7.1. Cubos de Dados de Imagens

Cubos de dados são estruturas multidimensionais usadas para representar e processar grandes volumes de informações. Cubos de dados de observação da Terra, ou de imagens, são estruturas matriciais, geradas a partir de imagens de sensoriamento remoto, com três ou mais dimensões que incluem espaço, tempo e propriedades espectrais. Cubos de dados de imagens podem também ser definidos como um conjunto de séries temporais associadas a pixels alinhados espacialmente, prontas para análise [101]. A Figura a seguir ilustra um cubo de dados de observação da terra (em inglês Earth Observation (EO) Data Cube) gerado a partir de uma coleção de imagens e uma seleção de uma série temporal e de uma imagem a partir desse cubo.

Figura 7.2 - Cubo de dados de observação da Terra gerado a partir de uma coleção de imagens.
Fonte: [77].

Cubos de dados de imagens são gerados a partir de dados prontos para análise. O termo dados prontos para análise (em inglês Analysis-Ready Data - ARD) definido pelo CEOS (Comitê Internacional de Satélites de Observação da Terra, ou em inglês Committee on Earth Observation Satellites) se refere à dados de satélites que foram processados ​​com um conjunto mínimo de requisitos e organizados em um formato que permite análise imediata com um mínimo de esforço adicional do usuário e interoperabilidade ao longo do tempo e com outros conjuntos de dados. Um dado ARD ou pronto para análise contém atributos de medidas fundamentais para a maioria dos usuários globais que utilizam imagens de sensoriamento remoto em aplicações de mapeamento terrestre e possui um nível mínimo de requisitos para suportar análise de séries temporais e interoperabilidade de dados. Além de correção radiométrica, geométrica e atmosférica, um dado ARD possui metadados sobre a qualidade de seus valores, indicando, por exemplo, se são nuvens, sombras de nuvens, dados faltantes, ou medidas de acurácia. Para mais informações, acesse o documento CEOS Analysis Ready Data For Land (pdf).

Atualmente, existem diferentes iniciativas para produzir dados ARD e cubos de dados de observação da Terra para regiões e países específicos, incluindo o Swiss Data Cube [102], o Digital Earth Africa [103], o Australian Data Cube [104] e o Brazil Data Cube [76]. A Figura a seguir ilustra essas e outras iniciativas no mundo, classificando os cubos de dados que estão operacionais (países e regiões pintadas de amarelo) e em desenvolvimento (países e regiões pintadas de vermelho) [105].

Figura 7.3 - Iniciativas no mundo de produção de dados prontos para análise (em inglês Analysis-Ready Data - ARD) e cubos de dados de observação da Terra para regiões e países específicos.
Adapdata de: [105].

Desde 2019, o Instituto Nacional de Pesquisas Espaciais (INPE) está desenvolvendo o Brazil Data Cube para gerar cubos de dados multidimensionais a partir de imagens de sensoriamento remoto dos satélites Landsat-8, Sentinel-2 e CBERS-4 [76]. Esses cubos de dados estão sendo criados para todo o território brasileiro, gerando um grande volume de dados úteis para diversos tipos de aplicações em sensoriamento remoto. Além disso, a equipe desse projeto está utilizando e desenvolvendo métodos de aprendizado de máquina (machine learning), análise de séries temporais e processamento em nuvem (cloud computing) para gerar mapas de uso e cobertura da terra a partir de cubos de dados.