Remote sensing for environmental monitoring: assessment and application of multispectral-based indices for the spatiotemporal characterization of processes

Detalhes bibliográficos
Autor(a) principal: Jorge, Romeu Gerardo
Data de Publicação: 2024
Idioma: eng
Título da fonte: Repositórios Científicos de Acesso Aberto de Portugal (RCAAP)
Texto Completo: https://hdl.handle.net/10316/117178
Resumo: Tese de Doutoramento em Engenharia do Ambiente apresentada à Faculdade de Ciências e Tecnologia
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spelling Remote sensing for environmental monitoring: assessment and application of multispectral-based indices for the spatiotemporal characterization of processesDeteção remota em monitorização ambiental: avaliação e aplicação de índices multiespectrais na caracterização espácio-temporal de processosSatellitesUAVRice fieldsInvasive aquatic plantsSoil salinitySatélitesUAVCampos de arrozPlantas invasoras aquáticasSalinidade do soloCiências da engenharia e tecnologias::Engenharia do ambienteTese de Doutoramento em Engenharia do Ambiente apresentada à Faculdade de Ciências e TecnologiaRemote sensing can provide important data for environmental monitoring, with products available that reflect different temporal, spatial and spectral scales, depending on the nature of the data. Currently, there is a significant supply of data from multispectral and hyperspectral satellites, although access to some of these data may incur costs. There has also been significant technological evolution in terms of unmanned aerial vehicles (drones) including incorporated sensors, allowing the acquisition of environmental data with very high resolution. This is particularly pertinent to the characterization and detailed study of environmental systems at a local scale, as well as the evaluation and management of resources in various sectors of activity. The main objective of this thesis is to contribute to the evaluation of the potential of data obtained through remote sensing in environmental monitoring. The study includes several case studies focused on agricultural areas and water bodies, paying particular attention to rice cultivation, invasive aquatic plants and riverbed morphology. The primary methodology employed in this work involves the use of indices based on the different multispectral bands of the sensors used in satellite remote sensing, complemented by geographic information system software and field work, namely with the assistance of drones. By exploring remote sensing data from Sentinel-2 and Landsat 9 satellites and drones and using a broad array of vegetation and water indices to enhance the spatial and temporal information available, this study contributes to new insights on: i) limitations and adequacy of specific indices to assess certain land surface conditions, particularly related to agricultural rice farming, namely the crop status, soil salinity and water bodies; ii) the development of remote sensing-based methodologies to monitor and categorize the spread of invasive aquatic plants, useful for the detection, observation, and mapping of invasive vegetation in small water courses; iii) the capability of remote sensing satellite data to characterize soil salinity in agricultural fields, particularly rice fields; and iv) the development of satellite-based methodologies for mapping riverbed morphology. Deepening the knowledge of the capabilities of remote sensing is crucial for many applications, particularly monitoring resources in the face of emerging challenges, such as the growing competition for the use of resources or the decrease in their availability, further aggravated by anthropogenic environmental changes or resulting from climate change.A deteção remota pode fornecer dados importantes para a monitorização ambiental, disponibilizando produtos que refletem diferentes escalas temporais, espaciais e espectrais, dependendo da natureza dos dados. Atualmente, existe uma oferta significativa de dados de satélites multiespectrais e hiperespectrais, embora o acesso a alguns destes dados possa implicar custos. Houve também uma evolução tecnológica significativa ao nível dos veículos aéreos não tripulados (drones) equipados com sensores integrados, permitindo a aquisição de dados ambientais com elevada resolução. Isto é particularmente pertinente para a caracterização e o estudo detalhado dos sistemas ambientais à escala local, bem como para a avaliação e a gestão de recursos em diversos setores de atividade. O principal objetivo desta tese é contribuir para a avaliação do potencial dos dados obtidos através da deteção remota na monitorização ambiental. O trabalho inclui vários estudos de caso centrados em áreas agrícolas e massas de água, dando especial atenção ao cultivo de arroz, às plantas aquáticas invasoras e à morfologia do leito dos rios. A principal metodologia utilizada neste trabalho envolve a utilização de índices baseados nas diferentes bandas multiespectrais dos sensores utilizados na deteção remota através de satélites, complementados por software de sistema de informação geográfica e trabalho de campo, nomeadamente com o auxílio de drones. Ao explorar dados de deteção remota através dos satélites Sentinel-2 e Landsat-9 e drones e ao usar uma ampla gama de índices de vegetação e de água para aprimorar as informações espaciais e temporais disponíveis, este estudo contribui para novos avanços sobre: i) limitações e adequação de índices específicos para avaliar condições particulares da superfície terrestre, especialmente relacionadas com a cultura do arroz, nomeadamente o estado da cultura, a salinidade do solo e as massas de água; ii) o desenvolvimento de metodologias baseadas na deteção remota para monitorizar e categorizar a propagação de plantas aquáticas invasoras, úteis para a deteção, observação e mapeamento de vegetação invasora em pequenos cursos de água; iii) a capacidade dos dados de deteção remota por satélite para caracterizar a salinidade do solo em campos agrícolas, particularmente campos de arroz; e iv) o desenvolvimento de metodologias baseadas em dados de satélite para mapeamento da morfologia dos leitos dos rios. Aprofundar o conhecimento das capacidades da deteção remota é crucial para muitas aplicações, nomeadamente na monitorização de recursos face a desafios emergentes, como a crescente competição pela utilização de recursos ou a diminuição da sua disponibilidade, agravada ainda por alterações ambientais antropogénicas ou resultantes das alterações climáticas.2024-09-09doctoral thesisinfo:eu-repo/semantics/publishedVersionhttps://hdl.handle.net/10316/117178https://hdl.handle.net/10316/117178TID:101276524engJorge, Romeu Gerardoinfo:eu-repo/semantics/openAccessreponame:Repositórios Científicos de Acesso Aberto de Portugal (RCAAP)instname:FCCN, serviços digitais da FCT – Fundação para a Ciência e a Tecnologiainstacron:RCAAP2024-11-14T23:00:52Zoai:estudogeral.uc.pt:10316/117178Portal AgregadorONGhttps://www.rcaap.pt/oai/openaireinfo@rcaap.ptopendoar:https://opendoar.ac.uk/repository/71602025-05-29T06:10:49.124617Repositórios Científicos de Acesso Aberto de Portugal (RCAAP) - FCCN, serviços digitais da FCT – Fundação para a Ciência e a Tecnologiafalse
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