Programa Copernicus: Repositório Espelho de Dados Sentinel no INPE

O Programa Copernicus é um Programa coordenado e gerido pela Comissão Europeia em parceria com a Agência Espacial Europeia (ESA), os Estados-Membros da União Europeia (UE) e outras agências da EU, para desenvolver serviços baseados em dados de observação da Terra por satélite. O Programa é servido por uma família de missões orbitais chamadas Sentinel . Cada missão Sentinel consiste em um ou mais satélites com diferentes sensores, como radares e instrumentos de imageamento multiespectral. Esse sistema de observação da Terra coleta informações sobre vários aspectos do sistema terrestre e podem ser usadas em aplicações para monitorar o ambiente terrestre, oceânico e a atmosfera. As missões Sentinel tem cobertura global e os dados coletados são distribuídos de acordo com uma política de acesso livre, sem custos ou restrições de uso.

Os dados Sentinel são considerados pela comunidade de sensoriamento remoto, meteorologia e suas aplicações, como no estado da arte em observação da Terra, por fornecerem uma cobertura global, pela diversidade de sensores e pela qualidade dos dados gerados em termos de resolução espacial, temporal e espectral. Outro fator importante é a estratégia de longo prazo do Programa, com a previsão do lançamento de outros satélites ao longo dos próximos anos. Desde 2021, o Programa Copernicus é um componente do Programa Espacial da União Europeia.

Atualmente os dados do Sentinel podem ser baixados de pontos centrais de distribuição, ou hubs . Cada hub tem a sua política de arquivamento e distribuição de dados. Por exemplo, o SciHub tem uma estratégia de arquivamento que deixa disponível online somente dados coletados nos últimos 21 dias. A capacidade de baixar os dados dos hubs de acesso geral costuma ser limitada pelo compartilhamento da banda e pelo número de acessos simultâneos.

A União Europeia, representada pela Comissão Europeia, e o Brasil, representado pelo Ministério da Ciência, Tecnologia e Inovação (MCTI), assinaram em 8/03/2018 um Acordo de Cooperação (AC) onde ambos os lados esperam promover atividades de cooperação na área de acesso e utilização de dados Sentinel. O acordo indica que as agências encarregadas das operações dos satélites Sentinel e dos satélites brasileiros devem complementar o AC por acordos operacionais técnicos (TOA, do inglês Technical Operation Agreement).

O Instituto Nacional de Pesquisas Espaciais (INPE), a Agência Espacial Brasileira (AEB) e a ESA assinaram um TOA em 14/03/2019, no qual o INPE apresenta a sua intenção de estabelecer um Repositório Espelho Regional de dados Sentinel a fim de facilitar e aprimorar o seu acesso e uso no Brasil. O TOA estabeleceu que a ESA forneceria ao INPE o acesso ao hub de uso exclusivo dos parceiros internacionais oficializados, chamado International Hub (IntHub), garantindo acesso mais ágil aos dados do Sentinel.

Situação Atual

O Programa Base de Informações Georreferenciadas (BIG) do INPE iniciou, em 2022, a operacionalização do TOA, ou seja, fazer o espelhamento no INPE dos dados Sentinel coletados sobre a extensão do Brasil. O projeto usa a Coordenação de Infraestrutura de Dados e Supercomputação (COIDS) para abrigar a estrutura máquinas necessárias para armazenar os dados espelhados, para fazer a transferência automática dos dados, sua organização em catálogos de consulta, e para rodar as interfaces de software que permitem o acesso ao repositório.

Atualmente, o INPE roda os programas de transferência dos dados de maneira automática, durante a madrugada, de maneira que poucas horas após a disponibilização das imagens no IntHub elas já estão no repositório do INPE. Desde dezembro de 2021 estão sendo espelhados o produto Ground Range Detected do Sentinel-1 (imagens de radar projetadas para a superfície do terreno) e as imagens óticas do Sentinel-2. Em março de 2023 começou a ser espelhado também o produto Ocean and Land Colour Instrument (OLCI) do Sentinel-3 (Figura 1). Até o momento mais de 200 TB de dados, ou 470 mil imagens, já foram inseridos no repositório.

Representação do conteúdo do repositório espelho de dados Sentinel no INPE

Figura 1: Representação do conteúdo do repositório espelho de dados Sentinel no INPE. Créditos: Programa BIG do INPE.

Nessa primeira fase do projeto buscou-se assegurar os recursos de Tecnologia da Informação (TI) para a criação do repositório espelho e na implantação e aprimoramento dos sistemas de espelhamento automático. Também foram criadas interfaces de acesso aos dados que atendem, inicialmente, as demandas de aplicações do INPE. Dentre elas destacam-se a criação dos cubos de dados e mosaicos de imagens Sentinel-2, feita pelo Projeto "Brazil Data Cube" do INPE. Esses são produtos prontos para análise, de maior valor agregado, são gerados a partir das imagens originais (Figura 2) e estão sendo usados no Programa de Monitoramento das Amazônia e Demais Biomas do INPE para a classificação de uso e cobertura da Terra de maneira automática e semi-automática.

Mosaico livre de nuvens de imagens Sentinel-2, combinando 2 anos de imagens.

Figura 2: Mosaico livre de nuvens de imagens Sentinel-2, combinando 2 anos de imagens. Créditos: Brazil Data Cube .

Também estão sendo construídas interfaces de acesso ao repositório usando tecnologias mais atuais, como o Serviço Web de Visualização de Imagens. Esse Serviço permite que aplicações externas requisitem imagens via programação, em diferentes ambientes e linguagens, e recebe de volta recortes prontos para serem apresentados (Figura 3). Este Serviço está sendo usado no INPE como parte das atividades de validação dos alertas de desmatamento e degradação do Projeto Detecção de Desmatamento em Tempo Quase Real (DETER).

Exemplo de acesso ao serviço de visualização de imagens Sentinel-2 do repositório do INPE, por uma aplicação na linguagem Python. Créditos: Programa BIG do INPE.

Figura 3: Exemplo de acesso ao serviço de visualização de imagens Sentinel-2 do repositório do INPE, por uma aplicação na linguagem Python. Créditos: Programa BIG do INPE.

O produto OLCI do Sentinel-3 está sendo usado pelo Laboratório de Instrumentação Aquática ( LabISA ) do INPE como dados de entrada para modelos de estimativa de Clorofila-a e Cianobactérias, que entre outros, são parâmetros de qualidade da água usados no Projeto MAPAQUALI. Esse projeto tem como objetivo o desenvolvimento de um sistema modular customizável para monitoramento contínuo de sistemas aquáticos continentais por sensoriamento remoto.

Seguindo sua evolução o projeto está aprimorando a rede de acesso aos serviços web para abrir o repositório espelho para instituições parceiras como o Instituto Brasileiro de Geografia e Estatística (IBGE) e o Centro Gestor e Operacional do Sistema de Proteção da Amazônia (CENSIPAM) que já tem demandas para uso dos dados Sentinel.

Créditos: Divisão de Projeto Estratégico 2 (DIPE2), da Coordenação de Gestão de Projetos e Inovação Tecnológica (COGPI).

Serviço de Comunicação Social – SECOM

Coordenação do Gabinete - COGAB