ANÁLISE ESPACIAL INTEGRADA NO BONFIM, PETROPÓLIS, RJ, APLICADO AO USO DA TERRA E COBERTURA VEGETAL, COM SUPORTE DE GEOTECNOLOGIAS

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1 RELATÓRIO TÉCNICO PROJETO DE PESQUISA FAPERJ AUXÍLIO À PESQUISA APQ1 PROCESSO E-26/ /2012 RESPONSÁVEL: GILBERTO PESSANHA RIBEIRO ANÁLISE ESPACIAL INTEGRADA NO BONFIM, PETROPÓLIS, RJ, APLICADO AO USO DA TERRA E COBERTURA VEGETAL, COM SUPORTE DE GEOTECNOLOGIAS Fevereiro/2014

2 1. INTRODUÇÃO Desde 2009 são desenvolvidas pesquisas aplicadas envolvendo análises geográficas de recortes espaciais do Parque Nacional da Serra dos Órgãos (PARNASO), entre eles, e em particular, a sub-bacia hidrográfica do rio Bonfim, localizada em Petrópolis, RJ. O projeto em curso envolve procedimentos que permitam o mapeamento digital da área do Bonfim, que possui atividades agrícolas e turísticas de forma predominante. Estão sendo usados mosaicos de fotografias aéreas para os anos de 1965, 1975, 1994 e Imagens IKONOS do ano de 2003 também foram utilizadas. Este projeto consiste em aquisição de imagens recentes que possibilitem executar o mapeamento de uso da Terra e cobertura vegetal, numa perspectiva de apresentar cenário atual com a quantificação de áreas e subsídios para a gestão ambiental local, com participação da comunidade organizada do Bonfim, em especial, Associação dos Produtores Rurais e Associação de Moradores. Nesta área de estudos viveu recentemente movimento de redelimitação do limite do PARNASO, com esforços concentrados em estabelecimento de territórios de ação do Ministério do Meio Ambiente, através do ICMBio, e as intervenções humanas locais necessitam de ordenamento espacial. Essa demanda foi identificada em reuniões do Conselho dessas Associações. Técnicas de levantamentos topográficos e geodésicos, aliados ao processamento de imagens viabilizarão o mapeamento digital, diante também das novas imagens de satélites de alta resolução a serem adquiridas da área de interesse. Serão gerados mapas de uso da Terra e cobertura vegetal, e comparações serão feitas com os cenários históricos, com forte tendência de agregação de dados alfanuméricos socioeconômicos no ambiente de um Sistema de Informação Geográfica (SIG). 2. RESULTADOS O mapeamento no SPRING foi desenvolvido com base em imagens de mosaicos de ortofotografias, e o que se espera é aplicação de recursos financeiros que viabilizem a ampliação deste mapeamento com dados de imagens recentes, e técnicas e métodos de campo que reflitam a

3 realidade de uso da Terra e cobertura vegetal, como subsídio para o planejamento ambiental. A geração intensiva e concentrada de mapas, cartas e plantas com a indicação de padrões de uso humano no Bonfim e aspectos pontuais ambientais, teve como finalidade a reorientação de ações locais tanto das associações como dos gestores públicos. Foram disponibilizados resultados em link no website contendo relatórios técnicos, documentos cartográficos diversos e publicações relacionadas ao tema central. Os colaboradores neste projeto foram: Bruno Ferraz Bartel (Geografia-UFF), Artur Willcox dos Santos (Geografia- UFF), Ivandro Patrick de Oliveira Coutinho (Geografia-UFF) e Ubiratan de Souza Dias Junior (Serviço Social-UFF). Com as imagens GeoEye e o computador desktop adquiridos foram feitos ensaios e testes laboratoriais com processamento dessas imagens.

4 A seguir são apresentadas as etapas de desenvolvimento num minitutorial (processamento das imagens no sistema SPRING): Primeiramente foram contabilizados os tempos de segmentação para as similaridade 25_400, 30_400, 35_400 e 40_400, através de menu IMAGENS> SEGMENTAÇÃO, selecionou-se a composição RGB_432_C, e após isso as bandas 4, 3 e 2, no menu. Para o plano do retângulo envolvente foram usadas as coordenadas planas UTM (expressas em m): X1 = ; Y1 = ; X2 = ; Y2 = Resultado: Para cada segmentação, foram feitas capturas de tela do tempo de processamento no computador (segue respectivamente a ordem das similaridades):

5 25_400: 30_400:

6 35_400: 40_400:

7 Na seqüência, foi feita a classificação orientada, uso da Terra, com as bandas 432, com similaridade 30_400. Na fase de Treinamento (aquisição de amostras),obteve-se:

8 Foram adquiridas amostras para os seguintes temas: Obras e Edificações (COR: VERMELHO), Área Agrícola (COR: LARANJA), Afloramento Rochoso com Vegetação Rupestre (COR: MARROM), Sombra (COR: ROXO) e Floresta Atlântica (COR: VERDE), e com isso foram adquiridas algumas áreas amostrais para assim formar a imagem classificada. Após aquisição, foi feita a classificação de imagens, do tipo do classificador Bhattacharya, com liminar de aceitação em 95%. A seguir, são apresentados o tempo de processamento da classificação, o classificador e a imagem antes do resultado final:

9 O resultado da classificação com a criação da guia auxiliar com a imagem é mostrado a seguir, lembrando que, na classificação, cada cor é indicativa de um tipo de padrão de uso da Terra e cobertura vegetal. Muito embora tenha sido um resultado satisfatório, optou-se por fazer um refinamento manual na classificação, a fim de identificar falhas no processo automático de classificação. Após o refinamento, o tempo de processamento foi:

10 E, assim, o novo resultado da amostragem foi: A critério de comparação e análise, a seguir tem-se as etapas para a classificação orientada, com as bandas 432, com similaridade 20_400, seguindo os passos que já foram apresentados para as segmentações anteriores.

11 Tempo de processamento da segmentação: Após o processamento, obteve-se o seguinte resultado: Com essa segmentação, os polígonos se apresentaram melhor delimitados, com apoio de análise visual de cor, textura e forma, e dessa maneira, a classificação supervisionada se tornou mais refinada.

12 Na seqüência, houve o processo de adquirir amostras, através do menu IMAGENS>CLASSIFICAÇÃO. Para essa nova segmentação, criou-se um novo contexto, que foi chamado de USO_DA_TERRA_2. Os temas usados nesse novo contexto foram os mesmos anteriormente descritos, que são: Obras e Edificações (COR: VERMELHO), Área Agrícola (COR: LARANJA), Afloramento Rochoso com Vegetação Rupestre (COR: MARROM), Sombra (COR: ROXO) e Floresta Atlântica (COR: VERDE), como mostrado:

13 Com os temas já criados e as amostras escolhidas, iniciou-se o processo de classificação de amostras, com o classificador Bhattacharya, com liminar de aceitação em 95%. Em primeira etapa, o resultado da análise de amostras:

14 Então, partiu-se para a classificação da imagem, com o tempo de processamento de: A seguir, o resultado obtido foi:

15 A seguir são apresentados os resultados finais na forma de cartas-imagem e mapas temáticos (processamento das imagens no sistema SPRING): Figura 1: Carta-imagem a partir de imagens GeoEye RGB432 de Petrópolis- RJ.

16 Figura 2: Carta-imagem a partir de imagens GeoEye RGB321 de Petrópolis- RJ.

17 Figura 3: Carta-imagem a partir de imagens GeoEye RGB123 do Bonfim, Petrópolis-RJ.

18 Figura 4: Carta-imagem a partir de imagens GeoEye RGB432 do Bonfim, Petrópolis-RJ.

19 Figura 5: Segmentação sobre imagens GeoEye RGB432 do Bonfim, Petrópolis-RJ (similaridade = 20; região = 400 pixels).

20 Figura 6: Mapa temático a partir de imagens GeoEye RGB432 do Bonfim, Petrópolis-RJ. 3. COMENTÁRIOS A experiência com uso de imagens GeoEye permitiu realização de experimentos e ensaios laboratoriais com a participação de alunos do curso de Engenharia Cartográfica da UERJ, de Geografia e Geofísica da UFF. O sistema SPRING foi explorado no que se refere às funcionalidades relativas ao processamento de imagens. Resultados parciais foram descartados, uma vez que houve trabalhos de campo que comprovaram padrões de uso da Terra e cobertura vegetal quando no processo houve conflitos ou confusão de temas. O Laboratório de Computação Aplicada à Cartografia (LCAC) da UERJ teve em seu acervo novas imagens para uso em atividades de ensino e didáticas. Foi avaliada metodologia para geração de mapas temáticos de uso da Terra e cobertura vegetal, passo importante para validação do sistema

21 SPRING na busca de melhores soluções no uso de imagens de satélites de alta resolução espacial. 4. BIBLIOGRAFIA DE REFERÊNCIA ANDERSON, J. R., HARDY, E. E., ROACH, J T. & WITMER, R. E. Sistema de classificação de uso da Terra e do revestimento do solo para utilização com dados de sensores remotos Superintendência de Recursos Naturais e Meio Ambiente, IBGE, ASSOCIAÇÕES BONFIM A Comunidade do Bonfim Ameaçada pelo Decreto- Lei n o /1984, CORRÊA, F. V. O Parque Nacional da Serra dos Órgãos: Entendendo a Dinâmica do Conflito na Gestão, Dissertação de mestrado, Programa EICOS - Psicossociologia de Comunidades e Ecologia Social, UFRJ, CRUZ, Z. Q. Mapeamento digital regional do uso e cobertura da terra em unidade de conservação a partir de imagens CBERS para apoio a gestão ambiental, Projeto de Graduação, Engenharia Cartográfica (UERJ), FUNDAÇÃO CIDE Base cartográfica, Condicionantes físico-ambientais e uso do solo escala 1/ , GELELETE, G. J. A. Classificação digital de uso da terra e cobertura vegetal de zona costeira em Araruama (RJ) a partir de imagens sensoriais, Projeto de Graduação, Engenharia Cartográfica (UERJ), GEMAEL, C. & ANDRADE, J. B. Geodésia Celeste, Editora da UFPR, IBAMA/Escritório Regional de Campos dos Goytacazes Mapa de gestão de mosaicos por unidades de conservação no norte e noroestefluminenses, INPE Sistema de Processamento de Informação Georeferenciada - SPRING, 2012.

22 LOURENÇO, A. E. P. O Bonfim Sua gente, suas entradas e saídas Mapeamento elaborado como parte do projeto O Bonfim na Balança: perfil nutricional e percepções sobre práticas alimentares e de atividade física em um bairro rural de Petrópolis, Rio de Janeiro, Petrópolis, RJ Fundação Oswaldo Cruz, MOREIRA, M. A. Fundamentos do Sensoriamento Remoto e metodologias de aplicação. 3º Edição. Ed. UFV NETO, R. S. M. Mapeamento digital do entorno da Baía de Guanabara em suporte à análise ambiental, Projeto de Graduação, Engenharia Cartográfica (UERJ), NOVO, E. M. Sensoriamento Remoto, Editora Blucher, PEREIRA, M. F. M. Mapeamento digital de zona urbana em Teresópolis (RJ), adjacente ao Parque Nacional da Serra dos Órgãos (PARNASO), a partir de imagens IKONOS II, Projeto de Graduação, Engenharia Cartográfica (UERJ), PINHEIRO, T. C. Mapeamento digital do município de São João da Barra (RJ) com suporte de imagens IKONOS e dados GPS, como requisito para revisão do plano diretor municipal, Projeto de Graduação, Engenharia Cartográfica (UERJ), RIBEIRO, G. P. & BARTEL, B. F. Projeto de Consolidação Territorial do Parque Nacional da Serra dos Órgãos PARNASO, Cadastro de Imóveis (Vistoria), UERJ, RIBEIRO, G. P. & BARTEL, B. F. Projeto de Consolidação Territorial do Parque Nacional da Serra dos Órgãos PARNASO, Relatório de Propriedades, UERJ, RIBEIRO, G. P. & BARTEL, B. F. Projeto de Consolidação Territorial do Parque Nacional da Serra dos Órgãos PARNASO, Relatório do SIG 1/10.000, UERJ, RIBEIRO, G. P. & BARTEL, B. F. Projeto de Consolidação Territorial do Parque Nacional da Serra dos Órgãos PARNASO, Relatório do SIG 1/50.000, UERJ, 2008.

23 RIBEIRO, G. P. & BARTEL, B. F. Projeto de Consolidação Territorial do Parque Nacional da Serra dos Órgãos PARNASO, Relatório de Pós- Processamento de dados GPS (relativos e estáticos), UERJ, RIBEIRO, G. P. & BARTEL, B. F. Projeto de Consolidação Territorial do Parque Nacional da Serra dos Órgãos PARNASO, Relatório Sintético 1 de Atividades, UERJ, RIBEIRO, G. P. & BARTEL, B. F. Projeto de Consolidação Territorial do Parque Nacional da Serra dos Órgãos PARNASO, Relatório Sintético 2 de Atividades, UERJ, RIBEIRO, G. P. & BARTEL, B. F. Projeto de Consolidação Territorial do Parque Nacional da Serra dos Órgãos PARNASO, Relatório Sintético Uso da Terra Bonfim (anos ), UERJ, RIBEIRO, G. P. & BARTEL, B. F. Projeto de Consolidação Territorial do Parque Nacional da Serra dos Órgãos PARNASO, Relatório Sintético Coleção de Documentos Cartográficos, UERJ, RIBEIRO, G. P. Tecnologias digitais de geoprocessamento no suporte à análise espaço-temporal em ambiente costeiro, Tese de doutorado, Programa de Pós-Graduação em Geografia, UFF, TRIGUEIRO, A., Mundo Sustentável - Abrindo espaço na mídia para um planeta em transformação, Editora Globo, TRIGUEIRO, A., Mundo Sustentável 2 Novos rumos para um planeta em crise, Editora Globo, Rio de Janeiro, 03/03/2014. Prof. Dr. Gilberto Pessanha Ribeiro.

24 5. ANEXOS 5.1. Relatório analítico dos mapeamentos feitos com mosaicos de fotografias aéreas e imagem de satélite IKONOS 5.2. Artigos publicados