Multidisciplinar Mapeamento do uso do solo para manejo de propriedades rurais Allan Arnesen Frederico T. Genofre Marcelo Pedroso Curtarelli
CAPÍTULO 5 Aplicativos utilizados e exemplo utilizando um aplicativo livre Atualmente existem diversos aplicativos disponíveis que são utilizados para classificação de imagens de satélite. Podem ser citados com destaque os seguintes aplicativos: a) SPRING: Sistema de Processamento de Informações Georreferenciadas desenvolvido pelo Instituto Nacional de Pesquisas Espaciais (INPE) no Brasil e distribuído gratuitamente<http://www.dpi.inpe.br/spring/portugues/>; b) ArcGIS: desenvolvido pelo Environmental Science ResearchInstitute (ESRI) nos Estados Unidos, sendo um aplicativo comercial<http://www.esri.com/software/ arcgis>; c) Envi: desenvolvido pela Exelis VIS nos Estados Unidos, sendo um aplicativo comercial<http://www.exelisvis.com/productsservices/enviproducts.aspx>;
Mapeamento do uso do solo para manejo de propriedades rurais d) ERDAS Imagine: desenvolvido pela Hexagon Geospatial, uma divisão da Intergraph Corporation, sendo um aplicativo comercial<http://www.hexagongeospatial.com/products/erdas-imagine/>. Neste capitulo da apostila serão apresentados em mais detalhes os aplicativos ArcGIS e SPRING e também será apresentado um exercício prático (passo a passo) de classificação de imagens utilizando um aplicativo de processamento de imagens de uso livre (SPRING). Em contrapartida, na vídeo-aula é feita uma demonstração utilizando um aplicativo comercial (ArcGIS). 6.1. ArcGIS for Desktop O ArcGIS for Desktop é um aplicativo comercial que permite aos profissionais de SIG: criar, editar e analisar conteúdo geográfico. O ArcGIS for Desktop é utilizado para transformar dados em informação através de várias funcionalidades de geoprocessamento contidas em suas aplicações. O ArcGIS for Desktop possui diversas ferramentas para a manipulação de dados vetoriais e matriciais, sendo uma das mais poderosas ferramentas de SIG disponíveis no mercado. Podem ser citados com destaque as seguintes toolbars (Tabela 8). No anexo A é apresentado um tutorial para baixar uma versão trial do aplicativo. Tabela 8. Ferramentas e aplicações do ArcGISfor Desktop. Toolbar 3DAnalyst Geostatistical Analyst Network Analyst Característica/Aplicação Análise de dados em uma perspectiva realista. Ferramentas de estatística avançada para gerir seus dados. Roteamento sofisticado, e análise de área de serviço. 54 IEPEC
Capítulo 5 Aplicativos utilizados e exemplo utilizando um aplicativo livre Toolbar SpatialAnalyst TrackingAnalyst Característica/Aplicação Forneça respostas estratégicas com inteligência geográfica usando análise espacial avançada. Revele e analise padrões de tempo e tendências em seus dados. O ArcGIS for Desktop está disponível em três licenças: Basic, Standard e Advanced (ArcView, ArcEditor e ArcInfo, respectivamente):»» Basic: permite visualizar, consultar e analisar dados espaciais, além da capacidade de criação e edição de conteúdo geográfico simples.»» Standard: inclui todas as funcionalidades da licença Basic e várias ferramentas para manipulação de conteúdo geográfico corporativo, além da capacidade de realizar controle de qualidade dos mesmos.»» Advanced: inclui todas as funcionalidades do Standard e várias ferramentas de análise espacial, conversão de geometrias e representação cartográfica. 6.2. SPRING O SPRING é um SIG no estado-da-arte com funções de processamento de imagens, análise espacial, modelagem numérica de terreno e consulta a bancos de dados espaciais. O SPRING é um projeto do INPE / DPI (Divisãode Processamento de Imagens) com a participação de: EMBRAPA/CNPTIA - Centro Nacional de Pesquisa Tecnológica em Informática para Agricultura; IBM Brasil - Centro O portal do agroconhecimento 55
Mapeamento do uso do solo para manejo de propriedades rurais Latino-Americano de Soluções para Ensino Superior e Pesquisa; TECGRAF - PUC Rio - Grupo de Tecnologia em Computação Gráfica da PUC-Rio e PETROBRÁS/ CENPES - Centro de Pesquisas "Leopoldo Miguez". O projeto contou com substancial apoio financeiro do CNPq, através dos programas RHAE e PROTEM/CC (projeto GEOTEC). Os objetivos do projeto SPRING são:»» Construir um sistema de informações geográficas para aplicações em Agricultura, Floresta, Gestão Ambiental, Geografia, Geologia, Planejamento Urbano e Regional;»» Tornar amplamente acessível para a comunidade brasileira um SIG de rápido aprendizado;»» Fornecer um ambiente unificado de Geoprocessamento e Sensoriamento Remoto para aplicações urbanas e ambientais;»» Ser um mecanismo de difusão do conhecimento desenvolvido pelo INPE e seus parceiros, sob forma de novos algoritmos e metodologias. O SPRING pode ser obtido gratuitamente através do seguinte sitio na internet: http://www.dpi.inpe.br/spring/portugues/download.php mediante a um prévio cadastro (Figura 17). 56 IEPEC
Capítulo 5 Aplicativos utilizados e exemplo utilizando um aplicativo livre Figura 17. Download do aplicativo SPRING. Maiores informações sobre o aplicativo SPRING podem ser obtidas através do seguinte sitio na internet: http://www.dpi.inpe.br/spring. 6.1.1.Exemplo de classificação de imagens com o aplicativo SPRING (passo a passo) Nesta sessão será apresentado um exercício (passo a passo) de classificação de imagens utilizando o aplicativo SPRING. Para tanto, será utilizada a mesma imagem utilizada no exercício prático da vídeo aula do capítulo 5 utilizando o aplicativo ArcGIS. Os resultados obtidos com os dois aplicativos poderão ser comparados posteriormente. O portal do agroconhecimento 57
Mapeamento do uso do solo para manejo de propriedades rurais Após a instalação do aplicativo SPRING serão criados três ícones na área de trabalho de seu computador. Para executar o aplicativo SPRING de um duplo clique no seguinte ícone (Figura 18): Figura 18. Ícone de inicializaçãodo aplicativo SPRING. A seguinte tela será apresentada (Figura 19). Menu Barra de ferramentas Área de trabalho Aba Barra de status Figura 20. Tela inicial do aplicativo SPRING. O primeiro passo é a criação de um banco de dados, que pode ser realizado utilizando o menu Arquivo -> Banco de dados (Figura 20). Na guia Banco de dados escolha o diretório onde o banco de dados será salvo (1), o nome do banco de dados (neste caso CursoIEPEC ) (2), o tipo de gerenciador de banco de dados (3) e aperte o botão Criar. Após a criação aperte o botão Ativar. 58 IEPEC
Capítulo 5 Aplicativos utilizados e exemplo utilizando um aplicativo livre 1 3 2 Figura 20. Criação do banco de dados. O segundo passo é a importação da imagem a ser utilizada no exercício e a criação de um projeto, que pode ser realizado utilizando o menu Arquivo -> Importar -> Importar dados vetorial e matriciais... (Figura 21). Na guia Importação escolha os dados a serem importados (neste casos a imagem OLI fornecida para o exercício prático do capítulo 5) na aba Dados (1) e o nome do projeto (neste caso Exemplo_IEPEC ), a categoria do dado importado (neste caso CAT_Imagem) e o nome do plano de informação (neste caso imagem_oli ) da aba Saída (2). Após clique no botão Executar O portal do agroconhecimento 59
Mapeamento do uso do solo para manejo de propriedades rurais 1 2 Figura 21. Importando dados e criando um projeto. Para visualizar os dados importados ative o painel de controle utilizando o ícone indicado na Figura 22. Note que foram importadas 6 bandas do sensor OLI, sendo estas apresentadas no painel de controle. Para visualizar as imagens importadas são possíveis duas opções: visualizar cada banda individualmente utilizando selecionando uma banda e selecionando a opção M (1) ou fazer uma composição colorida RGB utilizando três diferentes bandas e as opções R, G e B (2). A imagem será exibida na área de trabalho do aplicativo conforme ilustrado na Figura 22. Diferentes composições RGB podem ser criadas, dependendo do objetivo do estudo e do alvo a ser mapeado. Neste exemplo será utilizada a composição R3 G4 B5, conforme apresentado na Figura 22. 60 IEPEC
Capítulo 5 Aplicativos utilizados e exemplo utilizando um aplicativo livre Figura 22. Visualizando os arquivos importados. Para melhor visualizar as feições de interesse na composição RGB é possível realizar um Ajuste de histograma utilizando o menu Imagem -> Contraste (Figura 23).O ajuste de histograma é realizado utilizando diferentes parâmetros na guia de Contraste e pode ser realizado para os três diferentes canais (RGB) utilizando o menu Canal. O usuário pode realizar o ajuste de histograma de duas formas diferentes: (1) informando os parâmetros solicitados na guia de Contraste ou (2) clicando com sobre a figura do histograma apresentado na guia de Contraste. Clique com o botão esquerdo do mouse para ajustar o lado esquerdo do histograma e clique com o botão direito do mouse para ajustar o lado direito do histograma. Ao fechar a guia de contraste escolha a opção para manter o contraste aplicado. O portal do agroconhecimento 61
Mapeamento do uso do solo para manejo de propriedades rurais Figura 23. Ajuste de histograma. O terceiro passo é a classificação propriamente dita. Esta opção está disponível no menu Imagem -> Classificação (Figura 24). Na guia Classificação escolha o diretório onde os arquivos serão salvos (1) e crie o arquivo de contexto utilizando todas as bandas disponíveis (neste caso nomeado Contexto ) (2). 1 2 Figura 24. Classificação da imagem. 62 IEPEC
Capítulo 5 Aplicativos utilizados e exemplo utilizando um aplicativo livre Após a criação do arquivo de contexto escolha a opção treinamento na guia de Classificação (Figura 25). Já na guia Treinamento crie um tema de treinamento para cada classe de interesse. Para tanto, escolha o nome, a cor do tema e o modo do tema (os mesmo utilizados no exercício do capitulo 5) (1), escolha o tipo de amostra (neste caso aquisição e poligonal ) (2), desenho o polígono sobre as áreas conhecidas (3) e clique em adquirir (4), as amostras adquiridas são apresentadas na guia (5), sendo possível editá-las e removê-las caso seja necessário. Após a coleta de amostras de treinamento para todas as classes de interesse, clique em salvar e feche a guia de Treinamento. 1 2 5 4 3 Figura 25. Obtenção das amostras de treinamento. Selecione a opção Classificação na guia de Classificação (Figura 27). Na guia Classificação de Imagens, crie o arquivo da classificação (neste caso Class_1 ) (1), escolha o classificador (neste caso MAXVER ) (2) e os parâmetros do classificador (neste caso limiar de aceitação = 99,9%). Caso queira analisar o desempenho e a distribuição das amostras selecionadas para treinamento do classificador, selecione a opção Analisar Amostras na guia Classificação de Imagens (4). Para realizar a classificação aperte o botão Executar (5). O portal do agroconhecimento 63
Mapeamento do uso do solo para manejo de propriedades rurais 1 3 5 2 4 Figura 26. Classificação da imagem. O resultado da classificação é exibido na tela auxiliar (Figura 27). Faça o teste com diferentes limiares de aceitação e compare visualmente o resultado. Figura 27. Resultado da classificação. 64 IEPEC
Capítulo 5 Aplicativos utilizados e exemplo utilizando um aplicativo livre Caso seja necessário, é possível realizar a pós-classificação da imagem (um polimento no resultado final do mapeamento) utilizando a opção Pós-Classificação na guia Classificação (Figura 28). Teste o resultado para diferentes valores dos parâmetros de peso e limiar na guia Pós-Classificação e compare visualmente os resultados. Figura 28. Pós-classificação. Outra forma de realizar a pós-classificação é por meio da edição matricial, disponível no menu Imagem -> Edição matricial onde o usuário pode manualmente editar o resultado da classificação. Após a finalização da pós-classificação o usuário pode exportar o resultado para ser utilizado em outro aplicativo e para arquivamento para posterior análise ou para a validação dos resultados (geração da matriz de confusão). Para exportar o arquivo com o resultado da classificação em formato matricial (*.geotiff) o usuário deve ir no menu Arquivo -> Exportar dados vetoriais e matriciais. O portal do agroconhecimento 65
Anexo A - Tutorial para baixar a versão Mapeamento do uso do solo para manejo de propriedades rurais Neste tutorial é apresentado um passo a passo (6 passos) para a instalação da versão trial do aplicativo ArcGIS 10.1 for Desktop. 1) Acessar o seguinte endereço eletrônico: http://www.esri.com/landing-pages/software/arcgis/arcgis101-trial 2) Caso ainda não tenha cadastro, faça o cadastro de usuário para ter acesso ao conteúdo do site (indicado pela seta vermelha na Figura 31): Figura 29.Criando uma conta de usuário para baixa a versão trial do ArcGIS 10.1 for Desktop. 66 IEPEC
Capítulo 5 Aplicativos utilizados e exemplo utilizando um aplicativo livre 3) Ao acessar o site, leia os requisitos do sistema para saber se o computador tem a configuração adequada para o aplicativo e também leia as informações para baixar o programa (ver Figura 32); 4) Instale o Microsoft.Net Framework 3.5 Service Pack 1 disponível na seção de download (ver Figura 32) Figura 30. Requisitos do sistema e instruções para download. O portal do agroconhecimento 67
Mapeamento do uso do solo para manejo de propriedades rurais Figura 31. Escolha do idioma e download do aplicativo. 6) Para instalar siga as informações contidas no guia de instalação. Notas:»» A versão trial tem validade de 60 dias após sua instalação;»» Caso já tenha instalado alguma versão do ArcGIS em seu computador siga as instruções indicadas no site e utilize o ArcGIS Uninstall Utility( disponível na seção de downloads) para desinstalar a versão anterior do seu computador;»» Esta versão trial possui as seguintes extensões: ArcGIS3D Analyst ArcGISGeostatistical Analyst ArcGISNetwork Analyst ArcGISPublisher ArcGISSchematics 68 IEPEC
Capítulo 5 Aplicativos utilizados e exemplo utilizando um aplicativo livre ArcGISSpatialAnalyst ArcGISTrackingAnalyst ArcGISData Interoperability ArcGISData Reviewer ArcGISWorkflow Manager»» Esta versão triaipossui suporte através do seguinte link http:// www.esri.com/trialhelp;»» Não é permitida a utilização desta versão para fins comerciais. O portal do agroconhecimento 69
Mapeamento do uso do solo para manejo de propriedades rurais Referências CÂMARA, G. Mapas são dados, não desenhos! (parte 1). Disponível em http:// www.dpi.inpe.br/gilberto/infogeo/infogeo5.pdf. Acesso em 16 de julho de 2014. CÂMARA, G.; CASANOVA, M. A.; HEMERLY, A. S.; MAGALHÃES, G. C.; MEDEIROS, C. M. B. Anatomia dos Sistemas de Informação Geográfica. Rio de Janeiro, 1996. GONZALES, R. C.; WOODS, R. E. Digital imageprocessing. Upper Saddle River: Pearson-Prentice Hall, 2002, 190 p. JENSEN, J. R. Remote sensing of the environment: an earth perspective. 2ed. Upper Saddle River: Pearson-Prentice Hall, 2007, 592 p. JUSTICE, C.O.; et al. The moderate Resolution Imaging Spectroradiometer (MODIS): land remote sensing for global change research. IEEE Transactions on Geoscience and Remote Sensing, v. 36, p.1228-1247, 1998. JUSTICE, C.O.; et al.an overview of MODIS Land data processing and product status. Remote Sensing of Environment, v. 83, p. 3 15, 2002. NOVO, E.M.L.M. Sensoriamento remoto: princípios e aplicações. 2. ed. Edgard Blücher: São Paulo, 1992. 308 p. RICHARDS, J. A.; JIA, X. Remote sensing digital image analysis. 4ed. Berlin: Springer, 2006, 454 p. 70 IEPEC
Capítulo 5 Aplicativos utilizados e exemplo utilizando um aplicativo livre SCHOTT, J. R. Remote sensing: the image chain approach. 2ed. New York: Oxford University Press, 2007, 701 p. SLATER, P.N. Remote Sensing: optics and optical systems. Massachusetts: Addlson-Wesley Publishing, 1980. 575 p. SOLOMONSON, V.V.; et al. MODIS: advanced facility instrument for studies of the earth as a system. IEEE Transactions on Geoscience and Remote Sensing, v. 27, p. 145-153, 1989.RICHARDS, J. A.; JIA, X. Remote sensing digital image analysis. 4ed. Berlin: Springer, 2006, 454 p. SCHOTT, J. R. Remote sensing: the image chain approach. 2ed. New York: Oxford University Press, 2007, 701 p. SLATER, P.N. Remote Sensing: optics and optical systems. Massachusetts: Addlson-Wesley Publishing, 1980. 575 p. SOLOMONSON, V.V.; et al. MODIS: advanced facility instrument for studies of the earth as a system. IEEE Transactions on Geoscience and Remote Sensing, v. 27, p. 145-153, 1989. O portal do agroconhecimento 71
Currículo do Professor-autor Allan Arnesen Mapeamento do uso do solo para manejo de propriedades rurais Allan Saddi Arnesen é Engenheiro Sanitarista e Ambiental pela Universidade Federal de Santa Catarina. Mestre em Sensoriamento Remoto pelo Instituto Nacional de Pesquisas Espaciais INPE sendo sua pesquisa voltada ao mapeamento de inundações com técnicas de sensoriamento remoto e SIG. Atualmente é engenheiro da Superintendência de Pesquisa, Desenvolvimento Tecnológico e Inovação da Companhia de Saneamento Básico do Estado de São Paulo (SABESP). 72 IEPEC
Capítulo 5 Aplicativos utilizados e exemplo utilizando um aplicativo livre Currículo do Professor-autor Frederico Genofre Frederico Genofre é Engenheiro Sanitarista e Ambiental graduado pela Universidade Federal de Santa Catarina (UFSC, 2010). Atua como consultor nas áreas de Saneamento e Planejamento de Recursos Hídricos utilizando Sistemas de Informação Geográfica e Sensoriamento Remoto. Atualmente trabalha na elaboração de Planos Municipais de Saneamento e com geoprocessamento aplicado aos Planos Municipais de Saneamento, Unidades de Conservação e Gestão Municipal. O portal do agroconhecimento 73
Mapeamento do uso do solo para manejo de propriedades rurais Currículo do Professor-autor Marcelo Curtarelli Marcelo Pedroso Curtarelli é Engenheiro Sanitarista pela Universidade Federal de Santa Catarina (UFSC, 2010) e Mestre em Sensoriamento Remoto pelo Instituto Nacional de Pesquisas Espaciais (INPE, 2012). Atualmente é aluno de doutorado em Sensoriamento Remoto no INPE (2012-Atual), sendo sua pesquisa voltada para o estudo das emissões de gases de efeito estufa em reservatórios hidrelétricos. Atua principalmente na área de planejamento e gestão de recursos hídricos com ênfase no monitoramento ambiental de reservatórios de usinas hidrelétricas. Possui ampla experiência em sensoriamento remoto e sistemas de informação geográfica. 74 IEPEC
O Instituto de Estudos Pecuários é um portal que busca difundir o agroconhecimento, realizando cursos e palestras tanto presenciais quanto online. Mas este não é nosso único foco. Com o objetivo principal de levar conhecimento à comunidade do agronegócio, disponibilizamos conteúdos gratuitos, como notícias, artigos, entrevistas entre outras informações e ferramentas para o setor. Através dos cursos on-line, o IEPEC oferece a oportunidade de atualização constante aos participantes, fazendo com que atualizem e adquiram novos conhecimentos sem ter que gastar com deslocamento ou interromper suas atividades profissionais. www.iepec.com