wilk, análise de variância pelo Teste F e as médias quando significativas, comparadas pelo Teste de Tukey. Posteriormente foi realizada a análise de correlação de Pearson da biomassa do ponteiro e cada comprimento de onda. Análise mostrou que existe correlação positiva entre a biomassa do ponteiro e a reflectância do dossel aos 137 DAC e 169 DAC, porém aos 193 DAC não houve nenhum comprimento de onda com correlação significativa. O comprimento de onda de 685 nm aos 137 DAC obteve a maior correlação, de 0,33. No terceiro capitulo teve por objetivo selecionar variáveis a partir de dados hiperespectrais de dossel da cana-de-açúcar para geração de modelos para predição do Teor Foliar de Nitrogênio. Para isso foi utilizado os dados das três áreas experimentais, que receberam doses de 0, 50, 100 e 150 kg.ha-1 de nitrogênio. Para redução da dimensionalidade dos dados foi utilizada a metodologia sparse Partial Least Square (sPLS), posteriormente foi feito a combinação linear das variáveis selecionadas, por meio de Regressão Linear Múltipla por Stepwise (SMLR). O modelo geral teve valores de R² ajustado e RMSE respectivamente de 0,50 e 1,67 g kg-1. Os modelos gerados para Piracicaba, Jaú e Santa Maria obtiveram R² ajustado, respectivamente, de 0,31, 0,53 e 0,54. Sensores hiperespectrais de dossel podem ser utilizados para predição do TFN e monitoramento de aplicação de nitrogênio em cana-de-açúcar. / The use of data from remote sensing is an alternative to optimize the use of agricultural inputs, including nitrogen. The present study aimed to verify the possibility of using a hyperspectral sensor in sugarcane canopy, verifying its ability to discriminate crop response to different rates of nitrogen and estimating leaf nitrogen content in three experimental areas. The work is divided in three chapters: The first chapter uses hyperspectral data of the variety SP 81-3250, which is the only one present in all the areas for all dates of collection in three of experimental areas, to check the potential of the data and the best time to differentiate between rates of nitrogen (0, 50, 100 and 150 kg.ha-1). Spectral data were evaluated by multivariate discriminant analysis, wherein the centroids of the rates were submitted to an Analysis of Variance. The results showed that the all doses in three areas of study were discriminated for the months of December, January and February, but the same thing hasn\'t happened in the month of August. The bands that showed statistically significant power difference were found in the green, red, and near-infrared edge spectral regions. In the second chapter, the sensitivity of hyperspectral data was evaluated to estimate the sugarcane biomass (pointes) for the data from Piracicaba. Spectral analysis was performed at 137, 169 and 193 Days After Harvest (DAH) and evaluation of sugarcane yield was performed 345 DAH. Biomass was analyzed using The Shapiro-Wilk test of normality, F test (analysis of variance), respectively, and when significant, compared by the Tukey test. Biomass (pointer) and each wavelength were analyzed by Pearson\'s correlation analysis. The results showed that there is a positive correlation between biomass (pointer) and the canopy reflectance to 137 DAH and 169 DAH, however there was no wavelength with a significant correlation to 193 DAH. The best power relationship was obtained at 685 nm, at 137 days. The third chapter aimed to select variables from hyperspectral data of sugarcane canopy to generate models for prediction of Foliar Nitrogen Content, for three experimental areas that received nitrogen rates (0, 50, 100 and 150 kg.ha-1). Sparse Partial Least Square (sPLS) was used to reduce the dimensionality of the data. Subsequently, the linear combination of selected variables was done through Stepwise Multiple Linear Regression (SMLR). The RMSE and adjusted R-squared statistics were 0.50 and 1.67 g.kg-1, respectively. The models to Piracicaba, Jaú and Santa Maria presented adjusted R-squared 0.31, 0.53, and 0.54, respectively. Hyperspectral sensors for canopy can be used for prediction of the TFN and monitoring of nitrogen application in sugarcane.

O desenvolvimento de técnicas de sensoriamento remoto na avaliação da cultura da cana-de-açúcar tem grande importância para o poder público, empresas de melhoramento genético e agricultores, pois proporciona um melhor planejamento de políticas de mercado e otimiza a tomada de decisões. O comportamento espectral de dosséis vegetais reflete características importantes das culturas agrícolas quanto ao seu crescimento, vigor vegetativo e produção de biomassa. O objetivo desta pesquisa é determinar uma metodologia para discriminação de variedades, estimativa da produtividade agrícola da cana-de-açúcar e propriedades industriais importantes como Brixº, Pol % caldo, Pol % cana, Fibra %, Umidade %, Pureza %, Kg de ATR/Mg cana e Impureza %, pelo sensor orbital ETM+/LANDSAT 7. Sabe-se que as plantas e culturas de uma forma geral apresentam comportamentos espectrais e interações com a energia eletromagnética em determinadas bandas do espectro eletromagnético devido sua composição/estrutura e também ao efeito dos diversos fatores de produção (solo, clima e variedade). Dessa forma, levanta-se a hipótese de que é possível estabelecer relações entre as características espectrais da cultura de cana-de-açúcar e sua produtividade agrícola e industrial. Para tanto, foram escolhidas talhões de cana-de-açúcar localizadas na região de Paraguaçú Paulista, SP. As informações georeferenciadas de cada talhão foram dispostas num ambiente SIG pela montagem de um banco de dados. Foram selecionados talhões de variedades diferentes, porém com mesma data de plantio. Os talhões foram avaliados quanto aos dados espectrais das seis bandas do sensor e seis índices de vegetação, correlacionando-os com as variedades e com as informações das produtividades agroindustriais médias dos talhões. Concluiu-se que é possível caracterizar e estimar atributos da cultura da cana-de-açúcar através de sensor orbital ETM+/LANDSAT 7. O índice médio de acerto foi de 93,55 % na separação varietal. A observação das curvas espectrais orbitais auxilia na discriminação das variedades e a banda B4 mostrou ser a mais adequada. O gráfico de dispersão entre B4 e o GNDVI auxilia na separação destas variedades. Foram gerados modelos de regressão linear múltipla, visando selecionar variáveis com maior potencial para quantificar os atributos agroindustriais da cultura. Para a estimativa da produtividade agrícola (Mg/ha) obteve-se um coeficiente de determinação (R2) de 0,6935 e em média, 0,5807 para as características tecnológicas. Os atributos tecnológicos com melhores resultados na estimativa foram a Pol % caldo e a Umidade % com R2 de 0,7416 e 0,6397, respectivamente. O método de coleta das informações espectrais influiu nos resultados e, de maneira geral, o método das médias aritméticas dos pixels foi o mais adequado. A utilização de todas as bandas do sensor ETM+/LANDSAT 7 mostra-se importante na caracterização, discriminação varietal e estimativa de atributos da cultura da cana-deaçúcar. / The development of remote sensing techniques on the sugarcane crop evaluation has great importance for government agencies, breeding institutions and farmers, because it helps to attempt better planning of market politics and it optimizes the decision support systems. The spectral behavior of vegetation canopies reflects important characteristics of the agricultural crops as its growth, greenness and biomass production. The objective of this research is to develop a methodology for discrimination of sugarcane varieties and to estimate the crop agronomic yield and some important industrial properties like Brixº, Pol% juice, Pol% cane, Fiber %, Humidity %, Purity %, Kg of ATR/Mg of stalks and Impurity %, by the ETM+/LANDSAT 7 orbital sensor. It is known that plants and crops in general present spectral behaviors and interactions with the electromagnetic energy in certain bands of the electromagnetic spectra due to its composition/structure and also because the effect of the several production factors (soil, climate and variety). It gets up the hypothesis that is possible to establish relationships between the spectral characteristics of the sugarcane crop and its agronomic and industrial productivity. Then, it has been chosen sugarcane fields located in Paraguaçu Paulista County, western of São Paulo state, Brazil. The sugarcane fields data were georeferenced and settled into a GIS environment. Fields which possessed different varieties, however with the same planting date were selected. The fields were evaluated about their spectral data of the six sensor bands and six vegetation indexes, correlating with the varieties discrimination and with the fields average agro industrial yield. It has been concluded that is possible to characterize and to foresee attributes of the sugarcane crop through ETM+/LANDSAT 7 orbital sensor. The average accuracy found was 93,55% in the variety separation. The observation of the orbital spectral plots helps discriminating the sugarcane varieties and B4 appeared to be the most appropriate. The dispersion graphic between B4 and GNDVI also helps in sorting out these varieties. Multiple linear regression models were generated, aiming to select variables with high potential to quantify the crop agro industrial attributes mentioned previously. For the agronomic yield forecast (Mg/ha) it has been obtained 0,6935 of determination coefficient (R2) and a averageof 0,5807 for the technological characteristics. The technological attributes with better results in the forecast (R2) were Pol % juice and the humidity % with 0,7416 and 0,6397, respectively. The spectral data collection method of the spectral information influences on the results and, in a general way, the arithmetic mean of pixels method was the most appropriate. The application of all of ETM+/LANDSAT 7 was important on the sugarcane varieties characterization, discrimination and in the agro industrial yields forecasts.

O Brasil é um dos maiores produtores mundiais na área agrícola tendo o solo como base dos seus sistemas de produção. O planejamento adequado dos sistemas de produção exige a obtenção de dados geoespaciais básicos como o mapa de solos e fertilidade. Entretanto, os levantamentos pedológicos ainda consomem muito tempo, são onerosos e necessitam de grande número de análises laboratoriais. O desenvolvimento de técnicas de sensoriamento remoto laboratorial tem se apresentado como alternativa para o avanço de levantamentos pedológicos mais rápidos e menos onerosos. As técnicas de espectroscopia (VIS-NIR) também tem demonstrado boa eficiência na predição de atributos de solos de maneira rápida e menos poluente. Estas técnicas se baseiam em informações espectrais de solos e na montagem de um banco de dados espectral (Biblioteca Espectral). Portanto, tanto para a caracterização de classes de solo, quanto para a estimativa de atributos é necessário o desenvolvimento de Bibliotecas Espectrais (BE) que contenham dados representativos da variabilidade dos solos. Neste sentido, o presente trabalho teve por objetivo a montagem de uma BE de solos de diferentes regiões agrícolas do Brasil e a partir destas informações desenvolver técnicas de classificação de perfis e quantificação de atributos de solo. Para isso foram coletadas 7185 amostras de terra provenientes de perfis e de tradagens. Foi montado um banco de dados com o comportamento espectral de cada horizonte de 233. Também foram geradas bibliotecas espectrais de diferentes abragências geográficas, com finalidade de desenvolver modelos de predição de atributos. Baseado nos dados da BE gerada foi possível caracterizar distintas classes de solos e utilizar essas informações para classificar perfis de classe desconhecida a partir de dados espectrais. Também foram obtidos bons modelos de predições de atributos como areia, argila e Fe2O3 Foi demonstrado que BE que contenham dados de regiões com alta variabilidade de solos apresentam piores predições de atributos químicos. Um importante fator a ser considerado na montagem de BE é a alta amplitude de teor do atributo a ser predito. A montagem da BE contribuiu para avanços nas técnicas qualitativas e quantitavivas de avaliação espectral dos solos. / The Brazil is one of the major world agriculture producers having the soil like base of his production systems. The right planning of production systems needs the basic geospatial data obtaining such as soil and fertility maps. However, pedological surveys consume a lot of time, are expensive and need many laboratorial analyses. The development of laboratorial remote sensing techniques is an alternative for advanced of quicker and cheaper pedological surveys. The VIS-NIR spectroscopy techniques have been demonstrated a good efficiency in the fast and not pollutant soil attributes predictions. These techniques are based on soil spectral information and on development of the spectral data base (Spectral Library). Therefore, as much soil class characterization as attribute estimate its necessary spectral library (SL) development that have representative data of soil variability. In this sense, this work aim to build a soil SL from Brazils different agricultural regions and from this information on to develop profile classification techniques and soil attributes quantification. 7185 soil samples were collected from profiles and polls. A data base was built with spectral behavior of the 233 profiles and their horizons. SLs with different geographical coverage are purpose-built of development of attributes predictions models. Based on SL data created, it was possible distinguish different soil classes and use these information to classify profiles of unknown classes from spectral data. Good attributes prediction models were obtained to sand, clay and Fe2O3. It was demonstrated that SL containing regional data with high variability of soil have shown worse chemical attribute predictions. An important factor needs being considered in the SL building is the high amplitude of predicted attribute content. The SL building has brought advances to qualitative and quantitative soil spectral evaluation techniques.

Mapas de solos são essenciais para o desenvolvimento de áreas agrícolas de maneira economicamente viável e ambientalmente correta. Até o momento, o Brasil conta apenas com mapas de solos de escala pequena (1:250.000 a 1:1.000.000), cuja utilização é limitada para planejamento agrícola e ambiental a nível de propriedade rural. Apesar de sua importância, no Brasil poucos mapeamentos têm sido realizados pelos órgãos públicos competentes, principalmente por restrições orçamentárias e falta de pedólogos. Além disso, o 5º e 6º níveis categóricos do Sistema Brasileiro de Classificação de Solos (SiBCS), que devem ser utilizados em levantamentos detalhados, não estão definidos. Dessa forma, pouco se sabe a respeito da qualidade/similaridade dos mapas desse nível que vem sendo executados no país. Os principais motivos para essa situação são: elevado custo, mão-de-obra e tempo requeridos nos trabalhos de mapeamento. Uma alternativa para redução desses entraves é o mapeamento digital de solos (MDS). Sendo assim, objetivou-se: (i) comparar quatro mapas de solos convencionais de uma mesma área complexa, de mesma escala (1:10.000), elaborados por diferentes pedólogos de maneira independente, e (ii) comparar estes com um mapa de solos obtido por técnica de MDS. Para tanto, utilizou-se uma área de estudo de 182 ha, cultivada com cana-de-açúcar, localizada no município de Rafard (SP). Foram fornecidas aos pedólogos as mesmas informações: mapas geológico e pedológico semidetalhado (ambos escala 1:100.000), mapa planialtimétrico e fotografias aéreas (ambos escala 1:10.000). Viagens a campo, resultados de análise e exame de perfis foram realizados conforme estes julgaram necessário. Para o mapa digital de solos foram utilizados atributos de terreno (elevação, declividade, poder de fluxo dágua, fator LS, plano e perfil de curvatura), calculados a partir do modelo digital de elevação gerado com base no mapa planialtimétrico, e informação espectral superficial do solo de uma imagem de satélite Landsat 5 (sensor TM) obtida em período que a superfície do solo estava desnuda. Tais informações foram sintetizadas através da análise por componentes principais, sendo posteriormente feita uma compartimentação da área com auxílio da análise Fuzzy K-médias. Nos compartimentos foram realizadas observações para classificá-los como unidades de mapeamento. Os mapas foram então comparados dois a dois, sendo medida a correspondência espacial para cada um dos quatro níveis categóricos estabelecidos no SiBCS, e além destes acrescida a informação textural. Tanto para as comparações entre mapas convencionais, quanto para comparações com o mapa digital, houve redução da correspondência espacial para os níveis categóricos mais detalhados. A maior correspondência final (4º nível + textura) entre mapas convencionais se deu entre os mapas A e B (24,3 %). As maiores correspondências espaciais em relação ao mapa digital se deram entre este e o mapa A (35,2 %) e o mapa B (28,7 %). Portanto confirma-se que os mapas de solos convencionais variam conforme critérios subjetivos do executor, cuja mensuração é impraticável. O mapa de solos digital gerado pela metodologia proposta obteve índices de correspondência aos mapas convencionais semelhantes aos obtidos entre estes, sendo uma boa opção no processo de otimização dos trabalhos de mapeamento. / Soil maps are essential for the development of agricultural areas in an economically viable and environmentally friendly manner. So far, Brazil only has soil maps of small scale (1:250,000 to 1:1,000,000), whose use is limited to agricultural and environmental planning at the farm. Despite its importance, in Brazil a few mappings have been carried out by public authorities, primarily because budget constraints and lack of soil scientists. In addition, 5 and 6 categorical levels of the Brazilian System of Soil Classification (SiBCS), which should be used for detailed surveys, are not defined. Thus, little is known about the quality and level of similarity of the maps that have been undertaken in the country. The main reasons for this situation are: high cost, manpower and time required of mapping. An alternative to reducing these barriers is the digital soil mapping (DSM). Therefore, the objectives were to: (i) compare four conventional soil maps of the same complex area of the same scale (1:10,000), prepared by different independent soil scientists independently, and (ii) compare these with a soil map obtained by the DSM technique. For this purpose, we used a study area of 182 ha cultivated with sugar cane in the municipality of Rafard (SP). The same information was provided to the soil scientists: a geological map anda a semi-detailed pedological map (both scale 1:100,000), planialtimetric map and aerial photographs (both scale 1:10,000). Field trips, results of analysis and examination soil profiles were performed as deemed necessary. The information for the digital soil map included terrain attributes (elevation, slope, stream power, LS factor, plan and profile curvature), calculated from the digital elevation model generated based on the topographic map, and data reflectance of the surface soil of a satellite image Landsat 5 (TM sensor) obtained in the period that ground was bare. Such information has been summarized by principal component analysis, and subsequently made a subdivision of the area using Fuzzy K-means analysis. Observations were made in each compartment to classify them as a mapping unit. The maps were then compared two by two, the spatial correspondence being measured for each of the four levels established in the Brazilian System of Soil Classification, and beyond the increased textural information. Both for comparisons between conventional maps, and for comparisons to the digital map, there was a reduction of spatial correspondence to the more detailed categoric levels. The longest match final (4th level + texture) occurred between conventional maps A and B (24.3%). The highest spatial correlation in relation to the digital map that occurred was between it and the map A (35.2%) and the map B (28.7%). Therefore it is confirmed that the conventional soil maps vary according to subjective criteria of the soil scientist, whose measurement is impractical. The digital soil map generated by the proposed method achieved similar rates of correspondence with the conventional maps as those obtained among these, being a good choice in the optimization process of mapping work.

Recentemente, as nuvens cirrus tem sido reconhecidas como importantes agentes do sistema climático global por funcionarem como cobertores térmico e poderem alterar signicativamente o balanço de radiação atmosférico, afetando o sistema climático em escalas de tempo que vão desde condições do tempo até mudanças climáticas. Elas são encontradas perto da tropopausa e são formadas principalmente por cristais de gelo não esféricos, com tempo de vida que pode ir de horas a alguns dias. Apesar de serem relativamente transparentes à radiação solar (profundidade óptica < 3,0), elas são opacas à radiação infravermelha, aprisionado radiação que seria perdida para o espaço, e, assim, podendo ter uma forçante radiativa positiva. Sua importância cresce devido a sua grande área de cobertura. A cobertura global de nuvens cirrus tem sido estimada em cerca de 20-25% e sua ocorrência pode ser mais de 70 % nos trópicos ( LIOU , 2002). No inicio de 2011, uma estação de UV-Raman Lidar se tornou operacional na região central da Amazônia, instalado 30 km a NE de Manaus-AM (2,89 °S 59,97 °W). Usando um laser de 95 mJ Nd-Yag em 355 nm e um telescópio Cassegrain com 400 e 4000 mm de distancia focal, este sistema detecta remotamente a troposfera com 7,5 m e 1-min de resolução espacial e temporal, respectivamente. Para analisar esse grande volume de dados, um algoritmo automatizado para detecção de nuvens cirrus foi desenvolvido com base no método descrito por ( BARJA , 2002), que determina a altitude da base, topo, máximo retro espalhamento e espessura. Os resultados mostram uma boa concordância entre o método visual de costume, não havendo diferença signicativa nas alturas de base. Um método baseado no fator de transmitância da equação do lidar foi utilizado para derivar a profundidade óptica dos cirrus. Pers de temperatura e pressão foram obtidos através de radiosondagens disponíveis duas vezes por dia do aeroporto militar de Ponta Pelada (28 km ao sul do sitio exerimental). Os métodos de Klett e Raman foram utilizados para derivar os coeciente de retroespalhamento e estimar a razão lidar das nuvens cirrus. Como resultados da analise dos dados dos dois primeiros anos de medidas (2011 e 2012), encontramos que a ocorrência de nuvens cirrus foi cerca de 71,0 % do tempo de observação total, sendo cerca de 24,2 % de todos os cirrus foram cirrus subvisuais (<0,03), 40,7 % eram cirrus nos (0,03< <0,3) e 35,1 % eram cirrus stratus ( > 0,3). Encontramos tambem os valores médios de 12,4 ± 2.k km , 14,3 ± 2,2 km para as altitudes de base e topo, respectivamente, residindo entre a temperaturas de até -90 °C e frequentemente encontradas próximas a tropopausa. A razão lidar para estas nuvens cirrus foi estimada em 20,0 ± 6,8 sr. Além disso, estudamos o comportamento destas grandezas com relação a temperatura. Enquanto as nuvens cirrus observadas mostraram uma redução da espessura e da profundidade óptica com a diminuição da temperatura (aumento da altitude), a razão lidar mostrou-se constante, indicando uma composição constante em termos da mistura de cristais de gelo. / Recently, cirrus clouds have been recognized as important agents of global climate system by functioning as a thermal blanket and can signicantly alter the radiation balance of the atmosphere, aecting the climate system from the weather to climate change timescales. They are found near the tropopause and are formed mainly by non spherical ice crystals, with lifetime that can go from hours to a few days. Despite being relatively transparent to solar radiation (optical depth < 3.0), they are opaque to the infrared radiation that would be lost to space, and thus have a positive radiative forcing. Its importance grows due to its large coverage area. The global cirrus cover has been estimated to be about 20-25% and their occurrence can be more than 70% over the tropics ( LIOU , 2002). In mid-2011 a UV Raman Lidar station become operational in the central Amazon region, installed 30 km up-wind from Manaus-AM (2.89 °S 59.97 °W). Using a 95 mJ Nd-Yag laser at 355 nm and a cassegrain telescope with 400 mm and 4000 mm focal length, this system remotely senses the troposphere with 7.5 m and 1-min height and time resolution respectively. To analyze this large amount of data, an automated algorithm for the detection of cirrus clouds was developed based on the method described for( BARJA , 2002), which determine the cloud base, top and maximum light backscattering heights, and cloud thickness. The results show a good agreement between the usual visual method, with no signicant dierence in the base heights. The transmittance factor of the lidar signal was used to derive the optical depth cirrus. Proles of temperature and pressure were obtained by radiosondes available twice daily from the military airport of Ponta Pelada (28 km south from the experimental site). The Klett and Raman methods were used to derive the backscattering coecient and to estimate the lidar ratio of the cirrus clouds. As the results for the analysis of data from the rst two years of measurements (2011 and 2012 ), we found that the occurrence of cirrus clouds was approximately 71.0 % of the total time of observation, being approximately 24.2 % of all cirrus were subvisual ( < 0.03), 40.7 % were thin cirrus (0.03 < < 0.3 ) and 35.1 % were cirrus stratus ( > 0.3). Also found the average values of 12.4 ± 2.4 km 14.3 ± 2.2 km for altitudes of the base and top height, respectively, residing between the temperatures down to -90 °C and frequently found near the tropopause. The lidar-ratio was estimated as 20.0 ± 6.8 sr . Also, the behavior of these quantities with respect to temperature was studied.

Made available in DSpace on 2017-07-10T19:24:11Z (GMT). No. of bitstreams: 1 murilo.pdf: 6381901 bytes, checksum: 3e82f0174bf867c788f315c972eaf358 (MD5) Previous issue date: 2015-08-01 / Nowadays flexibility and quality in data acquisition of yield are required to be used as a decision-maker instrument for companies and governments. The wheat crop has a very important economic social role among all the interesting economic activities in Brazil, since it has been driving feedstock of different agribusiness enterprises. Thus, the purpose on this present research was to evaluate a wheat pattern development designed for grain production by comparison of the temporal index profile of vegetation based on the normalized difference (NDVI). The profiles were acquired from 11 wheat cultivars with different phenological period, so that the most susceptible stages could be identified regarding the adverse wheather that can intervene in wheat crop yield. So. this trial was carried in two consecutive years (2013 and 2014) in Paraná state. Thereafter, according to this context, the NVDI of 11 wheat cultivars was collected in different phenological stages with GreenSeeker and FieldSpec 4 sensors that have allowed collecting the reflectance on red and the nearby infrared wave length. Periods with the highest NDVI for all cultivars occurred at 63 days in 2013, as well as at 56 and 67 days in 2014. So, it was observed that all cultivars with a middle cycle, with a longer period for leaf area formation, can reach the highest NVDI level before the earing period. The NVDI temporal profiles has shown that the wheat varieties have different behaviors in the beginning and end of the studied crop, which are mainly based in the phenological period of each cultivar. / Atualmente, exigem-se agilidade e qualidade na aquisição de dados de produtividade para que possam servir de instrumento para tomadas de decisões empresariais e governamentais. A cultura do trigo assume importante papel socioeconômico entre as culturas de interesse econômico no Brasil, por constituir matéria-prima impulsionadora de diversos complexos agroindustriais. O propósito deste trabalho foi avaliar os padrões de desenvolvimento do trigo destinados à produção de grãos pela comparação de perfis temporais do índice de vegetação por diferença normalizada (NDVI). Os perfis foram adquiridos a partir de 11 cultivares com diferentes ciclos fenológicos para que se interpretem os estádios mais suscetíveis às adversidades climáticas que possam interferir na produtividade da cultura. O experimento foi implantado em dois anos consecutivos (2013 e 2014) no Estado do Paraná. Neste contexto, foi coletado o NDVI de onze cultivares de trigo em diferentes estádios fenológicos com os equipamentos GreenSeeker e FieldSpec 4, os quais permitem a coleta da refletância nos comprimentos de onda do vermelho e infravermelho próximo. Os períodos com maior NDVI, para todas as cultivares, ocorreram aos 63 dias em 2013, 56 e 67 dias em 2014. E revelaram que as cultivares de ciclo médio, com maior tempo para a formação de área foliar, podem atingir o NDVI máximo antes do período de espigamento. Os perfis temporais de NDVI mostraram que as variedades de trigo têm comportamentos diferentes no início e no final da cultura, os quais se devem principalmente ao ciclo fenológico de cada cultivar.

Nesta tese investiga-se uma nova abordagem visando implementar os conceitos propostos na Teoria da Evidencia para fins de classificação de imagens digitais em Sensoriamento Remoto. Propõe-se aqui a utilização de variáveis auxiliares, estruturadas na forma de Planos de Informação (P.I.s) como em um SIG para gerar dados de confiança e de plausibilidade. São então aplicados limiares aos dados de confiança e de plausibilidade, com a finalidade de detectar erros de inclusão e de omissão, respectivamente, na imagem temática. Propõe-se nesta tese que estes dois limiares sejam estimados em função das acurácias do usuário e do produtor. A metodologia proposta nesta tese foi testada em uma área teste, coberta pela classe Mata Nativa com Araucária. O experimento mostrou que a metodologia aqui proposta atinge seus objetivos. / In this thesis we investigate a new approach to implement concepts developed by the Theory of Evidence to Remote Sensing digital image classification. In the proposed approach auxiliary variables are structured as layers in a GIS-like format to produce layers of belief and plausibility. Thresholds are applied to the layers of belief and plausibility to detect errors of commission and omission, respectively on the thematic image. The thresholds are estimated as functions of the user’s and producer’s accuracy. Preliminary tests were performed over an area covered by natural forest with Araucaria, showing some promising results.

O objetivo do presente trabalho foi avaliar o uso potencial dos dados hiperespectrais do sensor orbital Hyperion/Earth Observing One (EO-1) e dos modelos de mistura espectral MESMA (Multiple Endmember Spectral Mixture Analysis) e SMA (Spectral Mixture Analysis) para discriminação de classes de cobertura da Planície Costeira do Rio Grande do Sul. O modelo MESMA difere do SMA por permitir que o número e o tipo de Membros de Referência (MRs), assim como sua abundância, variem pixel a pixel. A abordagem metodológica utilizada envolveu as seguintes etapas: (a) préprocessamento dos dados Hyperion e conversão dos valores de radiância para imagens atmosfericamente corrigidas de reflectância de superfície; (b) uso seqüencial das técnicas Minimum Noise Fraction (MNF), Pixel Purity Index (PPI) e Visualizador n- Dimensional, no intervalo de 454 a 2334 nm, para seleção inicial de um grupo de pixels candidatos a MRs (primeira biblioteca espectral) e de um outro grupo para fins de validação dos modelos; (c) uso do aplicativo VIPER (Visualization and Image Processing for Environmental Research) Tools para refinamento da primeira biblioteca espectral e seleção final dos MRs, utilizando as métricas EAR (Endmember Average RMSE), MASA (Minimum Average Spectral Angle) e CoB (Count Based Endmember Selection); (d) geração dos modelos MESMA e SMA com o VIPER Tools; e (e) comparação dos resultados dos modelos com base nas imagens-fração e nos valores de erro médio quadrático (RMSE). Os resultados obtidos mostraram que: (1) o uso seqüencial das técnicas MNF, PPI e Visualizador n-Dimensional pode constituir uma etapa inicial para identificar pixels candidatos a MRs, cuja seleção final pode ser feita com as métricas EAR, MASA e CoB. Usadas de forma combinada, essas métricas minimizam possíveis efeitos da baixa relação sinal-ruído do Hyperion; (2) os MRs selecionados representaram os principais componentes de cena como “água” (com clorofila, límpida e com sedimentos em suspensão), “vegetação verde” (pinus, eucalipto e gramíneas) e “solo” (dunas e campo seco); (3) Por utilizar número e tipo variáveis de MRs, o modelo MESMA produziu melhores resultados que o SMA. Quando aplicado sobre a imagem, sobre a amostra de validação e quando comparado com o SMA, o modelo MESMA de 4 componentes (Solo = dunas e campo Seco; vegetação verde = pinus, eucalipto e gramíneas; água = com Sedimentos em suspensão, sem Sedimentos e com clorofila; sombra) descreveu adequadamente a diversidade dos componentes de cena, incluindo materiais dentro de uma mesma classe (p.ex. pinus e eucalipto). O MESMA produziu menores valores de RMSE e uma maior quantidade de pixels modelados na cena (85% contra 55%) do que o SMA; (4) o VIPER mostrou-se uma ferramenta bastante eficaz para seleção dos MRs e geração dos modelos. Os resultados, como um todo, demonstraram o potencial da aplicação dos modelos MESMA com dados hiperespectrais do sensor Hyperion/EO-1, mesmo considerando a baixa relação sinal/ruído do instrumento, especialmente no infravermelho de ondas curtas (SWIR). / The objective of this work was to evaluate the potential use of the Hyperion/Earth Observing One (EO-1) hyperspectral data and of the MESMA (Multiple Endmember Spectral Mixture Analysis) and SMA (Spectral Mixture Analysis) mixture models to discriminate land covers in the Rio Grande do Sul state, South Brazil. MESMA differs from SMA because it may use a variable number and type of endmembers in each pixel. The methodology involved: (a) pre-processing of Hyperion data and conversion of radiance values into atmospherically corrected surface reflectance images; (b) sequential use of the Minimum Noise Fraction (MNF), Pixel Purity Index (PPI) and n- Dimensional Visualizer techniques, in the 454-2334 nm range, for initial selection of a general group of candidate endmembers (first spectral library) and of another group of pixels used for model validation; (c) use of VIPER (Visualization and Image Processing for Environmental Research) Tools algorithm for final selection of endmembers from the first spectral library and from the use of the metrics EAR (Endmember Average RMSE), MASA (Minimum Average Spectral Angle) and CoB (Count Based Endmember Selection); (d) use of VIPER tools to obtain MESMA and SMA models; and (e) comparison of modeling results based on the inspection of fraction images and root mean square error (RMSE) values. Results showed that: (1) the sequential use of the MNF, PPI and n-D Visualizer techniques may comprise an initial step to identify candidate endmembers. Final selection was performed using a combination of EAR, MASA and CoB to minimize possible effects of low signalnoise ratio (SNR) of Hyperion; (2) the selected endmembers represented major scene components such as water (with chlorophyll, clear or bearing in suspended sediments), green vegetation (pinus, eucalyptus and grasslands) and soil (dunes and dry grasslands); (3) By using a variable number and type of endmembers, MESMA produced better results than SMA. When applied over the image, the validation dataset and compared with SMA, the four-endmember MESMA model (soil = dunes and dry grasslands; green vegetation = pinus, eucalyptus and grasslands; water = with chlorophyll, clear and with suspended sediments; shadow) described adequately the diversity of the scene components, including materials within the same class (e.g., pinus and eucalyptus). MESMA produced lower RMSE values and greater number of modeled pixels (85% versus 55%) than SMA; (5) the VIPER tools seems to be an interesting approach for endmember selection and spectral mixture model generation. Results, as a whole, demonstrated the potential use of the MESMA with Hyperion/EO-1 hyperspectral data, even considering the low SNR of the instrument, especially in the shortwave infrared (SWIR).

Os elevados índices de crescimento urbano alcançado pelas grandes cidades nas últimas décadas afetam diretamente o processo organizado de expansão urbana, pois os atuais níveis de desenvolvimento da infra-estrutura nas grandes cidades não acompanham o ritmo do crescimento populacional atual. Frente a isso, os resultados deste cenário podem ser vistos através do surgimento de ocupações irregulares que comprometem o desenvolvimento da cidade de maneira ordenada, além de atingirem áreas de preservação ambiental, consideradas fundamentais para se manter padrões desejáveis na qualidade de vida. Com isso, a necessidade de se obter mapeamentos de maneira rápida e confiável se torna cada vez mais evidente, pois decidir sobre as estratégias e projetos referentes ao planejamento urbano depende da existência de um conjunto atualizado de informações sobre as áreas de expansão. Sendo assim, a obtenção de mapeamentos em áreas urbanas por meio de dados adquiridos com alta resolução espacial provenientes de imageamento orbital e aerotransportado se torna cada vez mais presente e necessária. O surgimento de novos sensores aerotransportados com capacidade de adquirir dados de imageamento com alta resolução espacial, como se destaca o sensor HRSC-AX (High Resolution Stereo Camera Airbone eXtended), permite inovar e automatizar soluções referentes aos problemas de mapeamento. O sensor HRSC-AX, desenvolvido pelo Instituto Aeroespacial de Berlim na Alemanha (Deutsches Zentrum für Luft und Raumfahrt; DLR), possui como característica a capacidade de adquirir dados de imageamento com alta resolução espacial nas faixas espectrais referentes ao visível (RGB) e infravermelho próximo (NIR), além de imagens estéreo fotométricas que permitem gerar modelos digitais de superfície (DSM). Essa característica permite a utilização desses dados em processos de classificação de imagens de alta resolução. Dessa forma, o presente trabalho apresenta e valida uma proposta metodológica para caracterizar objetos do cenário urbano utilizando índices de realce extraídos de dados do sensor HRSC-AX. Com base nos resultados obtidos é possível concluir que a proposta apresentada fornece uma ferramenta alternativa para a obtenção de informações sobre os objetos presentes no cenário urbano como edificações, áreas verdes, áreas sombreadas, áreas de solo exposto e objetos asfaltados de maneira rápida e confiável, além de prover subsídios para a tomada de decisões no planejamento urbano. / The heightened rates of urban growth attained by the large cities during the last decades affect directly the urban sprawl as an organized process, whereas the current development rates of the infrastructure do not keep up with the population increase of today. As a visible result of this scenario, irregular occupations appear, compromising an organized development of the city, besides jeopardizing environmental preservation areas, essential to the maintenance of desirable standards of quality of life. Hence, the ever growing necessity of obtaining maps in a fast and reliable fashion is evident, because the decision-making on strategies and projects, regarding to urban planning, is based on the existence of an updated set of information about the expanding areas. Therefore, the attainment of urban area maps, which are based in high resolution data acquired through orbital and airborne imagery, become increasingly present and necessary. The appearing of new airborne sensors, with the capacity to acquire high resolution image data, as, for instance, the HRSC-AX (High Resolution Stereo Camera Airbone eXtended), allows the innovation and automation of solutions related to problems in mapping. The HRSC-AX sensor, developed by the Berlin based German Aerospace Center (Deutsches Zentrum für Luft und Raumfahrt; DLR), is characterized by its capacity to acquire imagery data with high resolution in the visible spectral channels (RGB) as for the near infrared (NIR), besides the possibility to extract stereo photometric imagery, allowing the generation of digital surface models (DSM). This feature allows the improvement of the classification process of high resolution imagery. Hence, the present study presents and validates a methodological proposal to characterize objects in the urban scenario, using enhancement indexes extracted from HRSC-AX data. Based on the obtained results, it is possible to conclude that the presented proposal supplies an alternative tool for the obtainment of information regarding the objects that are present in the urban scenario, such as buildings, vegetation areas, shadowed areas, bare soil and asphalt covered objects, in a fast and reliable manner, besides allowing the decision-making in urban planning.

O século 21 vem sendo caracterizado pela urbanização acelerada em países economicamente emergentes. O aumento das construções em áreas urbanas, quando mal planejado, ocasiona problemas estruturais e espaciais que afetam diretamente os cidadãos e seu entorno. Muitas pesquisas científicas propõem métodos para monitorar a qualidade dos materiais utilizados em obras de engenharia. As inspeções de qualidade mais aplicadas são feitas em materiais relacionados à estrutura, como o concreto. Todo o concreto utilizado em obra é obrigatoriamente submetido ao ensaio à compressão axial, que rompe os corpos-de-prova. Estes ensaios destrutivos não são realizados in loco e todo o material utilizado é descartado após análise. Neste sentido, o sensoriamento remoto pode ser utilizado no mapeamento e monitoramento de materiais de construção, permitindo investigar e identificar diversos componentes de forma não-destrutiva. Os materiais podem ser inspecionados diretamente no local da obra, de uma forma rápida, não-invasiva e de baixo custo, características imprescindíveis no processo contínuo da construção civil. Neste trabalho foi utilizado o equipamento espectrorradiômetro FieldSpec 3 para medir materiais cimentícios à base de cimento Portland (pasta de cimento, argamassa e concreto). Nas amostras de pasta de cimento e argamassa, analisou-se o comportamento espectral de quatro diferentes resistências mecânicas e nas amostras de concreto avaliou-se a diferença entre o comportamento espectral de concretos submetidos a carregamento precoce e concretos de referência. As curvas espectrais geradas pelo registro da radiação eletromagnética refletida e absorvida das amostras foram interpretadas com base na teoria de espectroscopia vibracional e eletrônica. Esta dissertação tem um caráter inovador e a técnica aplicada é extremamente promissora e praticável como um método alternativo. Na literatura não existem estudos que já fizeram esta investigação, nem trabalhos acadêmicos com o propósito de diferenciar resistências mecânicas a partir da análise e interpretação de assinaturas espectrais destes materiais. O objetivo deste trabalho é mostrar uma técnica auxiliar inédita para analisar corpos-de-prova sólidos, utilizando a espectroscopia no visível e infravermelho próximo. O resultado deste estudo constatou que as amostras de pasta e de argamassa apresentaram contraste espectral e detectou a presença e proporção de água nas amostras. Também identificaram-se diferenças entre o comportamento espectral dos concretos de referência e o dos pré-carregados, evidenciando-se a aplicabilidade desta ferramenta na identificação da microfissuração do concreto. Com auxílio da transformada de wavelet foi possível comprovar estatisticamente o contraste espectral e que a profundidade das feições de absorção da água é inversamente proporcional à resistência mecânica, para materiais cimentícios como a pasta e argamassa. A técnica apresentada foi considerada bastante promissora como ferramenta auxiliar na avaliação da qualidade de materiais cimentícios à base de cimento Portland. / The 21st century has been characterized by rapid urbanization in economically emerging countries. The increase of constructions in urban areas, when not planned correctly, causes structural and spatial problems that directly affect citizens and their surroundings. Many scientific researches propose methods to monitor the quality of materials used in engineering works. The quality inspections more applied are made in materials related to the structure, like concrete. All the concrete used in the side work must be submitted to axial compression test, which breakes the samples. These destructive tests are not done in loco and all the material used is discarded after analysis. This way, the remote sensing can be used for mapping and monitoring of construction materials, allowing to investigate and to identify many components in a non-destructive way. The materials can be inspected directly inside the side work, in a quick way, non-invasive and low cost, indispensable characteristics in the ongoing process of civil construction. In this work a piece of equipment FieldSpec 3 spectroradiometer was used to measure cement materials based on Portland cement (cement paste, mortar and concrete). In the cement paste and mortar samples was analyzed the spectral behavior of four different compressive strengths and in the concrete samples was analyzed the difference between the spectral behavior of concretes submitted to early loading and concretes of reference. The spectral curves produced by register of electromagnetic radiation reflected and absorbed of the samples were interpreted based on the theory vibrational and electronic spectroscopy. This dissertation is an innovation and the technique applied is extremely promising and feasible as an alternative method. In the literature there are no studies that have already done this research or academic papers with the purpose of differentiate compressive strengths from the analysis and interpretation of their spectral signatures. The objective of this work is to show an original technique to analyze solid samples using the spectroscopy in the visible and near infrared. The result of this study found that the samples of cement past and mortar showed spectral contrast and detected the presence and proportion of water in the samples. Besides it identified differences between the spectral behavior of early loading and concretes of reference, highlighting the applicability of this tool in the identification of the concrete microcracking. With the help of wavelet transform was possible to prove statistically the spectral contrast and that the depth of water absorption features is inversely proportional to the compressive strength, for cement materials such as paste and mortar. The technique presented was considered very promising as an assistant technique in quality appraisal of cement material based on Portland cement, may complement information obtained by conventional techniques.