Accuracy assessment of PlanetScope SuperDove products for aquatic reflectance retrieval over Brazilian inland and coastal waters

Resumo

Uma constelação de pequenos satélites emergiu rapidamente nos últimos anos, e o PlanetScope é uma fonte de dados promissora para a geração avançada de produtos de Observação da Terra, incluindo aplicações de recuperação de qualidade da água em alta resolução. O SuperDove (PSD) da Planet fornece oito bandas espectrais nas faixas do visível e do infravermelho próximo, com resolução espacial de 3 metros e resolução temporal de quase um dia. No entanto, nenhum estudo investigou de forma abrangente a consistência da reflectância aquática derivada desses sensores em múltiplos sistemas aquáticos interiores. Neste estudo, conduzimos, pela primeira vez, uma validação abrangente de imagens PSD sobre águas doces e costeiras brasileiras, utilizando um grande conjunto de dados de reflectância de sensoriamento remoto (Rrs) (n = 480) coletados de forma quase concomitante com as imagens do PSD (±3 h). Esse conjunto de dados radiométricos apresenta significativa variabilidade espectral com diferentes Tipos Ópticos de Água (OWTs) e foi utilizado para avaliar a acurácia radiométrica (i.e., reflectância aquática) dos dados PSD com dois métodos de correção atmosférica distintos (ACOLITE e 6SV-PSR). Além disso, comparamos uma série temporal de Clorofila-a (Chl-a) derivada do Sentinel-2/MSI e do PlanetScope/PSD para análise de consistência em um reservatório eutrófico no Brasil. Os resultados demonstraram que as bandas azul (490 nm), verde I (531 nm) e verde II (565 nm) apresentaram o melhor desempenho (erros de acurácia simétrica mediana inferiores a 33,17 %) considerando ambos os métodos de correção atmosférica. As bandas amarela (610 nm), vermelha (665 nm) e borda do vermelho (705 nm) apresentaram erros inferiores a 46 % em comparação com os espectros in situ. As bandas NIR e azul costeiro exibiram menor acurácia, com erros superiores a 89 %. Em relação aos OWTs, observamos que os melhores resultados foram obtidos para o OWT-1 (água clara) com o 6SV-PSR e para o OWT-7 (água muito turva) com o ACOLITE, considerando todas as bandas. Erros inferiores a 30 % foram observados para OWT-1 (ACOLITE), OWT-3 (6SV-PSR), OWT-6 (ACOLITE e 6SV-PSR) e OWT-7 (ACOLITE). A série temporal de Chl-a demonstrou boa consistência entre PSD e Sentinel-2/MSI (com erro de 21,98 %). Esse resultado destaca a vantagem da maior resolução temporal do PSD para a detecção de florações de algas, embora o PSD superestime a Chl-a em concentrações mais elevadas. Esta pesquisa sugere que o SuperDove tem potencial para fornecer estimativas confiáveis de Rrs em diversos ecossistemas aquáticos, facilitando a recuperação de parâmetros-chave como clorofila-a, c-ficocianina e sedimentos em suspensão. No entanto, trabalhos adicionais são necessários para abordar desafios importantes de processamento, incluindo correções de brilho e de adjacência, a fim de melhorar a consistência temporal e a acurácia no monitoramento aquático. Adicionalmente, uma avaliação mais ampla em escala global é necessária para compreender plenamente o desempenho e as limitações desses sensores para a ciência e as aplicações aquáticas.

Publicação
ISPRS Journal of Photogrammetry and Remote Sensing