BRITALDO SILVEIRA SOARES FILHO
MODELAGEM DA DINÂMICA DE PAISAGEM DE UMA REGIÃO DE
FRONTEIRA DE COLONIZAÇÃO AMAZÔNICA
Tese apresentada à Escola Politécnica da
Universidade de São Paulo para a obtenção do
título de Doutor em Engenharia.
São Paulo
1998
BRITALDO SILVEIRA SOARES FILHO
MODELAGEM DA DINÂMICA DE PAISAGEM DE UMA REGIÃO DE
FRONTEIRA DE COLONIZAÇÃO AMAZÔNICA
Tese apresentada à Escola Politécnica da
Universidade de São Paulo para a obtenção do
título de Doutor em Engenharia.
Área de Concentração:
Engenharia de Transportes
Orientador:
Dr. Jorge Xavier da Silva
1998
Soares Filho, Britaldo Silveira
Modelagem da dinâmica de paisagem de uma região de fronteira de
colonização amazônica. São Paulo, 1998.
299 p.
Tese (Doutorado) - Escola Politécnica da Universidade de São Paulo.
Departamento de Engenharia de Transportes.
1. Dinâmica de paisagem 2. Geoprocessamento 3. Sensoriamento
Remoto 4. Simulação – Modelos I. Universidade de São Paulo. Escola
Politécnica. Departamento de Engenharia II. t.
Dedico este trabalho ao meus pais, Britaldo e
Teresinha, que iluminaram o caminho da minha vida, e
à minha família, Valéria, Luísa e Pedro Gabriel, a
quem eu espero poder fazer o mesmo.
Por que o Homem quer subir a montanha mais alta do
mundo? Ora, a resposta é a mais simples possível,
porque ela está lá. Ou seja, o desafio é uma virtude
inerente ao ser humano. Foi assim que me senti diante
da proposta de realizar este trabalho. Como algo
totalmente novo, abracei esse repto, com o doce sabor
de aventura e de fascinação, diante às novas sendas
abertas por essa jornada através das fronteiras do
conhecimento e da habilidade humana.
AGRADECIMENTOS
Ao meu amigo e orientador Dr. Jorge Xavier da Silva, por ter me acolhido e me ajudado
com as suas precisas e incisivas pontuações.
À Universidade Federal de Minas Gerais, incluindo os colegas do Departamento de
Cartografia e do Instituto de Geociências, que incentivaram e permitiram a minha
liberação para o Doutorado.
Ao programa PICD/CAPES, pela bolsa de estudo.
Ao Departamento de Engenharia de Transportes da Escola Politécnica da USP, por ter
me recebido no curso de Doutorado, e, em especial, à ajuda prestada pelos professores
Dr. Denizar Blitzkow, Dr. Marcos Rodrigues e Dr. José Alberto Quintanilha.
A Dra. Diana Oya Sawyer, que acreditou, incentivou e custeou boa parte deste trabalho
através do Projeto "Uso do Solo e Saúde na Amazônia", como também aos colegas
desse projeto pela força dada, principalmente nos trabalhos de campo.
Ao Dr. Renato Martins Assunção e Alexandre Pantuzzo, pela discussão e ajuda na
aplicação das técnicas de estatística.
Ao Dr. Marcos Pedlowski, pela primeira revisão do texto da tese e pelas profícuas
sugestões.
Ao Dr. Burton Singer, por ter me recebido em Princeton, e com isso permitido iniciar a
fundamentação teórica desta tese.
Ao Dr. Willian Baker, pelo envio dos manuais e do programa de análise da estrutura de
paisagem.
Aos amigos Inácio Nakahata, pela presteza dos auxílios nos meus afazeres na USP, e
Francisco Iglésias, pelo abrigo e companhia em São Paulo.
Aos colegas do CSR, sem os quais muito deste trabalho não poderia ter sido realizado,
em especial, Philippe Maillard, Eliane Voll e Cássio Lopes Pennachin.
E a todos as outras pessoas que direta ou indiretamente colaboraram com o sucesso
deste trabalho.
RESUMO
O entendimento da dinâmica da paisagem amazônica requer a compreensão do sistema
de processos de conversão do uso do solo, de eventual abandono de áreas previamente
utilizadas para agricultura e pastagens e de restauração florestal. Para tanto, são
necessários novos métodos, capazes não só de mapear, mas também de analisar os
padrões espaciais gerados por essas mudanças e com isso possibilitar a construção de
modelos confiáveis que operem numa escala regional.
Foi com essa perspectiva que este trabalho teve por objetivo desenvolver um modelo
espacial de simulação de mudanças da paisagem, tendo como base os dados coletados
pelo sensoriamento remoto orbital em uma particular região de estudo, situada numa
fronteira de colonização amazônica no norte do Estado do Mato Grosso. A estratégia de
operacionalização do modelo buscou, numa primeira instância, aprimorar métodos de
mapeamento e de análise da dinâmica da paisagem para, numa segunda etapa,
desenvolver e implementar técnicas de construção, calibração e operação de modelos
espaciais de simulação de mudanças.
Os resultados obtidos do uso da metodologia desenvolvida de sensoriamento remoto
orbital demonstraram-na eficaz, validando a sua utilização para determinação dos
padrões de conversão do uso e da cobertura do solo em extensas áreas geográficas. Em
conseqüência, os mapas multitemporais produzidos foram usados para parametrizar e
quantificar as equações dos modelos distribuicionais e espaciais abstraídos de um
modelo conceitual de mudanças. Por sua vez, foram usadas as técnicas de álgebra
cartográfica para preparar as variáveis selecionadas para as análises de mudanças, as
quais foram realizadas usando-se de técnica de estatística multivariada sobre a base
cartográfica armazenada no SIG. Desse modo, pôde-se demonstrar que os mapas obtidos
da regressão logística permitiram indicar as áreas sensíveis aos tipos de mudanças, um
importante passo para a parametrização e discretização do modelo de simulação em
subunidades de área. Por fim, importantes contribuições foram dadas à arte de
construção e operação de modelos de simulação de dinâmica de paisagem: 1) com o
desenvolvimento de inéditas funções de transição com interação com a vizinhança, 2)
incorporação do efeito de retroalimentação espacial e 3) com o uso das regressões
logísticas para calcular as probabilidades espaciais de transição.
A totalidade dos resultados alcançados com este trabalho possibilitou a comprovação
das teses de que é possível desenvolver modelos baseados em ambiente SIG que
simulem a gênese e o desenvolvimento dos padrões espaciais gerados pela dinâmica de
paisagem e de que também as variáveis espaciais identificadas nos produtos do
sensoriamento remoto orbital, em conjunto com outros dados ancilares, podem indicar
como e onde estão ocorrendo as mudanças na paisagem.
ABSTRACT
The study of landscape dynamics in Amazonia requires a good understanding of the
processes that rule land-use conversion, agricultural land abandon and forest recovering.
To achieve such goal, one needs to develop new methods to map as well as to analyze
spatial patterns resulting from change induced by these processes. These methods will in
turn enable the formulation of reliable models to operate at regional scale.
On these basis, this work aims at the development of a new spatial simulation model of
landscape dynamics using mainly remotely sensed data. The model was developed using
a study area located in the northern part of the state of Mato Grosso (Brazil) that stands
as a typical Amazonian Frontier Colonization region. A two-fold strategy was adopted:
firstly, methods for mapping and analyzing landscape dynamics had to be improved and
fine-tuned, secondly techniques had to be implemented for building, operating and
calibrating the land-use change simulation model.
The application of the Remote Sensing-based mapping methods yielded results that
validate its use for land-use pattern conversion assessment at a regional scale.
Thereafter, the obtained multitemporal maps were directly used to feed the equations of
the distributional and spatial models derived from a conceptual land-use change model.
Map algebra was applied in order to generate the selected variables needed for the
change analysis, all of which was done within a Geographical Information system (GIS)
environment combined with multivariate statistical techniques. It could be shown that
the maps resulting from the “logistic regression” gave a good indication of the areas
most favorable for each type of transition. This was an important step towards the
discretization of the simulation model into sub-areas. The main contributions to the art
of landscape change modeling in this thesis were: 1) to develop vicinity-based
transitional functions, 2) to incorporate spatial feedback approach and 3) to efficiently
apply the logistic regression to calculate the spatial transition probabilities.
The thesis that a model to simulate the genesis and development of spatial patterns
created by landscape dynamics can be developed and implemented within a GIS
environment has been demonstrated. Also, it was shown that remotely-sensed data
combined with ancillary data are well-suited to point out how and where changes occur
in the landscape.