COM USO DO QGIS - Emater · Instituto Paranaense de Assistência Técnica e Extensão Rural...

CURSO DE MAPEAMENTO DIGITAL DE SOLOS COM USO DO QGIS Elaboração Flávio Augusto Ferreira do Nascimento Reinaldo Tadeu de Oliveira Rocha Rosane Dalpiva Bragato Milton Satoshi Matsushita Oromar João Bertol CURITIBA 2017

Instituto Paranaense de Assistência Técnica e Extensão Rural Instituto de Florestas do Paraná Secretaria de Estado da Agricultura e do Abastecimento Governo do Estado do Paraná CURSO DE MAPEAMENTO DIGITAL DE SOLOS COM USO DO QGIS Flávio Augusto Ferreira do Nascimento Reinaldo Tadeu de Oliveira Rocha Rosane Dalpiva Bragato Milton Satoshi Matsushita Oromar João Bertol CURITIBA 2017

Instituto Paranaense de Assistência Técnica e Extensão Rural (Instituto EMATER) Rua da Bandeira, 500 – Cabral 80035-270 – Curitiba, PR, Brasil Fone: (41) 3250-2100 Site: www.emater.pr.gov.br Secretaria de Estado da Agricultura e do Abastecimento (SEAB) Rua dos Funcionários, 1559, Cabral, 80035-050 – Curitiba, PR, Brasil Fone: (41) 3313-4000 Site: www.agricultura.pr.gov.br Instituto de Florestas do Paraná (IFPR) Rua Maximo João Kopp, 274, Bloco 5 - Santa Cândida 82630-900 – Curitiba, PR, Brasil Fone: (41) 3351-6440, Fax: (41) 3351-6444 Site: www.florestasparana.pr.gov.br Email: [email protected] Capa: Rosane DalpivaBragato Fonte da imagem: http://www.escola.agrarias.ufpr.br/arquivospdf/mapa_solos_pr.pdf Primeira Edição: Agosto de 2017 Segunda Edição: Outubro de 2017 Tiragem: 100 exemplares Impressão: Instituto Emater Material publicado com recursos do Programa de Gestão de Solos e Água em Microbacias. É permitida a reprodução parcial deste trabalho desde que citada a fonte.

2 NASCIMENTO, F. A. F.; ROCHA, R. T. O.; BRAGATO, R. D.; MATSUSHITA, M. S.; BERTOL, O. J. Curso de Mapeamento Digital de Solos com uso do QGIS. Curitiba: Instituto Emater, 2017.

SUMÁRIO 1. INTRODUÇÃO .................................................................................................................... 4 2. ORGANIZAÇÃO DAS PASTAS DE TRABALHO ................................................................. 4 3. BAIXAR ARQUIVOS SRTM ................................................................................................ 5 4. INSTALAÇÕES ................................................................................................................... 6 4.1. Instalação do R ............................................................................................................ 6 4.2. Configurações de pastas dos scripts e libraries do R ................................................... 7 4.3. Configurações do R no QGIS ....................................................................................... 7 4.4. Configurações do Grass no QGIS ................................................................................ 9 4.5. Instalação de complementos do QGIS ......................................................................... 9 5. CONFIGURAÇÕES DE SRC E REPROJEÇÃO DE CAMADAS ....................................... 10 6. RECORTE DE ARQUIVOS VETORIAIS E IMAGENS ....................................................... 12 6.1. Recorte de camadas raster ........................................................................................ 12 6.2. Recorte de camadas vetoriais (shapefile) ................................................................... 13 7. MAPEAMENTO DIGITAL DE SOLOS (MDS) .................................................................... 15 7.1. Criação de um novo projeto no QGIS ......................................................................... 15 7.2. Utilização do pluginGEarthView ................................................................................. 16 7.3. Identificação das classes de solo por meio da relação solo/paisagem ....................... 17 7.4. Geração da pseudoamostra ....................................................................................... 18 7.5. Processamento para geração de mapa digital de solos ............................................. 23 7.6. Validação do mapeamento digital ............................................................................... 27 7.7. Aplicação de cores e filtro as camadas de solo predito e de incerteza ....................... 29 7.8. Conversão do mapa final raster para vetorial ............................................................. 32 8. EXERCÍCIO FINAL ........................................................................................................... 35


LISTA DE FIGURAS Figura 1. Mapa índice do TOPODATA. ...................................................................................... 6 Figura 2. Telas de instalação do R. ........................................................................................... 6 Figura 3. Caminho para substituir a pasta “rscripts”. .................................................................. 7 Figura 4. Caminho para substituir a pasta “rlibs”. ....................................................................... 7 Figura 5. Opções de processamento: definições gerais. ............................................................ 8 Figura 6. Opções de processamento: definições R scripts. ....................................................... 8 Figura 7. Opções de processamento: definições Comandos GRASS GIS 7 .............................. 9 Figura 8. Configuração do complemento QuickMapServices. .................................................. 10 Figura 9. Configurações de opções SRC. ................................................................................ 11 Figura 10. Janela de configuração para reprojetar camada raster. .......................................... 12 Figura 11. Configurações da ferramenta de recorte de raster .................................................. 13 Figura 12. Planilha Excel com coordenadas de retângulo referência. ...................................... 14 Figura 13. Configuração do plugin XYTools. ............................................................................ 14 Figura 14. Configurações da ferramenta Points2One. ............................................................. 15 Figura 15. Início do processo MDS no QGIS. .......................................................................... 16 Figura 16. Configurações de opções do Google Earth............................................................. 17 Figura 17. Visualização do relevo no Google Earth ................................................................. 17 Figura 18. Exemplo de adição de pontos classificados como NEOSSOLO (pontos em azul) localizados em terreno fortemente inclinado. ............................................................................ 19 Figura 19. Exemplo de alocação de pseudoamostras em uma microbacia. ............................. 20 Figura 20. Exemplo de preenchimento dos dados da camada de pseudoamostra. ................. 21 Figura 21. Janela do plugin Vector Text Field Statistics. .......................................................... 22 Figura 22. Campos selecionados na ferramenta Point Sampling Tool. .................................... 23 Figura 23. Localização da ferramenta para geração de mapas digitais de solos. .................... 23 Figura 24. Preenchimento dos parâmetros do script spatial environmental modelling. ............ 24 Figura 25. Tela de log de execução do script spatial environmental modelling. ....................... 24 Figura 26. QGIS com o resultado da camada de solos preditos (predictions). ......................... 25 Figura 27. Tabela de atributos da camada Metadata. .............................................................. 26 Figura 28. Exemplo da tabela de atributos da camada AmostraCpo........................................ 27 Figura 29. Configurações da ferramenta para mesclar camadas vetoriais. .............................. 28 Figura 30. Tabela de atributos da camada Metadata com dados de campo para validação .... 29 Figura 31. Opções de conexão de pixel da ferramenta Filtro. .................................................. 29 Figura 32. Exemplo de configuração do filtro de raster. ........................................................... 30 Figura 33. Configurações de estilo da camada raster. ............................................................. 31 Figura 34. Resultado da colorização da camada raster de solo predito. .................................. 31 Figura 35. Exemplo de camada vetorial de solos convertida a partir do raster. ....................... 32 Figura 36. Ferramenta do GRASS para suavização de vetores (v.generalize). ....................... 33 Figura 37. Configurações da ferramenta GRASS v.generalize. ............................................... 33 Figura 38. Exemplo de processo de suavização com a ferramenta GRASS v.generalize. ....... 34 Figura 39. Camada final "Solos" do processo de mapeamento digital de solos. ...................... 35


1. INTRODUÇÃO O mapeamento digital de solos (MDS) utiliza modelos matemáticos, estatísticos e principalmente os pedológicos para determinação de classes de solos, com base nas informações existentes e correlacionadas através das variáveis ambientais que determinam a formação dos solos, em outras palavras o MDS estabelece relações entre variáveis preditivas e as unidades de mapeamento de solos, separando-os em grupos homogêneos de classes de solos. Portanto, o mapeamento digital de solos com o uso da geotecnologia pode ampliar a nossa capacidade em classificar e identificar a distribuição espacial dos solos, possibilitando que um volume maior de informações sobre os fatores de formação do solo seja processado de forma rápida e automatizada. O objetivo da presente apostila é apresentar um passo a passo para realizar o mapeamento digital de solos em microbacias utilizando o software QGIS . Ressaltamos que os resultados deste mapeamento podem ser melhorados com o aprimoramento da metodologia e utilização de maior quantidade e qualidade das covariáveis ambientais. 2. ORGANIZAÇÃO DAS PASTAS DE TRABALHO Para evitar falhas no processamento aconselha-se a seguir as seguintes orientações: armazenar os trabalhos deste curso na pasta raiz do computador (por exemplo, C:\ ou D:\), evitar caminhos longos, para nomear as pastas e arquivos, não usar caracteres especiais, nem espaços ou mesmo o símbolo underline “_”, nomear os arquivos e pastas com no máximo 10 caracteres e o nome do computador não deve ter espaço e nem caracteres especiais. Para a identificação dos arquivos deve-se usar o sistema CamelCase, termo em inglês para denominar a prática de escrever palavras compostas ou frases onde cada palavra é iniciada maiúsculas e unidas sem espaços. Como sugestão, organizar as pastas da seguinte forma:


C:\CursoMds Instalador QGIS QGIS-OSGeo4W-2.14.10-1-Setup-x86 R R-3.4.0-win rlibs rscripts Google Earth GoogleEarthProSetup Shapes Projetos SRTM Figuras Tabelas Dados CalibraPto PseudoPto Matriz Predicao 3. BAIXAR ARQUIVOS SRTM Acessar o site do TOPODATA por meio do link a seguir: http://www.webmapit.com.br/inpe/topodata/ Selecionar o quadrante da região central do Estado do Paraná (25S525) conforme a Figura 1 e baixe os seguintes arquivos, um de cada vez, na pasta “SRTM” e os descompacte: − 25S525 ZN – altitude (numérica) − 25S525 SN – declividade (numérica) − 25S525 VN – curvatura vertical (numérica) − 25S525 HN – curvatura horizontal (numérica)

6 NASCIMENTO, F. A. F.; ROCHA, R. T. O.; BRAGATO, R. D.; MATSUSHITA, M. S.; BERTOL, O. J. Curso de Mapeamento Digital de Solos com uso do QGIS. Curitiba: Instituto Emater, 2017. Figura 1. Mapa índice do TOPODATA. 4. INSTALAÇÕES Neste item são descritas as instalações e configurações necessárias para o funcionamento dos scripts do R, os quais são necessários para realizar os procedimentos de mapeamento digital de solos. 4.1. Instalação do R Iniciar com clique duplo no arquivo instalador do R na seguinte pasta: C:\CursoMds\Instalador\R\R-3.4.0-win.exe Seguir as orientações das telas para completar a instalação, sempre mantendo os padrões sugeridos pelo instalador, tal como na Figura 2.a e na Figura 2.b. Figura 2.a. Pasta de destino da instalação do R Figura 2.b. Componentes de instalação do R Figura 2. Telas de instalação do R.


4.2. Configurações de pastas dos scripts e libraries do R Copiar a pasta rscripts do curso (C:\CursoMds\Instalador\rscripts) e colocar na pasta: C:\usuários\“NomeDoComputador”\.qgis2\processing, substituindo a pasta rscripts (Figura 3). Figura 3. Caminho para substituir a pasta “rscripts”. Substituir também a pasta rlibs no caminho C:\usuários\“NomeDo Computador”\.qgis2\processing (Figura 4). Figura 4. Caminho para substituir a pasta “rlibs”. 4.3. Configurações do R no QGIS Dentro do QGIS clicar no menu Processar >> Opções >> Geral marcar a opção “Manter a caixa de diálogo após rodar o algoritmo” (Figura 5).


Figura 5. Opções de processamento: definições gerais. No menu Processar >> Opções >> Provedores >> R scripts marcar a opção “Activate”. Configurar também os endereços das pastas do R, dos scripts do R e das bibliotecas do R (Figura 6). Figura 6. Opções de processamento: definições R scripts. Os caminhos devem ser corretamente configurados para cada opção do R scripts conforme descrito a seguir: − Pasta R


C:\Program Files\R\R-3.4.0 − Pasta da biblioteca do usuário R C:\usuários\“NomeDo Computador”\.qgis2\processing\rlibs − Pasta de scripts R C:\usuários\“NomeDo Computador”\.qgis2\processing\rscripts 4.4. Configurações do Grass no QGIS No menu Processar >> Opções >>Provedores >> Comandos GRASS GIS 7 configurar conforme a Figura 7. Figura 7. Opções de processamento: definições Comandos GRASS GIS 7 4.5. Instalação de complementos do QGIS Clicar no menu Complementos >> Gerenciar e Instalar Complementos >> Opções e marcar a opção “Mostrar também os complementos experimentais”. Instalar os seguintes plugins:

− QuickMapServices − OpenLayers Plugin − GEarthView − PointSamplingTool − ColorRampManager − Vector Text Field Statistics − XY tools − Points2One


IMPORTANTE: o complemente OpenLayers Plugin tem apresentado conflitos com o GRASS. Assim, se ao utilizar alguma ferramenta do GRASS o QGIS acusar a mensagem “environment can only contain string See log for more datails”, o OpenLayers deve ser desativado ou, até mesmo, desinstalado. Depois disto, reinicie o QGIS. O complemente QuickMapServices pode ser uma boa alternativa para visualização de imagens de satélite do Google e Bing. Para este complemento são necessárias algumas configurações. Clicar no menu Web >> QuickMapServices >> Settings >> More services e clicar no botão do “Get contributed pack” (Figura 8). Figura 8. Configuração do complemento QuickMapServices. 5. CONFIGURAÇÕES DE SRC E REPROJEÇÃO DE CAMADAS A fim de garantir que o SRC das novas camadas seja o desejado para as operações posteriores, algumas configurações são necessárias. Clicar no menu Configurações >> Opções >> SRC e marcar a opção “Prompt para SRC” (Figura 9).


Figura 9. Configurações de opções SRC. Carregar no QGIS o arquivo raster de altitude (25S525ZN) previamente baixado do site do TOPODATA, conforme explicado no item 3. Na janela de prompt de SRC clicar no botão “Cancelar”, mantendo o SRC original do arquivo raster (WGS84 – EPSG: 4326). Em seguida, clicar no menu Raster >> Projeções >> Reprojetar... selecionar no “Arquivo de entrada” o raster de altitude e no “Arquivo de saída” indicar o mesmo local para armazenar o arquivo reprojetado. Salve este arquivo reprojetado com o nome 25S525ZNr.tif. O SRC fonte é o de origem, neste caso o WGS84 – EPSG: 4326 e o SRC alvo o SAD69 – EPSG: 29192 (Figura 10).


Figura 10. Janela de configuração para reprojetar camada raster. Repetir o procedimento para as demais camadas rasters: declividade numérica (25S525SN), curvatura vertical numérica (25S525VN) e curvatura horizontal numérica (25S525HN). 6. RECORTE DE ARQUIVOS VETORIAIS E IMAGENS Em muitos casos, os dados que temos a disposição cobrem regiões que excedem as áreas em estudo. Nestes casos, a fim de otimizar a capacidade de processamento e memória do computador, sugere-se que se recorte as camadas para um retângulo em torno da área/microbacia de interesse. 6.1. Recorte de camadas raster Clicar no menu Raster >> Extrair >> Recorte. Para o arquivo de entrada selecionar o raster reprojetado, por exemplo, declividade25S525SNr.tif. No caso de declividade salvar na pasta “SRTM” com o nome “Decli.tif”. Selecionar o Modo clipping “Extensão” e digitar as coordenadas do retângulo envolvente da microbacia, conforme o exemplo da Figura 11.


Figura 11. Configurações da ferramenta de recorte de raster Repetir este procedimento para as demais camadas rasters usando os seguintes nomes para cada arquivo de saída: − Arquivo de entrada: 25S525SNr.Tif � arquivo de saída: Decli.tif − Arquivo de entrada: 25S525ZNr.Tif � arquivo de saída: Altitude.tif − Arquivo de entrada: 25S525VNr.Tif � arquivo de saída: CurvaVert.tif − Arquivo de entrada: 25S525HNr.Tif � arquivo de saída: CurvaHori.tif IMPORTANTE: a extensão do retângulo de recorte da camada raster poder ser definido clicando com o mouse sobre a tela e arrastando-o. Se o procedimento for realizado desta forma, lembrar de anotar as quatro coordenadas X e Y, a fim de realizar posteriormente o recorte das camadas shapes (item 6.2) exatamente para este retângulo de interesse. 6.2. Recorte de camadas vetoriais (shapefile) Alguns arquivos vetoriais, tais como o de rios ou de estradas, também podem ser recortados para o mesmo retângulo que foi utilizado para os arquivos rasters. Para tanto, deve-se criar um shapefile com uma feição retangular de referência. Uma das formas de criar este retângulo é por meio de um arquivo com coordenadas. Assim, o primeiro passo é criar uma planilha do Excel com uma tabela com as mesmas coordenadas utilizadas no item 6.1 (Figura 12). Salvar esta planilha na pasta C:\CursoMds\Tabelas com o nome “PontosRet.xls” (.xls = Pasta de Trabalho do Excel 97 - 2003) e fechar o Excel.


Figura 12. Planilha Excel com coordenadas de retângulo referência. Dentro do QGIS, clicar no menu Vetor >> XYTool >> Open Excel file as attribute table or point layer. Selecionar o SRC SAD69, ESPG: 29192. Na tela da ferramenta XY Tools escolher as colunas de X e Y conforme a Figura 13 e clicar em “OK”. Figura 13. Configuração do plugin XYTools. Utilizando o plugin Point2One selecionar o arquivo de pontos temporário previamente criado com a ferramenta XYTools, selecionar a opção “Create polygons”, marcar “Adicionar dados à tela” e salvar na pasta “Shapes” com nome do arquivo de saída “Retangulo.shp” (Figura 14). Por fim, remover a camada de pontos temporários.


Figura 14. Configurações da ferramenta Points2One. O shape “Retangulo.shp” pode ser utilizada para recortar arquivos shapefile de interesse, tais como rios, estradas, solos, curvas de nível, entre outros. Para tanto, clicar no menu Vetor >> Ferramentas de Geoprocessamento >> Recortar. Na opção “Entrar com camada vetorial” selecionar um dos arquivos de interesse (rios, estradas, solos, entre outros). Na opção “Cortar pela camada” selecionar o arquivo “Retangulo”. No “Shape de saída” direcionar para a pasta “Shapes” 7. MAPEAMENTO DIGITAL DE SOLOS (MDS) Neste item estão descritos os procedimentos do mapeamento digital de solos, desde a criação do projeto no QGIS até a geração dos arquivos vetoriais de mapas de solos. 7.1. Criação de um novo projeto no QGIS Deve-se criar um novo projeto para o Mapeamento Digital de Solos. Clicar no menu Projeto >> Novo e salvar com o nome ProjMds.qgs na pasta “Projetos”. Carregar no projeto recém-criado as seguintes camadas: − Raster: Decli.tif, Altitude.tif, CurvaVert.tif e CurvaHori.tif. − Vetorial: RiosMb.shp, CurvasMb.shp, DecMb.shp, SolosMb.shp e PeriMb.shp.


7.2. Utilização do pluginGEarthView O plugin GEarthView se conecta ao software Google Earth, permitindo a visualização da topossequência do terreno. Isto auxilia a interpretação, análise e correlação do relevo com as classes de solos. Com a visualização de camadas conforme a Figura 15 clicar no botão do plugin GEarthView. Figura 15. Início do processo MDS no QGIS. Este procedimento abrirá o software Google Earth com as camadas em visualização no QGIS. Dentro do Google Earth clique no menu Ferramentas >> Opções >> Visualização em 3D e configure a opção “Ampliar a elevação” para o valor de 1.5 (Figura 16).


Figura 16. Configurações de opções do Google Earth. Dentro do Google Earth é possível observar o relevo da área de interesse clicando e arrastando com a roda do mouse para inclinar a visualização da paisagem (Figura 17) Figura 17. Visualização do relevo no Google Earth 7.3. Identificação das classes de solo por meio da relação solo/paisagem A relação solo/paisagem é uma informação que permite aumentar o nível de acerto na geração de pseudoamostras de classes de solo. É bastante conhecida a influência do relevo, um dos componentes da paisagem, na formação dos solos, uma vez que é um dos fatores de sua formação. Segundo J. M. Reichert, R. Dalmolin (2011), “o ciclo hidrológico do solo e seus


componentes variam em função do relevo e posição na paisagem, particularmente a infiltração e o escoamento superficial: (a) em áreas planas há bastante infiltração e pouco escoamento e o solo formado é profundo; (b) em áreas declivosas, a erosão pode ser maior que a infiltração, havendo pouca água para o intemperismo e bastante remoção de solo formado, sendo os rolos rasos; (c) em baixadas planas, há acúmulo de água e sedimento coluvial (gravidade) e aluvial (trazido pelas enchentes), sendo os solos medianamente desenvolvidos.” Diante disto, é possível inferir que em paisagens planas ou suave onduladas, posicionadas em divisores de água amplos e até o primeiro terço da encosta, provavelmente ocorrerá Latossolo. Já em paisagens onduladas, posicionadas no terço médio e último terço da encosta, poderá ocorrer Nitossolos em região de rochas erupticas ou Argissolos em região de arenito, sendo que nesta mesma posição na encosta e em ambiente de arenito, com densidade de drenagem mais elevada e encostas mais curtas, poderá ocorrer Argissolo Abrúptico. Todavia em uma encosta com relevo forte ondulado, poderá existir Cambissolo, sendo que em encosta com relevo montanhoso provavelmente ocorrerá Neossolo. Em uma condição de terço inferior da encosta com relevo plano, é provável que serão encontrados solos hidromórficos como o Gleissolo e Organossolos. É necessário considerar ainda que em divisores de água estreitos, ao Invés de ocorrer solos profundos, poderá ocorrer solos rasos como os Neossolos ou ainda Afloramento de rocha associado a esta classe de solo. Portanto, as relações solo-paisagem podem se tornar ferramentas bastante úteis no estudo dos atributos do solo e no mapeamento e levantamento de solos, visto que a associação entre os atributos topográficos (a inclinação e a declividade do terreno, a orientação e a curvatura da superfície terrestre) e as classes de solos é potencialmente útil para melhorar a predição da ocorrência dos tipos de solos nas paisagens (CAMPOS et al., 2006) As informações cartográficas comumente utilizadas no estudo da relação solo paisagem, são as curvas de nível, os pontos cotados e a hidrografia. É importante ressaltar que a relação solo/paisagem deve ser considerada como um indicativo da ocorrência de uma classe de solo em um determinado local. Portanto, não prescinde do levantamento a campo para a certificação da ocorrência do solo. 7.4. Geração da pseudoamostra Dentro do QGIS criar uma nova camada de pontos chamada “PseudoPtos.shp”. Clicar no menu Camada >> Criar nova camada >> Shapefile, salvar na pasta C:\CursoMds\Dados\PseudoPtos.shp adicionando os seguintes campos: Nome Tipo Comprimento Precisão Taxon Dados de texto 2 Confianca Número decimal 3 2 Val Número inteiro 1


IMPORTANTE: o campo “id”, que é criado automaticamente em novas camadas, deve ser removido nesta etapa, para evitar erros comuns nas etapas seguintes. Com base nos seus conhecimentos em relação à ocorrência de solos em função da paisagem e seguindo as orientações do item 7.3, adicionar novos pontos à camada PseudoPtos (Figura 18). Sugere-se iniciar pelas classes de solos em que se tem maior segurança para realizar a identificação. Figura 18. Exemplo de adição de pontos classificados como NEOSSOLO (pontos em azul) localizados em terreno fortemente inclinado. Nesta etapa deve-se buscar adicionar pontos de amostra ao longo de todo o perímetro da microbacia, levando em consideração todos os tipos de solos que se acredita ocorrerem naquela área. Também é aconselhável que se mantenha proporcionalidade quanto à quantidade de pontos adicionados em cada classe de solo (Figura 19).


Figura 19. Exemplo de alocação de pseudoamostras em uma microbacia. Durante o preenchimento, no campo “taxon” deve-se colocar a letra maiúscula que indica o primeiro nível categórico da respectiva classe de solo. Quanto ao campo “Confianca” deve-se, teoricamente, colocar valores entre 0.00 e 1.00, sendo zero (0) indicando nenhuma confiança na informação que se está colocando e um (1) a absoluta certeza do tipo de solo daquele ponto. Na prática, sugere-se que sejam colocados valores entre 0.50 e 0.80 (Figura 20). As pseudoamostras não substituem as amostras de campo. Por isso são chamadas pseudoamostras, ou seja, amostras simuladas. O valor de confiança serve para diferenciar esses dados "falsos" dos dados reais de campo.

21 NASCIMENTO, F. A. F.; ROCHA, R. T. O.; BRAGATO, R. D.; MATSUSHITA, M. S.; BERTOL, O. J. Curso de Mapeamento Digital de Solos com uso do QGIS. Curitiba: Instituto Emater, 2017. Figura 20. Exemplo de preenchimento dos dados da camada de pseudoamostra. Uma forma rápida de verificar a quantidade de pontos alocados em cada classe de solo é utilizando o plugin Vector Text Field Statistics. Clicar no seu respectivo botão na barra de ferramentas ou no menu Complementos >> Vector Text Field Statistics. Na opção “Choose a vector layer” colocar a camada de pseudoamostras e depois clique no símbolo + (ou >) do campo “Taxon” (Figura 21).


Figura 21. Janela do plugin Vector Text Field Statistics. Depois de adicionar os pontos de pseudoamostra, em todas as feições o campo “Val” (Figura 20) deve ser preenchido com o valor zero (0). O próximo procedimento é juntar as informações dos diversos rasters baixados do site TOPODATA com o shape de pseudoamostra. Nesta etapa, pode-se utilizar os dados das quatro covariáveis (Decli, Altitude, CurvaVert e CurvaHori). Quanto mais covariáveis são utilizadas, maior é a demanda do processador do computador. Assim, a fim de diminuir o tempo de processamento das ferramentas do Rscript, não será utilizada a covariável curvatura horiozontal numérica (CurvaHori) nos exemplos a seguir. Deixar habilitado somente as camadas raster Decli, Altitude e CurvaVert e a camada vetorial PseudoPtos e clicar no botão do plugin Point Sampling Tool na barra de ferramentas. Este complemento também pode ser acessado por meio do menu Complementos >> Analyses >> Point sampling tool. Na janela do plugin (Figura 22) selecione as três linhas com os campos do shape de pseudoamostras (Taxon, Confianca e Val) e as linhas com os raster Decli, Altitude e CurvaVert. Por fim, salvar o arquivo com o nome PseudoCov.shp na pasta C:\CursoMds\Dados\PseudoPtos.


Figura 22. Campos selecionados na ferramenta Point Sampling Tool. 7.5. Processamento para geração de mapa digital de solos Clique no menu Processar >> Caixa de ferramentas >> R scripts >> Modelling >> Spatial environmental modelling (Figura 23). Figura 23. Localização da ferramenta para geração de mapas digitais de solos. Devem-se preencher os parâmetros da tela da ferramenta da seguinte forma: Observations: selecionar a camada PseudoCov; Target: selecionar o campo “Taxon”; Weights: selecionar o campo “Confianca”; e Validation: selecionar o campo “Val”. No item Covariates


selecionar as três covariáveis selecionadas nas etapas anteriores: CurvaVert, Altitude e Decli. Para o item Learner iremos selecionador o aprendiz estatístico Penalized Multinomial Regression (C) (Figura 24). Figura 24. Preenchimento dos parâmetros do script spatial environmental modelling. Depois de finalizado o preenchimento dos parâmetros da ferramenta, clicar em Run e aguardar (Figura 25). Figura 25. Tela de log de execução do script spatial environmental modelling.


Ao finalizar o processo, são geradas como resultado três camadas temporárias “Metadata”, “Uncertainty” e “Predictions” (Figura 26). Figura 26. QGIS com o resultado da camada de solos preditos (predictions). A camada “Predictions” contém as informações dos solos preditos, ou seja, os solos estimados pelo aprendiz estatístico. Nesta, cada pixel contém a informação do solo predito naquele local. A camada “Uncertainty” contém informações de quão incerto o aprendiz estatístico esta em relação ao valor de solo predito. Nesta, cada uma das bandas armazena a informação de um dos seguintes índices estatísticos: pureza teórica, entropia de Shannon e índice de confusão. Estes índices são brevemente explicados no quadro a seguir: Índice Descrição Significado dos valores Pureza teórica (Theoreticalpurity) Indica o maior valor predito de probabilidade num ponto 1 = máxima pureza teórica – o aprendiz (geo)estatístico tem alta confiança sobre a categoria predita. 0 = mínima pureza teórica – o aprendiz (geo)estatístico possui grande incerteza sobre a categoria predita. Entropia de Shannon (Shannon entropy) Representa uma medida da “desordem” da predição 1 = máxima desordem - o aprendiz (geo)estatístico possui baixa confiança sobre a categoria predita. 0 = máxima confiança sobre a categoria predita.


Índice Descrição Significado dos valores Índice de confusão (Confusion Index) Medida da confusão que o aprendiz faz entre as duas classes mais prováveis 1 = máxima confusão - o aprendiz (geo)estatístico possui grande confusão em relação as duas classes mais prováveis. 0 = mínima confusão entre as duas classes mais prováveis. A camada “Metadata” armazena as informações referentes às camadas “Predictions” e “Uncertainty”, bem como as informações de qual aprendiz estatístico foi usado e seus valores de acuracidade. Para saber qual número representa cada classe deve-se abrir a tabela de atributos desta camada e observar o campo “Description” na linha “Predictions” (Figura 27). Figura 27. Tabela de atributos da camada Metadata. A camada Metadata também gerada no exemplo da Figura 27 também apresenta um valor de acuracidade geral (Overall accuracy), no caso 0,8501. Este valor refere-se a uma validação cruzada (Cross-validation), a qual reusa dados já usados para alimentar o aprendiz e pode ser interpretada como o quanto o modelo confia na sua predição. Esta validação difere da validação externa, apresentada no item 7.6 desta apostila, que utiliza dados coletados a campo para definir a acuracidade do modelo gerado. De acordo com Samuel-Rosa (2017), a validação cruzada costuma ser otimista em relação à qualidade dos resultados. Por outro lado, a validação externa costuma ser mais rígida e, assim, gera valores menores de acuracidade geral. IMPORTANTE: Os resultados gerados são camadas temporárias, por isso, devem ser salvos em arquivo na pasta C:\CursoMds\Dados\Predicao. As camadas “Uncertainty” e “Predictions” devem ser salvos como raster com os nomes de “Incerteza” e “Predicao”, respectivamente. Observar sempre o SRC de cada camada ao salvar. A camada “Metadata” deve ser salva com o nome “Metadados” e com a extensão .csv (valor separado por vírgula).


7.6. Validação do mapeamento digital Nesta etapa usa-se os dados de campo para validar o mapa de solos anteriormente confeccionamos. Como serão repetidos vários procedimentos já mostrados durante curso (itens 7.4, 7.5, 7.7), não serão detalhados todos os passos. O primeiro passo é criar uma camada denominada AmostraCpo.shp com os dados coletados na microbacia. Nesta, o campo “Taxon” deve conter a classificação de solo realizada a campo. Os campos “Confianca” e “Val” devem ter o valor de 1 em todas as feições (Figura 28). O valor 1 para o campo “Val” indica que estes dados serão utilizados somente na validação do modelo gerado. Figura 28. Exemplo da tabela de atributos da camada AmostraCpo. Em seguida unir esta nova camada com os pontos de pseudoamostra (PseudoPtos) e salvar com o nome de “PtoCalibra.shp”. Dentro da Caixa de ferramentas de Processamento Clicar em Geoalgoritmos QGIS >> Ferramentas gerais de vetor >> Mesclar camadas vetoriais. Na janela desta ferramenta clicar no botão ... da opção “Camadas para mesclar”, selecionar as camadas PseudoPtos e AmostraCpo, clicar em “OK” e depois “Run”


(Figura 29). Este procedimento irá criar uma nova camada temporária com o nome de “Mesclado”. Salva esta camada clicando com o botão direito sobre ela e depois em “Salvar Como...” nomendo-a como “PtoCalibra”. Figura 29. Configurações da ferramenta para mesclar camadas vetoriais. Deixar habilitado os raster Decli, Altitude e CurvaVert e clique no botão do plugin Point Sampling Tool. Selecionar as camadas PtoCalibra, Decli, Altitude e CurvaVert. Salvar como PtoCaliCov. Em seguida, clicar no menu Processar >> Caixa de ferramentas >> R scripts >> Modelling >> Spatial environmental modelling e repita os procedimentos do item 7.5. Este procedimento irar gerar novamente as camadas Uncertainty, Prediction e Metadata, sendo que a única diferença para o que está apresentado no item 7.5 desta apostila é que na tabela de atributos da Metadata aparece uma nova linha mostrando a acuracidade geral da validação (Figura 30). Lembrando que para fins de comparação com o mapeamento tradicional do solo a acuracidade deve ser maior que 75%.


Figura 30. Tabela de atributos da camada Metadata com dados de campo para validação 7.7. Aplicação de cores e filtro as camadas de solo predito e de incerteza A ferramenta de filtro é utilizada para remover feições raster menores que determinado limite. Clique no menu Raster >> Análise >> Filtro. Selecionar como arquivo de entrada a camada de solo predito (Predicao) e como arquivo de saída com o nome de PredicaoF. O parâmetro “Limite” refere-se ao tamanho em pixels dos polígonos raster. Apenas aqueles polígonos menores que este limite serão removidos. O Parâmetro “Conexões de pixel” permite optar entre dois valores: 4 ou 8. O valor 4, que é o padrão, indica que para determinar a conexão entre pixel será considerado quatro conexões. Isto é, pixels diagonais não serão considerados diretamente conectados. Por outro lado, o valor de 8 indica que pixels diagonais serão considerados diretamente conectados, como ilustrado na Figura 31. Figura 31. Opções de conexão de pixel da ferramenta Filtro. No exemplo a seguir, configuraram-se os parâmetros de filtro conforme a Figura 32. No caso, o limite de 55 pixels (resolução espacial de 30 x 30 m) representa uma área aproximada de 5 hectares.


Figura 32. Exemplo de configuração do filtro de raster. Para colorir o raster conforme cada tipo de solo, acessar as propriedades da camada “PredicaoF” e na aba Estilo selecionar o tipo de renderização “Banda simples falsa-cor”. Na opção “Gerar novo mapa de cores” selecionar a opção “nova cor de gradientes”, nesta, selecionar cpt-city e em seguida procurar pela opção RdYlBu. O Modo deve ser “Intervalo igual” e tantas classes quanto forem os tipos de solo da microbacia. Neste procedimento também podem ser editados os valores dos rótulos conforme os tipos de solos (Figura 33).


Figura 33. Configurações de estilo da camada raster. Ao clicar no botão OK gera-se o resultado apresentado na Figura 34. Figura 34. Resultado da colorização da camada raster de solo predito.


7.8. Conversão do mapa final raster para vetorial O mapa gerado nos itens anteriores está no formato raster, com este não é possível realizar alguns procedimentos, tais como o cálculo de área de cada classe de solo. Por isso, neste item são descritos os procedimentos para gerar o mapa de solos em arquivo shapefile. Clicar no menu Raster >> Converter >> Raster para vetor (poligonizar). Selecionar na opção “Arquivo de entrada (raster)” a camada “Predicao” e em “Arquivos de saída para polígonos (shapefile)” selecionar a pasta C:\CursoMds\Dados\Predicao e nomear como “PredicVet”. Um exemplo de camada gerada com este procedimento é apresentado na Figura 35. Nesta figura é possível observar que os limites de polígonos têm formato serrilhado conforme o tamanho dos pixels do arquivo raster original. Figura 35. Exemplo de camada vetorial de solos convertida a partir do raster. O próximo passo é realizar a suavização dos polígonos de solos. Clicar no menu Processar >> Caixa de ferramentas. Na janela lateral de “Caixa de ferramentas de Processamento” do QGIS procurar a ferramenta Comandos GRASS GIS 7 >> Vector (v.*) >> v.generalize – Vetor baseado em generalização (Figura 36).


Figura 36. Ferramenta do GRASS para suavização de vetores (v.generalize). Na janela “v.generalize – Vetor baseado em generalização” selecionar a camada “PredicVet” no campo “Input layer” e no “method” escolher a opção snakes, deixar os demais parâmetros com as configurações default e clicar no botão “Run” (Figura 37). Figura 37. Configurações da ferramenta GRASS v.generalize.


Na Figura 38 é apresentado o resultado da suavização com a ferramenta do GRASS v.generalize. Figura 38. Exemplo de processo de suavização com a ferramenta GRASS v.generalize. A última etapa do processo é recortar a camada vetorial com base no perímetro da microbacia, recalcular as áreas de cada classe de solo e aplicar a simbologia padrão das cores de solos. Depois disto, pode-se preparar o compositor do QGIS e gerar o mapa de solos. Para efetuar o recorte clicar no menu Vetor >> Ferramentas de Geoprocessamento >> Recortar. Na opção “Entrar com camada vetorial” selecionar a camada “Generalize” gerada com ferramenta de suavização. Na opção “Cortar pela camada” selecionar o arquivo de perímetro da microbacia. No “Shape de saída” direcionar para a pasta “Shapes” e nomear como “Solos”. Nesta camada recortada aplicar a simbologia padrão de solos (Figura 39).


Figura 39. Camada final "Solos" do processo de mapeamento digital de solos. 8. EXERCÍCIO FINAL Neste item é descrito o exercício final deste curso que consiste, basicamente, da maioria dos procedimentos vistos durante o curso. Este exercício também pode ser utilizado como um roteiro para elaboração de mapas de solos por meio da técnica de mapeamento digital de solos. 1. Criar e salvar novo projeto no QGIS; 2. Carregar no projeto as shapes de: Perímetro, Curvas de nível, Rios, Solos Embrapa; 3. Carregar no projeto as camadas raster da área de interesse baixadas do TOPODATA (Ex.: 25S525_ZN, 25S525_SN, 25S525_VN, 25S525_HN); 4. Reprojetar as camadas raster do SRC original (WGS84 EPSG:4326) para o SRC SAD69 EPSG:29192; 5. Recortar as camadas raster reprojetadas para o retângulo de interesse; 6. Recortar as camadas shapes do projeto com base no retângulo do item anterior e renomear estas camadas recortadas como Decli, Altitude, CurvaHori e CurvaVert, respectivamente para as camadas de declividade, altitude, curvatura horizontal numérica e curvatura vertical numérica;


7. Criar uma nova camada de pseudoamostra; 7.1. Criar nova shapefile e adicionar os campos conforme o item 7.4 desta apostila; 7.2. Inserir nesta shapefile os pontos de pseudoamostra; 7.3. Preencher os campos; 7.4. Verificar a quantidade de pontos em cada classe de solo com a ferramenta Vector Text Field Statistics; 7.5. Gerar uma nova camada com os pontos de pseudoamostra e os dados das covariáveis com a ferramenta Point Sampling Tool; 8. Gerar o solo predito com a ferramenta Spatial environmental modelling, conforme explicado no item 7.5 desta apostila; 9. Conversão do mapa final raster para vetorial; 9.1. Suavizar os polígonos de solos; 9.2. Recortar o mapa de solos pelo perímetro da microbacia; 9.3. Aplicar a simbologia padrão ao mapa de solos.

COM USO DO QGIS - Emater · Instituto Paranaense de Assistência Técnica e Extensão Rural...

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