Earth Solidário

O Earth Engine Explorer (EE Explorer) é um visualizador de dados geoespacial leve com acesso a um grupo grande de conjuntos de dados regionais e globais em um Catálogo de dados do Earth Engine. Ele permite uma visualização rápida de dados e a possibilidade de aumentar o zoom e ver qualquer lugar na Terra, ajustar as configurações de visualização e adicionar camadas de dados para serem inspecionadas ao longo do tempo.

Este tutorial tratará do uso do aplicativo EE Explorer, incluindo:

• Como encontrar dados no Catálogo de dados
• Adicionar dados ao Espaço de trabalho
• Explicação dos recursos da interface
• Como personalizar a visualização dos dados

Os objetivos deste tutorial são capacitar você para usar o EE Explorer e inspirar a descoberta e a visualização de dados novos. Oferecer um ponto de partida para você imaginar como pode expandir suas explorações usando outras ferramentas mais eficazes da plataforma Earth Engine. Assim, você será capaz de responder a perguntas sobre o estado atual e as mudanças em andamento que afetam a Terra.

Earth Engine Explorer

Este link (https://explorer.earthengine.google.com) leva ao aplicativo EE Explorer. O EE Explorer é composto por um Catálogo de dados e um Espaço de trabalho. No Espaço de trabalho, você vê os dados, e no Catálogo de dados, é possível descobrir informações e importá-las para o Espaço de trabalho. Nos dois componentes, encontramos um conjunto de botões para alternar entre as visualizações e uma barra de pesquisa em que você pode encontrar conjuntos de dados e lugares por palavra-chave e nome. O link acima leva ao Espaço de trabalho, conforme mostra a imagem abaixo. É lá que você passará a maior parte do tempo desta lição, mas antes de começarmos, precisamos de dados. Vamos conferir o Catálogo de dados.

Catálogo de dados

O Catálogo de dados lista os conjuntos de informações disponíveis para visualização e análise no Earth Engine. Um subconjunto dos dados está disponível para exibição no EE Explorer.

• Clique no botão "Data catalog" no canto superior direito do app EE Explorer.

No Catálogo de dados, há uma lista de tags conhecidas com links para os conjuntos de dados que têm essas tags aplicadas. Abaixo dela, há uma lista de vários tipos de dados e mosaicos de vários dias, que incluem breves descrições dos conjuntos de dados disponíveis, além de links diretos para eles. Para acessar outros conjuntos de dados, use a barra de pesquisa na parte superior da página.

• Clique em algumas das tags mais usadas para ver quais tipos de conjuntos de dados elas contêm.
  • Por exemplo, toa abre uma lista de conjuntos de dados retratando a "refletância do topo da atmosfera".
  • Clicar em usgs abre uma lista de conjuntos de dados do USGS, incluindo do Landsat, do MODIS e de produtos derivados deles.
• Na página do Catálogo de dados, clique na tag 32-day para abrir mosaicos de até 32 dias.
• Selecione Landsat 8 Collection 1 Tier 1 32-Day NDWI Composite para abrir a página de detalhes, exibida abaixo.

Esta página mostra os detalhes do conjunto de dados selecionado, incluindo o nome dele, uma breve descrição, uma imagem de exemplo e informações, como as datas disponíveis, o nome do fornecedor e as tags dele. Há também o botão azul "Open in workspace" que pode ser usado para adicionar o conjunto de dados ao seu espaço de trabalho atual (mais informações abaixo).

Para retornar à página "Catálogo de dados", clique duas vezes no botão de voltar do navegador ou em "Data Catalog" no canto superior direito.

Espaço de trabalho

O Espaço de trabalho é onde você gerencia e visualiza os conjuntos de dados do EE Explorer.

• Clique no botão "Workspace" no canto superior direito de qualquer página do EE Explorer.

Na página do Espaço de trabalho, você verá o mapa à direita e um espaço para uma lista de camada de dados à esquerda. Se você não tiver adicionado um conjunto de dados, sua lista de dados estará vazia, e o mapa exibirá uma camada de terreno do Google Maps, como mostrado acima. Para que você lembre da navegação na interface do Google Maps, veja instruções básicas nos pontos a seguir.

• Planejamento:
  • Clique com o botão direito ou esquerdo, segure e arraste
• Zoom:
  • Botões: diminua [-] ou aumente o zoom [+] com os respectivos botões.
  • Pointer: aumente o zoom com dois cliques no botão esquerdo e diminua com dois cliques no direito.
  • Roda do mouse: aumente ou diminua o zoom rolando a roda do mouse. As configurações do mouse determinarão a ação que a roda terá.
  • Touch screen/trackpad: afaste dois dedos para aumentar e aproxime para diminuir o zoom.

  Para alterar o fundo do mapa, use os botões no canto superior direito do mapa e selecione a visualização de mapa ou de satélite. Ao selecionar a visualização de mapa, uma caixa de seleção aparecerá abaixo do botão de ativar/desativar a visualização de terreno em vez do mapa com as vias. Ao selecionar a visualização de satélite, uma caixa de seleção aparecerá abaixo do botão "Satélite" para ativar/desativar as etiquetas (fronteiras, países, cidades, corpos d'água etc.).

  Agora, vamos visualizar alguns dados no Espaço de trabalho.

Gerenciar as camadas de dados

Adicionar camadas de dados

• Clique no botão "Data Catalog" para retornar à página do Catálogo de dados.
• Busque por MCD43A4.006 MODIS Nadir BRDF-Adjusted Reflectance na barra de pesquisa.
• Clique no resultado para exibir os detalhes. Ele é um mosaico de refletância do MODIS no melhor pixel para um período de 16 dias.
• Na página de detalhes do conjunto de dados, clique no botão "Open in Workspace". Isso levará você até o Espaço de trabalho, com o conjunto de dados visível como uma camada.
• Você também pode pular a página de detalhes e abrir a camada no Espaço de trabalho diretamente do Catálogo de dados, basta clicar no link "Open in workspace" ao lado do nome do conjunto de dados.

Após adicionar os dados, você verá que o conjunto de dados sobrepõe a camada de base do Google Maps, e o nome dele é adicionado à lista de dados. A caixa de configurações da visualização da camada abrirá e será anexada ao lado direito do nome do conjunto de dados.

• Por enquanto, feche a caixa de diálogo de configurações da camada. Veremos isso depois.
• Teste os controles de movimento e de zoom no mapa, para ver como eles funcionam.
• Escolha um local e aumente o zoom o máximo possível para ver a maior resolução do conjunto de dados. Os dados do MODIS que estamos usando neste exemplo têm apenas uma resolução moderada (cada pixel tem 500 metros em cada lado). Esses dados do MODIS têm uma projeção sinusoidal, que resulta em pixels com formato de paralelograma em uma tela geográfica.
• Ajuste a grade de visualização para uma escala regional centrada no seu local de interesse. Escolha um que tenha alguma diversidade no tipo de terreno. Este tutorial mostra exemplos nos Estados Unidos.

Visibilidade da camada

• Para alternar a visibilidade da camada de dados, clique no botão de visibilidade (ícone de olho) à direita do nome dela. A visualização de terreno do Google Maps será exibida.
• Clique no botão de visibilidade (ícone de olho) novamente para tornar a camada visível no mapa outra vez.

Alguns conjuntos de dados só podem ser exibidos com níveis de zoom limitados. Por exemplo, se você diminuir o zoom totalmente em uma visualização global com o conjunto de dados Landsat 8, ele não estará visível no mapa. Não se preocupe, não há nada corrompido. Uma barra amarela aparecerá na parte superior do mapa informando que você precisa aumentar o zoom para visualizar os dados. Além disso, alguns conjuntos de dados contêm dados faltantes como resultado do mascaramento da qualidade e a falta de observações. Os pixels que representam esses dados são definidos como 100% transparentes, permitindo que a camada base de dados do Google Maps seja exibida por completo.

Ajustar a data da camada de dados

Uma camada adicionada será definida por padrão para a representação temporal mais recente. Você poderá ajustar as datas exibidas nas configurações da visualização da camada.

• Clique no nome da camada MCD43A4 na lista para exibir as configurações da camada.
• Para alterar a data na exibição de dados, arraste o controle deslizante ou clique nas células das datas. O mapa atualizará automaticamente de acordo com essas ações.
• Para voltar ainda mais no tempo ou selecionar um período específico, clique no link "Jump to date" abaixo do controle deslizante de tempo e use a interface do calendário para selecionar uma data. Tente escolher um período diferente para ver alterações maiores no mapa.

• Quando tiver selecionado o período, clique no botão "Save" para salvar as configurações da camada. Se quiser manter os ajustes anteriores, clique no botão "Cancel". Se você fechar a camada de dados sem salvar, as propriedades de exibição da camada serão revertidas para o estado anterior.

Adicionar várias camadas

É possível visualizar várias camadas de dados no mapa de uma só vez, basta adicionar outros conjuntos de dados. Para adicionar mais conjuntos de dados, volte ao Catálogo de dados e selecione outro conjunto. O Catálogo de dados pode ser acessado de três modos:

1. Clique no botão "Data Catalog" no botão direito da barra superior.
2. Clique no botão "+" no canto superior direito da sua lista de camadas de dados.
3. Clique no link "Add data" no canto inferior da sua lista de camada de dados.

Pode parecer tentador, mas evite usar a barra de pesquisa, porque ela pode retornar resultados incompatíveis com o EE Explorer (somente acessíveis com o próprio Earth Engine). Para conjuntos de dados que têm "open in workspace" após o nome do dados ou o botão "Open in Workspace" na página de descrição, clique no link para adicioná-lo como camada adicional à lista de dados do Espaço de trabalho. A nova camada aparecerá acima das camadas de dados atuais, na lista de dados e no mapa. Veja abaixo como alterar a ordem das camadas.

Conjuntos de dados duplicados

Você também pode adicionar o mesmo conjunto de dados duas vezes, como duas camadas separadas no seu Espaço de trabalho. Uma razão para fazer isso é poder visualizar dois períodos diferentes do mesmo conjunto de dados, para observar a mudança ao longo do tempo. Para saber mais sobre essa comparação, veja a seção "Visualizar a mudança ao longo de tempo" abaixo.

Reordenar camadas

Quando você tem mais de um conjunto de dados visível no mapa, aquele que está em primeiro lugar na lista de camadas de dados será desenhado por cima dos que estão abaixo dele. Para alterar a ordem, clique com o botão esquerdo, segure e arraste a alça da camada para a esquerda do nome do conjunto de dados na lista. Veja que, na imagem de exemplo abaixo, o conjunto de dados SRTM Digital Elevation Data Version 4 foi adicionado. Adicione camadas e mude a visibilidade delas usando recursos como o de reordenar camadas e o ícone de visibilidade.

Remover camadas

• Clique no nome da camada de dados na lista de dados para abrir a caixa de diálogo de configurações da camada.
• Clique no botão de lixeira, e a camada será excluída da sua lista de dados e do mapa.

Agora que você aprendeu o básico, vamos explorar algumas das opções mais avançadas do Espaço de trabalho do EE Explorer. Nas seções a seguir, mostraremos como ajustar os parâmetros de visualização de uma camada e visualizar as mudanças ao longo do tempo.

Configurar os parâmetros de visualização

Na caixa de diálogo de configurações da camada, você verá o menu suspenso "Visualization Parameters". Cada conjunto de dados apresenta diferentes valores padrão, mas você pode modificá-los para alterar o modo de visualização do conjunto de dados.

• Verifique se a caixa de diálogo de configurações da camada de dados MCD43A4 está aberta.
• Se os parâmetros de visualização não estiverem expandidos, clique no título da seção.

Exibição da banda dos dados

Os dados podem ser visualizados como uma única escala de cinza, uma pseudo-cor de banda única e RGB de três bandas.

• A exibição de banda única é útil para ver variações contínuas unitárias, como elevação, índices de vegetação como NDVI ou precipitação.
• A exibição de três bandas é útil para ver os dados da imagem em que cada uma das três bandas selecionadas está atribuída a gradientes de vermelho (R), verde (G) ou azul (B), respectivamente. Misturar as bandas no espaço RGB resulta em uma cor de exibição final. A visualização de cor natural e falsa cor é atingida desse modo.

Escala de cinza de banda única

Alguns dados têm apenas uma única tabela e são definidos como exibição de banda única por padrão. Os dados de várias bandas são definidos como uma exibição de três bandas por padrão, mas você pode escolher visualizar apenas uma única banda em escala de cinza. Você também pode exibir dados de banda única como RGB de três bandas, mas a aparência do mapa não mudará. Para mostrar como é a visualização de banda única, vamos tentar usar uma camada de elevação e ver uma banda única dos dados de refletância MCD43A4 de várias bandas do Nadir.

• Use um dos métodos mencionados anteriormente para acessar o Catálogo de dados, pesquisar pelo conjunto de dados SRTM Digital Elevation Data Version 4 e adicioná-lo ao Espaço de trabalho. Os dados aparecerão no topo da lista de dados e no mapa. O que você vê é uma elevação acima do nível do mar representada como um gradiente de cor de preto (elevação baixa) para branco (elevação alta).
• Abra as configurações da camada, se ainda não estiverem prontas. O botão de opção "1 Band (Grayscale)" estará ativado por padrão, indicando que esse conjunto de dados tem apenas uma banda. Clique no menu suspenso do seletor de bandas para confirmar.

• Feche a caixa de diálogo de configurações da camada e mova os dados MCD43A4 de refletância do Nadir para o topo da lista de dados ou altere a visibilidade das camadas para exibição no mapa.
• Clique no nome dela para mostrar as configurações da camada. Essa camada de dados será exibida com RGB de três bandas por padrão, indicando que é uma varredura de várias bandas. No entanto, você pode escolher visualizar uma banda única como escala de cinza ativando a opção "1 Band (Grayscale)".
• Ative a opção "1 Band (Grayscale)".
• Clique no menu suspenso de seleção de banda e escolha uma banda diferente para exibir em escala de cinza.
• Clique no botão "Save" após selecionar uma banda nova e veja a exibição do mapa mudar de colorida para escala de cinza. A banda selecionada agora está representada como um gradiente de cor de preta (refletância baixa) para branca (refletância alta).

Para visualizar as alterações, clique no botão "Apply". Essa ação atualizará o mapa, incorporando as mudanças que você fez. A caixa de diálogo de configurações da camada permanecerá aberta e pronta para ajustes.

Cor verdadeira de três bandas

Vamos trabalhar novamente com os dados MCD43A4 para entender a exibição de três bandas e a alteração da atribuição de cor a várias bandas.

• Certifique-se de que a camada MCD43A4 é o primeiro conjunto de dados na lista e está visível.
• Clique no nome dela para revelar as configurações da camada e verifique se o botão de opção de três bandas (RGB) está ativado.
• Clique nos menus suspensos de seletor de bandas para vermelho, verde e azul, e o nome da banda será atribuído a cada cor.

• Certifique-se de que as bandas de refletância 1, 4 e 3 do Nadir estão atribuídas como vermelha, verde e azul respectivamente e clique no botão "Save". A exibição do mapa precisa mostrar a cobertura do terreno naturalmente, com a mesma interpretação de cor que temos do mundo.

Se você acessar a página de descrição dos dados dessa camada, verá que essas três bandas estão associadas à refletância, principalmente aos intervalos de comprimento de ondas. Nesse caso, a banda 1 representa a intensidade da refletância na parte azul do espectro eletromagnético, 4 no intervalo verde, e 3 na vermelha. Parear as bandas de refletância vermelha, verde e azul e a cor de exibição azul produzirá uma imagem de cor natural muito parecida com o que nossos olhos enxergam, do mesmo modo que vemos uma paisagem de um avião, por exemplo.

Falsa cor de três bandas

Uma cor natural funciona bem porque é familiar, mas transferir as bandas de refletância além do que podemos ver com nossos olhos para cores RGB nos permite "ver" paisagens de uma forma totalmente nova. Esses tipos de representações de dados são chamados de composições de falsa cor. Elas geralmente incluem a representação dos alcances visíveis, de infravermelho próximo (NIR, na sigla em inglês) e de ondas curtas (SWIR, na sigla em inglês) do espectro eletromagnético. A exibição de falsa cor pode destacar o contraste do tipo inter e intrapaisagem, melhorado alguns aspectos de interpretação da imagem. Para demonstrar isso, vamos visualizar a composição de falsa cor padrão, em que as bandas de refletância em NIR, vermelha e verde estão atribuídas para exibir as cores vermelha, verde e azul, respectivamente.

• Abra a caixa de diálogo de configurações da camada de dados MCD43A4.
• Verifique se a opção de 3 bandas (RGB) está ativa.
• Ajuste os menus suspensos seletores de bandas vermelho, verde e azul para as bandas de refletância 2, 1 e 4 Nadir respectivamente.
• Clique no botão "Save" para aplicar as alterações à exibição da camada do mapa e feche as configurações da camada. Você verá uma mudança grande na cor da vegetação, de verde para vermelha.

Contraste, brilho e opacidade

Intervalo dos dados

O contraste e o brilho de uma imagem podem ser ajustados com os parâmetros "Range" (intervalo mínimo e máximo) e "Gamma". A visualização dos dados requer que determinado valor definido para o intervalo seja dimensionado entre 0 e 255 para cada banda exibida. O parâmetro de intervalo permite ajustar o período dos valores que serão mostrados. O valor mínimo definido pode ser estabelecido entre 0 e 255. Todos os valores de dados entre os intervalos mínimo e máximo definidos serão dimensionados de forma linear. Os dados fora do período mínimo e máximo são definidos como 0 ou 255, dependendo se menores ou maiores que o intervalo fornecido. Vamos tentar adicionar mais contraste a uma região de vegetação, para distinguir diferenças sutis na cobertura dela.

• Usando a exibição de falsa cor "padrão" da seção anterior, vá até o leste dos Estados Unidos.
• Abra as configurações da camada e ajuste o intervalo para 2000 como mínimo, e 5500 como máximo.
• Para aplicar os novos ajustes, clique no botão "Save".

Você verá um contraste maior, com áreas com menos saturação de vermelho. Restringimos o intervalo de dados visíveis e exageramos a disparidade entre a refletância alta em vermelho e a baixa em infravermelho próximo.

Gama

A gama mostra a relação entre um valor e a luminosidade utilizada para representá-lo. De forma prática, aumentar a gama tornará maior a intensidade dos valores no ponto médio do intervalo da visualização. Isso ajusta o brilho e contraste da imagem.

• Com o intervalo de dados ajustados acima, abra as configurações da camada novamente e tente definir a gama com um valor menor, como 0,75.
• Após aplicar a alteração, você perceberá que o contraste aumentou ainda mais.

Opacidade

A opacidade é a condição de falta de transparência. Ela tem uma escala de 0 a 1, em que 0 é transparente, e 1 é opaco. Ela pode ser útil para manter uma certa visibilidade da camada de dados superior, enquanto também exibe informações de camadas inferiores. No exemplo abaixo, a opacidade foi ajustada como 0,6. Ela revela um pouco da cama inferior de terreno do Google Maps. Com esses dados, é possível definir quais estados têm a melhor resposta da vegetação para um determinado intervalo de tempo da imagem (23 de maio, neste caso).

O ajuste do intervalo de dados, da gama e da opacidade é aplicado às exibições de única banda e de três bandas.

Paleta

A paleta permite atribuir cores à faixa de valores em um conjunto de dados para uma exibição de banda única (escala de cinza). Ela é uma série de valores de cores hexadecimais. Ao fornecer dois valores, as cores são definidas com um valor mínimo e máximo da explicitude do conjunto de dados, e todos os valores no meio são mapeados para uma interpolação linear o gradiente de cor. Por exemplo, o modelo digital de elevação SRTM é apresentado em tons de cinza por padrão, mas também podemos exibi-lo em tons de verde, em que os pixels de menor elevação são pretos, e os de maior são verdes (os valores "menor" e "maior" são definidos pelo parâmetro do intervalo).

• Verifique se você tem um conjunto de dados SRTM na lista de dados e se ele está em primeiro lugar nela.
• Abra as configurações da camada e ative a paleta.
• Use o botão [+] ou de edição (lápis) para selecionar ou inserir as cores preta e verde para representar os valores mínimo e máximo da banda selecionada (000000, 32cd32).
• Clique no botão "Apply" para aplicar. Depois, ajuste os valores de intervalo mínimo e máximo até a extensão da região do seu interesse estar adequada ao que você quer.

Cores adicionais podem ser incluídas na paleta. Tente visualizar a elevação SRTM com esta paleta:

000004, 2c105c, 711f81, b63679, ee605e, fdae78, fcfdbf, fdffe5

• Copie e cole a lista de cores da paleta acima no editor da paleta (ícone de lápis).
• Aplique as alterações e ajuste os valores de intervalo mínimo e máximo até a extensão da região do seu interesse estar adequada para o que você quer.

Visualizar as mudanças ao longo do tempo

Algo interessante que você pode fazer no EE Explorer é visualizar a mudança ao longo do tempo. Para fazer isso, você terá que adicionar o mesmo conjunto de dados ao Espaço de trabalho em duas camadas separadas e definir que cada uma mostre uma faixa de tempo diferente. O exemplo abaixo mostra como visualizar a rápida expansão urbana de Las Vegas, Nevada, EUA.

• Acesse seu Espaço de trabalho, busque por "Las Vegas, NV" na barra de pesquisa e aumente o zoom.
• Remova (ou desative) todas as camadas da lista de dados.
• Adicione o conjunto de dados Landsat 5 TM Collection 1 Tier 1 32-Day TOA Reflectance Composite ao Espaço de trabalho.
• Adicione-o novamente como segunda camada idêntica.
• Nas configurações da camada, ajuste a primeira como: 13 de agosto de 2011 a 14 de setembro de 2011, e a debaixo como: 13 de agosto de 1986 a 14 de setembro de 1986.
• Alterne a visibilidade da camada de cima entre ativada e desativada. Assim, você verá o crescimento da cidade em um período de 26 anos.

Como você pode ver, analisando as imagens acima, a de 2011 tem uma área urbana muito maior do que a de 1986. Neste exemplo, a exibição foi configurada para uma representação de falsa cor de bandas 5, 4, 2 do Landsat 5 / vermelho, verde, azul respectivamente. Essa representação aumenta o contraste entre a vegetação e o árido do deserto.

O gráfico abaixo é um exemplo prático de aplicação da comparação por datas. Aqui, duas telas do EE Explorer foram mescladas e anotadas para transmitir a informação sobre a cobertura da terra e a mudança gravada pelo Landsat. Este exemplo mostra a expansão de uma mina de carvão aberta e um corte florestal perto de Elkford, Columbia Britânica, Canadá, de 1984 a 2011.

Itens a serem considerados

Veja abaixo uma lista de comportamentos possivelmente não intuitivos e características do EE Explorer e conjuntos de dados em que você precisa prestar atenção.

• As imagens do Landsat não podem ser visualizadas globalmente. É preciso aumentar o zoom em alguns níveis. Se a imagem não aparecer no mapa, veja a barra amarela na parte superior da página, indicando que é preciso aumentar o zoom.
• Cada conjunto de dados é proveniente de um satélite que funciona (ou funcionava) em um determinado intervalo de tempo específico. O Landsat 5, por exemplo, parou de enviar dados em novembro de 2011, e o Landsat 8 começou a enviá-los em junho de 2013.
• Satélites diferentes visitam o mesmo ponto na Terra em frequências diferentes. O MODIS cobre quase o globo terrestre inteiro diariamente. O Landsat somente visita um mesmo ponto a cada 16 dias. Além disso, há lugares na Terra que têm dados faltantes de alguns satélites. Por exemplo, faltam dados do Landsat 5 em vários lugares devido a limitações de armazenamento de integração e tarefas de aquisição.
• Os dados faltantes são renderizados como transparentes, e você vê a camada base do Google Maps.
• Alguns lugares estão nublados na hora das imagens e, então, elas não são claras. Alguns conjuntos de dados mostram esses lugares como áreas com dados faltantes.
• O Landsat 7 sofreu uma falha parcial no sistema de imagens em 31 de maio de 2013, o que levou a linhas compridas de dados faltantes em todas as imagens do Landsat 7 feitas desde então, como pode ser visto na imagem abaixo. Isso pode ser evitado usando um conjunto de dados e composição de 32 dias, que combina várias imagens ao longo do tempo e, portanto, pode preencher as lacunas faltantes.

Próximos passos

O Google Earth Engine tem recursos mais avançados, como classificação de cobertura do solo, download de conjuntos de dados e a capacidade de criar seus próprios algoritmos de análise de dados. Para começar a usar esses recursos avançados no Earth Engine, inscreva-se em earthengine.google.com/signup.

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