Desenvolvimento de Plataforma para Análise e Visualização de Grandes Volumes de Dados Geoespaciais “Brazil Data Cube”

O Brazil Data Cube será uma plataforma de conhecimento para organizar, armazenar, acessar, processar e analisar grandes volumes de imagens de observação da Terra. Esta plataforma permitirá aos cientistas e usuários produzir informações sobre mudanças de cobertura da terra nos biomas brasileiros de uma forma inovadora.

Na plataforma Data Cube, os dados dos sensores de Observação da Terra serão organizados e armazenados como matrizes com dimensões espaciais e temporais. Numa perspectiva espaço-temporal dos dados de observação da Terra, cada sensor revisita o mesmo lugar em intervalos regulares. Os dados desses sensores devem ser calibrados e processados de modo que as observações de um mesmo lugar em diferentes épocas sejam comparáveis.

Deve-se notar que os dados que fazem parte do cubo são Dados Prontos para Análise (Analysis Ready Data – ARD), ou seja, dados de satélite que foram processados e organizados para que os usuários não sejam obrigados a investir tempo e recursos para desenvolver habilidades especializadas para executar uma série de correções, como por exemplo as de calibração de instrumentos (ganhos, offsets), correções geométricas (alinhamento espacial); e correções radiométricas (devidas à iluminação solar, ângulo de incidência, topografia, a interferência atmosférica). Todos os dados no Cubo devem ter metadados anotados além da indicação de sua qualidade.

Considerando o acervo disponível no INPE e outras fontes de dados, serão desenvolvidas técnicas para produzir ARD a partir dos dados LANDSAT da década de 1974-1984, que foram fundamentais para a análise das mudanças de uso da terra no Brasil neste período. O mesmo será feito para os dados da série de satélites CBERS. Para outros provedores que já fornecem ARD (ex. USGS para os dados LANDSAT/TM, LANDSAT-ETM e LANDSAT-8) existe ainda o esforço de criar as rotinas de transferência dos dados e sua ingestão no Brazil Data Cube, de maneira sistemática.

Além das correções já mencionadas, outras etapas de processamento devem ser realizadas tais como a detecção e remoção de nuvens, normalização de histograma e registro de imagens de sensoriamento remoto. Após estas correções, as imagens serão integradas em uma base de dados formando uma coletânea de imagens normalizadas e categorizadas temporalmente.

Adicionalmente à integração das imagens, o Brazil Data Cube fornecerá aos especialistas mecanismos para análise e construção de consultas baseadas nas dimensões temporais e espaciais sobre os ARD’s.

O Data Cube, além de armazenar e recuperar grandes volumes de dados, deverá fornecer algoritmos para extrair informações desses grandes conjuntos de imagens de forma eficiente. A plataforma Brazil Data Cube permitirá explorar técnicas avançadas de análise de séries temporais de forma eficiente, diferentemente das técnicas tradicionais de análise de imagem, que trabalham com imagens individuais, muitas vezes através de interpretação visual. Além disso, esta plataforma permitirá aos cientistas realizar análise de dados diretamente em servidores de aplicação, sem necessidade de fazer download de centenas ou milhares de imagens para fazer seus estudos, que hoje é um gargalo na análise de grandes bases de dados de satélite disponíveis atualmente.

Uma das entregas previstas nesse componente consiste na geração, de forma automática, de mapas de mudança de cobertura da Terra, que serão validados para demonstrar o potencial da plataforma. Estes mapas serão gerados como prova de conceito e irão abranger apenas 3 anos e uma área piloto para cada bioma, que será definida ao longo do projeto. Para cada área piloto e para cada ano, a plataforma Brazil Data Cube será utilizada para gerar um mapa de cobertura identificando desmatamento, degradação e regeneração. Esses mapas possibilitarão o entendimento de como a dinâmica (trajetória) de mudanças de cobertura da Terra ocorre no intervalo de tempo selecionado, sendo possível identificar, por exemplo, regiões que no ano inicial eram floresta e que no ano seguinte foram desmatadas ou degradadas.

Produto 1 - Brazil Data Cube – Pampa e Mata Atlântica Região Sul

O Brazil Data Cube será alimentado inicialmente com dados para o bioma Pampa e para a região sul do bioma Mata Atlântica. Para esse cubo de dados serão entregues:

• Relatório e apresentação das imagens selecionadas para a região;

• Relatório das decisões e orientações geradas no Workshop;

• Relatório sobre a metodologia usada para colocar as imagens em modo ARD (Analysis-Ready Data), sobre o catálogo de imagens e o desenvolvimento do cubo;

• Documentação sobre o Brazil Data Cube para as atividades realizadas;

• Relatório apresentando todas as atividades desenvolvidas.

Produto 2 - Brazil Data Cube – Pantanal

Após estabelecida a metodologia com os dados obtidos no produto 1 – Pampa, serão preparados os dados para o bioma Pantanal. Serão entregues:

• Relatório e apresentação das imagens selecionadas para a região;

• Relatório sobre a metodologia usada para colocar as imagens em modo ARD (Analysis-Ready Data), sobre o catálogo de imagens e o desenvolvimento do cubo;

• Documentação sobre o Brazil Data Cube para as atividades desenvolvidas;

• Relatório apresentando todas as atividades desenvolvidas.

Produto 3 - Brazil Data Cube – Mata Atlântica Regiões Sudeste e Centro Oeste

Preparação de dados para o bioma Mata Atlântica nas regiões Sudeste e Centro Oeste. Serão entregues:

• Relatório e apresentação das imagens selecionadas para a região;

• Relatório sobre a metodologia usada para colocar as imagens em modo ARD (Analysis-Ready Data), sobre o catálogo de imagens e o desenvolvimento do cubo;

• Documentação sobre o Brazil Data Cube para as atividades desenvolvidas;

• Relatório apresentando todas as atividades desenvolvidas.

Produto 4 - Brazil Data Cube – Cerrado

Preparação de dados para o bioma Cerrado. Serão entregues:

• Relatório e apresentação das imagens selecionadas para a região;

• Relatório sobre a metodologia usada para colocar as imagens em modo ARD (Analysis-Ready Data), sobre o catálogo de imagens e o desenvolvimento do cubo;

• Documentação sobre o Brazil Data Cube para as atividades desenvolvidas;

• Relatório apresentando todas as atividades desenvolvidas.

Produto 5 - Brazil Data Cube – Caatinga - Mata Atlântica Região Nordeste

Preparação de dados para o bioma Caatinga e para a região nordeste do bioma Mata Atlântica. Serão entregues:

• Relatório e apresentação das imagens selecionadas para a região;

• Relatório sobre a metodologia usada para colocar as imagens em modo ARD (Analysis-Ready Data), sobre o catálogo de imagens e o desenvolvimento do cubo;

• Documentação sobre o Brazil Data Cube para as atividades desenvolvidas;

• Relatório apresentando todas as atividades desenvolvidas.

Produto 6 - Brazil Data Cube – Amazônia

Preparação de dados para o bioma Amazônia. Serão entregues:

• Relatório e apresentação das imagens selecionadas para a região;

• Relatório sobre a metodologia usada para colocar as imagens em modo ARD (Analysis-Ready Data), sobre o catálogo de imagens e o desenvolvimento do cubo;

• Documentação sobre o Brazil Data Cube para as atividades desenvolvidas;

• Relatório apresentando todas as atividades desenvolvidas.

Produto 7 - Brazil Data Cube

Finalização do Brazil Data Cube para todos os biomas brasileiros. Serão entregues:

• Relatório e apresentação da integração de todos os biomas;

• Relatório de desenvolvimento de todas as suas funcionalidades;

• Documentação de formação do Brazil Data Cube;

• Mapas de classificação de mudanças da cobertura da terra gerados através da plataforma Brazil Data Cube;

• Relatório de análise de erros e acertos do projeto e proposta de encaminhamento futuro.

Neste produto serão entregues três mapas de mudanças de cobertura da terra, para os anos 2018, 2019 e 2020 para uma área piloto (área de estudo) de cada bioma, que serão validados para mostrar o potencial da plataforma de produzir mapas de cobertura da terra de forma automática. Para cada área piloto e para cada um desses anos, a plataforma Brazil Data Cube será utilizada para gerar um mapa de cobertura identificando desmatamento, degradação e regeneração. A partir desses mapas, será possível entender como a dinâmica (trajetórias) de mudanças de cobertura da terra ocorre em um intervalo de tempo. Esses mapas serão gerados como prova de conceito e demonstração do potencial da plataforma Brazil Data Cube, que futuramente poderá ser utilizada para o mapeamento da cobertura da terra de todos os biomas brasileiros, considerando a especificidade de cada bioma e região dentro do bioma.

Percentual de execução do subprojeto:

88%