Avaliação comparativa de métodos de reamostragem de MDE em SIG S livres e gratuitos

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1 Embrapa Informática Agropecuária/INPE, p Avaliação comparativa de métodos de reamostragem de MDE em SIG S livres e gratuitos Angélica Aparecida Dourado da Costa 1 Vinicius de Oliveira Ribeiro 1 Mariana BudnikChinikoski 1 1 Instituto Federal do Mato Grosso de Educação, Ciência e Tecnologia Campus Juína. LinhaLinha J, Nº s/n, Quadra 8, Setor Chácara, CEP: Juína - MT, Brasil, Telefone: (66) angelica.dourado.jna@gmail.com vinicius.ribeiro@jna.ifmt.edu.br mariana.budnik@gmail.com Resumo. A Política Nacional de Recursos hídricos define a bacia hidrográfica como unidade fundamental de gestão dos recursos hídricos. A delimitação manual dos limites de seu divisor passa por subjeções por parte dos técnicos, sem que haja necessariamente erros por parte dos mesmos. As geotecnologias, em especial o sensoriamento remoto e sistemas de informação geográfica auxiliam em muito nesta tarefa. Os modelos digitais de elevação são matéria prima fundamental neste cenário. Os modelos digitais de elevação, em especial o SRTM, tem sido cada vez mais utilizado para estudos de morfometria e análise destas unidades fisiográficas, iniciando pela sua delimitação. Contudo, muitas vezes estes modelos apresentam erros distribuídos, representados por vales e picos na altimetria. A reamostragem destes permite a redução destas incoerências e melhoria da qualidade das informações. O objetivo deste trabalho foi efetuar uma avaliação dos métodos de amostragem disponíveis em dois dos mais populares SIG s gratuitos e livres utilizados, QGIS e gvsig. Como resultado, os valores de cota mínimos e máximos do SRTM reamostrados, bem como valores de área e perímetro da bacia hidrográfica delimitada para a área em estudo, em ambos os softwares, apresentaram valores bastante similares. Palavras-chave: reamostragem, MDE, SRTM-4,gvSIG C.E. 858

2 Embrapa Informática Agropecuária/INPE, p Abstract. The National Policy on Water Resources defines a watershed as the fundamental unit of water resource management. The manual delineation of the limits of his splitter passes through guesswork by the technicians, without necessarily by the same errors. Geotechnologies, especially remote sensing and geographic information systems assist in this very task. Digital elevation models are raw materials essential in this scenario. Digital elevation models, especially the SRTM has been increasingly used to morphometric study and analysis of physiographic units, starting with its delimitation. However, these models often have distributed errors, represented by peaks and valleys in altimetry. The resampling of these lets reduce these inconsistencies and improve the quality information. The aim of this study was to perform an evaluation of sampling methods available in two of the most popular free use GIS, QGIS and gvsig. As a result, the SRTM resampledelevations values of minimum and maximum, area and perimeter of the bounded basin values, to the study area, on both softwares, showed similarity. Key-words: resampling, MDE, SRTM-4, gvsig C.E. 1. Introdução A Lei Federal de 08 de janeiro de 1997 instituiu a Politica Nacional de Recursos Hídricos e fundou o Sistema Nacional de Gerenciamento de Recursos Hídricos, bem como fundamentou os princípios e normas para a gestão de bacias hidrográficas,tomando-as como unidade de gestão territorial (Brasil 1997, Planalto, 2010). A delimitação debacias hidrográficas é um procedimento importante, pois com esta facilitase a compreensão das características hidrográficas do ponto de vista de monitoramento, garantindo a visualização da realidade territorial. Atualmente este procedimento tem-se utilizado de técnicas de Sensoriamento Remoto por meio de Sistemas de Informações Geográficas SIG, através do uso de Modelo Digital de Elevação MDE, para suporte à delimitação automática. Em ambiente SIG o MDE pode fornecer informações de relevo a partir das curvas de nível, pontos cotados e hidrografia, ou através do par estereoscópico (Paranhos Filho et al., 2008). A constante utilização de MDE s deve-se a disponibilização do mesmo em sites governamentais gratuitamente. Segundo Mioto (2014) os mais utilizados e difundidos são: o SRTM (Shuttle Radar TopographicMission) e o SRTM-4 com 90 metros de pixel (CGIAR-CSI, 2008); o TOPODATA, modelo resultante do refinamento do SRTM original, no qual apresenta resolução espacial de 30 metros e o ASTER GDEM, com 30 metros de pixel (Nasa, 2009). A vasta gama de MDE s com diferentes altimetrias requer analises de seus dados. Contudo há disponíveis trabalhos desenvolvidos no sentido de avaliar a qualidade altimétricas de MDE s, tais como: Talon e Kuntschik (2011), Sobrinho et al. (2010), Landau e Guimarães (2011), e Camargo et al. (2009). 2. Objetivo Este trabalho tem como objetivo avaliar comparativamenteos métodos dereamostragem de Modelo Digital de Elevação -MDE SRTM-4, resolução espacial de 90 metros em diferentes softwares SIG gratuitos e livres. 3. Material e Métodos 3.1 Área de Estudo A área de estudo inclui a bacia de contribuição da estação de captação de água, administrada pela Companhia de Saneamento de Mato Grosso do Sul SANESUL, sendo formada pelo Córrego Guassú no Município de Mundo Novo/MS (Figura 1). 859

3 Embrapa Informática Agropecuária/INPE, p Figura 1. Localização da microbacia de contribuição à captação de água. 3.2 Manipulação dos Dados Adotou-se neste trabalho o MDE, SRTM-4 resolução de 90 metros, utilizado por Mioto (2014) disponível no acervo do laboratório de geoprocessamento para aplicações ambientais da UFMS. A autora efetuou a reamostragem do MDE em estudo utilizando o método Interpolação Bilinearda ferramenta Resampling do plugin GRASS, no QGIS 2.0. Em ambiente SIG com auxilio daferramenta Basic statisticdo Sextante, extraiu-se os valores de máximo e mínimo de altimetria do SRTM-4 pixel de 90 m. Em seguida realizou-se um corte na área de interesse e novamente aplicou-se a ferramenta Basic statistic para extrair os valores de máximo e mínimo do corte no SRTM-4 (pixel de 90 m). Posteriormente com o corte do SRTM-4, iniciou-se a reamostragem do MDE. Inicialmenteextraiu-seas curvas de nível do raster, espaçadas 30 (trinta) metros entre si. Na sequência, estas foram rasterizadas e convertidas novamente à MDE, com pixel de 30 metros. Por fim, obteve-seautomaticamente as redes de drenagem da área de estudo. Neste sentindo adotou-se as ferramentas do Sextante, instaladas no gvsig CEpara procedimentos elencados (Figura 2). Figura 2. Fluxograma dos processos executados no gvsig C.E. para extração das redes de drenagem. 860

4 Embrapa Informática Agropecuária/INPE, p No processo de rasterizaçãodas curvas de nível reamostrou-se o SRTM-4 para 30 metros de pixel.posteriormente aplicou-se a ferramenta Basicstatisticdo Sextante, para extrair os valores de máximo e mínimo do corte. Para gerar o acúmulo de fluxo das depressões aplicou-se o método MFD (direção de fluxo múltipla) (Tabela 1). O primeiro teste realizado foi a observação da rede de drenagem gerada pela ferramenta Channel network do Sextante variando os valor do Threshold para obter as mesmas rede de drenagens do trabalho de Mioto (2014). Tabela 1. Parâmetros utilizados para obtenção de rede de drenagens pelo gvsig C.E. ContourLines Rasterize Vector SinkFilling Channel Network VoidFilling FlowAccumulation Layer 5 x Por fim, compararam-se os dados obtidos gvsig C.E. com os valores de máximo e mínimo, rede de drenagem, área e perímetro da microbacia de Novo Mundo/MS obtidos por Mioto (2014) para a área de estudo, com vistas a verificar similaridades/diferenças entre os produtos obtidos nos softwares em análise. A microbacia do o município de Mundo Novo/MS localiza-se no bioma Cerrado e por esta razão adotou-se os valores condizentes a este bioma. Contudo, caso venha ser aplicado à metodologia desenvolvida no bioma do Pantanal deve-se readequar, caso necessário, os métodos de reamostragem através de interpolaçãoentre Bilenear, BicubiceNearest do QGIS 2.0, bem como adequar os valores aplicados para delimitação de bacias hidrográficas. 4. Resultados e Discussão Os valores de altitude máximo e mínimo obtidos do SRTM-4 original foram 792 m e respectivamente. Contudo,no corte realizado no SRTM-4 alterou os valores de máximo para 381 e mínimo para 0. Após reamostrado para 30 m de resolução espacial,obteve-se valores de máximo 380 e mínimo de 35. Nota-se que a reamostragem realizada não alterou significantemente os valores de altitude do corte do SRTM-4 original. As redes de drenagem e valores de área obtidos em gvsig CE apresentaram-se similares aos resultantes do QGIS. A microbacia de Novo Mundo delimitada no gvsig C.E. obteve área de 62,34 Km 2 e Perímetro de 51,90 Km, enquanto os apresentados por Mioto (2014) em QGIS foram: 62,75 Km² e 51,30 km (Figura 3, 4 e 5). Em suma, ambos os métodos de reamostragem avaliados nos SIG s apresentaram valores similares, o que caracteriza a confiabilidade dos softwares em estudo. 861

5 Embrapa Informática Agropecuária/INPE, p Figura 3. Rede de drenagem extraída pelo gvsig C.E. A delimitação da microbacia obteve área de 62,34 km 2 e Perímetro 51,90 km. Figura 4. Rede de drenagem extraída pelo Mioto (2014). A delimitação da microbacia obteve área de 62,75 km 2 e Perímetro 51,30 km. 862

6 Embrapa Informática Agropecuária/INPE, p Figura 5: Delimitação da Microbacia de Novo Mundo/MS. Imagem de fundo Landsat-8, Órbita 224 Ponto 077, data de passagem: 18 de junho de Composição verdadeira Conclusão e Sugestões A delimitação automática de bacias hidrográficas é uma maneira de reduzir a subjetividade neste processo tão fundamental diante do atual cenário da gestão de recursos hídricos no país. A parametrização dos critérios de execução permitem que diferentes operadores do SIG possam obter valores semelhantes. O processo de reamostragem do SRTM 4, tanto em QGIS quanto em gvsig, mostraramse fundamentais para melhoria da qualidade das informações altimétricasdo MDE original. Este refinamento possibilita uma maior precisão na delimitação do traçado do divisor. Os valores de cotas máximo e mínimo dos MDE reamostrados, tanto quanto os valores de área e perímetros obtidos nos diferentes softwares não apresentaram diferenças significativas, caracterizando um bom grau de confiabilidade aos SIG s avaliados. 6. Referências Bibliográficas Brasil Política Nacional de Recursos Hídricos. Disponível em: < LEIS/l9433.htm> Acessado em 06/08/2014. Camargo, F.F.; Almeida, C. M.; Florenzano, T.G.; Oliveira, C.G. Acurácia posicional de MDE ASTER/Terra em área montanhosa. Revista Geomática. v.4, n.1, p Earth Explorer. CátalogoLandsat8. Canais 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10 e 11. Imagem de Satélite. Órbita 224 ponto 863

7 Embrapa Informática Agropecuária/INPE, p De 18 de junho de Disponível em: < Acesso em: 20 de agosto de Landau, E; Guimarães, D. Análise comparativa entre os modelos digitais de e ASTER, SRTM e TOPODATA. In: simpósio brasileiro de Sensoriamento remoto, 15, 2011, Curitiba. Resumos. INPE Instituto Nacional de Pesquisas Espaciais, 2011, p Disponível em: http: <// Acessado em: 05out2011>. Acessado em: 21/08/2014 Mioto, C. L. Geotecnologias na Análise Ambiental de Microbacias para Abastecimento Humano. Dissertaçãode Mestrado, UFMS, Campo Grande, Paranhos Filho, A. C.; Lastoria, G.; Torres, T. G. Sensoriamento Remoto Ambiental Aplicado: Introdução as Geotecnologias. Campo Grande: Editora UFMS, p. Sobrinho, T. Alves et al. Delimitação Automática de Bacias Hidrográficas Utilizando Dados SRTM.Jaboticabal, p , Disponível em: < Acessado em 06/08/2014. Talon, G. da C.; Kuntschik, G.. Delimitação da Rede de Drenagem utilizando dados SRTM. Anais XV Simpósio Brasileiro de Sensoriamento Remoto - SBSR, Curitiba - PR, 2011, INPE p