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RELATÓRIO TÉCNICO PARCIAL 02
PROJETO DE PESQUISA – FAPERJ/FAPESP
EDITAL 23/2010 – MUDANÇAS CLIMÁTICAS GLOBAIS
PROCESSO E-26/111.619/2010
RESPONSÁVEL (RJ): GILBERTO PESSANHA RIBEIRO
RESPONSÁVEL (SP): CELIA REGINA GOUVEIA DE SOUZA
APLICAÇÃO DE GEOTECNOLOGIAS NA
ORIENTAÇÃO DO USO DA TERRA COM
BASE NOS IMPACTOS DAS MUDANÇAS
CLIMÁTICAS GLOBAIS: SUB-BACIAS
HIDROGRÁFICAS LITORÂNEAS DO
ESTADO DE SÃO PAULO E DO ESTADO
DO RIO DE JANEIRO
Fevereiro/2014
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SUMÁRIO
1. INTRODUÇÃO
2. REUNIÃO E ORGÃNIZÃÇÃO DOS DÃDOS
3. METODOLOGIÃ ÃDÃPTÃDÃ
4. RESULTÃDOS DÃ SEGMENTÃÇÃO E
CLÃSSIFICÃÇÃO SEMI-SUPERVISIONÃDÃ
DÃS IMÃGENS THEOS
5. RESULTÃDOS DO MÃPEÃMENTO TEMÃTICO
6. RESULTÃDOS DE OUTROS MÃPÃS
TEMÃTICOS
7. EQUIPE TECNICÃ PRINCIPÃL
8. BIBLIOGRÃFIÃS DE REFERENCIÃ
9. ÃNEXO
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1. Introdução
Este Relatório Parcial 02 corresponde às atividades dos
primeiro ano do referido projeto, iniciado em 20/12/2011.
O projeto em curso, em sua fase atual, envolveu o mapeamento
digital nas escalas 1/50.000 e 1/10.000, a partir de imagens de
satélites THEOS bandas multiespectrais e pancromática, com
resoluções espaciais de 15m e de 2m, respectivamente.
Mapeamentos na escala 1/125.000 foram executados também.
Cartas-imagem e mapas temáticos de uso da Terra e cobertura
vegetal foram produzidos com o propósito de dar partida à
orientação do uso, diante de mudanças no clima, onde neste
caso tem apoio da Universidade de São Paulo (USP) e seu
Instituto de Astronomia, Geofísica e de Estudos Atmosféricos.
Figura 1: Mapa de localização dos municípios.
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2. Reunião e orgãnizãção dos dãdos
Foram reunidos os seguintes dados para o desenvolvimento
das atividades de mapeamento:
(a) Base cartográfica vetorial do IBGE na escala 1/50.000 (SP
e RJ);
(b) Base cartográfica vetorial do IBGE na escala 1/25.000 (RJ);
(c) Base cartográfica do INEA/RJ – Estado do Ambiente;
(d) Digital Elevationa Model (DEM) ASTER, pixel de 30m de
resolução espacial;
(c) Imagens de satélites do sistema orbital THEOS bandas
multiespectrais e pancromática;
(d) Ortofotografias dos anos 2005/2006 do IBGE na escala
1/25.000, para o estado do Rio de Janeiro;
(e) Ortofotografias mosaicadas do ano 2010 da Emplasa, para
o estado de São Paulo (litoral norte);
(f) Imagens LANDSAT-5 e LANDSAT-7 para épocas distintas
(anos 2000, 2005 e 2010), todas as bandas multiespectrais
(30m de resolução espacial);
(g) Dados climáticos de série dos últimos 10 anos;
(h) Dados de setores censitários do IBGE ano 2010.
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3. Metodologiã ãdãptãdã
A metodologia original foi empregada, sem alterações
significativas. Optou-se por classificar inicialmente imagens
THEOS com uso de sua variedade de bandas multiespectrais
(15 m de resolução espacial), com exploração de bandas na
faixa do infravermelho. O mesmo foi feito com a bandas
pancromáticas (2m de resolução espacial). Essas imagens de
média resolução foram adquiridas e utilizadas, com o propósito
de classificação de padrões de uso da Terra e extração de
feições geográficas importantes para avaliação do crescimento
urbano e da cobertura vegetal, indicadores da evolução da
ocupação humana.
Figura 2: Cenas multiespectrais THEOS.
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Figura 3: Cenas pancromáticas THEOS.
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4. Resultãdos dã segmentãção de
imãgens e clãssificãção semisupervisionãdã de imãgens
Foram desenvolvidas as seguintes atividades:
(a) Reunião de dados cartográficos de fontes diversas;
(b) Validação de bases cartográficas vetoriais do IBGE na
escala de 1/50.000 (SP e RJ) e 1/25.000 (RJ) em aderência ao
projeto;
(c) Verificação do gerreferenciamento do mosaico de imagens
THEOS;
(d) Adoção de classes de uso da Terra e cobertura vegetal,
apropriadas em função das escalas de mapeamento e de
análise;
(e) Geração de mosaicos de imagens relativos a composições
coloridas RGB;
(f) Estruturação de um banco de dados espaciais no ambiente
do sistema ArcGIS.
Aqui são apresentados RESULTADOS REVISADOS E
DEFINITIVOS dos mapas temáticos, onde foram minimizados
os conflitos encontrados nos aspectos semânticos das
classificações
de
uso
da
Terra
e
cobertura
vegetal
apresentados no Relatório 01. Esforços foram dispendidos no
sentido de otimização no processo de atribuição dos padrões
na qualificação das classes.
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5. Resultãdos do mãpeãmento
temãtico
A validação do processo de produção das cartas-imagem e dos
mapas temáticos no ambiente SIG contou com a análise
criteriosa do georreferenciamento das imagens e geração de
mosaico onde houve suporte de bases vetoriais institucionais
consolidadas.
Todo mapeamento digital foi estruturado com sistema de
coordenadas UTM (fuso 24, com meridiano central de longitude
de 45º W) e sistema geodésico World Geodetic System WGS84.
Figura 7: Mapa índice de articulação das folhas na escala
1/50.000.
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A seguir são apresentadas as articulações para o mapeamento
executado na escala 1/10.000.
10
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A partir da validação dos dados cartográficos, e do processo de
modelagem dos dados de apoio, foram produzidos mapas e
cartas com a apresentação e indicação de aspectos de padrões
de uso da Terra e cobertura vegetal. Todos os documentos
cartográficos REVISADOS E DEFINITIVOS estão disponíveis
em:
http://georeferencial.com.br/linhas-e-projetos-de-pesquisas/
Onde:
- Mapas temáticos de “Uso da Terra e Cobertura Vegetal”, na
escala 1/50.000 (bandas Multi) estão disponíveis em PDF aqui.
http://georeferencial.com.br/Mapas_MCGlobais_Multi/
- Mapas temáticos de “Uso da Terra e Cobertura Vegetal”, na
escala 1/10.000 (bandas Pan) estão disponíveis em PDF aqui.
http://georeferencial.com.br/Mapas_MCGlobais_Pan/
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6. Resultãdos de outros mãpãs
temãticos
Foram gerados mapas temáticos relativos a dados de clima,
contemplando informações do meio físico, em série histórica, a
saber: Vento, Temperatura, Radiação Solar, Precipitação e
Umidade Relativa Média para os anos de: 1979, 1989, 1999 e
2008.
Unidades de medida adotadas:
Vento: [m/s]; Temperatura: [ºC]; Radiação Solar: [W/m2];
Precipitação: [mm/mês]; Umidade Relativa: [%].
A seguir, os resultados:
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7. Equipe tecnicã principãl
A equipe do projeto é formada por:












Gilberto Pessanha Ribeiro, coordenador RJ.
Celia Regina de Gouveia Souza, coordenadora SP.
Artur Willcox dos Santos, Geógrafo-UFF.
Lais Ribeiro Baroni, Geofísica-UFF, bolsista de Iniciação
Tecnológica/FAPERJ.
Filipe Quintanilha Pereira, Geofísica-UFF, bolsista de
Iniciação Científica/FAPERJ.
Denise Rossini Penteado, Geógrafa-IG/SP.
Cláudio José Ferreira, Geólogo-IG/SP.
Ricardo de Camargo, USP/IAG.
Marcos Lourenço Pereira, USP/IAG.
João Raphael Hora e Azevedo, Geógrafo-UERJ.
Eduardo Hora do Paço, Tecnólogo em Informática.
Marcelo Francisco de Moraes, Geógrafo.
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 Marcelo Nunes de Azevedo, Geografia-UERJ.
 Ubiratan de Souza Dias Junior, Serviço Social-UFF,
bolsista de Iniciação Científica/UFF-CNPq.
 Marcus Felipe Mourão Pereira, Engenharia CartográficaUERJ.
 Especialistas técnicos da empresa Globalgeo
Geotecnologias.
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8. Bibliogrãfiãs de referenciã
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, 1979.
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), 2008.
FRANÇA, J. B. S. e SOARES, P. G. Avaliação do mosaico
digital composto por fotografias não-métricas retificadas a partir
de transformação linear direta, Projeto de Graduação,
Engenharia Cartográfica (UERJ), 2009.
FUNDAÇÃO IBGE As grandes classes de uso atual da Terra
Manual técnico 7, 1999.
FUNDAÇÃO IBGE Esquema de classificação da vegetação
brasileira Manual técnico da vegetação brasileira, Secretaria de
Planejamento, Orçamento e Gestão, 1992.
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), 2008.
MAGALHÃES, C. R., MEDEIROS, Y. M., SILVA. A. E. e
RIBEIRO, G. P. Plano Urbano Do Complexo Industrial Do Porto
Do Açu Com Suporte De Mapas Temáticos Digitais Gerados A
Partir De Imagens Sensoriais, Resende, 2008.
25
NETO, R. S. M. Mapeamento digital do entorno da Baía de
Guanabara em suporte á análise ambiental, Projeto de
Graduação, Engenharia Cartográfica (UERJ), 2007.
NOVO, E. M. Sensoriamento Remoto, Editora Blucher, 2008.
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), 2008.
PONZONI, F. J. e SHIMABUKURO, Y. E. Sensoriamento
Remoto no Estudo da Vegetação Parêntese Editora, 2007.
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), 2008.
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.
ROSA, E. C. e IGNÁCIO, J. F. Geração de ortofotomosaico da
Ilha Grande (RJ) e ensaio para o perfil de praia, Projeto de
Graduação, Engenharia Cartográfica (UERJ), 2009.
SILVA,
L.
S.
L.
Acompanhamento
multitemporal
do
crescimento urbano de Macaé com suporte de imagens
históricas e Sistema de Informação Geográfica, Dissertação de
Mestrado, Geomática (UERJ), 2009.
SOFFIATI, A. Os manguezais do sul do Espírito Santo e do
Norte do Rio de Janeiro com alguns apontamentos sobre o
norte do sul e o sul do norte Campos dos Goytacazes, Essentia
Editora, 2009.
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SOUZA, P. A. V. A utilização de tecnologias digitais de
geoprocessamento na identificação de unidades de paisagem
na bacia hidrográfica do rio Iguaçu-Sarapuí (RJ), Dissertação
de Mestrado, Geomática (UERJ), 2009.
9. Ãnexo
É apresentado artigo científico que divulga os resultados
REVISADOS E DEFINITIVOS deste projeto.
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MAPEAMENTO DIGITAL TEMÁTICO A PARTIR DE IMAGENS DE
SATÉLITES THEOS/THAICHOTE DE MUNICÍPIOS DO LITORAL NORTE
DE SÃO PAULO, BRASIL: UBATUBA E CARAGUATATUBA –
INCONSISTÊNCIAS E DESAFIOS
Theme Digital Mapping from Satellite Images Theos / Thaichote Northern Coast of Municipalities of São
Paulo, Brasil: Ubatuba and Caraguatatuba - Inconsistencies and Challenges
GILBERTO PESSANHA RIBEIRO 1
ARTUR WILLCOX DOS SANTOS 2
UBIRATAN DE SOUZA DIAS JUNIOR 3
1
Universidade Federal de São Paulo – UNIFESP / Instituto do Mar / Departamento de Ciências do Mar –
Av. Alm. Saldanha da Gama, 89 – Ponta da Praia – Santos – SP – 11.030-400 – www.imar.unifesp.br
Universidade Federal do Rio de Janeiro – UFRJ / Escola Politécnica - Curso de Pós-Graduação Lato
Sensu em Gestão Ambiental – Av. Athos da Silveira Ramos, 149 - Centro de Tecnologia – Bloco A – 2º
andar – Cidade Universitária - Rio de Janeiro – RJ – 21941-909 - http://www.poli.ufrj.br
2
3
Universidade Federal de São Paulo – UNIFESP / Instituto de Saúde e Sociedade / Departamento de
Saúde, Educação e Sociedade – Rua Silva Jardim, 136 - Vila Mathias – Santos – SP – 11015-020 –
www.baixadasantista.unifesp.br
[email protected], [email protected], [email protected]
RESUMO
O artigo consiste na apresentação de metodologia, resultados e inconsistências relativos ao mapeamento
digital dos municípios de Ubatuba e Caraguatatuba, localizados no litoral norte paulista, como parte
integrante do projeto de pesquisa “Aplicação de geotecnologias na orientação do uso da Terra com base
nos impactos das mudanças climáticas globais: sub-bacias hidrográficas litorâneas do Estado de São Paulo
e do Estado do Rio de Janeiro”, financiando pelas agências de fomento FAPERJ e FAPESP (Processo
FAPERJ/FAPESP ES-26/111.619/2010 – Edital nº 23/2010). O desafio foi explorar o processo de
mapeamento semi-supervisionado, baseado em critérios formais de classificação de padrões de uso da Terra
e cobertura vegetal, onde foram gerados, aproximadamente, 300 cartas-imagens e mapas temáticos, uma
vez que tal projeto envolveu também os municípios fluminenses de Paraty, Angra dos Reis e Mangaratiba.
Foram utilizadas imagens do sistema orbital THEOS (Thailand Earth Observation Satellite) (Thaichote)
multiespectrais (15m – resolução espacial) e pancromática (2m – resolução espacial), com data de
aquisição/tomada em 25/04/2012, e os produtos foram gerados nas escalas 1/250.000, 1/50.000 e 1/10.000.
Esta documentação cartográfica, já disponível em www.georeferencial.com.br, tem servido de alvo de
validação contínua e de suporte às ações relacionadas à gestão municipal, diretamente a empreendimentos
associados a planos e planejamentos urbanos, assim como ponto de partida para revisão de planos diretores
locais.
Palavras-chave: cartografia, THEOS/THAICHOTE, uso da Terra, sensoriamento remoto.
ABSTRACT
The article is to present the methodology, results and inconsistencies related to digital mapping of the
municipalities of Ubatuba and Caraguatatuba located on this coast, as part of the research project
"Application of geotechnology in guiding the use of land based on the impacts of global climate change:
coastal sub-basins of the State of São Paulo and the State of Rio de Janeiro", funding by development
agencies FAPERJ and FAPESP (Process FAPERJ / FAPESP ES-26/111.619/2010 - Notice No. 23/2010).
The challenge was to explore the process of semi - supervised mapping , based on formal criteria for the
classification of land use patterns and vegetation cover, which were generated approximately 300 images
charts and thematic maps , as this project also involved the municipalities of Rio de Janeiro Paraty, Angra
dos Reis and Mangaratiba. Panchromatic (2m - spatial resolution) images of the orbital system THEOS
(Thailand Earth Observation Satellite) (Thaichote) and multispectral (spatial resolution 15 m) images were
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used, with date of acquisition on 25/04/2012, and the products were generated scales 1/250.000, 1/50.000
and 1/10.000. This cartographic documentation already available in www.georeferencial.com.br, has been
the subject of continuous validation and support for actions related to municipal management, directly
associated with plans and urban planning projects, as well as a starting point for review of local master
plans.
Keywords: cartography, THEOS/THAICHOTE, land use, remote sensing.
1. INTRODUÇÃO
A partir do desenvolvimento do projeto de pesquisa “Aplicação de geotecnologias na orientação do
uso da Terra com base nos impactos das mudanças climáticas globais: sub-bacias hidrográficas litorâneas
do Estado de São Paulo e do Estado do Rio de Janeiro”, financiando pelas agências de fomento FAPERJ e
FAPESP (Processo FAPERJ/FAPESP ES-26/111.619/2010 – Edital nº 23/2010), foram gerados cartas e
mapas temáticos, além de cartas-imagem que cobrem porção dos municípios paulistas de Ubatuba e
Caraguatatuba. Tal projeto também se dedicou a mapeamento em municípios fluminenses de Paraty, Angra
dos Reis e Mangaratiba. Resultados deste esforço podem ser acessados em www.georeferencial.com.br.
O mapeamento teve origem em atividades de aquisição e validação de imagens do sistema sensor
THEOS - Thailand Earth Observation Satellite, hoje tecnologia denominada Thaichote, por meio de
imagens multiespectrais (15m – resolução espacial) e pancromática (2m – resolução espacial), onde os
produtos tiveram escalas fixadas de 1/250.000 para uma visão geral das áreas envolvidas, 1/50.000 em
mapeamento regional e 1/10.000 na tentativa de permitir representação de feições geográficas com mais
detalhe. Os beneficiários destes documentos cartográficos, inicialmente foram marcados pela sociedade
organizada local, mas com o tempo, outros usuários despertaram interesse neles, uma vez que não se tinha
informações cartográficas atualizadas desses municípios, que pudessem servir de suporte a gestores e
empreendedores, essencialmente em aplicações regionais.
Parte expressiva das atividades aqui a serem relatadas, no que se refere ao processamento de imagens
se deu coma colaboração da empresa Globalgeo Geotecnologias. As fases e etapas mais importantes
vencidas durante os processos aqui serão descritas de forma sucinta, assim como as dificuldades e
inconsistências encontradas. Desafios na classificação semi-supervisonada e geração dos mapas de uso da
Terra e cobertura vegetal serão comentados.
Figura 1 – Localização dos mapeamentos executados nos municípios de Caraguatatuba [1], Ubatuba [2],
Paraty [3], Angra dos Reis [4] e Mangaratiba [5].
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2. MATERIAL E MÉTODOS
Foram gerados mapas indicativos do uso da Terra e cobertura vegetal (Anderson et al.,1979) (Jacques
e Sinzato, 2001), numa visão estimada na escala 1/125.000, tendo como base imagens de satélites do
sistema orbital THEOS (Thailand Earth Observation Satellite) que foi lançado em 1º de outubro de 2008
pela GISTDA – Geo-Informatics and Space Technology Development Agency. Com base nas bandas
pancromáticas (PAN) fusionadas, com 2 m de resolução espacial, testes e ensaios laboratoriais foram
executados com o sistema SPRING inicialmente, e, em caráter definitivo na seqüência, com o sistema
computacional ENVI. As áreas urbanas mapeadas foram identificadas e destacadas como associadas aos
seguintes municípios: [1]- Caraguatatuba; [2]- Ubatuba; [3]- Paraty; [4]- Angra dos Reis; e [5]Mangaratiba.
Mapeamentos já executados com base em imagens de satélites serviram de referência para suporte no
arcabouço metodológico deste artigo, a saber: Cruz (2008), França e Soares (2009), Gelelete (2008),
Magalhães et al. (2008), Neto (2007), Oliveira (2010), Pereira (2008) e Pinheiro (2008).
A segmentação das imagens PAN, com base nos padrões de cinza e a classificação semisupervisionada, foi executada pixel a pixel, com uso de filtro de mediana 5 x 5 pixels para geração dos
polígonos finais, tendo como critério as classes temáticas consolidadas na metodologia do mapeamento
formal já executado pelo município do Rio de Janeiro, sob a responsabilidade do seu Instituto Pereira Passos
(IPP) e pela UERJ (Souza, 2009). O parâmetro da classificação supervisionada utilizado no software ENVI
foi o maximum likehood, pois este foi o que proporcionou melhores resultados. O mapeamento inédito aqui
descrito utilizou-se do sistema geodésico SIRGAS_2000, e os documentos cartográficos gerados
apresentam o sistema de coordenadas UTM, fusos 22º S e 23º S. Bases vetoriais do Instituto Estadual do
Ambiente (INEA) disponíveis foram empregadas para verificação e controle de georreferenciamentos.
Contudo, são listadas a seguir as etapas vencidas na fase inicial do referido projeto: (a) Segmentação e
classificação preliminar supervisionada de imagens THEOS PAN; (b) Classificação de Uso da Terra e
Cobertura Vegetal a partir de imagens THEOS PAN; (c) Extração de curvas de nível (eqüidistância vertical
de 20 m) a partir de imagens ASTER (DEM); (d) Extração de drenagem a partir de imagens ASTER (DEM);
e (e) Extração de linha de costa na escala de 1/2.000 a partir das imagens THEOS.
Dois conjuntos de dados foram gerados: o primeiro contém as imagens PAN-SHARPENED, resultado
da fusão de bandas multiespectrais de 15 m de resolução espacial com a banda PAN de 2 m; e o segundo
possui todos os dados gerados e resgatados para este projeto organizados para compartilhamento e backup.
Apoio houve em dados vetoriais ambientais disponibilizados pelo INEA e pelo IBGE para o caso dos
mapeamentos dos municípios do estado do Rio de Janeiro.
Na seqüência foram extraídas as curvas de nível, drenagem, bacias hidrográficas, e o próprio DEM.
Estes dados foram gerados a partir do DEM do sensor ASTER, de origem japonesa, em convênio com a
NASA. Trata-se de um DEM até então pouco utilizado, mas que possui um ganho bem interessante em
resolução espacial perante o SRTM, que é comumente utilizado pela comunidade de Geociências. O
ASTER possui uma resolução de 30 m, ao contrário dos 90 m do ASTER. Na geração destes últimos dados
houve suporte do software ArcGIS, exceto a extração das curvas de nível (eqüidistância vertical de 20m)
que foram executadas no ambiente do sistema GlobalMapper.
2.1 Imagens multiespectrais e pancromáticas THEOS
O satélite tailandês Thaichote é o primeiro equipamento de observação da Terra, deste país, e foi
lançado em 1º de outubro de 2008 pela GISTDA – Geo-Informatics and Space Technology Development
Agency. O Thaichote possui um sensor pancromático com 2 metros de resolução espacial e um sensor
multiespectral com 15 metros de resolução espacial, este último, caracteriza-se, também, por possuir além
das bandas RGB, a banda infravermelha próxima (IR).
Tabela 1 – Imagens THEOS (Thailand Earth Observation Satellite).
Instituição Responsável
GISTDA – Geo-Informatics and Space Technology
Development Agency
País/Região
Tailândia
Satélite
THEOS
Local de Lançamento
Dombarovskiy
30
Veículo Lançador
Situação Atual
Órbita
Altitude
Inclinação
Tempo de Duração da Órbita
Horário de Passagem
Período de Revisita
Tempo de Vida Projetado
Instrumentos Sensores
Imagens
Pancromático
Modo
Dnepr -1
Ativo
Heliossíncrona
822 km
98,7º
101,4 min
10:00 A.M. (Equador)
26 dias
5 anos
1 PAN e 1 MS CCD
Tabela 2 – Propriedades gerais das imagens THEOS pancromáticas.
Bandas
Resolução Ângulo de
Resolução
Resolução
Espectrais
Espectral
Visada
Espacial
Radiométrica
Pancromática
0.45 –
0.90µm
Até 50º
(para
pedidos até
30°)
2m
8 bits (entre
12 bits)
Tabela 3 – Propriedades gerais das imagens THEOS multiespectrais.
Bandas
Resolução
Ângulo de Resolução
Resolução
Espectrais
Espectral
Visada
Espacial Radiométrica
Azul
Área
Imageada
22 km x 22
km
Área
Imageada
0.45 –
0.52µm
Verde
Multiespectral
0.53 –
0.60µm
Vermelho
0.62 –
0.69µm
Infravermelho
próximo
Canais/
Bandas
Espectrais
Até 50º
(para
pedidos
até 30°)
15 m
8 bits (entre
12 bits)
0.77 –
0.90µm
Tabela 4 – Propriedades das imagens THEOS pansharpening.
Bandas
Resolução
Ângulo
Resolução
Resolução
Espectrais
Espectral
de Visada Espacial Radiométrica
Pancromática
90 km
x
90 km
Área
Imageada
0.45 –
0.90µm
Azul
0.45 –
0.52µm
Verde
0.53 –
0.60µm
Pansharpening
Vermelho
Até 50º
(Para
pedidos
até 30°)
2m
8 bits (entre
12 bits)
22 km x
22 km
0.62 –
0.69µm
Infravermelho
próximo
0.77 –
0.90µm
As imagens multiespectrais THEOS foram submetidas à avaliação de condições de geometria e de
conteúdo das bandas. A seguir na Figura 2 pode-se observar as áreas cobertas por elas (aproximadamente
26.368 km2) dos municípios de interesse.
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Tabela 5 - Áreas (km2) estimadas das imagens THEOS multiespectrais.
Identificação
Área na
Municípios cobertos pelas cenas
Imagem
(km2)
Cena 1
9.005,55
Caraguatatuba e Ubatuba
Cena 2
8.750,72
Ubatuba, Paraty e Angra dos Reis
Cena 3
8.612,87
Paraty, Angra dos Reis e Mangaratiba
Total
26.368,94
Caraguatatuba, Ubatuba, Paraty, Angra dos Reis e
Mangaratiba
Figura 2 – Localização das cenas THEOS, bandas multiespectrais.
Da mesma forma as imagens pancromáticas THEOS foram submetidas a avaliação de condições de
geometria e de conteúdo das bandas. A seguir na Figura 3 pode-se observar as áreas cobertas por elas
(aproximadamente 1.721 km2).
Tabela 6 - Áreas (km2) estimadas das imagens THEOS pancromáticas.
Identificação
Área na
Municípios cobertos parcialmente pelas cenas
Imagem
(km2)
Cena 1
579,04
Caraguatatuba
Cena 2
549,77
Ubatuba
Cena 3
592,27
Paraty
Cena 4
632,29
Angra dos Reis
Cena 5
618,81
Mangaratiba
Total
1.721,08
Caraguatatuba, Ubatuba, Paraty, Angra dos Reis e
Mangaratiba
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Figura 3 – Localização das cenas THEOS, bandas pancromáticas.
2.2 Mosaico de ortofotografias aéreas
Durante o processo de validação do georreferenciamento das imagens THEOS foi feito uso de bases
cartográficas vetoriais e do mosaico de ortofotografias aéreas produzido em 2010 pela empresa Emplasa
que cobre os municípios de interesse.
2.3 Sistemas computacionais
Os sistemas computacionais SPRING 5.2.1 e ENVI 4.7 foram empregados no processamento das
imagens THEOS, com exploração de funcionalidades na etapa de segmentação, considerada uma das mais
críticas, com testes e ensaios laboratoriais na busca de melhor solução para geração dos contornos dos
objetos geográficos. Esse marcou o maior desafio neste projeto, com produção expressiva de mapas
temáticos, sem completo apoio de trabalhos de campo. No presente artigo esforços foram concentrados em
uso de bases vetoriais disponíveis desses municípios.
3. MAPEAMENTO DIGITAL
O mapeamento envolvendo a produção de cartas-imagem e mapas temáticos se deu a partir das
imagens THEOS, com o objetivo de cobrir as zonas litorâneas dos municípios paulistas, caracterizadas por
expressivo crescimento populacional acompanhado por explosão imobiliária. A seguir são apresentados
diagramas do arcabouço metodológico e do SIG desenvolvido.
3.1 Arcabouço metodológico
Os mapeamentos, precedentes dos processamentos de imagens, seguiram o seguinte arcabouço
metodológico, numa perspectiva de classificação semi-supervisionada.
33
Figura 5 – Arcabouço metodológico.
3.2 Esquema de etapas e fases no ambiente SIG
Foi desenvolvido um SIG que desse conta da gerência dos dados geográficos do projeto. A partir do
diagrama a seguir é possível observar fases e etapas da implementação do aplicativo, na perspectiva dos
serviços básicos de consulta e atualização de um bando de dados espaciais. Imagens de satélites, fotografias
aéreas e bases cartográficas vetoriais foram incorporados na coleção das bases de dados que, por sua vez,
caracterizaram as condições de análise e de validação dos documentos cartográficos gerados.
Com o propósito de manutenção do sistema, foram empregadas técnicas de engenharia de software
para garantia de qualidade de sistemas computacionais especializados.
34
Figura 6 – Diagrama geral de etapas e fases do aplicativo no ambiente SIG.
4. RESULTADOS
Na Figura a seguir é apresentada a articulação de folhas que compuseram a coleção de mapas
temáticos de uso da Terra e cobertura vegetal e cartas-imagem dos municípios envolvidos.
Figura 7 – Articulação de folhas do mapeamento executado (escala 1/50.000).
35
Figura 8 – Articulação das folhas do mapeamento em Ubatuba/SP (escala 1/10.000).
36
Figura 9 – Articulação das folhas do mapeamento em Caraguatatuba/SP (escala 1/10.000).
Através do processamento das imagens, as seguintes áreas foram cobertas. Na Figura a seguir
observa-se as áreas no município de Ubatuba-SP, e na seguinte as áreas no município de CaraguatatubaSP.
Figura 10 – Visão geral do mapeamento executado no município de Ubatuba – SP (escala 1/125.000).
37
Figura 11 - Visão geral do mapeamento executado no município de Caraguatatuba – SP (escala
1/125.000).
A seguir são apresentados documentos cartográficos como exemplo da produção do referido
projeto. Trata-se de cartas-imagem e mapas temáticos de uso da Terra e cobertura vegetal, na escala
1/50.000 (Figuras 12 e 13) e na escala 1/10.00 (Figuras 14 e 15). São recortes espaciais de zonas litorâneas
aqui escolhidas para discussão sobre a perspectiva de qualidade geométrica e de aspectos qualitativos
relativos aos temas de interesse apresentados na legenda: área urbana, vegetação densa, área florestada,
vegetação campestre/pastagem, corpo hídrico, praia arenosa, solo exposto, afloramento e costão
rochoso.
38
Figura 12 – Carta-imagem na escala 1/50.000 de porção do litoral norte de São Paulo.
Aspectos de forma, cor e textura podem ser observados na Figura anterior, na composição
colorida apresentada RGB421, onde privilegiou o infravermelho para destaque da vegetação em falsa cor.
39
Figura 13 – Mapa de uso da Terra e cobertura vegetal na escala 1/50.000 de porção do litoral norte de São
Paulo.
A Figura anterior mostra, em escala regional 1/50.000, resultado experimental a partir de
segmentação e de classificação semi-supervisionada por pixel executada no sistema computacional ENVI.
Resolver definições geométricas de contornos e confusão de temas foram os maiores desafios nesta
etapa. Destaque é feito ao processo de escolha de melhor geometria para os contornos, diante das
incertezas que as imagens apresentaram e em respeito à solução de mapeamento dentro das
especificações técnicas exigidas.
40
Figura 14 – Carta-imagem na escala 1/50.000 de porção do litoral norte de São Paulo.
Figura 15 - Mapa de uso da Terra e cobertura vegetal na escala 1/50.000 de porção do litoral norte de São
Paulo.
41
Na tentativa de executar o mapeamento local, não cadastral, na escala 1/10.000, com base nas
bandas pancromáticas observou-se que, com os critérios no contexto do sistema computacional ENVI
(segmentação e classificação semi-supervionada) não foram atendidos. Confusão de temas surgiram,
como, por exemplo:
“Praia arenosa” X “Solo exposto”
“Área urbana” X “Praia arenosa”
O grande desafio dos mapeamentos temáticos, a partir das imagens de satélites THEOS aqui
desenvolvidos, está intimamente ligado ao enfrentamento e superação automática na busca de garantia
de atribuição correta dos temas em classes de objetos geométricos, esses como resultados de critérios da
segmentação. Ao mesmo tempo sabe-se que inconsistências surgem e devem ser resolvidas. Conflitos na
atribuição de temas houve e aqui o propósito é apresentá-los para dar força a numa discussão técnica
mais aprofundada.
Na Figura a seguir pode ser verificada inconsistência, a título de exemplo, na zona de praia
arenosa, que foi erroneamente atribuída como área urbana. Basta comparar visualmente com os aspectos
originais da carta-imagem equivalente.
Figura 16 – Carta-imagem na escala 1/10.000 de porção do litoral norte de São Paulo.
42
Figura 17 - Mapa de uso da Terra e cobertura vegetal na escala 1/10.000 de porção do litoral norte de São
Paulo.
No mapa apresentado na Figura anterior, mais uma vez ocorrem inconsistências, e quando são
observados e analisados os polígonos indicativos do corpo hídrico representado pela drenagem na porção
sudoeste do mapa. Pode ser verificado que houve conflito semântico na categorização de classes, isto é,
há vegetação no continente que foi classificada como água erroneamente, uma negligência do sistema
ENVI e do técnico/operador na classificação semi-supervisionada.
Esses exemplos indicam que o refinamento deste mapeamento temático é necessário a partir de
dados reais de campo, e como estão hoje apontam invalidez do seu uso em todas as possíveis aplicações,
uma vez que quantificar classes e extrair áreas em documentos cartográficos como assim se encontram,
não é prudente. Cuidados devem ser tomados em mapeamentos dessa natureza, onde se busca retratar
aspectos da superfície terrestre e representá-los em mapas temáticos.
No contexto de orientação da ocupação humana nesse litoral, diante de mudanças climáticas, foi
imperativo pesquisar sobre o comportamento do clima num recorte regional, com base em dados do
acervo do Instituto de Astronomia, Geofísica e Ciências Atmosféricas da Universidade de São Paulo (USP).
Diante das séries históricas encontradas foi possível organizar dados e apresentá-los na forma de
diagramas como apresentados nas duas Figuras a seguir.
A tipologia desses dados temáticos seguiu critérios de grandezas físicas relevantes para as
análises espaciais que se pretende, diante de eventos climáticos extremos, com base em: vento,
temperatura, radiação solar, precipitação e umidade relativa. Foram disponibilizados mapas indicativos
das variações dessas grandezas físicas no website www.georeferencial.com.br para eventuais consultas.
Para efeito de agregação e integração de dados temáticos desses tipos foram criadas Tabelas no banco
de dados espaciais do projeto.
Tabela 8 – Número de documentos cartográficos produzidos.
Município/Escala Área (km2) Quantidade de documentos cartográficos
1/50.000
1/10.000
43
Caraguatatuba
Ubatuba
Paraty
Angra dos Reis
Mangaratiba
Total
482
700
920
620
287
3.009
16
32
34
32
20
134
62
96
116
140
62
476
Para estes mapeamentos foi possível totalizar 134 cartas-imagem e mapas temáticos na escala
1/50.000, e 476 documentos desses mesmos tipos na escala 1/10.000.
Ainda no sentido de corresponder às metas do projeto, foram quantificados os valores de áreas
das classes empregadas para compor o espectro da legenda dos documentos gerados. Nessa etapa é
comprovada a incerteza na qualificação desses documentos, uma vez que a atribuição de classes aos
polígonos, resultado da segmentação, é um caso de conflito de semântica no emprego adequado dos
padrões de uso da Terra e cobertura vegetal. Esse impasse se resolve, geralmente, com trabalhos de
campo para coleta de informações qualitativas, e também com consultas a documentos atualizados das
áreas investigadas.
Tabela 9 - Áreas (km2) estimadas classificadas por município (escala 1/50.000).
Município/Padrã Vegetaçã Vegetaçã Corpo Praia
Solo
Obras e Aflorament Costão
o de uso da
o
o
hídric Arenos Expost Edificaçõe o Rochoso Rochos
Terra e
Arbórea Gramínea
o
a
o
s
o
cobertura
e
vegetal
Arbustiva
Caraguatatuba
453,03
45,99
8,63
1,14
0,01
17,07
0,09
0,19
Ubatuba
651,23
66,11
12,41
1,64
0,02
24,54
0,13
0,27
Paraty
877,75
89,11
16,73
2,21
0,03
45,99
0,17
0,36
Angra dos Reis
566,29
57,49
10,79
1,42
0,02
21,34
0,11
0,23
Mangaratiba
10,67
28,75
5,40
0,71
0,01
10,67
0,06
0,12
Total
2.558,97
287,45
53,96
7,12
0,10
119,61
0,56
1,17
Tabela 10 - Áreas (km2) estimadas classificadas por município (escala 1/10.000).
Município/Padr Vegetaçã Vegetaç Corpo Praia
Solo
Obras e Aflorament Costão
ão de uso da
o Densa
ão
hídrico Aren Expost Edificaçõe o Rochoso Rochos
Terra e
Gramíne
osa
o
s
o
cobertura
ae
vegetal
Arbustiv
a
Caraguatatuba
231,80
104,90
215,00 1,10
1,10
30,90
0,50
0,40
Ubatuba
271,70
29,90
230,30 0,70
0,20
18,90
0,20
1,30
Paraty
382,20
51,80
151,00 0,50
0,10
5,50
1,80
1,70
Angra dos Reis
218,00
75,70
319,60 0,50
0,70
14,80
1,00
2,00
Mangaratiba
262,10
112,10
227,50 0,30
0,10
9,30
3,20
4,20
Total
1.365,80 374,40 1.143,40 3,10
2,20
79,40
6,70
9,60
No contexto do projeto de pesquisa que deu origem aos resultados aqui apresentados
parcialmente, há etapas a serem vencidas de carga do banco de dados, em se tratando de dados de clima.
Essa etapa, no SIG criado, está sendo tratada na geração de mapas temáticos onde há duas versões, em
escalas distintas. Numa delas são apresentados num recorte mais geram, em escala menor, elementos do
meio físico, com nas Figuras a seguir. Outra versão é marcada por mapas na escala aproximada de
1/1.000.000, envolvendo os municípios litorâneos paulistas e fluminenses.
44
O que se espera a partir dos progressos é associar espacialmente onde tem ocorridos eventos
extremos climáticos nessa região, e apresentá-los nos mapas temáticos, e executar comparações sobre
os mapas de uso da Terra e cobertura vegetal, tanto gerados com as imagens THEOS, como outros
disponíveis.
As metas seguintes são nesse sentido de orientar a população, em face de séries históricas
climáticas, sobre a estratégia de ocupação hoje e nos últimos anos, e em que medida é possível
estabelecer orientação para o uso da Terra.
Figura 18 – Mapa de temperatura (ºC) média em janeiro de 1979 (IAGCA/USP).
45
Figura 19 – Mapa de temperatura (ºC) média em julho de 1979 (IAGCA/USP).
Objetivando apresentar, por meio de cores distribuídas em quadrantes, as variações numéricas dos
elementos do meio físico, em séries históricas, foram estruturados layout de mapas temáticos envolvendo
os municípios de interesse como mostram as cinco Figuras a seguir, caracterizado nessa amostragem o caso
de ventos, temperatura, temperatura, radiação solar, precipitação e umidade relativa, em valores médios,
para épocas distintas (IAGCA/USP). Entendendo que para todos esses dados do meio físico a série histórica
estudada foi para os anos de 1979, 1989, 1999 a 2008.
46
Figura 20 – Mapa de ventos (ano de 2008).
Figura 21 – Mapa de temperatura média (ano de 1999).
47
Figura 22 – Mapa de radiação solar média (ano de 1989).
Figura 23 – Mapa de precipitação média (ano de 1979).
48
Figura 24 – Mapa de umidade relativa média (ano de 2008).
5. CONCLUSÃO
A experiência com imagens THEOS destinadas ao mapeamento regional (1/50.000) obteve êxito,
mesmo em se tratando de resultados preliminares, no recorte espacial do litoral em questão. Refinamento
sobre os resultados a partir da classificação semi-supervisionada obtida é necessário, uma vez que
observou-se a existência de inconsistências qualitativas. A solução dos conflitos semânticos, que dão o
caráter investigativo da pesquisa sobre os resultados alcançados, é o grande desafio enfrentado. Associado
à essa solução são imperativos investimentos. Não há como negligenciar os esforços aqui sucintamente
descritos no sentido de busca de melhores resultados, no método adotado de segmentação e nos
procedimentos na classificação. O profissionalismo cartográfico persiste tanto nas comprovações de campo
dos padrões apresentados, e nesse processo observa-se que imagens de alta resolução empregadas permitem
mapeamentos mais detalhados, diante dos convencionais com resolução espacial média e pequena. Mas é
notado aqui nessa experiência as fases seguintes, i. e., os desdobramentos para garantia de mapeamento
cartográfico também na escala 1/10.000. Todos os mapas temáticos revisados e ajustados estão disponíveis
em: http://georeferencial.com.br/linhas-e-projetos-de-pesquisas/. Os dados do meio físico foram
pesquisados numa visão regional e em escala pequena. A adequação desses dados na análise integrada
pretendida permitiu apresentar cenários históricos de sua evolução, diante dos eventos extremos de maior
expressão no litoral de Ubatuba e Caraguatatuba/SP. O projeto está em franco desenvolvimento com etapas
a vencer: carga no banco de dados espaciais considerando dados de clima e de censos demográficos, o que
permitirá consultas espaciais e atualizações. Mais desafios se configura também nessa fase final do projeto.
Resultados estão sendo gradativamente validados e disponibilizados no website.
AGRADECIMENTOS:
Os autores agradecem aos pesquisadores do Instituto Geológico da Secretaria de Meio Ambiente do
Estado de São Paulo Celia Regina de Gouveia Souza, Cláudio José Ferreira e Denise Rossini Penteado.
Agradecem também aos alunos do curso de Geofísica Lais Ribeiro Baroni e Filipe Quintanilha Pereira,
ambos da Universidade Federal Fluminense (UFF), e, por fim, Eduardo Paço da Hora e Marcelo Francisco
49
Moraes da empresa Globalgeo Geotecnologias. Por último, é feito um agradecimento às agências de
fomento à pesquisa FAPERJ e FAPESP.
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Prof. Dr. Gilberto Pessanha Ribeiro
Professor Adjunto
[email protected]
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Universidade do Estado do Rio de Janeiro - UERJ
50
Faculdade de Engenharia
Departamento de Engenharia Cartográfica
Laboratório de Computação Aplicada à Cartografia - LCAC
Rua São Francisco Xavier, 524 sala 4020-B
20.550-900 - Rio de Janeiro/RJ - Brasil
Tel.: 55 (21) 2334-0648, (21) 2334-0641, (21) 2334-0035
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