SISTEMA DE TOMADA DE DECISÃO PARA INCÊNDIO FLORESTAL

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1 SISTEMA DE TOMADA DE DECISÃO PARA INCÊNDIO FLORESTAL José E. Prates (1) Eduardo V. de Paula (1) (1) Instituto Tecnológico SIMEPAR Cx. P.: CEP: tel.: (41) Abstract A Decision Support System wich is based on the geographical information system has been developed for assistance in the forecasting of forest fires and forest fire response management. With the purpose of supplying atmospheric indications that can aid in the in the prevention and it combats to the forest fires SIMEPAR was developed in cooperation with CEDEC/Paraná and IAP/SEMA the RIF wich meets in operation since The Decsion Support System add new capabilities to the RIF as hot spots, vegetation states by NDVI and ability to combine and compare the information contained in the different layers enhancing the capability to identify forest fire. This system serves as support to the State Plan of Prevention and it Combats to the Forest Fires for the State of Parana (PREVIFLOR). 1 INTRODUÇÃO O Plano Estadual de Prevenção e Combate a Incêndios Florestais do Estado do Paraná (PREVIFLOR) foi criado no ano de 1998 com a coordenação da Coordenadoria Estadual da Defesa Civil do Paraná (CEDEC). Para suporte técnico às atividades do PREVIFLOR o Simepar mantém, desde 1999 uma página web (Zaicovski et al, 2000) com atualização diária. O sistema de informações para incêndios florestais em desenvolvimento no Simepar tem como objetivo ampliar a abrangência do suporte técnico às atividades do PREVIFLOR disponibilizando informações relacionadas aos seguintes aspectos: (a) base de dados logísticos e (b) sensoriamento remoto por satélite. Um sistema de informações desenhado com o objetivo de fornecer suporte logístico ao controle de incêndios florestais, deve ser executado em três momentos: (1) zoneamento de risco de incêndio; (2) monitoramento por sensoriamento remoto de parâmetros geofísicos da superfície e condições de perigo de incêndio; (3) plano estratégico de combate imediato ao fogo. O sistema apresentado neste trabalho atende aos itens (2) e (3). No que concerne ao item (2) o sistema monitora por meio de satélites da série NOAA focos de calor (temperatura da superfície) e o estado da vegetação. Em relação ao item (3), o sistema integra por meio de um SIG as informações derivadas do sensoriamento remoto, as informações logísticas e administrativas tais como: (a) infra estrutura de recursos humanos e materiais das unidades de combate ao incêndio e, (b) malha viária principal e secundária do estado do Paraná. A estimativa da temperatura da superfície da Terra por satélite é efetuada por meio do sensor AVHRR (Advanced Very High Resolution Radiometer) embarcado nos satélites NOAA. Atualmente, há quatro satélites NOAA com o sensor AVHRR: (1) NOAA-12 lançado em 1991; (2) NOAA-14 lançado em 1994; (3) NOAA-15 lançado em 1998 e (4) NOAA-16 lançado em Estes satélites descrevem uma órbita polar com altitude de 850 km, 98 o de inclinação, completando uma volta ao redor da Terra em 102 minutos. A medida que o satélite avança em sua órbita quase perpendicular ao Equador, uma faixa de km de largura é imageada. Uma descrição detalhada sobre a série de satélites NOAA e sobre o sensor AVHRR pode ser encontrada em Prates et al. (2001). O estado da vegetação é determinado por meio do Índice de Vegetação por Diferença Normalizada (IVDN) estimado com base nos dados do canal 1 e 2 dos satélites da satélites NOAA/AVHRR. Este trabalho tem como objetivo central a apresentação do Sistema de Tomada de Decisão para Incêndio Florestal no qual são integradas informações de sensoriamento remoto (detecção de focos de calor e monitoramento do estado da vegetação) por meio de uma interface gráfica que permite comparar e compor diferentes informações contidas na base de dados de um Sistema de Informações Geográficas (SIG). 2 MATERIAL E MÉTODOS A estação de recepção de imagens HRPT instalada no SIMEPAR recebe os dados do satélite NOAA-12, NOAA- 14, NOAA-15 e NOAA-16. Os horários de passagem sobre o Brasil dos satélites NOAA-12 e NOAA-14 que são

2 utilizados atualmente para monitoramento de focos de calor e estado da vegetação no SIMEPAR estão relacionadas na Tabela 1. Tabela 1 Horários de recepção de imagens HRTP no SIMEPAR dos satélites NOAA Passagens sobre o Brasil NOAA12-diurna NOAA14-diurna NOAA12-noturna Horários 05h30 07h00 (horário de Brasília) 14h30 16h00 (horário de Brasília) 18h00 19h45 (horário de Brasília) 2.1 Processamento das imagens O processamento das imagens capturadas pela estação HRPT, instalada no SIMEPAR, divide-se em três fases que estão esquematicamente ilustradas na Figura 1, podendo serem descritas da seguinte forma: (1) Fase 1: Estação Receptora de Sinais dos Satélites NOAA (Sistema GI-GAE): corresponde à leitura primária dos dados brutos recebidos do satélite pela estação de recepção do SIMEPAR. O pré-processamento da imagem desenvolvido na corrente fase abrange a calibração e correção radiométrica dos dados recebidos; identificação de pixels a serem utilizados em estudos específicos e transformação dos dados de reflectância bidirecional e temperatura de brilho em variáveis ambientais (albedo de superfície, temperatura, fração de cobertura vegetal, etc.); estimativa das variáveis de interesse por meio do cálculo das médias espaço-temporais, interpolação e filtragem. A imagem pré-processada resultante desta fase é transferida automaticamente via FTP para a máquina na qual é executada a fase seguinte. Entretanto, a estação de recepção do sinal do satélite depende de procedimento manual a ser realizado pelo menos uma vez a cada 24 horas, que consiste na atualização do SCHEDULE do sistema que é responsável pela ativação do sistema de gravação dos dados do satélite; (2) Fase 2: Estação de trabalho IBM-Risc/3CT: nesta fase é efetivado, por meio da execução de um aplicativo, o processamento das imagens pré-processadas na Fase 1 que são transferidas automaticamente via FTP para a máquina de processamento (IBM-RISC/3CT). O referido processamento compreende a navegação, o registro, a correção geométrica, a detecção de nuvens e o controle de qualidade, a correção atmosférica das imagens dos satélites NOAA, e finalmente o cálculo dos parâmetros geofísicos. Cabe aqui destacar ainda, que nesta fase é aplicado para a detecção de focos de calor o SADESF (Sistema Automático de Detecção e Localização de Focos de Calor), baseado em seis métodos de limiares fixos e de aplicação contextual (Prates et al., 2002); (3) Fase 3: Ambiente Windows: esta fase trata-se da visualização das imagens de IVDN e da espacialização dos focos de calor em ambiente SIG (Sistema de Informações Geográficas) baseado no software ArcView 3.2. A execução desta fase é realizada totalmente de forma manual, desde a transferência da imagem processada (na Fase 2) para o ambiente SIG até a execução de procedimentos de visualização, a partir da utilização de composições de diferentes camadas de informação disponíveis na base de dados do SIMEPAR. FASE 1 FASE 2 FASE 3 Figura 1 Fases de processamento da imagem NOAA/AVHRR

3 Para a execução do pós-processamento e visualização dos produtos derivados do processamento da imagem NOAA/AVHRR (executados na Fase 2) foi desenvolvido, em parceria com a Universidade Christian Albrechts em Kiel Alemanha, um sistema de suporte para tomada de decisão em ações de combate a incêndio florestal denominado Fire Identification and Response (FIRE). 2.2 O Sistema de Informações Geográficas O modelo conceitual do SIG é apresentado esquematicamente na Figura 2. A base de dados é formada por dois conjuntos : (1) Estáticos: constituem a Base de dados Geográficos que são permanentes e fixos; (2) Dinâmicos são atualizados periodicamente e subdividem-se em três grupos: - Sistemas Específicos -são as informações derivadas do processamento das imagens de satélite: (a) focos de calor e (b) estado da vegetação; - Dados Meteorológicos atualizados diariamente, etraídos do banco de dados do Simepar; - Informações do RIF índices de risco de incêndio derivados dos modelos de Angstron e de Monte Alegre 1 Sistemas Identificação de Estimativa do IVDN Focos de calor ISTEMA DE SUPORTE PARA TOMADA DE DECISÃO NO COMBATE DE INCÊNDIO FLORESTAL APLICATIVO FIRE 3 Base de Dados meteorológicos 4 dados do RIF (Sistema de Risco de Incêndio Florestal) 2.1 Suporte Natural *Vegetação Natural *hidrografia *Hipsografia *Topografia *Pedologia * ImagensLANDSAT 2 Base de Dados 2.2 Infra estrutura e Serviços *Divisão administrativa dos municípios *Sistema Viário *LT s (COPEL) *Telemétricas *Corpo de bombeiros *EMATER - SEAB *Escritórios e Regionais IAP *Polícia Florestal *Pol. Rod. Est/Fed *Unid. de Conserv. 2.3 Dados Sócioeconômicos por Município *Densidade demográfica *Índice de desenvolvimento humano * Produto interno bruto Figura 2 Modelo conceitual do SIG desenvolvido no SIMEPAR

4 2.3 Interface de Análise e Visualização - FIRE O conjunto de dados disponíveis no SIG é integrado por meio da interface desenvolvida especificamente para a composição de dados e visualização do Sistema de Tomada de Decisões denominado por Fire. Este módulo corresponde a uma customização do software ArcView 3.2 e de suas extensões Spatial Analyst e Network Analyst, foi concebido para permitir a visualização das imagens originadas dos satélites NOAA, processadas no SIMEPAR. Permite também o cruzamento destas imagens com as informações contidas nos demais temas da base de dados geográficos apresentados na Figura 2, bem como, o cruzamento com as informações geradas no Sistema Risco de Incêndio Florestal (RIF)(Guetter et al.,2001). O Fire combina a habilidade de cruzar e compor informações em diferentes layers com a facilidade de gerar informações estratégicas. Aumenta em muito a capacidade de identificar os focos de calor detectados pelo sistema de sensoriamento remoto como falso alarme, por exemplo, comparando-se a informação da localização dos focos de calor com o estado de vegetação, índices de risco de incêndio florestal e rodovias, pode-se avaliar com maior critério a se determinado foco trata-se, ou não, de um caso de incêndio florestal. A Figura 3 apresenta a barra de menu do Fire com as opções disponíveis. As opções que destacadas em vermelho são dispponíveis no ArcView. As opções destacadas em azul foram customizadas para o Fire. As duas opções Dynamic e Static permitem o acesso à base de dados dinâmica (dados atualizados diariamente) e fixa (informações logísticas e administrativas) e as opções Utilities e Settings são ferramentas para composição de temas e cruzamento de dados. Figura 3 Barra de menu do FIRE A Figura 4 apresenta a tela inicial do Fire com a opção Static ativada apresentando os temas disponíveis. Figura 4 Tela de abertura do Fire indicando os temas disponíveis no conjunto de dados estáticos.

5 3 RESULTADOS E DISCUSSÃO Ao executar o Fire, o usuário tem acesso ao menu inicial apresentado na Figura 4 onde se encontram as opções de acesso aos dados e demais ferramentas. Em um ambiente operacional o procedimento consiste, em primeiro lugar, na verificação de ocorrência de focos de calor durante última passagem do satélite. Caso tenha ocorrido a detecção, a etapa seguinte consiste na eliminação, por meio do cruzamento de informações, dos focos identificados como alarme falso. A estratégia de ações e procedimentos seguintes dependerão em grande parte do sucesso desta operação. Na Figura 5, é apresentado um cruzamento de informações onde se visualiza a localização de focos de calor, sobrepostos ao NDVI, à malha viária principal do Paraná e à localização de Grupamentos do Corpo de Bombeiros, conforme legenda. Ao selecionar-se um determinado foco, suas coordenadas geográficas (latitude e longitude) e outros dados são apresentados em uma janela de diálogo (canto inferior direito da Figura 5). Quanto menor o valor do NDVI que se encontra na escala do lado esquerdo da Figura 5, maior será o estado combustibilidade da vegetação. O cruzamento de informações permite associar os focos de calor com o estado da vegetação, rodovias etc de forma a se obter elementos para uma análise consistente sobre a natureza de determinado foco. Figura 5 Tela do Fire com sobreposição de temas e janela de diálogo Além das visualizações do IVDN e dos focos de calor, o SIG em desenvolvimento no Simepar permite o cruzamento dessas informações com dados fisiográficos e logísticos que evidentemente servem de suporte para definição de estratégias e planos de ação para o combate imediato ao incêndio. Os dados fisiográficos abrangem a rede hidrográfica, as unidades de conservação ambiental e as cenas das imagens LANDSAT-TM que cobrem o estado do Paraná, bem como as bases de relevo e de cobertura vegetal, tendo estas ultimas resolução espacial de um quilômetro. Os dados logísticos, por sua vez, consistem em mapas da malha viária principal e secundária do Estado, e informações sobre recursos humanos e materiais disponíveis nas unidades dos organismos estaduais e federais que estão envolvidos na preservação dos recursos naturais. Na Figura 6, é apresentado a visualização com a utilização do recurso de zoom tornando possível a visualização aproximada do entorno de uma área com provável ocorrência de incêndio florestal, localizada na região litorânea. Nesta tela foram carregadas, além do foco de calor (em destaque) a malha viária primária (em amarelo), a secundária (em marrom) e a Imagem LANDSAT-TM com resolução espacial de 30 metros. A Figura 7 apresenta o recurso de seleção dos focos de calor para determinação de unidades administrativas mais próximas com a indicação da rota e o cálculo da menor distância (em km) entre o foco e uma determinada unidade

6 administrativa. Nota-se ainda, na tela de diálogo aberta sobre o mapa, as informações sobre o foco e a respectiva unidade selecionada identificando o IVDN, a elevação e o tipo de vegetação no local onde e encontra o foco. Figura 6 Tela do FIRE com um foco de calor destacado, malha viária primária e secundária e imagem LANDSAT-TM Figura 7 Tela do Fire com unidades administrativas mais próximas, indicação da rota e o cálculo da menor distância

7 4 CONCLUSÕES O Sistema de Tomada de Decisão para Incêndio Florestal ampliou significativamente a abrangência das informações disponíveis no RIF em dois aspectos: (a) base de dados logísticos e (b) sensoriamento remoto por satélite. O primeiro fornece dados georeferenciados que servem como suporte à definição de estratégias de ação, tanto para o combate de incêndios florestais quanto para outros tipos de desastres naturais. O segundo fornece informações em tempo quase real sobre a ocorrência e localização de focos de calor que, combinadas ao conjuntos de informações geofísicas disponíveis na base de dados do sistema reduz significativamente o risco de falso alarme. O sistema encontra-se em fase pré-operacional e poderá ser acessado remotamente pela Secretaria de Meio Ambiente e demais órgãos que atuam na prevenção e combate a incêndios florestais do Paraná. 5 AGRADECIMENTOS Os autores agradecem ao Enhenheiro Florestal Jackson Luiz Vosgerau (IAP) ao Major Sérgio Gonçalves de Oliveira (CEDEC) pelo apoio e sugestões na formatação do Sistema de Tomada de Decisões para Incêndios Florestais e à Secretaria do Meio Ambiente do Paraná (SEMA) pela disponibilização de dados logísticos do estado do Paraná. 6 REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS GUETTER, A.K., PRATES, J.E., ZAICOVSKI, M.B. Avanços na avaliação das condições climáticas e de tempo associadas com o risco de incêndio florestal. Curitiba: SIMEPAR, Apostila p. PRATES, J.E.; GUETTER,A,K.; ZAICOVSKI, M.B.; PAULA de, E. V. Sistema Automático de Detecção de Focos de Calor e Monitoramento da Cobertura Vegetal por Meio de Imagens NOAA/AVHRR. Curitiba: SIMEPAR, Relatório Técnico 26/ p. PRATES, J.E.; PAULA de, E. V. Instruções para Acesso e Visualização dos Focos de Calor. Curitiba: SIMEPAR, Relatório Técnico 004/ p. SCHOPPENHORST, J. Fire Identification and Response. Kiel: Coastal Geosciences and Engineering, Christian A Albrechts University-Kiel-Alemanha, Apostila p. ZAICOVSKI, M.B.; GUETTER, A.K.; QUADRO de, M.F.L. Sistema de Monitoramento e Previsão Climática para o Risco de Incêndio Florestal (Rif) no Paraná. In: CONGRESSO BRASILEIRO DE METEOROLOGIA, Rio de Janeiro, RJ, Anais...(CD-ROM), Rio de janeiro, Sociedade Brasileira de Meteorologia