UNIVERSIDADE DE BRASÍLIA /INSTITUTO DE GEOCIÊNCIAS 

TESE DE DOUTORADO N^o 41

GUSTAVO MACEDO DE MELLO BAPTISTA

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Palavras-chave:   AVIRIS, ESPECTROSCOPIA DE IMAGEAMENTO, MINERALOGIA DE SOLOS, ANÁLISE ESPECTRAL

DATA DA DEFESA:  11/05/2001
ÁREA DE CONCENTRAÇÃO: PROCESSAMENTO DE DADOS EM GEOLOGIA E ANÁLISE AMBIENTAL
ORIENTADOR: Prof. José da Silva Madeira Netto (UnB)
EXAMINADORES: Prof. Paulo Roberto Meneses (UnB); Prof. José Wilson Corrêa Rosa (UnB); Prof. Antônio Roberto Formaggio (USP); Prof. José Alexandre Melo Demattê (USP)

RESUMO

            Este trabalho teve por objetivo determinar a potencialidade das imagens hiperespectrais AVIRIS (Airborne Visible/InfraRed Imaging Spectrometer), obtidas no ano de 1995 na região dos Cerrados, para a espacialização e quantificação de características espectrais de alguns componentes mineralógicos de manchas de solos imageadas por meio dos dados disponíveis.

            A espacialização e a quantificação dessas relações só foi possível a partir da aplicação do índice espectral IKi e do desenvolvimento de índices espectrais - IText (quantificação do teor de argila dos solos), RCGb_scale (relação caulinita/(caulinita+gibbsita) por meio do algoritmo Spectral Feature Fitting) e RCGb (relação caulinita/(caulinita+gibbsita) baseada em pontos específicos dos espectros) - tendo como princípio as feições espectrais dos minerais estudados. Os modelos foram validados por amostras de solos obtidas nas áreas imageadas pelo AVIRIS e seus respectivos espectros, e pela quantificação mineralógica determinada em laboratório.

O trabalho mostrou que se pode minimizar tempo e otimizar recursos no processo de reconhecimento e mapeamento de solos. Para tal, foram utilizadas cenas de dois contextos geológicos distintos. Os solos da imagem de São João D’Aliança, Goiás, são derivados de rochas metassedimentares detríticas sem a presença de minerais opacos, enquanto os solos da imagem de Niquelândia têm como rocha matriz os anfibolitos do complexo máfico e ultramáfico ricos em opacos. Para se compreender a variabilidade espacial dos minerais nessas duas áreas seria necessária a adoção de uma grade de amostragem com espaçamento regular cobrindo toda a superfície, o que encareceria o projeto devido aos custos de coleta e principalmente os laboratoriais.

Alguns aspectos foram observados no decorrer desta pesquisa: quando são utilizados índices espectrais que se baseiam em pontos específicos dos espectros, pode-se trabalhar com dados hiperespectrais não normalizados, ou seja, sem remoção do contínuo espectral; quando as imagens apresentam solos provenientes de contextos ricos em minerais opacos, pode-se trabalhar com os índices desenvolvidos no âmbito desta Tese, pois o aplainamento ocorrido nas feições espectrais da caulinita e da gibbsita é proporcional e, portanto, a relação entre esses minerais é preservada; quando são utilizados dados de mesma data ou mesmo sem grandes interferência de efeitos atmosféricos, pode-se trabalhar com os dados brutos, ou de radiância, sem a necessidade da correção atmosférica, pois esse tipo de pré-processamento pode deteriorar os dados. 

A Tese mostrou ser possível mapear e quantificar a relação mineralógica caulinita/(caulinita+gibbsita) para os solos estudados, com um nível de detalhe bastante fino.

Novas pesquisas devem ser incentivadas para melhor compreensão dos fatores que influenciam as feições espectrais, além da descoberta de novas relações minerais, a fim de aprimorar a espectroscopia como método de identificação e quantificação mineralógica para solos tropicais.

     
UNIVERSITY OF BRASILIA / INSTITUTE OF GEOSCIENCES

PhD THESIS N^o 41

GUSTAVO MACEDO DE MELLO BAPTISTA

KeyWords:  AVIRIS, IMAGING SPECTROSCOPY, SOIL MINERALOGY, SPECTRAL ANALYSIS

DATE OF ORAL PRESENTATION: 11/05/2001
TOPIC OF THE THESIS: GEOLOGICAL DATA PROCESSING AND ENVIRONMENTAL ANALYSIS
SUPERVISOR: Prof. José da Silva Madeira Netto (UnB)
COMMITTEE MEMBERS: Prof. Paulo Roberto Meneses (UnB); Prof. José Wilson Corrêa Rosa (UnB); Prof. Antônio Roberto Formaggio (USP); Prof. José Alexandre Melo Demattê (USP)

ABSTRACT

            This work had the purpose of determining the potentiality of the AVIRIS (Airborne Visible/InfraRed Imaging Spectrometer) hyperspectral images for the mapping and the quantification of spectral characteristics of mineralogical components of some soils spots imaged in 1995 in the Cerrado region.  

            The mineralogical mapping and the quantification of those relationships were only possible starting from the application of the spectral index IKi (Madeira Netto et al., 1995) and the spectral indexes development - IText (quantification of the soils clay contents), RCGb_scale (kaolinite/(kaolinite+gibbsite) relationship by means of the Spectral Feature Fitting algorithm) and RCGb (kaolinite/(kaolinite+gibbsite) relationship based on specific points of the spectra) - based on the spectral absorption features of the studied minerals. The models were validated with soil samples obtained in the same imaged areas by AVIRIS and their respective spectra, besides the mineralogical quantification  processed in laboratory. 

This work showed that time and resources can be minimized in the recognition and mapping it soils process. For such, scenes of two different geologic contexts were used. The São João D’Aliança, Goiás, image’s soils are derived of metamorphic rocks with no opaque minerals presence, while Niquelândia image’s soils has the mafic and ultramafic complex amphibolit, rich in opaque, as its main rock. To understand the space variability of the minerals in those two areas, it would be necessary the adoption of sampling grid with regular spacing covering the whole surface, which makes the project  much more expensive. 

Some aspects were observed along this research: when spectral indexes that based on specific points of the spectra were used, it’s possible to work with not normalized hiperspectrals data, that is to say, without continuum removal; when the images present soils derived of opaque minerals rich contexts, it’s possible to work with the indexes developed in the ambit of this Thesis, because the leveling happened in the spectral features of the caulinita and of the gibbsita is proportional and so the relationship among those minerals is preserved; when same date or with no great interference of atmospheric effects data are used, it’s possible to work with the original data, or of radiance, and no atmospheric correction, because it can deteriorate the data.   

The Thesis showed that is possible mapping and quantifying the mineralogical relationship kaolinite/(kaolinite+gibbsite) for the studied soils, with a quite fine detail level. 

More research should be motivated for a better understanding of the factors that influence the spectral features and for the discovery of new mineral relationships, in order to improve the spectroscopy as identification method and mineralogical quantification for tropical soils.