Avaliação da precisão na deteção de linha de costa com imagens de satélites disponíveis ao público

Artigo na Communications Earth & Environment

Trabalho de doutoramento em ambiente não académico abre portas para uma maior compreensão dos ambientes costeiros a nível global

Exemplo de linhas de costa derivadas da ferramenta CASSIE

Exemplo de linhas de costa derivadas da ferramenta CASSIE

Daniel Pais
Daniel Pais
No início do seu percurso académico, Daniel Pais interessou-se pela Geologia Costeira e Deteção Remota
Fonte GJ DCI Ciências ULisboa

Daniel Pais iniciou o doutoramento em Geologia, ramo de Geodinâmica Externa, em outubro de 2022, na Ciências ULisboa, em cooperação com o Instituto Dom Luiz e com o CoLAB +ATLANTIC. O seu projeto de doutoramento conta com o apoio da FCT, mediante uma bolsa de doutoramento em ambiente não académico. O seu orientador externo é Luís Pedro Almeida. Os orientadores internos são Cristina Ponte Lira e Rui Taborda.

O objetivo do seu programa de doutoramento é desenvolver uma nova ferramenta que integre a deteção da linha de costa, utilizando imagens de satélite, e soluções de modelação de última geração para prever linhas costeiras futuras. O objetivo passa também por traduzir os resultados em indicadores de evolução das praias, que possam ser aplicados universalmente e de forma automática a diferentes ambientes costeiros, incorporando as últimas previsões de alterações climáticas e auxiliando nas soluções de gestão.

No início do seu percurso académico, Daniel Pais interessou-se pela Geologia Costeira e Deteção Remota. Licenciou-se em Geologia - ramo de Geologia Aplicada e do Ambiente - pela Ciências ULisboa, em 2019, e concluiu o mestrado em Geologia Ambiental, Riscos Geológicos e Gestão do Território na mesma instituição, em 2021. No âmbito do seu trabalho de dissertação analisou a evolução do sistema praia/duna de São João da Caparica após as mais recentes operações de alimentação artificial, o que lhe permitiu desenvolver competências de investigação científica e de gestão durante esse período.

Daniel Pais, estudante de doutoramento em Geologia na Ciências ULisboa, é um dos autores do  artigo - “Benchmarking satellite-derived shoreline mapping algorithms” - publicado na Communications Earth & Environment, em setembro passado e que apresenta uma avaliação inédita da precisão na deteção da linha de costa, através de imagens satélites disponíveis ao público.

A deteção remota por satélite, devido à abundância e acessibilidade dos dados, é frequentemente utilizada para monitorizar o litoral, mas, até este artigo, não existia uma comparação estruturada e independente do desempenho dos diferentes algoritmos que, através das imagens captadas pelos satélites, conseguem automaticamente detetar e mapear a linha de costa, ou seja, o contacto entre a terra e o mar.

No âmbito do seu doutoramento, Daniel Pais foi convidado pelo seu coorientador externo - Luís Pedro Almeida -, investigador no laboratório colaborativo português CoLAB +Atlantic, a participar neste projeto inovador e concebido por Kilian Vos, primeiro autor do artigo e investigador na Universidade de Nova Gales do Sul (Austrália). Este trabalho conta ainda com a participação de vários especialistas das seguintes entidades: Universidade Politécnica de Valência (Espanha), Universidade de Queensland (Austrália), Instituto Deltares (Holanda), Universidade Federal de Santa Catarina (Brasil), Universidade de Bordeaux (França) e Centro de Ciências Marinhas e Costeiras do Pacífico do Serviço Geológico dos Estados Unidos (EUA).

Luís Pedro Almeida, Daniel Pais e António Klein (UFSC) testaram a ferramenta CASSIE (acrónimo de Coastal Analyst System from Space Imagery Engine), lançada online em 2021, numa cooperação luso-brasileira ainda em desenvolvimento, que deteta e analisa automaticamente a linha de costa usando imagens de satélite. Segundo o estudante, “a ferramenta CASSIE apresenta uma interface gráfica intuitiva, com indicadores visuais, tornando-a diferenciadora de outras existentes e mais complexas. Qualquer pessoa que não seja especialista na área pode utilizar a ferramenta e perceber o que está a acontecer em determinada zona costeira.”

O trabalho prático durou aproximadamente seis meses. O primeiro objetivo centrou-se na execução da ferramenta CASSIE nos ambientes costeiros de controlo: quatro praias arenosas com condições geológicas e oceanográficas contrastantes. Devido à natureza dinâmica associada à posição da linha de costa houve a necessidade de corrigir os resultados, incorporando as diferenças relacionadas com as marés e as ondas, de forma a aumentar a precisão da deteção. Este aspeto, revelou ainda que existe uma elevada componente dinâmica do indicador utilizado, principalmente nos ambientes costeiros mais complexos.

“Em locais onde a amplitude da maré é maior, os algoritmos tendem a dar piores resultados porque não conseguem detetar corretamente a linha de costa. Uma das conclusões deste artigo é que nestas condições é preciso desenvolver novas técnicas específicas e até, talvez, utilizar um indicador distinto como a fronteira areia seca/areia molhada. Nas zonas com amplitudes de marés menores, os resultados são bastante positivos”, esclarece Daniel Pais.

imagem do site da CASSI
A página de Internet da ferramenta CASSIE é https://cassiengine.org/

Uma outra parte importante do trabalho consistiu na validação dos produtos resultantes dos algoritmos de deteção automática da linha de costa com dados in situ recolhidos nos ambientes costeiros em análise. “Isto só foi possível devido ao facto de estes quatro sítios serem monitorizados há largas décadas, com bastante frequência, e destes dados estarem disponíveis publicamente, o que é relativamente raro no mundo. A recolha de dados in situ, no campo, será sempre necessária e é imprescindível para a validação de qualquer modelo”, explica Daniel Pais.

No seu projeto de doutoramento, numa fase mais avançada, Daniel Pais pretende explorar a previsão de linhas de costa, juntando às linhas detetadas por satélite outros fatores como ondas, marés ou o fornecimento sedimentar para elaborar cenários que representem a sua evolução no futuro e torná-los úteis para a comunidade, disponibilizando os resultados às entidades públicas interessadas.

Este projeto abre portas ao desenvolvimento de novos algoritmos, novas técnicas e uma maior compreensão dos ambientes costeiros a nível global, havendo também espaço para melhorar as próprias ferramentas testadas, como a CASSIE.

“A metodologia seguida, totalmente transparente e colaborativa, permite a replicação do trabalho por outros investigadores. Isto é algo importante em ciência e que quisemos passar com este projeto”, conclui Daniel Pais. O próximo passo é melhorar a deteção por meio da Inteligência Artificial, integrando redes neurais na análise de imagens de satélite, e testar este método com satélites de muito alta resolução (3 m) e noutros ambientes litorais.

Tânia Monteiro, Creative Minds com Gabinete de Jornalismo Ciências ULisboa
info.ciencias@ciencias.ulisboa.pt
Filipe R. Ramos a dar aulas

Filipe R. Ramos, professor da Ciências ULisboa e investigador no Centro de Estatística e Aplicações da Universidade de Lisboa (CEAUL), visitou o Departamento de Matemática e Estatística da Universidade do Norte (UN), em Barranquilla, na Colômbia, entre 8 e 22 de fevereiro passado, no âmbito do intercâmbio que mantém com esta universidade e em particular com o professor Lihki Rubio, com quem está a escrever um livro sobre Machine Learning and Applications.

Herdade da Ribeira Abaixo

A inauguração da exposição de fotografia “Herdade da Ribeira Abaixo: 30 anos do coração da Serra de Grândola” realiza-se dia 24 de fevereiro, pelas 16h00, na Biblioteca e Arquivo do município de Grândola, e vai estar em exibição até 18 de março. Durante este fim de semana realiza-se ainda um Bioblitz na Herdade da Ribeira Abaixo. Esta estação de campo do cE3c, em estreita articulação com a Ciências ULisboa, situa-se no coração da Serra de Grândola, numa das mais vastas extensões de montado de sobro em Portugal.

conceção artística do telescópio espacial Euclid, e em fundo uma das primeiras imagens obtidas com este telescópio, do enxame de galáxias do Perseu

A 14 de fevereiro o telescópio espacial Euclid voltou-se para a constelação de Erídano, no hemisfério celeste austral, e durante 70 minutos recolheu a luz dessa região de céu escuro. O calendário de observações foi definido por uma equipa liderada pelo Instituto de Astrofísica e Ciências do Espaço. Mais de 27 mil fotografias irão constituir o mosaico do céu com a maior resolução alguma vez feita, serão mais de 15 biliões de pixéis. Ao fim de seis anos espera-se ter capturado a luz de mais de mil milhões de galáxias.

Batimetria do fundo do mar e topografia terrestre

Um novo estudo, recorrendo a modelos computacionais, prevê que uma zona de subdução atualmente na região do Estreito de Gibraltar se irá propagar para o interior do Atlântico e irá contribuir para a formação de um sistema de subdução atlântico – um anel de fogo atlântico. Este trabalho publicado pela Sociedade Geológica da América resulta de uma colaboração entre os professores da Ciências ULisboa – João Duarte e Filipe Rosas – e investigadores da Johannes Gutenberg University Mainz (Alemanha).

Minifloresta da Faculdade

A FCULresta - um dos projetos do Laboratório Vivo para a Sustentabilidade da Ciências ULisboa e que tem origem no projeto europeu "1Planet4All - Empowering youth, living EU values, tackling climate change" -, foi selecionada e destacada como um dos projetos com maior impacto do programa ‘DEAR: Development Education and Awareness Raising", financiado pela União Europeia.

Cartaz com fotografias de várias mulheres

Ciências ULisboa reconhece o papel fundamental exercido pelas mulheres e pelas raparigas na ciência e na tecnologia. No Dia Internacional de Mulheres e Raparigas na Ciência recordamos Glaphyra Silva Vieira, a primeira mulher assistente no Laboratório de Física da Ciências ULisboa, uma biografia da autoria de Maria da Conceição Abreu e Paula Contenças.

Conceção artística do telescópio espacial nos raios gama, Fermi, da NASA

As regiões polares do Sol foram as mais ativas na emissão de radiação de alta energia durante o anterior máximo solar, um desequilíbrio ainda por explicar, e relatado pela primeira vez num estudo liderado por Bruno Arsioli, investigador do Instituto de Astrofísica e de Ciências do Espaço, da Ciências ULisboa.

anfíbio

Após a República Checa, chegou a hora da cidade de Lisboa ser palco da próxima Conferência Europeia de Ecologia Tropical 2024. Jorge Palmeirim, professor da Ciências ULisboa, coordenador do grupo de Biodiversidade Tropical e Mediterrânica no cE3c, é o chairman desta conferência, que se realiza na Ciências ULisboa entre 12 e 16 de fevereiro.

Helena Gaspar e Alexandra M. Antunes, pormenor de estrutura molecular N-desetil-isotonitazeno em fundo

O Laboratório de Polícia Científica (LPC) da Polícia Judiciária (PJ) detetou uma nova droga sintética - o N-desetil-isotonitazeno. A identificação da droga sintética contou com a colaboração da Ciências ULisboa, no âmbito de um protocolo de cooperação entre o LPC-PJ e a Ciências ULisboa que visa a análise de novas substâncias psicoativas (NSP).

lareira tradiciobal a lenha

Um novo estudo mostra que o uso de lareiras tradicionais a lenha para o aquecimento da casa pode diminuir a esperança média de vida em até 1,6 anos, devido às partículas finas que são emitidas na combustão da lenha. Estes são resultados de um trabalho experimental de modelação computacional liderado pela Ciências ULisboa.

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Uma equipa de cientistas do Instituto de Biofísica e Engenharia Biomédica (IBEB) da Ciências ULisboa liderada por Raquel Conceição vai receber 1.5M€ para reforçar as suas áreas de capacitação em Imagiologia Médica por Micro-ondas (MMWI), no âmbito de um projeto Twinning, com o título “Bone, Brain, Breast and Axillary Medical Microwave Imaging Twinning (3BAtwin)”, realizado em parceria com a Universidade de Galway (Irlanda) e com o Politécnico de Turim (Itália).

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Carlos Pires, professor da Ciências ULisboa e investigador do Instituto Dom Luiz, é o primeiro autor do artigo “Uma teoria geral para estimar a transferência de informação em sistemas não lineares”, publicado na Physica D: Nonlinear Phenomena, volume 458, em fevereiro, e no qual desenvolve um formalismo matemático de estimação da causalidade entre variáveis interatuantes.

Atividades na HortaFCUL, num Dia Aberto em 2015

Em outubro de 2024 a HortaFCUL assinala 15 anos de existência. Os resultados apresentados no relatório "Living the sustainable development: a university permaculture project as an ecosystem service provider - The HortaFCUL case study (2009-2023)" apresentam o impacto regenerativo e transformador da HortaFCUL.

Pessoa a observar o céu

De 15 a 18 de fevereiro, a Física está em destaque na cidade de Lisboa, no Encontro Nacional de Estudantes de Física (ENEF). Este é um evento que pretende reunir estudantes e profissionais na Ciências ULisboa, procurando dar uma perspetiva diferente do ensino da Física a nível universitário.

Revegetação com especies autoctones

“O projeto em curso no Lousal mostra que é possível conciliar a atividade de mineração com a devolução do território à natureza com o mínimo impacto possível”, escreve Jorge Buescu na crónica publicada na revista Ingenium n.º 183, referente ao primeiro trimestre de 2024.

Pontos de interrogação

 Vladimir Konotop, professor da Ciências ULisboa, participou num estudo publicado este mês na Nature Photonics - “Observação da Localização da Luz em Quasicristais Fotónicos” -, em colaboração com investigadores da Universidade Jiao Tong de Xangai (China) e da Academia de Ciências Russa  (Rússia).

Aluna a fazer uma apresentação numa sala de aula

Inês Sofia Cruz Dias e Ana Carolina Preto Oliveira, estudantes da Ciências ULisboa, apresentaram os seus relatórios da disciplina Voluntariado Curricular, 1.º semestre, no passado dia 22 de janeiro. Sensibilizar os estudantes para as temáticas da solidariedade, tolerância, compromisso, justiça e responsabilidade social e proporcionar-lhes oportunidades para o desenvolvimento de competências transversais são alguns dos objetivos do Voluntariado Curricular.

Cristina Simões, Fernando Antunes, José Pereira-Leal, Jorge Maia Alves, Andreia Valente, Hugo Ferreira, Rui Ferreira e Pedro Almeida

Os projetos Lusoturf e TAMUK são os vencedores da 1.ª edição do Concurso de Projetos de Inovação Científica, uma iniciativa promovida pela Ciências ULisboa e FCiências.ID, com o apoio do Tec Labs.

Membro da FLAD, Marcelo Rebelo de Sousa e José Ricardo Paula

José Ricardo Paula, investigador da Ciências ULisboa, vencedor do FLAD Science Award Atlantic 2023, teve a honra de receber o prémio pelas mãos do Presidente da República, Marcelo Rebelo de Sousa. Para o diretor da Ciências ULisboa, Luís Carriço, este prémio é um reconhecimento do mérito e da excelência da investigação que se faz na faculdade: “Estou muito orgulhoso, mas não estou surpreendido. O trabalho que o José Ricardo Paula desenvolveu é brilhante e o próprio Presidente da República fez questão de referir isso. O nosso investigador está de parabéns, bem como a faculdade”.

Ana Sofia Reboleira

O projeto “Barrocal-Cave: Conservation, monitoring and restoration assessment of the world-class cave biodiversity hotspot in Portugal foi distinguido com o 2.º lugar do Prémio Fundação Belmiro de Azevedo 2023. Ana Sofia Reboleira é a investigadora responsável por este projeto, que tem como instituição proponente a FCiências.ID.

Fotografia de Henrique Leitão

O Papa nomeou a 10 de janeiro o cientista Henrique Leitão como membro do Comité Pontifício de Ciências Históricas, informou o Vaticano. A Agência Ecclesia refere que o novo membro deste comité colaborou com o Secretariado Nacional dos Bens Culturais da Igreja, enquanto coautor do ‘Clavis Bibliothecarum‘ (2016), um levantamento de catálogos e inventários de bibliotecas da Igreja Católica em Portugal.

Fotografia de Beatriz Amorim

Beatriz Amorim foi premiada com uma bolsa Marie Sklodowska-Curie, uma iniciativa da Agência Internacional de Energia Atómica (AIEA, sigla em inglês). A estudante do último ano de mestrado em Engenharia Física, na Ciências ULisboa, participa a partir de 15 de janeiro e durante seis meses, num projeto inovador na Alemanha, no âmbito do Programa GET_INvolved do FAIR.

Henrique de Gouveia e Melo e Henrique Leitão

“As três últimas décadas foram excecionais para os estudos de História Marítima, da Ciência Náutica, da Cosmografia e da Cartografia portuguesas”, diz Henrique Leitão, investigador da Ciências ULisboa, a propósito da atribuição do Prémio Academia de Marinha 2023, ocorrido no passado dia 9 de janeiro, durante a Sessão Solene de Abertura do Ano Académico de 2024.

Membros da expedição em frente do RV Pelagia

A Ciências ULisboa destacou no passado mês de dezembro - na EurekAlert - uma história sobre um estudo, que relata evidências sem precedentes de respostas ecológicas do fitoplâncton calcificante à deposição de nutrientes fornecidos pela poeira do Sara. O trabalho publicado na Frontiers in Marine Science tem como primeira autora Catarina Guerreiro, micropaleontóloga e investigadora em bio geociências marinhas na Ciências ULisboa.

Cientista em gruta

Um estudo publicado na Scientific Reports e coordenado por Ana Sofia Reboleira, professora no Departamento de Biologia Animal da Ciências ULisboa e investigadora no Centro de Ecologia, Evolução e Alterações Ambientais (cE3c), analisou mais de 100000 medições de temperaturas em grutas localizadas em diversas zonas climáticas, desde as tropicais às subárticas, passando por Portugal continental e ilhas.

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