Autores
- CATHARINA DE OLIVEIRA MAIAUFMGEmail: catharinaolm@gmail.com
- DANIEL MACHADO FACURYUFMGEmail: danielfacury@gmail.com
- ANTÔNIO PEREIRA MAGALHÃES JR.UFMGEmail: antonio.magalhaes.ufmg@gmail.com
Resumo
O uso de imagens de satélite em estudos geomorfológicos tem se intensificado na
última década. O recente lançamento de satélites com alta resolução espacial e
temporal tem permitido novas análises em escalas temporais muito detalhadas. Os
satélites PlanetScope são usados com frequência em estudos geomorfológicos na
literatura internacional, por conta da sua resolução espacial de 3 m e da
periodicidade diária de revisita. No entanto, na literatura nacional, esta
ferramenta ainda é pouco utilizada. O presente estudo buscou refletir sobre a
potencialidade de usos das imagens de satélite de alta resolução têmporo-
espacial para estudos geomorfológicos, tendo como base usos já consagrados
dessas imagens na literatura nacional e internacional, mas extrapolando-os para
outros usos possíveis. Os usos foram resumidos em três categorias: risco
ambiental, dinâmicas de sistemas ambientais e impactos de atividades antrópicas,
apresentando grande potencial para estudos geomorfológicos.
Palavras chaves
Morfodinâmica; Geotecnologias; Risco Ambiental; Imagem de Satélite; Sensoriamento Remoto
Introdução
O uso de imagens de satélite tem se intensificado nos últimos anos devido ao seu
alto potencial para o monitoramento e levantamento de diferentes eventos que
ocorrem na superfície terrestre e ao desenvolvimento de técnicas que tem
disponibilizado, cada vez mais, imagens de alta qualidade. As imagens orbitais
podem ser obtidas por meio de sensores passivos ou ativos (FLORENZANO, 2008). Os
sensores ativos operam com a sua própria fonte de energia adicional, diferente
dos sensores passivos, os quais necessitam de fonte de energia adicional externa
para operarem. Ainda, os sensores passivos permitem a geração de imagens
ópticas, que são o foco deste estudo. As diferentes finalidades do uso de
imagens de satélite podem ser ilustradas pela diversidade temática de pesquisas
que as utilizam. A título de exemplo há estudos que fizeram o uso de imagem de
satélite para estimativa de biomassa e carbono em floresta (WALTZLAWICK et al.,
2009), análise de lineamentos estruturais (ROLDAN et al., 2010), detecção de
queimadas e risco de incêndio (ANTUNES, 2000), entre outros.
A geomorfologia é, particularmente, uma das áreas do conhecimento que se
beneficia de modo marcante com a disponibilização de imagens de satélite,
potencializando as pesquisas em distintos ambientes tais como fluviais,
cársticos e costeiros. Como exemplos, Lima (2003) utilizou imagens de satélite
para mapear recifes costeiros e analisar processos físicos litorâneos; Scherer
(2019) realizou, por meio de imagens orbitais, levantamentos de bordas de platô,
tálus e feições de dolinas para definição de feições geomorfológicas em
ambientes cársticos; Machado et al. (2011) utilizaram-se de imagens de satélite
para identificar depósitos tecnogênicos fluviais e avaliar impactos ambientais,
como alteração de feições geomorfológicas e da rede de drenagem. Florenzano
(2008) aponta que a contribuição das imagens aeroespaciais para as pesquisas
geomorfológicas pode ser sintetizada em três categorias, a saber:
1) como base cartográfica para o lançamento de informações e apoio de campo
2) na extração de dados geomorfológicos e na elaboração de cartas morfométricas,
cartas de risco (erosão e inundação) e cartas geomorfológicas completas
3) na análise integrada e no mapeamento da paisagem
As geociências tratam de eventos de diferentes magnitudes temporais, como
diárias (ex. movimentos de massa) ou milhares ou milhões de anos, como formas e
depósitos fluviais (MAGALHÃES JÚNIOR; BARROS, 2020). A morfodinâmica é
determinante para compreender os processos responsáveis pela evolução das
paisagens, e os arquivos morfológicos e deposicionais são registros
potencialmente importantes para a reconstrução paleogeomorfológica. A variação e
o dinamismo de certas feições, como ravinas, cicatrizes de movimentos de massa,
meandros e barras de canal, são evidenciados, muitas vezes, em um curto
intervalo temporal. Dessa forma, as imagens de alta resolução temporal ganham
destaque para evidenciar, principalmente, os processos morfodinâmicos na
paisagem.
Para tanto, são disponíveis de forma gratuitas imagens de satélites como o
CBERS04A (câmera WPM, banda PAN), Landsat 8 (Sensor ULI, banda PAN) e
Resourcesat (IRS-P6, Sensor LISS-III, bandas G, B, NIR, MIR), os quais
apresentam resolução espacial de 2, 15, 23,5 m e período de revisita de 31, 16 e
24 dias, respectivamente (INPE, 2023). O satélite PlanetScope, por sua vez,
apresenta resolução espacial de 3 m e período de revisita diário, sendo assim,
uma alternativa de destaque para os estudos geomorfodinâmicos. Não obstante, as
imagens orbitais disponibilizadas pelo PlanetScope ainda não são utilizadas por
grande parte da literatura nacional. O presente estudo se insere nesse contexto
e busca refletir sobre o potencial do uso de imagens de satélite de alta
resolução têmporo-espacial para estudos geomorfológicos, utilizando-se de
imagens disponibilizadas pelo satélite PlanetScope.
Material e métodos
O presente estudo se baseia em levantamento do referencial bibliográfico em
periódicos de geociências nacionais e internacionais, como a Revista Brasileira
de Geomorfologia, Journal of South American Earth Sciences e Geomorphology, que
utilizam imagens de satélite de alta resolução espacial e temporal para estudos
de cunho geomorfológico. Realizou-se, também, uma busca pelo termo “PlanetScope”
no repositório de periódicos da Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de
Nível Superior (CAPES). A partir desse levantamento, e da revisão de outros
estudos geomorfológicos já realizados com imagens de satélite com escala
temporal e espacial diversa, buscou-se categorizar os principais tipos de
estudos que podem ser realizados de posse de imagens com alta resolução têmporo-
espacial, o que subsidiou as reflexões propostas neste estudo. O foco do estudo
principal consistiu na constelação de satélites PlanetScope, que permite a
obtenção gratuita de imagens para atividades de pesquisas associadas a
universidades.
O levantamento bibliográfico não teve como objetivo esgotar ou levantar todas as
publicações que utilizam imagens de satélite PlanetScope para estudos
geomorfológicos, mas buscou trazer os principais usos aos quais essas imagens
têm sido direcionadas.
Características, obtenção e uso das imagens PlanetScope
De forma ilustrativa, apresentou-se uma possível utilização das imagens
PlanetScope, apresentando a área do município de Buriticupu (MA). O código e a
data de cada imagem utilizada nesta etapa são apresentados no Quadro 1. Não
foram realizados tratamentos sobre a imagem, apenas uma composição R3G2B1, a
partir da qual foram vetorizadas as feições erosivas da área por meio de
detecção visual em Sistema de Informação Geográfica (software QGIS versão
3.22.14), buscando demonstrar a variação da área ocupada por essas feições ao
longo do tempo.
Quadro 1 - Imagens e respectivas datas das imagens PlanetScope utilizadas
As imagens ópticas fornecidas pela Planet são originadas de uma constelação de
180 satélites do tipo CubeSats U3, que consistem em cubos de pequenas dimensões
equipados com instrumentos de alta resolução. A resolução espacial dessas
imagens é de 3 m, enquanto a resolução temporal, ou frequência das imagens, é
diária, o que diferencia esse produto em comparação com demais atualmente
disponíveis. As imagens dos satélites PlanetScope foram obtidas a partir de 2014
e apresentam quatro bandas espectrais: azul (455–515 nm), verde (500–590 nm),
vermelho (590–670 nm), e infravermelho próximo (780–860 nm) (PLANET, 2023).
As imagens PlanetScope não são disponibilizadas gratuitamente para fins
comerciais. No entanto, a empresa Planet desenvolveu o Education and Research
Program, ou Programa de Educação e Pesquisa em tradução livre. Por meio desse
Programa, estudantes e pesquisadores podem submeter um pedido para acesso
gratuito ao banco de imagens. Em caso de aceite, o estudante ou pesquisador
recebe acesso à plataforma Planet Explorer, que permite baixar imagens em um
polígono definido de diversas datas selecionadas, estando à disposição, por
exemplo, o filtro de cobertura por nuvens das imagens. Por meio dessa
plataforma, o usuário pode realizar o download das imagens que podem ser
trabalhadas em Sistemas de Informação Geográfica. As imagens de Buriticupu (MA)
foram obtidas por meio dessa plataforma.
Resultado e discussão
O levantamento de estudos geomorfológicos que utilizam imagens PlanetScope
revelou que essa base de dados ainda é muito pouco utilizada no Brasil, sendo a
única publicação encontrada na literatura nacional até abril de 2023 referente
ao trabalho de Costa et al. (2023), que aborda a dinâmica costeira na foz do rio
Paraíba do Sul. A literatura internacional, por outro lado, compila diversos
estudos que já utilizam essas imagens para a elaboração de estudos
geomorfológicos. Ainda, é importante ressaltar que em diversos trabalhos as
imagens PlanetScope foram utilizados em conjunto com imagens de outros fontes,
como o RapidEye, Landsat, Sentinel, imagens obtidas via Google Earth e imagens
aéreas (como em DILLE et al., 2019; SANTOS; LATRUBESSE, 2021; SAITO et al.;
2022; LOPEZ; HESP, 2023).
Diante dos estudos levantados e da categorização das temáticas destes trabalhos,
foi possível sintetizar as possibilidades advindas do uso de imagens orbitais de
alta resolução têmporo-espacial para estudos geomorfológicos em três categorias,
discutidas adiante:
1)Subsídios para a Investigação de Risco Ambiental
2)Dinâmica de Sistemas Ambientais
3)Impactos de Ações Antrópicas
Subsídios para a Investigação de Risco Ambiental
O risco configura-se como a relação entre ameaças (probabilidade de algum evento
danoso ocorrer) e vulnerabilidades (magnitude da ocorrência de determinada
ameaça). Dessa forma, é necessário que haja o mapeamento das possíveis ameaças e
vulnerabilidades que existem em determinado contexto geográfico, por exemplo,
para obter a taxa de risco que dado evento possui (FURTADO et al., 2014).
Amatya et al. (2022) utilizam as imagens orbitais disponibilizadas pelo satélite
PlanetScope e RapidEye para produzir um inventário de deslizamentos de terra com
base em eventos de chuva no Sudeste Asiático. Esse inventário possibilitou a
criação de um modelo que pudesse quantificar os efeitos que as alterações no uso
da terra implicam na suscetibilidade do risco de deslizamentos, sendo essencial
a alta resolução têmporo-espacial. Ainda, o trabalho de Bell et al. (2021) teve
o objetivo de discorrer sobre a distribuição espaço-temporal de diversos eventos
geomórficos e seus riscos durante a precipitação de 2018 no Nepal. Segundo os
autores, estas imagens foram essenciais para detalhar e desvendar a cronologia
dos eventos.
O prévio mapeamento de ameaças e vulnerabilidades tendem a diminuir a taxa de
risco uma vez que as ações necessárias para amenizá-lo ou cessá-lo serão
previamente tomadas. A título de exemplo, o mapeamento e o monitoramento diário
da alteração do uso do solo em diversas regiões no estado do Maranhão (SANTOS,
2022; RIZZO et al., 2023), mostram que a alteração do uso do solo tem se
intensificado cada vez mais pela expansão de sulcos e voçorocas. Com o objetivo
de cessar o risco ambiental, diferentes ações podem ser tomadas de forma prévia
devido ao mapeamento exato e acompanhamento da evolução da erosão acelerada em
questão. Nesse sentido, o uso das imagens do PlanetScope podem auxiliar no
monitoramento dessas áreas de risco. A seguir, a Figura 1 apresenta o exemplo de
uma área sujeita a esse risco que pode ser monitorada com o auxílio de imagens
de alta resolução têmporo-espacial, localizada em Buriticupu (MA), que tem
ganhado notoriedade pela expansão das voçorocas na proximidade da área urbana.
(Figura 1)
Dinâmica de Sistemas Ambientais
Esta é a categoria que aparece com a maior quantidade de estudos nos periódicos
consultados, sendo aparentemente o campo que mais se beneficiou com a grande
resolução temporal das imagens em estudo. Esses estudos utilizam essas imagens
para identificação e análise de movimentos de massa, como os realizados por
Dille et al. (2019), Fiolleau et al. (2023), Cheung e Giardino (2023) e Saito et
al. (2022); de dinâmica e processos em ambientes costeiros, como os trabalhos de
Lopez e Hesp (2023) e Costa et al. (2023); de dinâmicas fluvial e lacustre, como
em Cooley et al. (2017) e Bell et al. (2021); e de mobilidade de dunas em
sistemas continentais (SANTOS; LATRUBESSE, 2021).
Os estudos que se concentraram na identificação e caracterização de movimentos
de massa apresentam como destaque o uso do Normalized Difference Vegetation
Index (NDVI), que, quando aplicado de forma comparativa a diversas imagens
permite a verificação de mudanças drásticas na qualidade da vegetação, se
tornando chave para a identificação de mudanças abruptas no uso e para a
recuperação de vegetação. possibilitando a identificação, por exemplo, de
limiares de precipitação diários para a deflagração de movimentos erosivos em
diversas condições topográficas e litológicas.
Os trabalhos de Lopez e Hesp (2023), Costa et al. (2023) e Santos e Latrubesse
(2021) utilizaram a identificação visual de feições morfodinâmicas para a
compreensão das mudanças no relevo em escala local, tais como a migração de
dunas e a abertura ou fechamento de canais de maré, que consistem em feições
importantes de contato entre corpos costeiros e oceânicos.
Identifica-se grande potencial de uso das imagens PlanetScope também para a
compreensão da dinâmica hídrica de áreas úmidas. O trabalho de Cooley et al.
(2017) apresenta técnicas que podem ser aproveitadas nos estudos do
acompanhamento de inundação e encharcamento em wetlands, podendo identificar
tendências que indiquem conexões com a rede de drenagem, com águas subterrâneas
ou dependência exclusiva dos eventos pluviométricos. O estudo supracitado
utiliza o Normalized Difference Water Index (NDWI) para identificar áreas de
acumulação hídrica. Ao elaborar esse índice ao longo de uma série temporal
detalhada, pode-se compreender parcialmente as dinâmicas sazonais de circulação
hídrica de áreas úmidas.
Por fim, estudos que utilizam conceitos de equilíbrio podem se aproveitar de
imagens de grande resolução temporal para o entendimento de rupturas de limiares
de equilíbrio em sistemas ambientais, ilustrando o papel de grandes eventos na
evolução do relevo (AMORIM et al., 2016).
Impactos de Ações Antrópicas
Em comparação com as categorias supracitadas, há poucos trabalhos de cunho
geomorfológico na literatura internacional que utilizam as imagens em análise
para estudo de impactos de ações antrópicas. O trabalho de Schaeffer et al.
(2022) utiliza imagens do PlanetScope para monitorar as manchas de óleo na costa
dos Estados Unidos, sendo um exemplo da capacidade dessas imagens em identificar
alterações nos materiais transportados por corpos hídricos, o que pode se
expandir para a visualização de sedimentos, por exemplo.
Diversos trabalhos de cunho geomorfológico que envolvem a temática de impactos
de ações antrópicas podem utilizar as imagens Planet para detalhar e fundamentar
ainda mais o escopo metodológico e os resultados obtidos. Nesse sentido, têm-se
como exemplo o trabalho de Carvalho et al. (2021), o qual os autores
identificaram as alterações hidrogeomorfológicas nos fundos dos vales atingidos
pelo rompimento da barragem B1 da Mina Córrego do Feijão, em Minas Gerais. Esse
trabalho identificou as alterações nos diversos canais, como a extensão da pluma
de rejeito, mudança da coloração do canal, elevação da carga de sedimentos em
suspensão, dentre outras.
Importante ressaltar que, como apontado por Sledz et al. (2021), o uso de
Imagens Planet, apesar de apresentar resolução de 3 m, não apresenta o mesmo
nível de detalhamento de imagens obtidas por Veículos Aéreos Não Tripulados
(VANTs), que conseguem imagens de altíssima resolução espacial com qualidade
difícil de ser obtida via imagens de satélite. O uso de VANTs tem se tornado
cada vez mais comum em estudos geomorfológicos de detalhe, o que certamente
apresenta melhores resultados para o monitoramento geomorfológico, mas apresenta
dificuldades por conta da grande capacidade de processamento necessária, o que
pode limitar a área em estudo.
Expansão de Voçorocas em direção ao centro urbano de Buriticupu. As duas feições, separadas em novembro/2022, se uniram em maio/2023.
Quadro 1 - Imagens e respectivas datas das imagens PlanetScope utilizadas
Considerações Finais
O presente estudo buscou apresentar algumas potencialidades de uso das imagens
PlanetScope tendo como base estudos que estão sendo produzidos na literatura
internacional e propondo outras possíveis inserções. Assim, foram identificados
três grandes grupos de aplicação de imagens do satélite PlanetScope: subsídios
para investigação de riscos ambientais, dinâmicas de sistemas ambientais e
impactos de ações antrópicas.
As imagens de alta resolução temporal e espacial se apresentam, portanto, como
importantes ferramentas para a análise geomorfológica, em especial para a
análise morfodinâmica, compondo um importante leque em conjunto com atividades
de campo e imagens provenientes por meio de sensores ativos, como os Modelos
Digitais de Elevação.
Importante ressaltar que as escalas temporais e espaciais devem ser analisadas
em conjunto nas investigações geomorfológicas. Sendo assim, a grande resolução
temporal das técnicas utilizadas deve ser acompanhada por uma resolução espacial
de mesma magnitude. Nesse sentido, o uso de VANTs apresenta, ainda, melhores
resultados no acompanhamento de detalhes de feições geomorfológicas de pequena
extensão; em contrapartida, as imagens PlanetScope permitem análises de grandes
áreas. Ademais, as imagens PlanetScope podem apresentar resolução espacial
inferior àquelas disponibilizadas pelo Google Earth dependendo da região em
estudo, podendo complementar possíveis lacunas temporais.
Agradecimentos
Ao CNPq pela bolsa de pesquisa; à FAPEMIG pelo auxílio financeiro (Projeto APQ-
00511-21); ao grupo de pesquisa RIVUS – Geomorfologia e Recursos Hídricos / UFMG;
à Planet pela concessão de imagens.
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