Tadeu Corrêa Pinheiro. Orientador: Prof. Dr. Gilberto Pessanha Ribeiro

Tadeu Corrêa Pinheiro Orientador: Prof. Dr. Gilberto Pessanha Ribeiro 1

Tópicos 1. Introdução 2. Fundamentação teórica 3. Desenvolvimento do trabalho - Metodologia 4. Apresentação dos resultados 5. Análise dos resultados 6. Conclusão 7. Referências bibliográficas 2

1 INTRODUÇÃO 1.1. JUSTIFICATIVA O mapeamento proposto e desenvolvido teve como justificativa a necessidade da produção de documentos cartográficos que servirão de suporte à revisão do Plano Diretor do município de São João da Barra (RJ). 3

1 INTRODUÇÃO 1.1. JUSTIFICATIVA Sendo escolhida como a área de estudo o 5º distrito de Açu, para o mapeamento digital com base em imagens IKONOS e dados GPS, com o objetivo de gerar mapas indicativos de aspectos do uso da Terra. 4

1 INTRODUÇÃO 1.1. JUSTIFICATIVA Mapa do município Projeto de Lei do Plano Diretor, ano 2006. Área de trabalho 5

1 INTRODUÇÃO 1.1. JUSTIFICATIVA A área em estudo tem grande importância está localizada em uma Unidade de Conservação (UC), proposta pelo IBAMA/Escritório Regional de Campos dos Goytacazes: Área de Proteção Ambiental do Complexo Lagunar de Grussaí, Iquipari, Salgado e Açu. 6

1 INTRODUÇÃO 1.1. JUSTIFICATIVA 7

1 INTRODUÇÃO 1.1. JUSTIFICATIVA Essa UC se encontra hoje em intensa mudança de seu cenário por intervenção humana e natural. Realização de grandes obras de engenharia: mineroduto e complexo portuário off-shore do Açu; Ocupação desordenada (cultivo de maxixe, quiabo e abacaxi, etc...) nas margens da lagoa do Salgado; e Ocorrência de erosão marinha (marcada por falésia/escarpa) na zona litorânea na praia de Açu. 8

1 INTRODUÇÃO 1.1. JUSTIFICATIVA Praia do Açu Lagoa do Salgado 9

1 INTRODUÇÃO 1.1. JUSTIFICATIVA Antes e depois... 10/10/2007 10

1 INTRODUÇÃO 1.2.Objetivo Execução de levantamentos geodésicos GPS - geração de pontos de controle e delimitação da escarpa erosiva; Classificação do uso da Terra - a partir de imagens IKONOS-II e sistemas classificadores do SPRING na zona costeira meridional de São João da Barra, especificamente no distrito de Açu; Gerar mapas de uso da Terra para suporte ao Plano Diretor Municipal - São João da Barra (RJ). 11

2 DESENVOLVIMENTO DO TRABALHO Planejamento de trabalhos de campo Levantamentos de dados GPS (cinemático e estático) Pós-processamento de dados GPS Geração de linha de falésia Geração de pontos de controle Análise da evolução da erosão marinha Georreferenciamento de imagens Mapeamento de feições costeiras Classificação digital Banco de dados do SPRING geração de mapas temáticos 12

2 DESENVOLVIMENTO DO TRABALHO 2.1. RECURSOS EMPREGADOS Materiais, software e equipamentos utilizados em todas as fases do trabalho: 2 imagens da plataforma IKONOS-II, fusionadas e com 1 metro de resolução espacial, cedidas pela UFRJ-COPPE; 4 receptores GPS geodésicos - de uma freqüência, 3 GTR-A e 1 PROMARK-2, pertencentes à UFF e à UERJ, respectivamente; 2 receptores GPS de navegação, um etrex e um 45 XL ambos da Garmin, usado em campo para busca de pontos (go to); 13

2 DESENVOLVIMENTO DO TRABALHO 2.1. RECURSOS EMPREGADOS Materiais, software e equipamentos utilizados em todas as fases do trabalho: EZSurv-ViaSat, software de pós-processamento de dados GPS; SPRING 4.3.3, software de SIG (Sistema de Informação Geográfica) destinado ao processamento de imagens, envolvendo: georreferenciamento, segmentação e classificação digital; 14

2 DESENVOLVIMENTO DO TRABALHO 2.1. RECURSOS EMPREGADOS Materiais, software e equipamentos utilizados em todas as fases do trabalho: ArcGIS 9.2, software comercial da família ESRI, usado para geração de linhas (vetores) a partir de arquivos do tipo.txt e como saída dos mapas (layout). Bases vetoriais do município de São João da Barra, fornecidas pela AMPLA, produzidas a partir de ortofotos do ano de 2000. 15

2 DESENVOLVIMENTO DO TRABALHO 2.2. FASES DO TRABALHO O projeto executado pôde ser divido em duas grandes etapas: Campanhas de campo e; Trabalhos de gabinete (ambiente computacional). 16

2 DESENVOLVIMENTO DO TRABALHO 2.2. FASES DO TRABALHO 2.2.1. CAMPANHAS DE CAMPO Em um período compreendido entre de novembro de 2006 a novembro de 2007 foram realizadas 6 campanhas de campo, que forneceram dados para o desenvolvimento desse projeto. Nessas frentes de trabalho foram realizados levantamentos geodésicos, a partir do uso de receptores GPS, baseados nos seguintes métodos: 17

2 DESENVOLVIMENTO DO TRABALHO 2.2. FASES DO TRABALHO 2.2.1. CAMPANHAS DE CAMPO Modo relativo estático - coleta dados GPS para georreferenciar as imagens IKONOS. Buscou-se boa densidade e distribuição de pontos ao longo da área coberta pelas imagens. Teve-se como ponto de partida uma estação base de referência (estação Degredo ). 18

2 Metodologia e desenvolvimento Estação Degredo Base GPS de referência 19

2 DESENVOLVIMENTO DO TRABALHO 2.2. FASES DO TRABALHO 2.2.1. CAMPANHAS DE CAMPO O procedimento adotado para as medições tomadas pelo Rover foi de tempo mínimo de 20 minutos, mais 1 minuto por quilômetro de distância entre ele e a base. As configurações adotadas para os receptores foram: mínimo de 4 satélites, taxa de armazenamento de 2 segundos e máscara de elevação dos satélites GPS de 10. 20

2 DESENVOLVIMENTO DO TRABALHO 2.2. FASES DO TRABALHO 2.2.1. CAMPANHAS DE CAMPO 21

2 DESENVOLVIMENTO DO TRABALHO 2.2. FASES DO TRABALHO 2.2.1. CAMPANHAS DE CAMPO Modo relativo cinemático Com o objetivo de traçar linhas de falésia, para fins de calcular taxa de erosão da zona costeira. Foram seguidas as mesmas configurações do modo relativo estático. 22

2 DESENVOLVIMENTO DO TRABALHO 2.2. FASES DO TRABALHO 2.2.1. CAMPANHAS DE CAMPO 23

2 DESENVOLVIMENTO DO TRABALHO 2.2. FASES DO TRABALHO 2.2.1. CAMPANHAS DE CAMPO 24

2 DESENVOLVIMENTO DO TRABALHO 2.2. FASES DO TRABALHO 2.2.2. TRABALHO DE GABINETE Demais procedimentos realizados em ambiente computacional, a partir dos dados coletados no campo. 25

2 DESENVOLVIMENTO DO TRABALHO 2.2. FASES DO TRABALHO 2.2.2. TRABALHO DE GABINETE Planejamento e pós-processamento de dados GPS: Foram selecionados objetos de fácil reconhecimento nas imagens IKONOS. O pós-processamento foi realizado no software EZSurv, do pacote do GTR-A. 26

2 DESENVOLVIMENTO DO TRABALHO 2.2. FASES DO TRABALHO 2.2.2. TRABALHO DE GABINETE Operações no SPRING: 1) Importação de imagens (IMPIMA)- conversão do formato TIFF para GRIB. 2) Georreferenciamento das Imagens - essa fase consistiu em atribuir coordenadas de terreno, adquiridas com GPS no campo, a uma imagem (linha e coluna). Sendo 7 pontos em cada imagem. 27

2 DESENVOLVIMENTO DO TRABALHO 2.2. FASES DO TRABALHO 2.2.2. TRABALHO DE GABINETE Operações no SPRING: 3) Classificação Digital - nessa etapa foi dado início à análise dos padrões de uso da Terra (IBGE 2006) a partir das imagens sensoriais. O método escolhido foi de classificação por região. Essa análise por regiões pôde ser dividida em duas fases: Segmentação e Classificação. 28

2 DESENVOLVIMENTO DO TRABALHO 2.2. FASES DO TRABALHO 2.2.2. TRABALHO DE GABINETE Operações no SPRING: Segmentação - parâmetros limiares a serem definidos: Similaridade (define um valor mínimo de diferença no valor de tom de cinza entre o pixel e a média da região onde ele pretende se associar) valor atribuído igual a 10. Área (tamanho mínimo das regiões) igual a 400 pixels. 29

2 DESENVOLVIMENTO DO TRABALHO 2.2. FASES DO TRABALHO 2.2.2. TRABALHO DE GABINETE Operações no SPRING: Foi adotada a estratégia de dividir a segmentação em partes por imagem, por se tratar de um processo que exige um alto desempenho computacional, sendo improvável de ser realizado de uma só vez. Foram divididas então em duas e três partes as imagens SJB3 e SJB4, respectivamente. 30

2 DESENVOLVIMENTO DO TRABALHO 2.2. FASES DO TRABALHO 2.2.2. TRABALHO DE GABINETE Operações no SPRING: s SJB3 pt1, pt2 SJB4 pt1, pt2, pt3 31

2 DESENVOLVIMENTO DO TRABALHO 2.2. FASES DO TRABALHO 2.2.2. TRABALHO DE GABINETE Operações no SPRING: Tabela de tempo de processamento para as segmentações. 32

2 DESENVOLVIMENTO DO TRABALHO 2.2. FASES DO TRABALHO 2.2.2. TRABALHO DE GABINETE Operações no SPRING: Classificação - dois tipos de classificadores foram selecionados para classificação digital das imagens: Isoseg (não supervisionada) e Bhattacharya (supervisionada). 33

2 DESENVOLVIMENTO DO TRABALHO 2.2. FASES DO TRABALHO 2.2.2. TRABALHO DE GABINETE Operações no SPRING: ISOSEG - único método não supervisionado disponível no software SPRING. O agrupamento se dá a partir de uma média de similaridade, distância de Mahalanobis, entre as regiões e as classes determinadas. 34

2 DESENVOLVIMENTO DO TRABALHO 2.2. FASES DO TRABALHO 2.2.2. TRABALHO DE GABINETE Operações no SPRING: BHATTACHARYA - método de classificação supervisionada baseado na extração de amostra, a fim de estimar uma função densidade de probabilidade das classes previamente escolhida pelo usuário. 35

2 DESENVOLVIMENTO DO TRABALHO 2.2. FASES DO TRABALHO 2.2.2. TRABALHO DE GABINETE Operações no SPRING: Com base do manual de uso da Terra, IBGE, foram adaptadas e definidas classes pertinentes, de acordo com conhecimento local - as possíveis classes adotadas nesse mapeamento. 36

2 DESENVOLVIMENTO DO TRABALHO 2.2. FASES DO TRABALHO 2.2.2. TRABALHO DE GABINETE Operações no SPRING: Área urbanizada Casas entre outras construções; Vegetação de restinga Tipo de vegetação bastante presente; Vegetação de mangue Encontrado no entorno da laguna do Açu; Área agrícola Encontrada próxima às margens da lagoa do Salgado; e Praia Areia, encontrada tanto da praia atual, quanto nas praias do passado (paleopraias, cordões arenosos). 37

2 DESENVOLVIMENTO DO TRABALHO 2.2. FASES DO TRABALHO 2.2.2. TRABALHO DE GABINETE Operações no SPRING: Os espelhos d água tiveram que ser divididos em classes diferentes, por apresentarem características bastante distintas, são elas: Oceano Atlântico; Laguna do Açu; Lagoa do Salgado; Laguna de Iquipari. 38

2 DESENVOLVIMENTO DO TRABALHO 2.2. FASES DO TRABALHO 2.2.2. TRABALHO DE GABINETE Cálculo das taxas erodidas: Após o pós-processamento GPS, dos dados cinemáticos, gerou como saída um arquivo contendo as seguintes informações nos campos: Um contador seqüência de números; Data - Data do dia da coleta dos dados; Hora Hora, minuto e segundo, seguindo a configuração prévia de taxa de armazenamento de 2 segundos; 39

2 DESENVOLVIMENTO DO TRABALHO 2.2. FASES DO TRABALHO 2.2.2. TRABALHO DE GABINETE Cálculo das taxas erodidas: Coordenada X (abscissa) Coordenada UTM (East); Coordenada Y (ordenada) Coordenada UTM (North); PDOP Índice de diluição da posição tridimensional; Sigma E Desvio padrão da coordenada X, em metros; Sigma N Desvio padrão da coordenada Y, em metros; Sigma alt Desvio padrão da altitude elipsoidal, em metros. 40

2 DESENVOLVIMENTO DO TRABALHO 2.2. FASES DO TRABALHO 2.2.2. TRABALHO DE GABINETE Cálculo das taxas erodidas: A partir desses dados foi gerado, no ambiente do ArcGIS, um arquivo (Shapefile) de pontos e posteriormente em linhas a partir de ferramentas do software. Foi realizado esse procedimento para as duas épocas de medição: 12/11/2006 e 15/07/2007. Com isso puderam ser calculadas as áreas erodidas e de engordamento da zona litorânea de Açu. 41

3 APRESENTAÇÃO DOS RESULTADOS Pontos Estáticos Pós-Processados

3 APRESENTAÇÃO DOS RESULTADOS Pontos Estáticos Pós-Processados

3 APRESENTAÇÃO DOS RESULTADOS Pontos Estáticos Pós-Processados

3 APRESENTAÇÃO DOS RESULTADOS

3 APRESENTAÇÃO DOS RESULTADOS

3 APRESENTAÇÃO DOS RESULTADOS

3 APRESENTAÇÃO DOS RESULTADOS

3 APRESENTAÇÃO DOS RESULTADOS

3 APRESENTAÇÃO DOS RESULTADOS

3 APRESENTAÇÃO DOS RESULTADOS

4 ANÁLISE DOS RESULTADOS 4.1. ANÁLISE DOS RESULTADOS DOS DADOS GPS QUANTO AO NÚMERO E DISTRIBUIÇÃO DE SATÉLITES Órbitas Base 09/03/2007. Órbitas Rover PU AÇU 09/03/2007.

4 ANÁLISE DOS RESULTADOS 4.2. ERRO NO GEORREFERENCIAMENTO Resultado do georreferenciamento de SJB3. Resultado do georreferenciamento de SJB4.

4 ANÁLISE DOS RESULTADOS 4.2. ERRO NO GEORREFERENCIAMENTO CÁLCULO DO ERRO ADMISSÍVEL PARA UM MENOR DETALHE DE 0,2MM

4 ANÁLISE DOS RESULTADOS 4.2. ERRO NO GEORREFERENCIAMENTO CÁLCULO DO ERRO NAS CLASSES EM SJB3 CÁLCULO DO ERRO NAS CLASSES EM SJB4

4 ANÁLISE DOS RESULTADOS 4.2. ANÁLISE NOS PROCESSOS DE CLASSIFICAÇÃO Classificação não Supervisionada Pode-se perceber,como exemplo, que a classe atribuída às feições de praia é a mesma para área urbanizada (classe representada em vermelho).

4 ANÁLISE DOS RESULTADOS 4.2. ANÁLISE NOS PROCESSOS DE CLASSIFICAÇÃO Classificação Supervisionada Regiões sem classificações

4 ANÁLISE DOS RESULTADOS 4.2. ANÁLISE NOS PROCESSOS DE CLASSIFICAÇÃO Classificação Supervisionada Regiões com classificação incoerentes

4 ANÁLISE DOS RESULTADOS 4.2. ANÁLISE NOS PROCESSOS DE CLASSIFICAÇÃO Classificação Supervisionada Extrapolação na realização da segmentação

4 ANÁLISE DOS RESULTADOS 4.2. ERROS NOS DADOS GPS MODO CINEMÁTICOS CRÍTICA DOS DADOS GPS DO DIA 12/11/2006

4 ANÁLISE DOS RESULTADOS 4.2. ERROS NOS DADOS GPS MODO CINEMÁTICOS CRÍTICA DOS DADOS GPS DO DIA 15/07/2007

5 Conclusões Com a averiguação do resíduo/erro, os mapas gerados estão assegurados para as escalas de produção do trabalho com precisão de classe A (PEC); A necessidade de computadores com melhor capacidade de processamento (computação paralela), pelo esforço computacional exigido e observado no processo de segmentação das imagens; Devem ser realizadas novas experiências de segmentação e classificação com outros parâmetros, para que se obtenha um resultado mais refinado sobre o mapeamento temático; Deve-se voltar a campo para comparar e validar a classificação realizada, visto que existem discordâncias em certas áreas;

5 Conclusões Recomenda-se esforço em novas campanhas de campo no sentido de confirmação sobre classes de uso da Terra, escolhidas criteriosamente em atendimento às categorias identificadas nas imagens; Comparando as linhas de falésia (escarpa erosiva) medidas no campo com GPS conclui-se que entre os períodos medidos houve relativa estabilidade posicional; Realizar o monitoramento da falésia com levantamentos GPS, desde que com segurança da medição dessa feição no campo, permitirá ampliar a análise de sua configuração espacial ao longo do tempo;

6 Agradecimentos Aos amigos André Escovino da Silva e Thiago da Silva Rocha, pelo apoio em fases do projeto À UFF, pelo empréstimo de receptores GTR-A À UFF e à UERJ, pelo transporte (micro-ônibus) e combustível À Defesa Civil da Prefeitura de São João da Barra, pelo empréstimo de veículo (bugre) e doação de combustível Aos colegas do curso que direta e indiretamente colaboraram nos trabalhos de campo

7 REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS AMORIM, S. S. Sensoriamento Remoto: informações importantes 2006. GEMAEL, C. Introdução à Geodésia Física Curitiba, Ed. Da UFPR, 1999. 304p. INSTITUTO BRASILEIRO DE GEOGRAFIA E ESTATÍSTICA. Manual Técnico de uso da Terra. 2º edição. Rio de Janeiro, 2006. FLORENZANO, T. G. Imagens de satélite para estudos ambientais Oficina de Textos/INPE, 2002. MONICO, J. F. G. Posicionamento pelo NAVSTAR-GPS: descrição, fundamentos e aplicações São Paulo: Editora UNESP, 2000. 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 2005.

7 REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS PINHEIRO, T. C. Mapeamento Digital do Município de São João da Barra (RJ) com Suporte de imagens IKONOS e GPS, como requisito para revisão do Plano Diretor municipal XXIII Congresso Brasileiro de Cartografia 2007. Prefeitura de São João da Barra Lei Plano diretor definitiva 03/10/06 2006 ftp://geoftp.ibge.gov.br/documentos/geodesia/pdf/bservico1602.pdf http://www.sat.cnpm.embrapa.br/satelite/ikonos.html http://www.dpi.inpe.br/spring/portugues/tutorial/ www.uff.br/atafona