CLASSIFICAÇÃO E QUANTIFICAÇÃO DA COBERTURA VEGETAL DO PARQUE ESTADUAL CACHOEIRA DA FUMAÇA

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1 CLASSIFICAÇÃO E QUANTIFICAÇÃO DA COBERTURA VEGETAL DO PARQUE ESTADUAL CACHOEIRA DA FUMAÇA Larissa Honorio de Macedo Thuler 1, Vagner Mauri Quinto 2, Paula Mauri Bernardes 3, Rômulo André Beltrame 2, Alexandre Rosa dos Santos 4 1 Faculdade de Filosofia Ciências e Letras de Alegre/Departamento de Biologia, Alegre - ES, , larissathulerbio@gmail.com 2 Universidade Federal do Espírito Santo Centro de Ciências Agrárias/Departamento de Engenharia Florestal, Jerônimo Monteiro, , quintoagronomo@gmail.com; romuloagronomia@hotmail.com 3 Universidade Federal do Espírito Santo Centro de Ciências Agrárias/Departamento de Produção Vegetal, Alegre - ES, , paula.mauri@hotmail.com 4 Universidade Federal do Espírito Santo Centro de Ciências Agrárias/Departamento de Engenharia Rural, Alegre - ES, , mundogeomatica@yahoo.com Resumo- O estudo foi realizado no Parque Estadual Cachoeira da Fumaça, localizado na divisa dos municípios de Alegre e Ibitirama, Sul do Estado do Espírito Santo, com o intuito de se determinar as classes de uso e ocupação da terra bem como realizar a quantificação de cada classe. O trabalho foi realizado em ambiente SIG, com o uso do software ArcGis Para o desenvolvimento do estudo foram utilizadas imagens orbitais do satélite CBERS_2B sensores CCD e HRC, bem como do satélite LANDSAT 5 sensor TM. Por meio da técnica de fotointerpretação foram identificadas 6 classes de uso da terra que serviram para a avalição do resultado obtido por meio do classificador automático (ndvi). Os resultados obtidos demonstraram a ineficiência do ndvi para as condições em que o estudo foi realizado (apresentou uma pequena área para s classes de corpos hídricos (3,34% da área total) e vegetação muito densa (0,23%)) e que não se deve realizar a generalização de resultados obtidos em diferentes estudos. Palavras-chave: Sensoriamento Remoto, mapeamento uso da terra, ndvi, imagens orbitais Área do Conhecimento: Geociências Introdução O Parque Estadual Cachoeira da Fumaça (PECF) é uma Unidade de Conservação (UC) com área de 162,5 ha, localizado na divisa entre os municípios de Alegre e Ibitirama, Sul do Estado do Espírito Santo. O PECF foi criado em 1984 com o intuito de se preservar a sua fauna e flora, bem como a exuberante queda d água de cerca de 140 m de altura. Para Fonseca (2000) as imagens de satélites possibilitam a obtenção de informações por meio dos mapas produzidos. Conforme Gulinck, Walpot, Janssens (1993) o sensoriamento remoto é uma ferramenta indispensável para a análise da cobertura da vegetal. Segundo Demarchi, Piroli, Zimback (2011) o sensoriamento remoto por meio dos classificadores automáticos permite associar cada pixel da imagem a um alvo real diferente (vegetação, solo, água, rocha, etc.) em função da sua reflectância. Os primeiros mapeamentos de uso e ocupação da terra foram feitos baseados em trabalhos de campo, a partir da década de 50, pesquisadores se dedicaram a identificação (fotointerpretação) das culturas agrícolas sob fotografias aéreas (STEINER, 1970). Com o desenvolvimento tecnológico (surgimento do Sistema de Informações Geográficas - SIG) esse processo de monitoramento da cobertura vegetal se tornou menos oneroso. A disponibilização de imagens orbitais pelos órgãos de pesquisa possibilitou a difusão destas técnicas. Segundo Moreira (2005) existem mais de 50 técnicas de análise e monitoramento vegetal, sendo o NDVI (Normalized Difference Vegetation Index) o mais utilizado. Os valores do ndvi variam de -1 a +1, sendo os valores próximos a -1 relacionados a locais sem cobertura vegetal (sombra, água) e os locais próximos de +1 os de vegetação de maior densidade. Os resultados obtidos pelo uso do classificador pode ser avaliado por meio da comparação das áreas de cada classe com o resultado obtido por meio da fotointerpretação. Diante ao exposto este trabalho teve como objetivo o mapeamento e a quantificação das classes de cobertura vegetal do PECF por meio da utilização de imagens orbitais processados pelo uso do índice de vegetação ndvi. 1

2 Metodologia A área de estudo compreende o PECF (Figura 1) localizado entre as coordenadas N= m e E= m (Datum WGS 84, Zona 24S, UTM), situado entre os municípios de Alegre e Ibitirama, Sul do Estado do Espírito Santo, região esta conhecida como Caparaó Capixaba. O PECF é uma UC de 162,5 ha que encontra-se sobre o domínio do Instituto Estadual de Meio Ambiente e Recursos Hídricos (IEMA). O PECF encontra-se dentro da Bacia Hidrográfica do Rio Itapemirim, compreendendo o Braço Norte Direito do Rio Itapemirim. A área é caracterizada por apresentar predominância da floresta estacional semidecidual, preservando espécies vegetais como jacarandá de espinho, mulembá, angico vermelho, angico branco e espécies animais como lontra, macaco prego, gato do mato pequeno, entre outros. Figura 1 Localização do Parque Estadual Cachoeira da Fumaça. Para a realização do estudo foram adquiridos dados vetoriais como os limites dos municípios de Alegre e Ibitirama em formato shapefile (.shp) por meio do Sistema Integrado de Bases Georreferenciadas do Estado do Espírito Santo (GEOBASES) disponíveis de forma gratuita pelo site: sonavegador.aspx?id=142&nome=navegador_ GEOBASES. Também se fez necessária a aquisição de imagens orbitiais do satélite CBERS_2B sensores CCD (bandas 1, 2, 3 e 4) e HRC (pancromática). Estas imagens foram adquiridas de forma gratuita por meio do site do Instituto Nacional de Pesquisas Espaciais (INPE) no endereço eletrônico O sensor CCD disponibiliza imagens multiespectrais com resolução espacial de 20 m e área imageada de 113 Km e apresentam a seguinte classificação: banda 1 (azul), banda 2 (verde), banda 3 (vermelho) e banda 4 (infra-vermelho próximo). O sensor HRC disponibiliza imagens pancromáticas (imagem em níveis de cinza) com resolução espacial de 2,5 m, resolução radiométrica de 8 bits (0 a 255 os níveis de cinza da imagem) e área imageada de 27 Km. As imagens eram datadas de 12/09/2008. Também foram adquiridas imagens do satélite LANDSAT 5, sensor TM bandas 1, 2, 3 e 4 disponibilizadas pelo INPE. O sensor TM disponibiliza imagens multiespectrais com resolução espacial de 30 m e área imageada de 185 Km e apresentam a seguinte classificação: banda 1 (azul), banda 2 (verde), banda 3 (vermelho) e banda 4 (infra-vermelho próximo). As imagens eram datadas de 31/05/2010. O processamento das imagens foi realizado no software ArcGis As bandas espectrais (1, 2, 3 e 4) e pancromáticas obtidas do INPE foram 2

3 georreferenciadas com base nos dados cartográficos do GEOBASES. As bandas 1, 2, 3 e 4 do sensor CCD foram compostas em uma única imagem e utilizadas na combinação RGB (342) falsa-cor, pois realçam as características ambientais como a água, solo exposto e vegetação. Posteriormente, esta imagem foi fusionada por meio da técnica ESRI com a banda pancromática do sensor HRC formando uma imagem composta multiespectral com resolução espacial de 2,5 m, proporcionando uma maior nitidez e capacidade de distinção entre os alvos espectrais que compunham a imagem. Sob esta imagem fusionada foi realizada a fotointerpretação em escala constante de 1:1.500 (Figura 2), determinando as classes de uso e ocupação da terra, para servir de controle no resultado obtido por meio do classificador utilizado no trabalho. O ndvi foi desenvolvido por Rouse et al., (1974) sendo calculado por meio da razão da diferença entre a reflectância da banda do infra-vermelho próximo pela vermelha e pela soma da reflectância da banda vermelha pela infra-vermalha próxima. A determinação do ndvi foi feito por meio do comando raster calculator, utilizando-se a equação 1 descrita abaixo. TM 4 TM 3 NDVI = TM 3 + TM 4 Em que: eq. (1) TM 4 : Reflectância da banda do infravermelho-próximo; TM 3 : Reflectância da banda do vermelho. O mapa temático gerado pelo ndvi foi reclassificado conforme as Tabelas 1 e 2. Tabela 1 de ndvi Intervalos Nuvens e sombras Ndvi < -0,1 Solo exposto 0,01 < ndvi < 0,1 Vegetação rala 0,1 < ndvi < 0,2 Vegetação esparsa 0,2 < ndvi < 0,4 Fonte: Adaptado de Lira et al., (2010). Tabela 2 de ndvi Intervalos Corpos hídricos -0,77 < ndvi < -0,2 Vegetação bastante esparsa (pastagem) 0,18 < ndvi < 0,23 Vegetação densa 0,44 < ndvi < 0,75 Fonte: Adaptado de Santos, Galvíncio, Moura (2008). A reclassificação se fez necessária para que se pudesse identificar as classes de cobertura vegetal presentes no PECF. O ndvi é um arquivo em formato raster, por isso foi convertido para o formato vetorial para que fosse possível a quantificação de cada classe. Figura 2 de uso e ocupação do uso da terra do Parque Estadual Cachoeira da Fumaça, obtidas por meio da fotointerpretação. 3

4 Resultados Analisando-se a Tabela 3, pode-se observar a quantificação da área de cada classe bem como a porcentagem representativa da área total, obtidas por meio da fotointerpretação. Tabela 3 Quantificação das classes de uso e ocupação da terra do PECF, por meio da fotointerpretação Área (ha) Porcentagem Área Total (%) Área não-vegetada 38,69 23,81 Corpos Hídricos 9,14 5,62 Vegetação Bastante 25,47 15,67 Esparsa Vegetação Densa 54,44 33,50 Vegetação Esparsa 15,85 9,76 Vegetação Muito Densa 18,91 11,64 Total 162,50 100,00 O resultado obtido por meio do uso do classificador automático (ndvi) pode ser observado na Figura 3. A quantificação da área de cada classe bem como a porcentagem representativa da área total, podem ser observadas na Tabela 4. Tabela 4 Quantificação das classes de uso e ocupação da terra do PECF, por meio da reclassificação do NDVI Área (ha) Porcentagem Área Total (%) Área não-vegetada 5,44 3,34 Corpos Hídricos 0,22 0,13 Vegetação Bastante 2,39 1,47 Esparsa Vegetação Densa 126,65 77,94 Vegetação Esparsa 27,44 16,89 Vegetação Muito Densa 0,36 0,23 Total 162,50 100,00 Figura 3 de uso e ocupação do uso da terra do Parque Estadual Cachoeira da Fumaça, obtidas por meio do uso do classificador (NDVI). Discussão A análise visual dos mapas temáticos gerados por meio da fotointerpretação (Figura 2) e do ndvi (Figura 3), demonstra um resultado ineficiente do classificador para as condições em que o estudo foi realizado. A não adequação do ndvi e da sua reclassificação pode ter ocorrido em função das classes de uso e ocupação da terra terem sido realizadas em períodos diferentes, pois os dados de reclassificação obtidos por Lira et al., (2010) foram sobre imagens dos meses de julho e 4

5 agosto, enquanto as obtidas por Santos, Galvíncio e Moura (2008) foram sobre imagens do mês de agosto, e já as obtidas neste estudo são referentes ao mês de maio. Analisando-se as Tabelas 3 e 4, é possível observar as diferenças entre as áreas e as porcentagens de cada classe. A análise destas tabelas evidência que as classes obtidas por Lira et al., (2010) e por Santos, Galvíncio e Moura (2008) não foram adequadas para a as condições deste estudo. Ainda por meio da análise das Tabelas 3 e 4, pode-se observar as diferenças existentes entre as classes de uso e ocupação da terra identificadas. A classe predominante tanto no ndvi quanto na fotointerpretação foi a da vegetação esparsa, no entanto, apresentou 126,65 ha (77,94%) e 54,44 ha (33,50%), respectivamente. Apesar de terem apresentado a mesma classe como sendo a predominante, os dois métodos apresentaram resultados discrepantes como os obtidos para a classe dos corpos hídricos, onde estes possuem 5,44 ha (3,34%) para o ndvi e 38,69 ha (23,81%) para a fotointerpretação, bem como para a classe da vegetação bastante esparsa (pastagem). O resultado obtido por meio do ndvi apresentou uma área de 2,39 ha (1,47%) e a fotointerpretação 25,47 ha (15,67%) (Tabelas 3 e 4). Estudos desenvolvidos por Eugenio et al., (2010) sobre o uso e cobertura da terra na bacia hidrográfica do rio Alegre no município de Alegre, Espírito Santo, Freire et al., (2009) sobre o mapeamento das classes de uso e ocupação do solo da sub-bacia hidrográfica do ribeirão Estrela do Norte-ES, e Louzada et al., (2009), que estudaram a caracterização do uso e ocupação do solo da bacia hidrográfica do ribeirão Vala do Souza ES, comprovam que as áreas predominantes no Sul do Estado do Espírito Santo, correspondem as classes de pastagem, representando 67,82%, 33,10% e 49,99%, respectivamente. Estes resultados comprovam a baixa eficiência do ndvi para as condições em que o estudo foi realizado, pois o mesmo apresentou uma pequena porcentagem da sua área correspondente a classe de pastagem (vegetação bastante esparsa). Outro dado curioso que se pode observar nas Tabelas 3 e 4, é a área da classe de vegetação muito densa. Para o ndvi esta classe apresenta 0,36 ha (0,23%) enquanto para a fotointerpretação possui 18,91 ha (11,64%). Por se tratar de uma área de preservação, que possui 28 anos, esperase que uma boa parte se encontre com uma vegetação clímax, o que ocorreu em baixa porcentagem segundo a análise feita pelo ndvi. Conclusão O Sistema de Informações Geográficas (SIG), demonstrou-se uma eficiente ferramenta para o mapeamento do uso e ocupação da terra, pois tornou o trabalho menos desgastante, bem como proporcionou a otimização do tempo para a realização deste trabalho. Não se pode generalizar os resultados obtidos por um estudo para as demais regiões do país, devendo estes resultados serem utilizados apenas para a mesma região ou para regiões com condições climáticas muito parecidas. O ndvi não se adequo eficientemente para classificação e quantificação das classes de uso e ocupação da terra para as condições de estudo. A fotointerpretação das imagens obteve uma classificação mais fidedigna das classes de uso e ocupação da terra para o PECF. Agradecimentos Os autores agradecem à Fundação de Amparo á Pesquisa do Espírito Santo (FAPES) e a Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior (CAPES) pela concessão de bolsas de estudo. Referências - DEMARCHI, J.C.; PIROLI, E.L.; ZIMBACK, C.R.L. Análise temporal do solo e comparação entre os índices de vegetação ndvi e savi no município de Santa Cruz do Rio Pardo-SP, usando imagens LANDSAT-5. RA'EGA O espaço geográfico em análise. V. 21, p EUGENIO, F.C.; SANTOS, A.R.; LOUZADA, F.L.R.O.; SAITO, N.S.; PELUZIO, T.M.O.; FEITOSA, L.S. Uso e cobertura da terra na bacia hidrográfica do rio alegre no município de Alegre, Espírito Santo. In: I SIMPÓSIO EM CIÊNCIAS FLORESTAIS, 1. Jerônimo Monteiro- ES, p FONSECA, L.M.G. Processamento digital de imagens. INPE, São José dos Campos FREIRE, A.P,; LOUZADA, F.L.R.O.; PIROVANI, D.B.; OLIVEIRA, F.B. Mapeamento das classes de uso e ocupação do solo da sub-bacia hidrográfica do ribeirão estrela do norte-es. In: XIII ENCONTRO LATINO AMERICANO DE INICIAÇÃO CIENTÍFICA, 13, IX ENCONTRO LATINO AMERICANO DE PÓS-GRADUAÇÃO UNIVERSIDADE DO VALE DO PARAÍBA, 9. São José dos Campos-SP, p

6 - GULINCK, H.; WALPOT, O.; JANSSENS, P. Landscape structural analysis of central Belgium using SPOT data. In: HAINES-YOUNG, R.; GRREN, D.R.; COUSINS, S.H. (ed.). Landscape ecology and GIS. London: Taylor e Francis, STEINER, D. Time dimension for crop surveys from space. Photogrammetric Enginnering. Falls Church, v. 36, n. 2, p INSTITUTO NACIONAL DE PESQUISAS ESPACIAIS (INPE). Disponível em: < Acesso em: 22 jul LIRA, D.R.; ARAÚJO, M.S.B.; SAMPAIO, E.V.S.B.; SILVA, H.A. Mapeamento e quantificação da cobertura vegetal do Agreste Central de Pernambuco utilizando o ndvi. Revista Brasileira de Geografia Física. v. 3, p , LOUZADA, F.L.R.O.; PIROVANI, D.B.; LOUGON, M.S.; SANTOS, A.R. Caracterização do uso e ocupação do solo da bacia hidrográfica do ribeirão vala do souza-es. In: XIII ENCONTRO LATINO AMERICANO DE INICIAÇÃO CIENTÍFICA, 13, IX ENCONTRO LATINO AMERICANO DE PÓS-GRADUAÇÃO UNIVERSIDADE DO VALE DO PARAÍBA, 9. São José dos Campos-SP, p MOREIRA, M.A. Fundamentos do sensoriamento remoto e metodologias de aplicação Ed. UFV. 3ª ed. atual. ampl.- M.G. -Brasil. 208 p. - ROUSE, J. W.; HAAS, R.H.; SCHELL, J.A.; DEERING, D.W Monitoring vegetation systems in the great plains with ERTS. Third ERTS Symposium, Proceedings, 3. NASA SP p Washignton-USA. - SANTOS, A.M.; GALVÍNCIO, J.D.; MOURA, M.S.B. Aplicação do índice de vegetação por diferença normalizada (ndvi) para identificação da cobertura fitogeográfica da bacia hidrográfica do rio Goiana-PE. In: II Simpósio de geografia física do Nordeste: Sustentabilidade e meio ambiente no Nordeste brasileiro, 2. João Pessoa-PB, p SISTEMA INTEGRADO DE BASES GEORREFERENCIADAS DO ESTADO DO ESPÍRITO SANTO (GEOBASES). Disponível em: < vegador.aspx?id=142&nome=navegador_geo BASES>. Acesso em: 28 jul