Geoprocessamento aplicado à determinação do uso e cobertura da Terra da bacia hidrográfica. Arnon Batista Nunes 1 Emerson Figueiredo Leite 2

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1 Embrapa Informática Agropecuária/INPE, p Geoprocessamento aplicado à determinação do uso e cobertura da Terra da bacia hidrográfica do Rio Areias Arnon Batista Nunes 1 Emerson Figueiredo Leite 2 1 Geógrafo pela Universidade Federal do Tocantins UFT Curso de Geografia, campus de Porto Nacional TO, Brasil. Rua 07 Qd. 15 s/no - Jardim dos Ipês CEP Porto Nacional TO, Brasil. arnon@mail.uft.edu.br 2 Universidade Federal de Mato Grosso do Sul UFMS/CPAq Rua Oscar Trindade de Barros, 740, CEP Bairro Serraria, Aquidauana- MS, Unidade II emerson.leite@ufms.br Resumo. Esta pesquisa apresenta um mapeamento do uso e ocupação da Bacia Hidrográfica do Rio Areias, no estado do Tocantins, por meio do processamento digital de imagens orbitais, utilizando o método de classificação Bhattacharya com apoio de técnicas de Geoprocessamento. O artigo em evidência apresenta uma discussão geográfica do método de classificação Bhattacharya como ferramenta no estudo de cobertura, uso e ocupação da Terra por meio de (SIGs) Sistemas de Informações Geográficas. Através destas técnicas aplicadas na análise espacial de dados de sensoriamento remoto, conclui - se que o método de classificação adotado foi eficaz, sobretudo, para às classes com cobertura vegetal de baixo e médio porte com intensa atividade antrópica como o caso dos tipos de uso culturas anuais, estradas e áreas urbanizadas com destaque para os usos agrícolas. Os dados apresentados pela classe IlI, pasto sujo sendo aos remanescentes de pastagens e formações campestres, mostra que 61.34% da área de estudo apresenta cobertura vegetal de baixo a médio porte, com atividade antrópica muito reduzida com médio grau de ação erosiva. Essa pesquisa apronta que o uso de dados de sensoriamento remoto, pode contribuir par a geração de produtos cartográficos, podendo ser apoiado a análise geográfica para mitigar os efeitos negativos do uso da terra constatados na área de estudo. Palavras-chave: classificação bhattacharya; software Spring; uso e ocupação. 121

2 Embrapa Informática Agropecuária/INPE, p Abstract. This research presents a mapping of the use and occupation of the Areias River Basin, in the state of Tocantins, through digital processing of satellite images using the method of Bhattacharya classification with the support of GIS techniques. The article presents evidence in a geographical discussion of the method of Bhattacharya classification as a tool in the study of coverage, use and occupation of the Earth by means of (GIss) - Geographic Information Systems. Through these techniques applied in the spatial analysis of remote sensing data, concludes - that the classification method used was effective, especially for classes with low vegetation cover and medium to intense human activity such as the case of the types of crops use annual, roads and urbanized areas especially for agricultural uses. The data presented by IlI, dirty pasture with the remaining pastures and grasslands, class shows that 61.34% of the study area has low vegetation cover of the midrange, with very little human activity with an average grade of erosive action. This research ready that the use of remote sensing data, pair may contribute to generation of cartographic products, and may be supported by geographical analysis to mitigate the negative effects of land use observed in the study area. Key-words: classification bhattacharya; spring software; use and occupation. 1. Introdução Uma das formas consagradas da aplicação do uso das geotecnologias é nas pesquisas ligadas a análise ambiental, sobretudo, nos estudos relacionados às bacias hidrográficas por meio de dados orbitais de sensoriamento remoto, em que por meio do processamento digital de imagens é possível obter-se uma análise sobre a cobertura e o uso da Terra, subsídios aos estudos de potencialidades e fragilidades ambientais. Segundo IBGE (2013) o levantamento sobre a cobertura e o uso da Terra comporta análises e mapeamentos e é de grande utilidade para o conhecimento atualizado das formas de uso e de ocupação do espaço, constituindo importante ferramenta de planejamento e de orientação à tomada de decisão. Nesse contexto ele indica a distribuição geográfica da tipologia de uso, identificada por meio de padrões homogêneos da cobertura terrestre. Os estudos de uso e ocupação da Terra quando apoiadas nos elementos de Sistema de Informação Geográfica (SIG), como o Software Spring/INPE, geram informações que permitem ao usuário uma análise espacial das diversas atividades antrópicas com uma maior facilidade. Florenzano (2002) explica que o SIG é uma ferramenta computacional da Geoinformação, disciplina que utiliza técnicas matemáticas e computacionais para tratamento de informação geográfica. Para a pesquisadora essa ferramenta tem utilidade no estudo e monitoramento do meio ambiente e no planejamento de cidades, regiões, países de diferentes tipos de atividades. O levantamento do uso da Terra em uma região é essencial para a compreensão dos padrões de organização do espaço. Florenzano (2002) cita que as mudanças no uso do solo podem ser verificadas através de estudos realizados com imagens obtidas em diferentes datas por sensoriamento remoto, pois sensores a bordo de satélites coletam dados da superfície terrestre de forma sistemática e repetitiva (resolução temporal). Essa característica das imagens de satélites possibilita o monitoramento dos ambientes e a atualização do material cartográfico. A capacidade de interferência e ocupação no meio natural torna o homem o principal protagonista modelador do espaço geográfico. Para Oliveira et al. (2013) o espaço geográfico resulta da construção/reconstrução produzida pela sociedade que, mediante o trabalho, transforma a natureza, isto é, produz espaço. Este espaço é dinâmico produzido pelas forças dialéticas da natureza e da sociedade e reflete-se no uso e ocupação das Terras. O IBGE (2013) ao retratar as formas e a dinâmica de ocupação da Terra cita que estes estudos também representam instrumento valioso para a construção de indicadores ambientais e para a avaliação da capacidade de suporte ambiental, frente aos diferentes manejos empregados na produção, contribuindo para a identificação de alternativas promotoras da sustentabilidade do desenvolvimento. 122

3 Embrapa Informática Agropecuária/INPE, p Nesse sentido Pancher et al. (2013) recorda que dentre os mapas temáticos derivados das tecnologias de geoprocessamento destaca-se o mapa de uso e ocupação do solo como ferramenta indispensável em estudos ambientais, na tomada de decisão em ordenamento e planejamento do território, e na definição de políticas públicas de gestão de recursos naturais. Dentro desta perspectiva de análise geográfica e considerando a bacia hidrográfica como uma unidade de análise ideal ao planejamento ambiental buscou-se na aplicação de técnicas de geoprocessamento realizar os estudos de cobertura, uso e ocupação da Terra da Bacia hidrográfica do rio areias, no Estado do Tocantins por meio de Software Spring. Conforme caracterizado pela SEPLAN/TO (2008), a bacia situa-se na regionalização climática C2wA a caracterizado como clima úmido subúmido com moderada deficiência hídrica no inverno, evapotranspiração potencial média anual de mm, distribuindo-se no verão em torno de 420 mm ao longo dos três meses consecutivos com temperatura mais elevada. No médio e baixo curso a bacia hidrográfica caracteriza-se pela presença de vastas áreas de relevo plano com declividade <6%, na unidade de relevo depressão no médio Tocantins, essa área é marcada pela presença de Latossolos Vermelho-Amarelos (LVA). Já no sentido (NW- SE) da área de estudo caracteriza pela predominância de Plintossolos Pétricos (FF) coincidindo respectivamente com a unidade geológica Formação Pimenteiras- Grupo Canindé. Essa é a penúltima Formação do período Devoniano da era EON Paleozóico, da Bacia sedimentar do Parnaíba com idade de 389 m.a, tendo litologias de argilito e siltito com intercalações de arenito ferruginoso e lentes de conglomerado basal. Esta bacia hidrográfica possui uma área aproximada de ,0000 hectares está localizada entre os paralelos 10º41 19 e 11º17 51 de Latitude (λ) Sul e entre os meridianos 47º47 00 e 48º27 00 de Longitude (φ) Oeste Abrange áreas territoriais dos municípios de Porto Nacional, Monte do Carmo, Silvanópolis e Ipueiras, no estado do Tocantins (Figura 1). Figura 1. Mapa de Localização da Bacia Hidrográfica do Rio Areias, Tocantins 123

4 Embrapa Informática Agropecuária/INPE, p Objetivo Classificar e analisar a cobertura e do uso da Terra na bacia hidrográfica do Rio Areias a partir do método de classificação Bhattacharya. 3. Material e Métodos A metodologia deste trabalho emprega se à análise de discussão geográfica do método de classificação Bhattacharya implementada no software Spring como ferramenta no estudo de cobertura e uso da Terra na bacia hidrográfica do Rio Areias. O classificador Battacharya requer interação do usuário numa etapa denominada de treinamento. As amostras partem das regiões pré-determinadas no processo de segmentação, conforme o manual de operacionalização do Spring. A determinação do uso e ocupação por meio do uso da geotecnologia com o método de classificação Bhattacharya em áreas dos biomas cerrados e do pantanal traz a possibilidade do diagnóstico da situação ambiental da área de estudo. Ao avaliar a dinâmica das principais formas de uso e ocupação, esse tipo de mapeamento é essencial para a compreensão dos padrões de organização do espaço geográfico. Foi utilizada a imagem do satélite Resourcesat sensor P6-LISS3. Este satélite possui resolução espacial de 23,5m, a cena escolhida data de 10 abril do ano de 2012, órbita ponto 327/084-L2, na composição colorida das bandas 3R4G2B. Na edição final dos mapas utilizou a versão de avaliação do software CorelDRAW X6. Cruz et al. (2008), discute que o método escolhido classifica se por região e baseia-se no índice de probabilidade das classes desejadas. Sempre trabalhando com um par de classes de cada vez. O método depende diretamente do treinamento supervisionado para organizar os segmentos de acordo com a menor distância de Bhattacharya encontrada com determinada classe associando o à mesma. Segundo Moreira (2011), esse método usa as amostras de treinamento para estimar a função densidade de probabilidade para as classes apontadas no treinamento. Em seguida, avalia para cada região, a distância de Bhattacharya entre as classes. Conforme Câmara (1996), a medida da distância de Bhattacharya é usada neste classificador para medir a separabilidade estatística entre um par de classes espectrais, ou seja, mede a distância média entre as distribuições de probabilidades de classes espectrais. Para o autor, o princípio é análogo ao utilizado para o classificador Isoseg, porém a medida de distância usada é a distância de Bhattacharya, ao contrário do Isoseg que é automático, requer interação do usuário através do treinamento, neste caso, as amostras serão as regiões formadas na segmentação de imagens. Esse procedimento de classificação é dividido em fases: segmentação, extração de regiões, classificação e mapeamento, conforme a Figura 2. Segundo o IBGE (2013) a definição dos padrões espectrais para a classificação supervisionada, representados pelas amostras de treinamento, é fortemente auxiliada pelo conhecimento da área por informações de fontes bibliográficas e pelos pontos de amostragem obtidos em campo representativos de padrões de cobertura e/ou de uso da terra, homogêneos ou diversificados, cuja área seja perceptível na imagem. Para a definição das classes foi feito uma adaptação, considerando o porte de cobertura vegetal das cinco classes de cobertura e uso e ocupação do solo (Tabela 1), seguindo a metodologia de geração da carta potencial à erosão laminar proposta por Salomão (2005). 124

5 Embrapa Informática Agropecuária/INPE, p Figura 1. Processo de confecção do mapa de uso e ocupação do solo por meio do classificador Bhattacharya. Tabela 1. Classes de cobertura e uso da Terra, adaptado de Salomão (2005). Amostra das classes de cobertura e uso da Terra Classe I Cobertura vegetal de baixo e médio porte, com intensa atividade antrópica (culturas, anuais, estradas, e áreas urbanizadas). Cobertura vegetal de baixo e médio porte, com atividade antrópica moderada (culturas Classe II perenes, cana-de-açúcar e pastagens). Classe III Cobertura vegetal de baixo a médio porte, com atividade antrópica muito reduzida (pasto sujo e campo cerrado). Classe IV Cobertura vegetal de porte alto a médio, com atividade antrópica muito reduzida (reflorestamento, capoeirão e floresta). Classe V Espelhos d água e várzeas, cujo potencial erosivo pode ser considerado nulo. Moreira (2011) esclarece que no procedimento deste método utiliza como critério de decisão a informação espectral de cada pixel da imagem e a informação espacial que envolve a relação entre o pixel e seus vizinhos. Estes classificadores procuram simular o comportamento de um foto intérprete ao reconhecer áreas homogêneas nos dados orbitais baseados nas propriedades espectrais e espaciais dessas áreas na imagem. A informação de borda é utilizada inicialmente para separar regiões, e as propriedades espaciais e espectrais agrupam áreas com mesma textura. 4. Resultados e Discussão No processo de elaboração do mapa temático foram estudadas as Classes Temáticas: Culturas Anuais; Culturas Perenes; Pasto sujo e Campo Cerrado; Capoeirão e Floresta; Espelhos D Água e Várzeas. Na visita de campo verificou - se a presença de lavouras de grãos mecanizadas como de soja e milho. Essas áreas são concentradas em uma porção central da bacia, sobretudo nos Latossolos Vermelho-Amarelos (LVA). A classe I Culturas anuais, representa cerca de 18.76% são geralmente lavouras alimentares para comercialização como de soja, milho, e outros, tendo uma porção representativa de ,200 hectares na área de estudo, sendo presente nas áreas de relevos planos associados à Latossolos Vermelho-Amarelos, Tabela

6 Embrapa Informática Agropecuária/INPE, p Tabela 2. Classes de Cobertura, Uso e ocupação do Solo na bacia hidrográfica do Rio Areias, Tocantins. Classes temáticas Grau de ação erosiva Área em (ha) Porcentagem I - Culturas Anuais 1. Muito forte , % II - Culturas Perenes 2. Forte , % III - Pasto sujo e Campo Cerrado 3. Médio , % IV - Capoeirão e Floresta 4. Fraco , % V - Espelhos D Água e Várzeas 5. Muito fraco 1.870, % Área total das Classes , % Conforme classificado a classe II está distribuída nas lavouras semipermanentes como a mandioca e pastagens são áreas cuja vegetação apresenta baixa e médio porte onde solo na maioria das vezes apresenta vegetação de gramíneas, com atividade antrópica moderadas, destinadas ao pastoreio do gado, no resultado da medição de classes verifica-se que ela representa 3.72 %, a classe V, ocupa um valor abaixo cerca de 1%, pouco menos que a média das outras constituindo 0,07% sendo as áreas de espelhos D Água e várzeas. (Figura 3). Figura 3. Mapa de Cobertura e Uso Ocupação da Bacia Hidrográfica do Rio Areias, Tocantins O mapa de uso e ocupação da terra da bacia nos mostra que há uma predominância da classe IlI pasto sujo sendo aos remanescentes de pastagens abandonadas e as formações campestres, tais como, os três tipos fisionômicos principais: Campo Sujo, Campo Rupestre e o Campo Limpo sendo estes definidos pela Embrapa (1998, p. 130) como Campo Sujo e caracterizando 126

7 Embrapa Informática Agropecuária/INPE, p se pela presença marcante de arbustos e substratos entremeados nos estratos herbáceo. (Figura 4-B). Figura 4. Registros em campo: (A): Capoeirão, distribuída nas margens dos cursos d água da bacia. (B): Classe Pasto sujo e Campo Cerrado, Remanescente de pastagens. Foto: Arnon B. Nunes. (mar. 2013). A classe IV representa uma porcentagem de %, sendo capoeirão, floresta densa e reflorestamento, que consistem em formações arbóreas, estando distribuída nas margens dos cursos d água da bacia hidrográfica, associados aos Gleissolos. (Figura 4-A). Por fim as áreas que compõem o Campo Rupestre segundo Embrapa (1998) possui estrutura similar ao Campo Sujo, diferenciando-se tanto pelo estrato, composto por afloramento de rocha, quanto pela composição florística, que inclui muitos endemismos. Já o Campo Limpo a presença de arbustos e subarbustos é insignificante o que nos permite concluir que essa classe é equivalente à vegetação de baixo porte sem floresta-de-galeria, sujeita ao fogo anual. 5. Conclusões O mapeamento de cobertura e uso da terra com técnicas de sensoriamento remoto e geoprocessamento por meio de Software Spring através do método de classificação Bhattacharya são operações já consagradas e ampla aplicação no meio científico. O levantamento dos diferentes tipos de Cobertura e Uso Ocupação podem subsidiar o planejamento ambiental integrado, e a avaliação das potencialidades e fragilidades da Bacia Hidrográfica do Rio Areias. A partir da análise dos dados dá-se uma ênfase a classe IlI, pasto sujo, herdados de pastagens abandonadas e às formações campestres, ocupando cerca de 61,34% da área de estudo e se caracterizando por um cobertura vegetal de baixo a médio porte, com atividade antrópica reduzida, de médio grau de ação erosiva. A aplicação desta metodologia por meio do uso de geotecnologia com o método de classificação Bhattacharya, traz a possibilidade de ser aplicadas em pesquisas de áreas do bioma pantanal, sobretudo para dar subsídio ao diagnóstico da situação ambiental. 6. Referências Câmara, G.; Souza, R.C.M.; Freitas, U.M.; Garrido, J. (1996). Spring: Integrating remote sensing and GIS by object-oriented data modelling. Computers & Graphics, v.20, n.3, p , may-jun Cruz, Z. Q. Da; Ribeiro, G; P. Ensaios de segmentação e classificação digital de imagens cbers utilizando o sistema spring em uma unidade de conservação ambiental. Estudo de caso: parque nacional da serra dos órgãos (parnaso). Trabalho apresentado no II Simpósio Brasileiro de Ciências Geodésicas e Tecnologias da Geoinformação, realizado em Recife, PE, Disponível em: < Organizado/sens_foto/023.pdf>. Acesso em: dez Embrapa. Centro de Pesquisa Agropecuária dos Cerrados. (Planaltina, DF). Cerrado: ambiente e Flora. Planaltina-DF,

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