O sensoriamento remoto é o conjunto de técnicas utilizadas para determinar a distância às propriedades de objetos naturais ou artificiais a partir da radiação que eles emitem ou refletem. As técnicas de sensoriamento remoto incluem todo o processo: captura e registro da energia da radiação emitida ou refletida pelos objetos a serem observados, processamento dos dados resultantes e, por fim, análise dos dados finais. Este processo utiliza um sensor ( câmera , laser , radar , sonar , lidar , sismógrafo , gravímetro , etc.) que geralmente está a bordo de uma plataforma móvel: avião, satélite , balão, navio (sonar), .... Sensor remoto moderno normalmente depende de processamento digital, mas pode usar métodos não digitais com a mesma facilidade. Muito do espectro eletromagnético de raios-x a ondas de rádio, ultravioleta, luz visível e infravermelho pode ser usado. Cada parte do espectro pode fornecer informações sobre o objeto: forma, temperatura, composição química, molecular e mineralogia, distância, etc.
A técnica de sensoriamento remoto surgiu com a invenção da fotografia e o surgimento da aviação, mas se desenvolveu mais particularmente na década de 1970, graças ao desenvolvimento de satélites de observação da Terra e sensores digitais. O sensoriamento remoto tem múltiplas aplicações, tanto científicas quanto operacionais: meteorologia, reconhecimento militar, gestão de recursos agrícolas e florestais, cartografia, gestão de desastres, estudo do clima, modelagem de processos atmosféricos, etc.
O sensoriamento remoto, no campo da astronáutica , é o conjunto de conhecimentos e técnicas utilizadas para determinar as características da superfície e da atmosfera da Terra ou de outro planeta , por meio de medições de uma espaçonave movendo-se a uma distância adequada deste último. O termo correspondente em inglês é sensoriamento remoto do espaço .
O sensoriamento remoto é um método de aquisição que explora principalmente a medição da radiação eletromagnética emitida ou refletida pelos objetos estudados.
A radiação eletromagnética é uma onda que transporta energia e que se move na velocidade da luz. É composto por um campo elétrico e um campo magnético. O campo elétrico varia em magnitude e é orientado perpendicularmente à direção de propagação da radiação. O campo magnético é orientado perpendicularmente ao campo elétrico. A principal propriedade da radiação eletromagnética é seu comprimento de onda (λ), que é a distância entre dois picos sucessivos da onda. É expresso em unidades derivadas do metro ( nanômetro : 10 -6 m. - mícron : 10 -6 m., Milímetro : 10 -3 m. - etc.). A frequência (ν = c λ mede o número de oscilações por unidade de tempo. É calculada com a fórmula ν = cx λ (com c = velocidade da luz ).
Classificamos a radiação eletromagnética em função do seu comprimento de onda: o espectro eletromagnético varia de comprimentos de onda curtos ( raios gama , raios X ) a comprimentos de onda ( ondas de microondas e rádio ) passando pelo ultravioleta , luz visível e infravermelho . A quantidade de energia transportada pela onda eletromagnética diminui com o comprimento de onda. Muito do espectro eletromagnético pode ser usado para sensoriamento remoto. Usamos mais particularmente (aumentando o comprimento de onda):
O instrumento usado para sensoriamento remoto observa um domínio de frequência preciso que pode estar localizado no infravermelho , luz visível , microondas , ultravioleta , raios-x ou ondas de rádio . Isso é possível pelo fato de que os objetos estudados (superfície, plantas, casas, corpos d'água ou massas de ar) emitem ou refletem radiação em diferentes comprimentos de onda e intensidades dependendo de seus componentes e de seu estado. Alguns instrumentos de sensoriamento remoto também usam ondas sonoras de maneira semelhante, enquanto outros medem variações nos campos magnéticos ou gravitacionais.
A radiação eletromagnética explorada pelo processo de sensoriamento remoto pode vir das seguintes fontes:
O instrumento usado para sensoriamento remoto é geralmente instalado a bordo de uma aeronave ou satélite viajando em uma órbita baixa. A fonte de radiação (radiação solar) passou pela atmosfera terrestre antes de chegar ao objeto e passou por ela novamente para retornar ao instrumento. As partículas e gases que constituem a atmosfera interagem bloqueando ( absorção óptica ) ou desviando parcialmente a radiação (difusão).
A absorção óptica ocorre porque as moléculas absorvem energia de certos comprimentos de onda: o ozônio absorve ultravioleta, o dióxido de carbono absorve grande parte do infravermelho térmico (que contribui para o efeito estufa) e o vapor d'água absorve grande parte do infravermelho em comprimentos de onda longos e microondas em comprimentos de onda curtos . O impacto da absorção varia dependendo da altitude (camada atmosférica mais ou menos espessa) e da quantidade de vapor d'água. Em um céu claro e em grandes altitudes, é bastante reduzido. O fenômeno de absorção tem um impacto significativo nos comprimentos de onda usados para sensoriamento remoto.
O efeito de espalhamento depende do comprimento de onda, da densidade das partículas e moléculas e da espessura da camada atmosférica. Três processos podem desempenhar um papel na disseminação:
A radiação eletromagnética que passou pela atmosfera irá interagir com o objeto observado. Pode ser absorvido por ele, passar pelo objeto ou ser refletido por ele. É a radiação refletida que pode ser explorada pelo processo de sensoriamento remoto. Os três modos podem ser combinados em proporções variáveis para um determinado comprimento de onda. Essa interação depende do comprimento de onda da radiação, da natureza da superfície e de sua textura. Existem dois tipos de reflexão: reflexão especular (a radiação é refletida na mesma direção que no caso de um espelho) e reflexão difusa (a radiação é refletida em todas as direções). A maioria dos objetos combina esses dois tipos de reflexão. O modo de reflexão depende da magnitude da rugosidade da superfície em relação ao comprimento de onda da radiação incidente. Se o comprimento de onda for menor do que a aspereza, a reflexão difusa domina (por exemplo, em uma praia a reflexão difusa domina porque os grãos de areia têm um diâmetro da ordem de algumas centenas de mícrons, enquanto o comprimento da luz visível é menor que um mícron).
Nota: Embora a astronomia possa ser considerada como sensoriamento remoto (levado ao extremo), o termo sensoriamento remoto é geralmente reservado para observações terrestres.
Entre os sensores, distingue-se entre sensores passivos (normalmente câmeras ópticas) que analisam a radiação emitida pelo objeto observado e sensores ativos (tipicamente radar) que analisam o reflexo da radiação que emitem.
Sensores ÓpticosSensores ópticos são sistemas passivos que medem a energia eletromagnética do objeto observado. Essa energia pode ser a do Sol que foi refletida (radiação variando do visível ao infravermelho médio) ou a emitida pelo objeto observado (térmico ou infravermelho distante). O instrumento pode favorecer a dimensão espacial: passa a ser um radiômetro de imagem (nossa câmera) ou a dimensão espectral e é então um espectrorradiômetro. O instrumento pode capturar dimensões espaciais e espectrais e é, então, um espectrofotógrafo.
Sensores ópticos podem usar diferentes técnicas de aquisição:
Atualmente, o sensoriamento remoto permite observar todo o planeta em todo o espectro eletromagnético com resolução espacial inferior a um metro no domínio óptico. A mesma região pode ser observada em intervalos próximos. Uma das limitações do sensoriamento remoto é que ele fornece informações principalmente na superfície do solo. Podemos distinguir os usos de acordo com o domínio a que se aplicam: marítimo, terrestre, atmosférico.
Os inventários florestais (contagem de árvores, avaliação de biomassa ou o estado de estresse e saúde das árvores) usam cada vez mais imagens aéreas e até de satélite (incluindo infravermelho ). A precisão está aumentando, em particular para coníferas, e menos para a floresta temperada de folha larga. A identificação de espécies não é confiável para florestas tropicais (exceto em casos especiais com floração ou hábito característico).
AgriculturaAs aplicações nesta área dependem da resolução espacial e do número de bandas espectrais disponíveis. Esses aplicativos são:
O sensoriamento remoto fornece mapas de uso da terra e cobertura da terra que são usados para lidar com as mudanças induzidas pelo crescimento populacional, desenvolvimento econômico e mudanças climáticas. Essas mudanças têm repercussões na saúde, na economia e no meio ambiente. Não existe um padrão para representar os diferentes tipos de cobertura. Existem, por exemplo, GCL2000 (instrumento VEGETATION), CORINE (instrumento SPOT / Landat) ou GLOB-COVER (instrumento MERIS).
MapeamentoA resolução espacial de sensores recentes possibilita a produção de mapas ou a alimentação de sistemas de informação geográfica (SIG). As cartas topográficas são frequentemente produzidas usando pares de fotos aéreas estereográficas para recriar uma imagem tridimensional.
Modelos digitais de terreno podem ser produzidos por interferometria (usando radar de abertura sintética ), um método de registro de uma série de medições do alvo de um avião , satélite ou ônibus espacial . A combinação dos dados dessas medições fornece um mapa detalhado contendo informações sobre a cobertura do solo , relevo ou movimento em escala centimétrica. Os dados geralmente cobrem faixas de vários quilômetros de largura.
Temperatura da superfície da terra Desastres naturaisOs terremotos são localizados a posteriori comparando sismogramas registrados em diferentes lugares; a intensidade relativa e a precisão temporal do registro condicionam a qualidade da informação no local do tremor.
Como parte da luta contra a desertificação (LCD), o sensoriamento remoto facilita o monitoramento e vigilância de longo prazo das áreas de risco, a definição dos fatores de desertificação e o auxílio na tomada de medidas de gestão ambiental adequadas pelas autoridades locais. impacto dessas medidas.
Aplicações militaresA atmosfera é uma mistura de gases formada por várias camadas com diferentes características. Ele desempenha um grande papel no clima, garantindo a circulação em grande escala do ar na troposfera, um processo que distribui calor ao redor da Terra. Quando a radiação eletromagnética passa pela atmosfera, ela é absorvida ou difundida pelas partículas presentes. Além disso, a atmosfera emite radiação infravermelha térmica.
As principais aplicações associadas às observações atmosféricas são: • Previsões do tempo. A precipitação pode ser detectada por radar . • Análise das concentrações e características dos gases atmosféricos • Prevenção de desastres (tempestades, ventos, etc.) • Energias renováveis (eólica, solar) • Qualidade do ar: poluição, aerossóis, névoas, etc. • Medindo gases de efeito estufa • Mudanças climáticas
Os dados coletados pelos sensores devem ser processados para que as informações acionáveis possam ser comunicadas aos usuários finais. São processos complexos e pesados (quantidades de dados) cujas características dependem dos sensores utilizados. No entanto, sempre encontramos as mesmas etapas:
O desenvolvimento do sensoriamento remoto está ligado à invenção da fotografia e ao desenvolvimento da aeronáutica . A fotografia de Paris tirada de um balão em 1860 pelo fotógrafo Nadar marca seu início. Durante o cerco de Paris, fotos foram tiradas de balões presos para obter informações sobre o sistema militar do adversário. Por quase um século, o sensoriamento remoto foi usado principalmente para cartografia e atividades de reconhecimento militar usando câmeras a bordo de aviões . Os satélites artificiais (lançados pela primeira vez no Spournik-1 de 1957) mudam completamente o jogo, tornando possível coletar dados de todo o planeta em um tempo muito curto. O Tiros-1 , colocado em órbita em 1960, é o primeiro satélite experimental dedicado a este objetivo. Tecnicamente, essas máquinas continuam a usar câmeras de filme de prata, que devem ser digitalizadas ou enviadas de volta à Terra, ou sensores analógicos ( tubo de raios catódicos de vidicon) que fornecem imagens de baixa qualidade. Esses dispositivos foram substituídos por detectores fotoelétricos de estado sólido no início da década de 1970. Era antes de tudo um detector elementar (um único pixel ) que exigia uma dupla varredura para registrar uma imagem. Este tipo de sensor é usado pelo Landsat -1 (1972), o primeiro satélite civil operacional de observação da Terra desenvolvido pela agência espacial americana NASA . Matrizes de detectores alinhados, que captam uma linha inteira da imagem (técnica pushbroom) são utilizados pela primeira vez pelo satélite francês Spot 1 colocado em órbita em 1986. Isso inaugura a comercialização de imagens obtidas por sensoriamento remoto espacial. Sensores constituídos por matrizes de detectores que possibilitam a captura de uma imagem em uma única passagem surgiram no final da década de 1980. Desde então, sua capacidade (número de pixels) e sensibilidade (número de pixels) continuaram a melhorar. Uma rede coordenada de satélites meteorológicos geoestacionários, a primeira grande aplicação civil de sensoriamento remoto, foi estabelecida entre 1974 e 1978 sob os auspícios da Organização Meteorológica Mundial. Em 1978, o satélite Seasat da NASA transportou pela primeira vez um radar de abertura sintética que é usado para fazer medições sobre os oceanos. O satélite Landsat-4, lançado em 1982, é o primeiro a fornecer imagens de alta resolução espacial. O satélite IKONOS, lançado em 1999, é o primeiro a fornecer imagens de altíssima resolução espacial (menos de 1 metro).
Existe uma casa de sensoriamento remoto em Montpellier , que reúne equipes de pesquisa multidisciplinares e institutos de pesquisa para formar um centro de pesquisa aplicada em sensoriamento remoto e informação geográfica.