Imagens de alta resolução do satélite CBERS 2B/HRC e do Google Earth aplicadas na caracterização urbana de Alfenas MG

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1 Imagens de alta resolução do satélite CBERS 2B/HRC e do Google Earth aplicadas na caracterização urbana de Alfenas MG Bruno de Oliveira Souza 1 Ericson Hideki Hayakawa 2 Fernando Shinji Kawakubo 1 Rúbia Gomes Morato 1 1 Universidade Federal de Alfenas UNIFAL CEP Alfenas - MG, Brasil. brunooliveira_souza@hotmail.com, fskgeo@gmail.com, rubiagm@gmail.com 2 Universidade Estadual do Oeste do Paraná GEOGRAFIA-GEA/UNIOESTE CEP Marechal Cândido Rondon PR, Brasil. ericson_geo@yahoo.com.br Abstract: Brazilian population exceed 190 million people of which 84% live in urban areas. This configuration combined with the lack of public policies and effective urban planning reproduce numerous problems in most Brazilian cities, as inadequate infrastructure, pollution, deficient public transport, scarcity habitation, health and educations services collapsed, among others. The knowledge about the dynamics of urban areas and its configuration pattern is an important way to support alternatives aimed to minimize the urban problems. Nowadays remote sensing data and techniques have been an important instrument to describe the urban areas, especially remote sensing images with high spatial resolution. The main goal is to characterize the urban area of Alfenas MG from mapping the type of cover (roofs) present on the constructions to verify the residence distribution considering the pattern (high, median and low) of construction, industry and empty areas. Materials included images from CBERS-2B (CCD and HRC sensors), aerial photography and Google Earth images. In other to improve the visual interpretation of HRC images, IHS transformation was performed using CCD and HRC images. The mapping procedure was performed based on visual interpretation and considering five classes: ceramic roofs, fiber-cement roofs, metal roofs, mixed areas and empty areas. The remote sensing data allowed to separate the different types of roofs and also revealed the social and economic conditions of the population, exemplified by the presence of pools. Ceramic roofs are present in areas of better social and economic conditions, different of fiber-cement roofs that are present in peripheral areas. Metal roofs are verified in industrial areas. Palavras-chave: Alfenas, remote sensing, CBERS2B/HRC, IHS transform, urban area, Alfenas, sensoriamento remoto, CBERS 2B/HRC, fusão IHS, área urbana. 1. Introdução De acordo com o censo demográfico de 2010, a população brasileira ultrapassou os 190 milhões de habitantes, e 84,4% desta população concentra-se em áreas urbanas (IBGE, 2010). Esta configuração aliada à ausência de políticas públicas e planejamento urbano eficazes acarreta em inúmeros problemas na grande parte das cidades brasileiras. Estes podem ser exemplificados por escassez de moradias, infraestrutura inadequada, poluição, congestionamentos, transporte público deficiente, serviços de saúde e educação deficitários, dentre outros. A fim de amenizar ou mitigar alguns desses problemas, conhecer as peculiaridades do perímetro urbano e a contextualização social em que a população se insere, dentre outras ações, constitui uma importante ferramenta para o planejamento urbano. Localizada no sul do estado de Minas Gerais, a cidade de Alfenas conta com uma população de habitantes (IBGE, 2010). Dados do censo demográfico 2010 mostram que 93,8% desta população residem em área urbana. Considerada um dos mais importantes centros produtores de café do país, e também um polo educacional e de saúde, a cidade começa a mostrar problemas típicos da crescente urbanização e que 2172

2 ainda não são bem compreendidos. Especulação imobiliária, congestionamento e ausência de estacionamento, criminalidade, transporte público deficitário são alguns dos problemas decorrentes do crescimento urbano. De outro lado, os avanços nas geotecnologias, especialmente na área do sensoriamento remoto nas últimas décadas torna possível a realização de um número cada vez maior de estudos que têm por objetivo a caracterização dos diferentes tipos de usos do solo em áreas urbanas (Anazawa et al., 2009; Leonardi et al., 2009; Novack, 2009; Dal Asta et al., 2011; Carvalho et al., 2011; Ribeiro et al., 2011). Tal fato é possível principalmente pelo constante desenvolvimento de sensores de alta resolução espacial, o que permite uma melhor caracterização da área urbana, e consequentemente, auxiliar na tomada de decisões quando o assunto tratado é o conhecimento e o planejamento urbano. Ademais, conforme Souza e Rodrigues (2011), nas imagens são possíveis identificar como se configura uma série de elementos que compõem a área urbana, como: o tamanho dos lotes, a organização interna das quadras e lotes, presença de vegetação, material de cobertura dos telhados, densidade de ocupação das quadras residenciais, presença de piscinas, solo exposto, sombra, verticalização, dentre outros, configurando diferentes padrões espaciais. Diante da problemática suscitada e da disponibilidade de ferramentas que auxiliam na compreensão da organização espacial urbana, tem-se uma forma pertinente de compreender a os diferentes padrões espaciais da cidade de Alfenas. Neste sentido, o objetivo deste trabalho é o de caracterizar a área urbana de Alfenas a partir do mapeamento do tipo de cobertura (telhado) das construções a fim de espacializar a distribuição dos tipos de residência (alto, médio e baixo padrão), além do comércio, indústria e terrenos sem construções. 2. Materiais e métodos 2.1 Área de estudo A área de estudo contempla o núcleo urbano da cidade de Alfenas MG (Figura 1). O município de Alfenas/MG localiza-se na Macro-região Sul/Sudeste de Minas Gerais. Inserida na bacia hidrográfica do Rio São Tomé, Alfenas possui uma área de 848,32 km² e está a uma altitude média de 850 m em relação ao nível do mar, e é banhada pela Usina Hidrelétrica de Furnas. 2173

3 Figura 1: Município de Alfenas/MG. Ao centro (tom rosa) núcleo urbano de Alfenas. Os tons azuis referem-se ao lago de Furnas. Imagem do CBERS 2B/CCD, Composição R (3) G (4) B (2). 2.2 Materiais Para a execução do projeto foram utilizadas imagens do satélite sino-brasileiro CBERS 2B. Selecionaram-se imagens dos sensores CCD e HRC. A primeira possui resolução espacial de 20 metros e contempla as faixas espectrais do azul, verde, vermelho e infravermelho próximo. A segunda imagem possui resolução espacial de 2,7 metros em sua faixa pancromática. As imagens são datadas de 14/06/2008 e 28/03/2008, respectivamente. A cena foi obtida do catálogo de imagens do Instituto Nacional de Pesquisas Espaciais (INPE) no endereço eletrônico Também foram utilizadas fotografias aéreas na escala aproximada de 1:6000 datadas do ano de Para a elaboração dos mapas utilizamos os softwares Ilwis e Spring Métodos Processamento das imagens A técnica utilizada para o processamento das imagens baseou-se na fusão. Esta baseou-se na no método HSV (hue - matiz, saturation saturação e value - valor), também conhecido como IHS (intensity intensidade, hue - matiz, saturation - saturação), conforme consta no Manual do usuário do ENVI. Neste técnica três bandas de um sensor de baixa resolução espacial dispostas no espaço de cor RGB são transformadas em três bandas no espaço de cores IHS (Jensen, 2005). 2174

4 Pormenorizadamente, a matiz refere-se a cor pura dominante percebida (vermelho, amarelo, azul, etc.). A saturação é quanto a cor pura dominante (matiz) é diluída pela luz branca e intensidade é a quantidade de luz refletida (claro/escuro) (Moreira, 2011). Dessa forma, aliou-se a melhor resolução espacial (2,7m) da imagem pancromática do sensor HRC, com as propriedades espectrais das bandas do sensor CCD, com resolução de 20m. O resultado é uma imagem colorida com a resolução espacial da imagem pancromática, neste caso, 2,7m. O procedimento foi realizado no aplicativo ENVI, versão 4.5. O processo de fusão exige que as imagens estejam georeferenciadas ou co-registradas entre si. Neste trabalho, optou-se por co-registro entre as cenas CCD e a HRC, que neste caso empregou 40 pontos de controle. Após o procedimento de fusão, efetuou-se o georeferenciamento das cenas a partir de uma imagem RAPIDEYE, a qual é ortoretificada e com resolução do pixel de 5m. Após a transformação do espaço RGB para o espaço HSV, substituímos o valor da banda V (Value) pela imagem pancromática de alta resolução HRC. Na reamostragem utilizou-se o método do vizinho mais próximo, onde o pixel reamostrado assume o valor daquele mais próximo do seu centro. Como produto final, obtemos uma imagem de alta resolução espacial, dotada de características espectrais Mapeamento das coberturas residenciais e comerciais O mapeamento de coberturas residenciais foi realizado a partir de classificação visual da imagem HRC fusionada. Para auxiliar nesta tarefa, procedeu-se também com a interpretação visual das imagens do Google Earth, datadas de 2003 e das fotografias aéreas na escala 1:6000 e datadas de Definiram-se cinco classes de mapeamento: 1) telhados com telhas de cerâmica, 2) telhados com telhas de fibrocimento, 3) áreas mistas (telhas de cerâmica e fibrocimento), 4) telhados com telhas metálicas e, 5) vazios urbanos. A partir das imagens do Google Earth e fotografias aéreas, também se efetuou o mapeamento das piscinas presentes na área urbana de Alfenas. As piscinas mapeadas foram inseridas no Sistema de Informação Geográfico SPRING 5.2 a fim de verificar sua distribuição, sendo também utilizado o estimador de densidade Kernel. 3. Resultados e Discussão 3.1 Classificação visual de padrões de ocupação A utilização da imagem fusionada, com o amparo de outros dados como fotografias áereas e imagens de alta resolução do Google Earth permitiram a classificação visual dos tipos de coberturas (telhados) presentes nas construções e seus respectivos padrões de ocupação (Figura 2). As áreas de telhados com telhas de cerâmica concentram-se na porção centro-sul e sudeste da área urbana de Alfenas. Demais áreas também são observadas na parte centro-norte e em bairros periféricos. Áreas com telhados de telha de fibrocimento concentram-se margeando as áreas centrais. Áreas com telhados mistos encontram-se dissipados no núcleo urbano. Telhados com estruturas metálicas são observados principalmente na área periférica, em locais destinados especificamente para a alocação de indústrias. As áreas de vazios urbanos também são identificadas dissipadas em diferentes porções da área urbana, mas concentram-se nas áreas periféricas. 2175

5 Figura 2 Distribuição dos tipos de coberturas (telhados) presentes na área urbana de Alfenas MG. A concentração de coberturas do tipo telhas de cerâmica localiza-se em áreas residenciais centrais, bem como os bairros Jardim Aeroporto e Jardim São Carlos, localizados na porção sudeste e centro norte da cidade. Estes locais são considerados pela população de Alfenas como bairros cujos moradores possuem melhor condição socioeconômica. Este tipo de cobertura também é observado no condomínio de alto padrão e em bairros residenciais onde predominam indivíduos das chamadas classes A e 2176

6 B. Neste sentido, conforme Souza e Rodrigues (2011), a fragmentação e a desigualdade que o núcleo urbano apresenta reflete a estrutura da sociedade na cidade. A distinção espacial observada reflete também a distinção social. A relação entre o tipo de cobertura (telhado) e o padrão de residência (alto, médio e baixo) também pode ser evidenciada pelo mapeamento de piscinas na área urbana de Alfenas. Embora a imagem e as fotografias aéreas utilizadas sejam datadas de 2003 e 2006, é nítido que a maior concentração de piscinas é verificada nos bairros cujos moradores são considerados como de melhor condição socioeconômica, como o Jardim Aeroporto, Jardim São Carlos, condomínio residencial Jardim das Colinas e também na região centro-sul da cidade (Figura 3A-B). Nestas áreas, encontram-se até três piscinas por 2000m². Figura 3 A) Distribuição de piscinas na área urbana de Alfenas. B) Densidade de distribuição de piscinas a partir de estimador Kernel. Fotografias obtidas em cada um dos setores mapeados retratam os tipos de construções e suas respectivas coberturas (telhados), os quais, por sua vez, refletem a condição socioeconômica dos seus respectivos proprietários (Figura 4). Contudo, cabe lembrar que em alguns casos como na área central, embora o valor comercial dos imóveis e terrenos sejam maiores, denotando possível melhor condição socioeconômica, as casas são antigas, e refletem o início da ocupação urbana de Alfenas. 2177

7 Figura 4 Tipos de coberturas predominantes verificados na área urbana de Alfenas. A e B) cobertura mista (fibrocimento e cerâmica) C) cerâmica. D) Fibrocimento. E) Metálica. F) Vazios urbanos. 4. Conclusão Os dados de sensoriamento remoto e a técnica de fusão contribuíram para o mapeamento dos tipos de coberturas (telhados) das construções da área urbana de Alfenas e a espacialização de recursos como piscinas. Verificou-se não só a distinção dos diferentes tipos de coberturas bem como também foi inferido a condição sócioeconômica de parte da população, exemplificado pelo mapeamento das piscinas. Este tipo de trabalho, pautado no mapeamento do uso do solo pode contribuir para o entendimento de algumas dinâmicas urbanas, como atividades que compreendem os aspectos sociais, econômicos e culturais. Neste sentido, auxilia sobremaneira na 2178

8 definição de estratégias para o planejamento urbano, bem como nos aspectos referentes ao zoneamento urbano ou definição de leis de uso do solo. Agradecimentos Ao Conselho Nacional de Desenvolvimento Científico e Tecnológico (CNPq) pela concessão de bolsa de iniciação científica ao primeiro autor e a Santiago & Cintra Consultoria por ceder imagens RapidEye. Referências Bibliográficas Anazawa, T. M.; Silva, A. E. P.; Fonseca, L. M. G.; Monteiro A. M. V.; Feitosa, F. F. Análise dos padrões de ocupação urbana em São Sebastião (SP), a partir de imagens CBERS 2B e LANDSAT 7. In: Simpósio Brasileiro de Sensoriamento Remoto (SBSR), 14., 2009, Natal. Anais...São José dos Campos: INPE. Artigos, p CD-ROM, On-line. Carvalho, M. V. A.; Kux, H. J. H.; Florenzano, T. G.; Moreira, M. A. Fusão de imagens aplicada a estudos urbanos: avaliação de diferentes técnicas em imagens WorldView-2. In: Simpósio Brasileiro de Sensoriamento Remoto (SBSR), 15., 2011, Curitiba. Anais...São José dos Campos: INPE. Artigos, p CD-ROM, On-line. Dal Asta, A. P.; Brigatti, N.; Amaral, S.; Escada, M. I. S. Imagens de alta resolução espacial para a caracterização de núcleos urbanizados do Distrito Florestal Sustentável da BR 163 Pará, Brasil. In: Simpósio Brasileiro de Sensoriamento Remoto (SBSR), 15., 2011, Curitiba. Anais...São José dos Campos: INPE. Artigos, p CD-ROM, On-line. Jensen, J. R. Introductory digital image processing: a remote sensing perspective. Prentice Hall, Upper Saddle River, United States of America, Leonardi, F.; Oliveira, C. G.; Fonseca, L. M. G.; Almeida, C. M. Fusão de Imagens CBERS 2B: CCD- HRC. In: Simpósio Brasileiro de Sensoriamento Remoto (SBSR), 14., 2009, Natal. Anais...São José dos Campos: INPE. Artigos, p CD-ROM, On-line. Moreira, M. A. Fundamentos de sensoriamento remoto e metodologias de aplicação. 4 Ed. Editora UFV, Viçosa, Novack, T. Classificação da cobertura da terra e do uso do solo urbano utilizando o sistema InterIMAGE e imagens do sensor QuickBird p. (INPE TDI/1580). Dissertação (Mestrado em Sensoriamento Remoto) - Instituto Nacional de Pesquisas Espaciais, São José dos Campos Primeiros resultados definitivos do Censo Demográfico 2010, disponíveis em: Ribeiro, B. M. G.; Fonseca, L. M. G.; Kux, H. J. H. Avaliação das imagens WorldView-II para o mapeamento da cobertura do solo urbano utilizando o sistema InterIMAGE. In: Simpósio Brasileiro de Sensoriamento Remoto (SBSR), 15., 2011, Curitiba. Anais...São José dos Campos: INPE. Artigos, p CD-ROM, On-line. Souza, I. M., Rodrigues, A. M. Uso de imagens de alta resolução espacial para análise da diferenciação socioespacial em São José dos Campos SP. In: Simpósio Brasileiro de Sensoriamento Remoto (SBSR), 15., 2011, Curitiba. Anais...São José dos Campos: INPE. Artigos, p CD-ROM, On-line. 2179