COMPARAÇÃO TABULAR DA EXPANSÃO URBANA DOS MUNICÍPIOS DE ITAPEMA, PORTO BELO E BOMBINHAS EM SANTA CATARINA, BRASIL, NO PERÍODO DE 1985 A 2002.

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1 COMPARAÇÃO TABULAR DA EXPANSÃO URBANA DOS MUNICÍPIOS DE ITAPEMA, PORTO BELO E BOMBINHAS EM SANTA CATARINA, BRASIL, NO PERÍODO DE 1985 A Janaina Sant Ana Maia Santos* UFSC - Universidade Federal de Santa Catarina Graduação em Bacharelado e Licenciatura Plena em Ciências Biológicas pela Universidade de Taubaté (UNITAU), Taubaté, São Paulo, Brasil. Mestrado em Sensoriamento Remoto pelo Instituto Nacional de Pesquisas Espaciais (INPE), São José dos Campos, São Paulo, Brasil. Doutorado em Engenharia Ambiental pelo programa de Pós Graduação em Engenharia Ambiental (UFSC), Florianópolis, Santa Catarina, Brasil (em andamento). Édis Mafra Lapolli UFSC - Universidade Federal de Santa Catarina Endereço para correspondência: Rua Leoberto Leal, nº 126, Centro, Tijucas, Santa Catarina, Brasil, CEP: Telefone: 055** Fax: Celular: Correio eletrônico: janaina@ltid.inpe.br e jan_maia@hotmail.com RESUMO A expansão urbana tem pressionado as áreas de ecossistemas naturais e gerado paisagens heterogêneas predominantemente de origem antrópicas, nas quais os ecossistemas naturais encontram-se fragmentados, o que acarreta sérios danos tanto para as populações silvestres quanto para os próprios seres humanos, uma vez que, além de causar extinções locais e erosão genética, também afeta o regime hidrológico dos rios e a estabilidade das encostas da região. O desmatamento visto como um distúrbio antrópico provoca impactos relevantes para os municípios que não possuam planejamentos urbanos concisos com a realidade local e planos de gerenciamento e manejo das áreas naturais. O objetivo do presente trabalho é de realizar a comparação tabular do crescimento urbano e da conservação dos ecossistemas naturais nos municípios de Itapema, Porto Belo e Bombinhas. Através da integração de dados geográficos e informações temáticas em um banco de dados, utilizando imagens de satélite dos anos de 1985 e 2002 foi possível comparar a paisagem das áreas estudadas e verificar os processos de mudanças ocorridos nos municípios estudados. Os dados gerados possibilitam a compreensão da expansão urbana e podem auxiliar na elaboração de diretrizes e metodologias para a realização de um plano de gerenciamento e manejo das áreas naturais e para o planejamento urbano e costeiro dos municípios. A Metodologia utilizada compreende o pré-processamento e o processamento de dados de sensoriamento remoto; o processamento de dados cartográficos; a integração dos dados de SR com dados cartográficos e a comparação tabular dos resultados encontrados. 1

2 PALAVRAS-CHAVES: Planejamento urbano, sensoriamento remoto, fragmentação, conservação, crescimento urbano. INTRODUÇÃO Atualmente a expansão urbana tem pressionado as áreas de ecossistemas naturais e gerado paisagens na qual a matriz é basicamente de origem antrópica. Essas paisagens possuem seus ecossistemas naturais fragmentados em manchas isoladas, o que acarreta sérios danos tanto para as populações silvestres quanto para os próprios seres humanos, uma vez que, além de causar extinções locais e erosão genética, também afeta o regime hidrológico dos rios e a estabilidade das encostas da região. Dessa forma, o desmatamento visto como um distúrbio antrópico provoca impactos relevantes para os municípios que não possuam planejamentos urbanos concisos com a realidade local e planos de gerenciamento e manejo das áreas naturais. A expansão urbana dos municípios litorâneos de Santa Catarina é um fato que tem assustado a população local, uma vez que a capacidade de suporte é limitada e, como alguns desses municípios possuem suas economias baseadas no turismo, o crescimento desordenado e a degradação ambiental podem acarretar sérios problemas futuros. O Programa de Zoneamento Ecológico-Econômico é uma iniciativa nacional com o objetivo de gerenciar, em diversas escalas de tratamento, as informações necessárias para subsidiar a formulação de políticas territoriais da União, Estados e Municípios, orientando os diversos níveis decisórios na adoção de políticas convergentes com as diretrizes de planejamento estratégico do país, propondo soluções de proteção ambiental que considerem a melhoria das condições de vida da população e a redução dos riscos de perda de capital natural (MMA, 2001). A análise espacial da expansão urbana através de dados de sensoriamento remoto, possibilita a compreensão do crescimento urbano e auxilia na elaboração de diretrizes e metodologias para a realização de um plano de gerenciamento e manejo das áreas naturais e para o planejamento urbano e auxilia no direcionamento do crescimento físico e econômico dos municípios. Dessa forma, o objetivo do presente trabalho é realizar a comparação tabular do crescimento urbano e da conservação dos ecossistemas naturais nos municípios de Itapema, Porto Belo e Bombinhas em um período de 17 anos, comparando os dados extraídos de imagens Landsat adquiridas em 1985 e em A área de estudo situa-se na região Leste da vertente Atlântica do Estado de Santa Catarina e compreende três municípios situados entre os paralelos w e e s e A área total é de 169,1595 Km², distribuída entre Itapema com uma área de 51,9905 Km², Porto Belo com 79,3365 Km² e Bombinhas com 37,8324 Km². A população total dos três municípios era, em 2000, de habitantes, dos quais pertencem a Itapema, a Porto Belo e a Bombinhas (IBGE, 2000). A região possui um clima azonal tropical úmido sem período seco e com as temperaturas médias nunca inferiores a 15 que suporta a principal formação vegetal, a Floresta Ombrófila Densa Submontana e Montana, (GAPLAN, 1986). Como principal atividade econômica, tem-se o turismo de veraneio em função das belas praias da região (CIASC, s/d). 2

3 METODOLOGIA MATERIAIS Para a realização do presente trabalho foi necessária a utilização dos seguintes materiais: 2) Imagem Landsat TM órbita-ponto 220/79 TM3, TM4 e TM5, adquiridas nas datas de 07/07/1985 e 04/10/ ) Curvas de nível e rede hidrográfica referente à carta topográfica Camboriú, digitalizadas e cedidas pelo laboratório de Sensoriamento Remoto e Geoprocessamento da Universidade do Vale do Itajaí. 4) Aplicativo SPRING versão 4.0 para WINDOWS. MÉTODOS 1. Processamento de Imagens para obtenção do Mapa da Cobertura da Terra para as duas datas. a) Pré-processamento de Imagem: Georreferenciamento e Correção dos efeitos atmosféricos. b) Processamento de Imagem: Geração de Imagem com efeito de iluminação atenuado (razão entre bandas e transformações por componentes principais), Segmentação e Classificação da Imagem e, Mapeamento e interpretação da classificação não-supervisionada em classes informativas (Geração de mapa temático de Cobertura da Terra) REGISTRO O Georreferenciamento foi realizado com base em duas metodologias distintas: a) Registro de Imagem Landsat com base em Imagem Sombreada. Essa metodologia, desenvolvida por Maia et al (1999), consiste na coleta de pontos de controle em uma imagem com simulação das condições de iluminação semelhantes às da imagem de Sensoriamento Remoto, a imagem sombreada foi gerada através do Modelo Numérico de Terreno (MNT) da área de estudo, o qual interpolou valores de cotas representadas em curvas de nível e obtidas a partir da digitalização da carta topográfica Camboriú. A semelhança da imagem Landsat com a imagem sombreada permitiu coletar pontos de controle utilizando como feições de coleta os topos de morros. b) Registro de Imagem Landsat com base em Imagem Landsat MrSid/NASA. Essa metodologia é baseada na coleta de pontos de controle em Imagem Landsat georreferenciada, de aproximadamente 1990, contendo as bandas 2, 4 e 7 e com resolução de 28.5 metros. A obtenção de tal imagem é feita através de um servidor de imagens na Internet, o MrSID (NASA. ESAD-MrSid Image Server. <ttp://zulu.ssc.nasa.gov/mrsid>) (Silva e Valeriano, 2003) Para a obtenção e uso da imagem Landsat MrSid/NASA realizou-se os seguintes procedimentos: 1. obtenção das imagens no formato.sid do servidor MrSid no endereço eletrônico 2. obtenção de um software gratuito para o reconhecimento e a exportação do formato.sid para o formato geotiff (MrSid Geoviewer) no endereço eletrônico 3

4 3. edição do arquivo.sdw obtido no servidor MrSid, que indica as coordenadas iniciais da imagem para visualização, sendo necessário a edição do valor da coordenada y (y'= y ), que transfere os valores do hemisfério norte para a projeção UTM (Universal Transverse Mercartor) no hemisfério sul. 4. exportação do primeiro arquivo, que contenha a imagem no formato geotiff com a delimitação da área de estudo. 5. exportação do segundo arquivo, que contenha as informações de georreferenciamento, com extensão.tfw, o mesmo retângulo envolvente e o mesmo nome do arquivo anterior. 6. edição do arquivo.tfw para substituir virgulas por pontos, o que permite o reconhecimento pelo SPRING. 7. importação da Landsat MrSid/NASA para o SPRING utilizando a opção Arquivo>importar Tiff/Geotiff com a projeção UTM/WGS84 (projeção da imagem exportada pelo MrSid Geoviewer). Para este trabalho, a longitude de origem é o e a imagem é remapeada para o projeção UTM/SAD69. Desta forma são criados os planos de informação com um nome específico e terminação 1, 2 e 3 que se referem as bandas 7, 4 e 2 do Landsat TM. Após a importação da imagem Landsat MrSid/NASA realiza-se o georreferenciamento de imagem para imagem, utilizando a cena que esteja inserida no mosaico obtido. O registro da imagem Landsat 2002 foi efetuado utilizando-se as metodologias citadas acima, com um total de 19 pontos de controle e a imagem Landsat 1985 foi registrada utilizando-se a imagem 2002 e a imagem sombreada como base para coleta de pontos de controle, com 22 pontos coletados. Em ambos os casos os pontos foram selecionados através da análise de resíduos de mais de 30 pontos adquiridos e o registro foi realizado utilizando um polinômio de transformação de 2º grau. Os resíduos de validação cruzada dos pontos selecionados para o registro foram representados por uma linha em um plano de informação para verificar a distribuição e tendência espacial dos erros nas duas datas e, tanto a distribuição espacial da direção quanto e magnitude dos resíduos demonstraram a inexistência de tendências espaciais que possam comprometer a qualidade do georreferenciamento. A incerteza obtida para a imagem Landsat 2002, georreferenciada através da imagem MrSid e da imagem sombreada foi de 0,847, o que representa 25,410 metros em um pixel de 30 metros. Para a imagem 1985, registrada através da imagem 2002 e da imagem sombreada, a incerteza foi de 0,418 em um pixel de 30 metros, ou seja, este valor representa 12,540 metros de incerteza na precisão cartográfica do registro. CORREÇÃO ATMOSFÉRICA Após o georreferenciamento realizou-se a correção do efeito de espalhamento atmosférico das imagens, a metodologia utilizada para essa correção foi o método de subtração proposto por Chavez Jr. (1988). A análise dos histogramas das imagens quanto à distribuição dos níveis de cinza permitiram a identificação de valores mínimos de nível de cinza para a banda TM3. Para a imagem 2002 esse valor foi de 22, representando uma atmosfera limpa (Clear) segundo Chavez Jr. (1988). Para a imagem 1985 o valor encontrado para a banda 3 foi de 8, o que significa uma condição atmosférica muito limpa (Very clear) (Chavez Jr, 1988). Após a obtenção dos valores de níveis de cinza para as bandas TM3, estes foram utilizados para a escolha dos modelos relativos de espalhamento, dos quais foram extraídos os valores de NC para a subtração das demais bandas. Este cálculo utiliza valores de offset específicos calculados através de modelos disponíveis para cada banda, obtidos em Chavez Jr. (1988) como mostra a tabela 1. 4

5 Tabela 1 Valores de níveis de cinza utilizados para a correção dos efeitos aditivos da atmosfera, com base em modelo de Chavéz Jr. (1998). Very Clear TM Clear TM Bandas Valores referência Níveis de cinza (offset) Bandas Valores referência Níveis de cinza (offset) TM3 1 8 TM TM4 0,4 3 TM4 0, TM5 0,026 0 TM5 0,16 4 Os valores utilizados no cálculo de offset foram obtidos pela análise da banda 3 e a subtração foi realizada através Linguagem Espacial para Geoprocessamento Algébrico (LEGAL). ATENUAÇÃO DO EFEITO TOPOGRÁFICO E DE SOMBREAMENTO A imagem de 1985, em função da data de passagem do satélite, apresentou efeitos topográficos e de sombreamento bastante acentuados e, por esse motivo, foi realizada a correção dos efeitos topográficos e de sombreamento seguindo a metodologia testada e aplicada em Santos (2002). Os métodos utilizados foram a Razão entre Bandas (LEGAL) utilizando a combinação TM4 pela banda TM3 atribuindo um fator de ganho igual a 10, e de offset também igual a 10. Tal método apresentou uma atenuação do efeito topográfico satisfatório com boa separabilidade das feições da imagem. Para a análise por Componentes Principais utilizou-se a combinação das bandas TM3 e TM4, gerando um efeito topográfico bastante atenuado (Santos, 2002). Para a imagem 2002 não houve necessidade de atenuação topográfica, uma vez que a data de aquisição da imagem gerou pouco efeito topográfico e de sombreamento, permitindo a utilização das bandas originais na segmentação e classificação da mesma. SEGMENTAÇÃO E CLASSIFICAÇÃO Para o presente trabalho foi realizado o método de classificação não supervisionada com a segmentação da imagem por regiões (ISOSEG). Para a segmentação da imagem 1985 foi utilizado os resultados gerados pela razão de bandas e pela análise das componentes principais, utilizando como contexto de segmentação as imagens R4/3 e 2PC-43 com os parâmetros de similaridade 10 e área de pixel 20. A classificação propriamente dita foi realizada utilizando a imagem segmentada e, dos vários limiares de aceitação testados, o que melhor distinguiu as feições de interesse foi o de 95%, descriminando as classes de vegetação, pastos/agricultura, pasto sujo e área urbana. Para a imagem de 2002 os procedimentos adotados na classificação foram os mesmos descritos anteriormente, porém para a elaboração do contexto utilizou-se as bandas originais TM3, TM4 e TM5 e o limiar de aceitação que melhor descriminou as feições foi o limiar de 99%, permitindo a identificação das classes de vegetação, pastos/agricultura e área urbana. RESULTADOS E DISCUSSÃO. Os resultados da comparação tabular para as datas de 1985 e 2002, considerando a área de todos os municípios. Percebe-se um desmatamento de aproximadamente 12 km², o que representa 11% da área de floresta em A expansão das áreas urbanas foi de 47% em relação às áreas que já existiam em

6 Em um período menor, de 1991 à 2000, segundo o senso de 2000, o aumento da população dos três municípios analisados foi de 90% no total, analisando cada município individualmente temos o aumento de 84% em Bombinhas, 112% em Itapema e 54% em Porto Belo (IBGE, 2003). As figuras 1 e 2 mostram a expansão urbana que ocorreu de 1985 para Figura 1 Uso do Solo para a área de estudo no ano de 1985 Figura 2 Uso do Solo para a área de estudo no ano de

7 Uma análise espacial através dos dados gerados nesse trabalho permite avaliar a expansão urbana dos municípios analisados e detectar alguns problemas que podem ser estudados com maior detalhamento com o auxílio de outras metodologias. Ao analisar individualmente cada município (Tabela 2), vemos que para o município de Bombinhas, as análises tabulares demonstram um crescimento urbano de 42%, representando aproximadamente 2,4 km², dos quais 2,3 km² eram áreas de pastagens em A análise dos mapas temáticos permite verificar que a área geográfica do município é limitada ao crescimento urbano e as áreas de pastagens já foram urbanizadas, restando apenas as áreas de vegetação natural no município. Outro fator relevante a se considerar é o fato do município possuir 22% de sua área total de área urbana. Tabela 2 Descriminação, por data e por município, das classes analisadas para comparação tabular do crescimento urbano, em Km². Vegetação (%)* Urbano (%)* Pastagem (%)* Área total Bombinhas ,9374 5,5539 8,7273 Bombinhas ,5261-2% 7, % 6, % 37,8324 Itapema ,7833 6, ,3201 Itapema , % 9, % 12,0834-2% 51,9906 Porto Belo ,2988 3, ,2201 Porto Belo , % 5, % 37, % 79,3365 * percentagem referente ao decréscimo (números negativos) ou acréscimo (números positivos) de área em relação à área existente em O município de Itapema demonstra um crescimento urbano de 56%, representando aproximadamente 3,4 km² de expansão urbana que antes eram áreas de vegetação natural. Ou seja, no caso de Itapema, o crescimento urbano acarretou um desmatamento de 10% da área de vegetação que havia em A área urbana de Itapema abrange 18% da área total (Tabela 2). Porto Belo foi o município que teve a maior percentagem de crescimento urbano, de 63% e também a maior percentagem de desmatamento, com 18% a menos de vegetação de 1985 para 2002, porém, por ser o maior município dentre os três, a área urbana representa somente 7% da área total (Tabela 2). CONCLUSÕES A metodologia utilizada apresentou-se eficaz para analisar a expansão urbana e subsidiar um plano de gerenciamento e manejo das áreas naturais e de planejamento urbano e costeiro dos municípios, visando a conservação como aliada para a manutenção do turismo na região. A análise individual dos municípios permite concluir que o município de Porto Belo foi o que obteve maior crescimento urbano, com 63% em relação à sua área urbana em 1985, porém é o município com maior potencial de expansão, pois sua área urbana ocupa somente 7 % da sua área total. Bombinhas, embora com o menor crescimento em relação à 1985, com 42%, é o município que possui menor potencial para a expansão, uma vez que 22% de sua área total é representada por área urbana, 17% por pastagens e 61% vegetação. Itapema obteve um crescimento de 56%, mas ainda possui capacidade de expansão, embora reduzida, uma vez que sua área urbana representa 18% da área total. Bombinhas é o município que possui maior área urbana em relação à sua área municipal total, com 22% do município, Itapema com 18% e Porto Belo com 7%. 7

8 BIBLIOGRAFIA Chavez Jr., P. S. An improved dark-object subtraction technique for atmospheric scattering correction of multispectral data. Remote Sensing of Environment, v.24, n.2, p , Feb Instituto Brasileiro de Geografia e Estatística (IBGE). Dados censitários de 2000, [on line] < Jun Centro de Informática e Automação de Santa Catarina (CIASC). Santa Catarina Perfil Interativo: Geografia, Quadro Humano, Infra-estrutura, Economia, Divisão Administrativa e Símbolos [CD-ROM]. São Paulo: Microservice. s/d Gabinete de Planejamento e Coordenação Geral Governo do Estado de Santa Catarina (GAPLAN). Atlas de Santa Catarina, Aerofoto Cruzeiro, Rio de Janeiro. 1986, 173p. Maia, J. S.; Valeriano, D. M; Toledo, M. C. B. Metodologia para coleta e seleção de pontos de controle para georreferenciamento de Imagens Landsat em regiões montanhosas. In: IV Encontro de Iniciação Científica - UNITAU, Taubaté, São Paulo, Ministério do Meio Ambiente (MMA). Programa Zoneamento Ecológico-Econômico: diretrizes metodológicas para o zoneamento ecológico-econômico no Brasil, Brasil. Brasília, p. Santos, J. S. M. Análise da paisagem de um corredor ecológico na Serra da Mantiqueira. São José dos Campos SP. 146p. Dissertação (Mestrado em Sensoriamento Remoto) Instituto Nacional de Pesquisas Espaciais INPE, 2002 Silva, B. S. G.; Valeriano, D. M. Georeferenciamento e análise da correção atmosférica para o cálculo de albedo usando o sensor Landsat ETM+. [CD-ROM]. In: Simpósio Brasileiro de Sensoriamento Remoto, 11., Belo Horizonte, Anais. São Paulo: Imagem Multimidia,