UNIVERSIDADE DE BRASÍLIA - INSTITUTO DE GEOCIÊNCIAS

DISSERTAÇÃO DE MESTRADO N^o 172

MANUEL EDUARDO FERREIRA 

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Palavras Chaves: Modelo Linear de Mistura Espectral, Cerrado, Landsat 7 ETM+, Parque Nacional de Brasília.

Área de trabalho de dissertação: Sensoriamento Remoto aplicado à análise de vegetação (bioma Cerrado)

RESUMO

O bioma savânico, localmente conhecido como Cerrado, compreende um mosaico de vegetação verticalmente estruturado pelos estratos herbáceo, arbustivo e arborescente. Presente em 25% território nacional (2 milhões de km2), e em 45% da América do Sul, este ecossistema desempenha um importante papel no fluxo de energia, água e carbono da região. Apesar disto, estima-se que 40% da cobertura original de Cerrado no país já tenham sido convertidas em pastagens cultivadas, áreas agrícolas e urbanas. Dentro deste contexto, esta pesquisa investigou o potencial do Modelo Linear de Mistura Espectral (MLME) para o mapeamento das principais fitofisionomias de Cerrado (Campo Limpo, Campo Sujo, Campo Cerrado e Cerrado sensu stricto). Os objetivos específicos foram: avaliar um conjunto de diferentes endmembers, assim como a contaminação atmosférica, no desempenho do MLME neste bioma. O estudo foi conduzido no Parque Nacional de Brasília, uma área com aproximadamente 30.000 ha, ao norte do Distrito Federal (15o 35’ - 15o 45’ latitude sul e 47o 53’ - 48o 05’ longitude oeste). O MLME foi aplicado sobre uma cena do sensor ETM+ (órbita 221; ponto 71) de 20 de julho de 2001 (estação seca), com e sem correção atmosférica. Dois modelos de mistura foram testados: um geral, cujos endmembers foram a vegetação verde, solo e sombra (substituído pela água nesse estudo), e um específico, cujos endmembers foram o Campo Limpo, Campo Sujo e o Cerrado sensu stricto. Os endmembers foram adquiridos diretamente da imagem e por meio de espectrorradiometria de campo no PNB (espectros de referência), realizada também em julho de 2001. A análise visual indicou uma boa concordância entre os dados de verdade terrestre (mapa de vegetação) e as Imagens Fração, as quais foram capazes de discriminar os principais domínios de Cerrado, com proporções variando de 0,7 a 1,0. As análises estatísticas demonstraram a existência de uma confusão espectral mais intensa entre o Campo Sujo e o Campo Cerrado em todos as categorias de dados analisadas, causada pela similaridade dessas duas fitofisionomias, em termos de estrutura e cobertura verde. Por outro lado, o MLME obteve um grau de separabilidade maior do que as imagens NDVI e ETM+ (bandas 1-5 e 7), tornando possível um mapeamento mais preciso para a região. Por último, foi observado que o potencial do MLME, na discriminação das classes de Cerrado, não aumentou com a correção dos efeitos atmosféricos, previamente realizada na cena ETM+. Mais especificamente, este resultado demonstra que as análises com o MLME podem ser realizadas com uma demanda computacional menor, aumentando assim a operacionalidade do método no monitoramento ambiental. No entanto, foram observadas diferenças significativas nos valores médios das classes de Cerrado, nas respectivas Imagens Fração (valor digital e reflectância), mostrando que a correção atmosférica é importante na realização de Análises de Mistura Temporal.

  
UNIVERSITY OF BRASILIA- INSTITUTE OF GEOSCIENCES

MSc THESIS N^o 172

MANUEL EDUARDO FERREIRA 

ANALYSIS OF SPECTRAL MIXING LINEAR MODEL IN THE PHYTOFACIES DISCRIMINATION  IN THE BRASILIA NATIONAL PARK (CERRADO BIOME)

Key Words: Spectral Linear Mixing Model, Cerrado, Landsat 7 ETM+, Brazilian National Park.

ABSTRACT

The savanna biome, locally known as Cerrado, comprises a vertically structured mosaic of herbaceous, arbustive, and arborescent strata. This ecosystem covers approximately 25% of Brazil and 45% of South America, playing an important hole in the energy, water and carbon fluxes on region. It is estimated that about 40% of the Cerrado land cover has already been converted into cultivated pastures, agricultural crops, and urban areas. This research evaluated the usefulness of the Spectral Linear Mixing Model (SLMM) for mapping the major Cerrado physiognomies (Cerrado grassland, shrub Cerrado, wooded Cerrado, and Cerrado woodland). The specific goals were: to evaluate a different set of endmembers and the impact of atmospheric contamination on the model output. The study was conducted at the Brasilia National Park (BNP), an area of approximately 30,000 hectares, located in the northern Federal District, Brazil (15o35’ and 15o45’ south latitude and 47o53’ and 48o05’ west longitude). The SLMM was performed over a Landsat ETM+ scene (path 221; row 71), obtained on July 20th 2001 (dry season), with and without atmospheric correction. Two models were applied: one representing a general model (endmembers = green vegetation, soil and shade, in this case, replaced by water), and the other, representing a specific model (endmembers = Cerrado grassland, shrub Cerrado and Cerrado woodland). The endmembers were acquired from both the image and aerial spectrorradiometer over the BNP (July 2001). The visual analysis showed a good agreement between the ground truth data (vegetation map) and the fraction images, which were capable of discriminating the major Cerrado domains, with proportions ranging from 0.7 to 1.0. The statistical analysis demonstrated a spectral confusion between Campo Sujo and Campo Cerrado for all data set because of their similarity in terms of structure and green cover. The SLMM presented a higher separability than NDVI or ETM+ data set (bands 1-5 e 7). The SLMM capability to discriminate the Cerrado vegetation did not increase with the atmospheric correction. However, there were considerable differences in the average values for each class in their respective fraction images, showing that the atmospheric correction is important when multitemporal mixture analysis is performed.