Produto 1. Mapas e figuras georreferenciadas contendo cicatrizes de queimadas para as regiões de interesse no Cerrado

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1 Produto 1. Mapas e figuras georreferenciadas contendo cicatrizes de queimadas para as regiões de interesse no Cerrado Outubro de

2 ARTURO EMILIANO MELCHIORI MAPAS E FIGURAS GEORREFERENCIADOS CONTENDO AS CICATRIZES DE QUEIMADAS PARA AS REGIÕES DE INTERESSE Geração de mapas e figuras georreferenciados contendo as cicatrizes de queimadas para diversas regiões do Cerrado Brasileiro utilizando uma rotina automática. Primeira etapa do termo de referência , contrato FUNBIO, desenvolvido no INPE. São José dos Campos, Outubro de De acuerdo: Dr. Alberto W. Setzer 1

3 SUMÁRIO 1. RESUMO EXECUTIVO INTRODUÇÃO BANCO DE DADOS... 5 a. Acervo de Imagens... 5 b. Mapas de Cicatrizes de Queimadas e Máscara de Nuvens COMENTÁRIOS FINAIS BIBLIOGRAFÍA LISTA DE TABELAS Tabela 1. Total de imagens para cada órbita ponto, satélite e ano. Landsat 5 TM em amarelo, 7 ETM+ em verde e 8 OLI/TIRS em azul LISTA DE FIGURAS Figura 1. Órbitas ponto de interesse no contexto do bioma Cerrado Figura 2. Mapa de queimadas na cena 220/068 de 16/Jun/2000, a partir de 31/May/ Figura 3. Mapa de queimadas na cena 220/068 de 09/Jul/2000, a partir de 23/Jun/ Figura 4. Mapa de queimadas na cena 221/068 de 09/Jul/2000, a partir de 23/Jun/ Figura 5. Mapa de queimadas na cena 221/070 de 09/Jul/2000, a partir de 23/Jun/ Figura 6. Mapa de queimadas na cena 222/065 de 17/Ago/2000, a partir de 01/Ago/ Figura 7. Mapa de queimadas na cena 222/066 de 02/Nov/2000, a partir de 17/Ago/ Figura 8. Mapa de queimadas na cena 222/067 de 30/Jun/2000, a partir de 14/Jun/ Figura 9. Mapa de queimadas na cena 222/069 de 30/Jun/2000, a partir de 14/Jun/ Figura 10. Mapa de queimadas na cena 223/065 de 07/Jul/2000, a partir de 05/Jun/ Figura 11. Mapa de queimadas na cena 223/067 de 07/Jul/2000, a partir de 05/Jun/ Figura 12. Mapa de queimadas na cena 223/068 de 07/Jul/2000, a partir de 05/Jun/

4 1. RESUMO EXECUTIVO O presente documento descreve o primeiro produto do Termo de Referência , contrato FUNBIO, desenvolvido no INPE São José dos Campos, referente ao desenvolvimento de ferramentas digitais de mapeamento automático de áreas queimadas e mapeamento de cicatrizes em diversas regiões do Cerrado Brasileiro utilizando imagens de média resolução espacial para o período Mantendo o cronograma do TdR, a ferramenta de processamento digital foi adaptada, foi gerada uma base de dados das imagens de sensoriamento remoto de média resolução espacial dos satélites Landsat 5/TM, 7/ETM+ e 8/OLI para as 11 órbitas ponto especificadas no TdR, e foram geradas as cicatrizes de queimadas deste conjunto de imagens. Os resultados obtidos estão disponíveis no endereço na rede do INPE São José dos Campos, SP. Devido à quantidade elevada de imagens processadas e dos vários milhões de polígonos de áreas queimadas gerados, este relatório apresenta apenas um resumo dos trabalhos realizados. A análise dos dados de área queimada será conduzida nas próximas etapas deste contrato, conforme o cronograma previsto. 2. INTRODUÇÃO O Presente relatório refere-se à primeira de três etapas do Termo de Referência , contrato FUNBIO, vigente de 11 de Agosto de 2014 a 15 de Dezembro de 2014, cujo objetivo é dar continuidade à produção de dados de área queimada no Cerrado Brasileiro em imagens de média resolução espacial (30 metros) apoiando os desenvolvimentos que o INPE está realizando junto ao Projeto FUNBIO-MMA Prevenção, controle e monitoramento de queimadas e incêndios florestais no Cerrado e Projeto Políticas para o Cerrado e Monitoramento do Bioma iniciativa Cerrado Sustentável MMA. As fases do presente contrato se dividem em: 1) Mapeamento das áreas queimadas de para 11 cenas TM, ETM+ e OLI; 2) Rotina de mapeamento operativo para outras cenas, e; 3) Geração de base de dados com dados gerados automaticamente. Relatório sucinto do trabalho e arquivos vetoriais no banco de dados e publicações. 3

5 Conforme o TdR, apresenta-se a primeira fase do contrato: Mapeamento das áreas queimadas de com ênfase nas seguintes regiões do Cerrado, conforme a grade de imagens Landsat: Jalapão, na órbita ponto 221/067; Cerra Geral do Tocantins na órbita ponto 221/068; Parque Nacional do Araguaia na órbita ponto 223/067 e 068; APA Ilha do Bananal na órbita ponto 223/066; APA Lago das Palmas na órbita ponto 222/067; APA Lago do Peixe 222/069; Parque Nacional da Chapada das Mesas na órbita ponto 222/065; a órbita ponto 222/066; APA Pouse Alto na órbita ponto 221/070; APA Rio Preto e APA Bacia do Rio de Janeiro na órbita ponto 220/068. As órbitas ponto mencionadas são apresentadas no contexto do bioma Cerrado no mapa da Figura 1. Figura 1. Órbitas ponto de interesse no contexto do bioma Cerrado. O mapeamento de área queimada foi realizado com a versão 0.14 de um algoritmo desenvolvido no INPE São José dos Campos mediante contratação direita em com a Deutsche Gesellschaft für Internationale Zusammenarbeit (GIZ) GmbH com o objetivo de obter automaticamente mapas de queimadas em imagens de média resolução espacial para a região do PE Jalapão, cena Landsat 221/067 [Melchiori 2014a, Melchiori 2014b, Melchiori 2014c]. Devido à grande quantidade de imagens e datas solicitadas, e tendo em consideração as posteriores etapas do presente TdR, foi criado um banco de dados com as extensões e funcionalidades requeridas para o trabalho com dados geográficos. O banco de dados possui 4

6 vários objetivos. Por um lado, manter um registro ordenado das imagens disponíveis para processamento e, por outro servir como meio de armazenamento para os produtos vetoriais gerados com as rotinas de processamento e também servir como vínculo com tecnologias de webmapping para disponibilizar os dados geográficos na Internet. O banco de dados com extensão geográfica é o meio mais adequado para manter organizada uma grande quantidade de dados espaciais disponíveis para consultas por diferentes meios como SIG ou tecnologias de mapeamento em Internet. 3. BANCO DE DADOS O banco de dados PostgreSQL com extensão geográfica PostGIS denominado processamento_imagens criado está dividido em duas partes principais: o de Acervo de Imagens, e o do armazenamento dos produtos gerados com os Mapas de Cicatrizes de Queimadas e Máscara de Nuvens. a. Acervo de Imagens O Acervo de Imagens é constituído por todas as imagens que foram descarregadas do acervo da USGS [USGS a] para cumprir os requerimentos do atual TdR. Os conteúdos do Acervo de Imagens gerado são resumidos na seguinte Tabela 1 em termos de quantidade de imagens correspondentes a cada órbita ponto, ano e satélite. ANO Órbita/Ponto Total Geral 220/ / / / / / / / / / / Subtotal Tabela 1. Total de imagens para cada órbita ponto, satélite e ano. Landsat 5 TM em amarelo, 7 ETM+ em verde e 8 OLI/TIRS em azul. 5

7 No banco de dados, a tabela acervo_landsat, foi criada para manter um registro de todas as imagens disponíveis para processamento. A tabela possui as seguintes colunas de dados disponíveis para consultas: satelite ano julianday orbita_ponto nome_arquivo contador data_pas A coluna satelite se refere à missão da serie Landsat: 5/TM, 7/ETM+ e 8/OLI-TIRS. As 3 missões são necessárias para completar o período de dados requerido pelo TdR. O satélite Landsat 5/TM operou desde o ano 1984 até o ano 2013 [USGS b], o satélite Landsat 7/ETM+ desde 1999 mas com problemas na geração de imagens a partir de 2003 [USGS c], e o satélite Landsat 8/OLI- TIRS em órbita a partir do ano 2013 [USGS d]. A coluna ano corresponde ao ano de aquisição da imagem, julian_day ao dia do ano (0-365), orbita_ponto à cena do satélite Landsat correspondente, nome_arquivo é o nome do arquivo descarregado do acervo da USGS, contador é o índice da imagem dentro da série completa e finalmente data_pas é a data da aquisição da imagem. As imagens descarregadas são mantidas em formato comprimido tar.gz resguardando os conteúdos originais que foram descarregados do acervo da USGS. A restrição quanto ao limite aceitável de cobertura de nuvens nas imagens utilizadas foi de 70% de cobertura, já que foi utilizado um algoritmo para geração de máscara de nuvens [Melchiori, 2014c]. A máscara de nuvens tem como objetivo diminuir os erros de comissão ocasionados pelas nuvens e suas sombras. É preciso mencionar que o algoritmo de nuvens foi desenvolvido para uma região particular, correspondente ao PE Jalapão, cena Landsat 221/067 e podem ser necessários ajustes na metodologia para obter resultados semelhantes em outras regiões com diferentes características de cobertura ou geográficas. 6

8 A totalidade dos arquivos do acervo é mantida na máquina jacycaquaa, no endereço na rede do INPE São José dos Campos. A estrutura de diretórios criada para o armazenamento dos dados no acervo é a seguinte. /dados/landsat/l2.../5 (missão).../2000 (ano).../220_068 (órbita ponto).../arquivos.tar.gz.../221_067.../ / /7.../ /8.../ /2014 Os diretórios 5, 7, e 8 contém as imagens correspondentes às diferentes missões do satélite Landsat, e que completam o período de datas determinado no TdR. Do ano 2000 até 2011 as imagens correspondem ao satélite Landsat 5/TM; no ano 2012 ao satélite Landsat 7/ETM+ e para os anos 2013 e 2014 as imagens correspondem ao satélite Landsat 8/OLI-TIRS. b. Mapas de Cicatrizes de Queimadas e Máscara de Nuvens. O banco de dados de Mapas de Cicatrizes de Queimadas e Máscara de Nuvens foi criado com o objetivo de armazenar e disponibilizar os resultados obtidos do processamento das imagens a diferentes médios mediante consultas específicas utilizando uma conexão ao banco de dados geográfico. As tabelas area_queimada e mascara_nuvens no banco de dados processamento_imagens possuem as seguintes colunas de dados: 7

9 nome_arquivo data_pas area_ha perim_m contador versao the_geom Cada polígono gerado pelo algoritmo automático corresponde a uma linha na tabela no banco de dados. A coluna nome_arquivo se refere ao nome do arquivo que foi processado. O nome corresponde ao que foi descarregado do acervo da USGS. A coluna data_pas se refere à data da aquisição da imagem. A coluna area_ha corresponde à área do polígono em hectares, perim_m é o perímetro do polígono em metros, versao é a versão do algoritmo utilizado na geração dos produtos e, finalmente, the_geom é o objeto geográfico per se. Os resultados do processamento com a versão atual do algoritmo de queimadas também são armazenados no diretório /dados/landsat/l3 na máquina Jacycaquaa no endereço , em formato de imagem e vetorial. A estrutura de diretórios para armazenar os arquivos de saída do processamento é a seguinte: /dados/landsat/l3.../5 (satélite).../2000 (ano).../220_068 (órbita ponto).../arquivos raster e vetoriais.../221_067.../ / /7.../ /8.../ /2014 8

10 Devido à grande quantidade de imagens processadas, 1.563, e de polígonos de queimadas obtidos a partir do processamento, resulta pouco prático colocar a totalidade dos mapas de queimadas no presente relatório. Como exemplo, são apresentadas nas figuras a seguir, exemplos dos resultados obtidos do processamento correspondentes a cada uma das orbitas ponto do presente TdR. O ano 2000 foi tomado como ponto de inicio para conhecer o estado inicial das regiões de interesse. Nestas figuras, as áreas queimadas estão representadas pelos polígonos de cor vermelha ou preta no caso de serem muito pequenos e não ser possível adicionar a cor vermelha em seu interior.. Figura 2. Mapa de queimadas na cena 220/068 de 16/Jun/2000, a partir de 31/May/2000. Imagem Landsat 5/TM composição de bandas

11 Figura 3. Mapa de queimadas na cena 220/068 de 09/Jul/2000, a partir de 23/Jun/2000. Imagem Landsat 5/TM composição de bandas

12 Figura 4. Mapa de queimadas na cena 221/068 de 09/Jul/2000, a partir de 23/Jun/2000. Imagem Landsat 5/TM composição de bandas

13 Figura 5. Mapa de queimadas na cena 221/070 de 09/Jul/2000, a partir de 23/Jun/2000. Imagem Landsat 5/TM composição de bandas

14 Figura 6. Mapa de queimadas na cena 222/065 de 17/Ago/2000, a partir de 01/Ago/2000. Imagem Landsat 5/TM composição de bandas

15 Figura 7. Mapa de queimadas na cena 222/066 de 02/Nov/2000, a partir de 17/Ago/2000. Imagem Landsat 5/TM composição de bandas

16 Figura 8. Mapa de queimadas na cena 222/067 de 30/Jun/2000, a partir de 14/Jun/2000. Imagem Landsat 5/TM composição de bandas

17 Figura 9. Mapa de queimadas na cena 222/069 de 30/Jun/2000, a partir de 14/Jun/2000. Imagem Landsat 5/TM composição de bandas

18 Figura 10. Mapa de queimadas na cena 223/065 de 07/Jul/2000, a partir de 05/Jun/2000. Imagem Landsat 5/TM composição de bandas

19 Figura 11. Mapa de queimadas na cena 223/067 de 07/Jul/2000, a partir de 05/Jun/2000. Imagem Landsat 5/TM composição de bandas

20 Figura 12. Mapa de queimadas na cena 223/068 de 07/Jul/2000, a partir de 05/Jun/2000. Imagem Landsat 5/TM composição de bandas

21 4. COMENTÁRIOS FINAIS Os resultados obtidos ainda precisam de uma auditoria rigorosa para avaliar a efetividade da metodologia automática utilizada nas cenas Landsat processadas. Os diversos tipos de cobertura presentes nas cenas analisadas representam um desafio importante para o mapeamento de queimadas já que as respostas espectrais dos diferentes alvos presentes apresentam uma elevada variabilidade, dificultando as tarefas de identificação. Existe uma dificuldade para filtrar as áreas agrícolas das imagens, especialmente no momento da colheita dos cultivos, quando existe uma variação abrupta da resposta espectral. A geração de uma máscara de áreas agrícolas apresenta uma solução para esta grande fonte de erros de comissão nas datas de colheita dos cultivos considerando que a mecanização das atividades agrícolas de larga escala não costuma utilizar o fogo como ferramenta de limpeza. O fogo geralmente é associado a tarefas de desmatamento, pequenas plantações, e regeneração dos campos para pastagem, onde concentram-se principalmente as frações de vegetação nativa [Troncoso, 2014]. Resultados mais conclusivos são esperados para as seguintes etapas do TdR. É preciso desenhar as consultas na base de dados dos produtos para se obter valores específicos de área queimada nas cenas solicitadas e desenhar um sistema de geração de mapas na Internet para a livre disponibilização dos resultados obtidos. 20

22 5. BIBLIOGRAFÍA Melchiori, A.E. Algoritmo digital automático para estimar áreas queimadas em imagens de média resolução da região do Jalapão. Relatório de Atividades GIZ. Janeiro Melchiori, A.E. Algoritmo digital automático para estimar áreas queimadas em imagens de média resolução da região do Jalapão. Relatório de Atividades GIZ. Abril Melchiori, A.E. Aperfeiçoamento do algoritmo digital automático para estimar áreas queimadas em imagens de média resolução da região do Jalapão. Relatório de atividades GIZ. Agosto Troncoso, R. Análise sobre a dinâmica dos desmatamentos e dos incêndios florestais no bioma Cerrado. TR 29/04/2013 MMA/Banco Mundial. Abril 2014 USGS a) USGS b) USGS c) USGS d) 21

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