USO E COBERTURA VEGETAL DO ESTADO DO RIO GRANDE DO...

USO E COBERTURA VEGETAL DO ESTADO DO RIO GRANDE DO SUL – SITUAÇÃO EM 2002 1a Edição

PORTO ALEGRE - UFRGS IB CENTRO DE ECOLOGIA - 2015

Organizadores:

Heinrich Hasenack

José Luís Passos Cordeiro

Eliseu José Weber

MOSAICO DE IMAGENS DO SATÉLITE LANDSAT DO ESTADO DO RIO GRANDE DO SUL – ANO BASE 2002 1a Edição

PORTO ALEGRE - UFRGS IB CENTRO DE ECOLOGIA - 2015

Organizadores:

José Luís Passos Cordeiro

Heinrich Hasenack

Eliseu José Weber

Colaboradores/intérpretes:

Alice Seben Campana

Bruna Zanatta Moraes

Carmen Viviane de Oliveira

Gabriel Selbach Hofmann

Juliana Gonçalves da Silva

Raquel Rolim Cardoso

Revisão final:

Bruna Zanatta Moraes

Sumário1 Apresentação ............................................................................................................................... 1

2 Material e métodos ...................................................................................................................... 2

2.1 Material utilizado ......................................................................................................................... 2

2.2 Metodologia ................................................................................................................................. 3

2.2.1 Seleção de cenas e elaboração de mosaico .......................................................................... 3

2.2.2 Definição da legenda e adequações em critérios de interpretação ..................................... 4

2.2.3 Interpretação visual ............................................................................................................ 15

2.2.4 Expedições em campo ........................................................................................................ 15

2.2.5 Processos de edição e verificação ...................................................................................... 16

3 Resultados ................................................................................................................................. 16

3.1 Cobertura espacial ...................................................................................................................... 17

3.2 Acesso e citação dos dados ........................................................................................................ 17

3.3 Georreferenciamento ................................................................................................................. 17

3.4 Nomenclatura dos arquivos ....................................................................................................... 17

3.5 Atributos do arquivo shape ........................................................................................................ 18

4 Referências ................................................................................................................................ 18

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1 Apresentação

O mapa de uso e cobertura vegetal do estado do Rio Grande do Sul – situação em 2002 faz parte de uma iniciativa empreendida pelo Laboratório de Geoprocessamento (Labgeo) do Centro de Ecologia do Instituto de Biociências da Universidade Federal do Rio Grande do Sul (UFRGS), visando elaborar mapeamentos periódicos do estado.

Essa iniciativa teve origem no mapeamento da cobertura vegetal do Bioma Pampa, executado pelo Labgeo no período de outubro de 2004 a junho de 2006, com financiamento do Ministério do Meio Ambiente (MMA) por meio do Projeto de Conservação e Utilização Sustentável da Diversidade Biológica Brasileira (PROBIO). O PROBIO teve grande importância frente aos desafios de conservação da biodiversidade e uso sustentável dos recursos naturais no Brasil, já que a última grande iniciativa de mapeamento em nível nacional havia sido executada entre os anos de 1970 e 1985 pelo Projeto RadamBrasil.

A execução do mapeamento do PROBIO foi realizada por bioma, com base no Mapa de Biomas do Brasil (IBGE, 2004), e a seleção das instituições executoras ocorreu por edital. O trabalho foi executado por interpretação visual de imagens dos satélites Landsat 5 TM e Landsat 7 ETM+, principalmente do ano de 2002, adotando‐se como referência a legenda do IBGE (1992) e procedimentos de delineamento para garantir a compatibilidade do produto com a escala 1:250.000. Na época as imagens foram adquiridas, georreferenciadas manualmente e fornecidas prontas para uso pelo MMA às instituições executoras.

Cada instituição ou grupo de instituições ficou livre para adotar o método de mapeamento que julgasse mais apropriado para viabilizar a conclusão em tempo hábil, considerando a complexidade da paisagem e a extensão territorial a ser mapeada no bioma sob sua responsabilidade. Como consequência, apesar do esforço de padronização da legenda, áreas limítrofes entre diferentes biomas frequentemente apresentaram diferenças perceptíveis nos mapeamentos, tanto no delineamento dos polígonos quanto nas classes atribuídas a eles.

É importante ressaltar que tais diferenças evidenciam meramente o efeito de distintas metodologias de mapeamento, e não significam que a qualidade do mapeamento de determinado bioma seja superior ou inferior à de outro. Entretanto, para estudos locais em áreas situadas no limite entre dois biomas elas podem adquirir relevância e influenciar o resultado de análises, como no caso do Rio Grande do Sul, cujo território situa‐se aproximadamente 2/3 no bioma Pampa e 1/3 no bioma Mata Atlântica (Figura 1).

Assim, visando produzir um mapeamento para todo o estado com critérios uniformes, o Labgeo tomou a iniciativa de elaborar um novo mapa de uso e cobertura vegetal do estado do Rio Grande do Sul relativo ao ano de 2002, partindo do mapeamento elaborado para o bioma Pampa pelo projeto PROBIO. Essa iniciativa envolveu uma reinterpretação completa do mapeamento existente para o bioma Pampa e a expansão do mapeamento do Pampa para o restante do estado, conforme é descrito subsequentemente.

Este foi o primeiro de uma série de mapas de uso e cobertura vegetal do Rio Grande do Sul idealizada pelos organizadores, no intuito de acompanhar as mudanças ocorridas nas diferentes regiões do estado e disponibilizar informações relevantes para sua gestão territorial e ambiental. Acredita‐se que eles serão úteis para uma grande comunidade de usuários, mas ressalta‐se que o nível de detalhamento adotado é compatível com a escala 1:250.000, devendo‐se evitar aplicações que requerem nível de detalhe maior.

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Figura 1. Limites do bioma Pampa e do bioma Mata Atlântica no Rio Grande do Sul.

2 Material e métodos

2.1 Material utilizado

Para a elaboração do mapa de uso e cobertura vegetal do estado do Rio Grande do Sul referente a 2002 foi utilizado o mosaico de imagens do satélite Landsat 5 sensor TM (Thematic Mapper), disponibilizado originalmente pelo PROBIO, além de imagens individuais acrescentadas pelo Labgeo para completar a cobertura do território do estado, totalizando 22 cenas do satélite Landsat 5.

Adicionalmente às imagens Landsat, foi utilizado um arquivo vetorial no formato shape file contendo a delimitação e atributos das categorias de cobertura vegetal do bioma Pampa, obtido no mapeamento do PROBIO (Hasenack & Cordeiro, 2006). Como material auxiliar, utilizou‐se ainda a base cartográfica vetorial contínua do Rio Grande do Sul na escala 1:50.000 (Hasenack & Weber, 2010) e o conjunto de imagens de alta resolução espacial disponível para visualização e consulta no Google Earth (Google, 2015).

O processamento dos dados geoespaciais durante a execução do mapeamento foi efetuado com o auxílio de diversos softwares, entre os quais: Cartalinx (Hagan et al, 2000), Idrisi Selva (Eastman, 2012), Envi (Exelis, 2012) e ArcGIS (Esri, 2013).

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2.2 Metodologia

2.2.1 Seleção de cenas e elaboração de mosaico

A seleção das cenas necessárias para completar a cobertura do Rio Grande do Sul foi feita com os mesmos critérios do PROBIO, priorizando‐se o período da primavera (setembro a novembro), mais favorável à distinção visual dos diferentes tipos de cobertura vegetal. Na indisponibilidade de cenas úteis, o período foi gradualmente expandido tanto para meses anteriores quanto posteriores para a obtenção de cenas com qualidade visual satisfatória.

Em alguns casos foi necessário avançar para o ano subsequente de 2003, e em outros foi necessário retroceder para anos anteriores, como também havia sido efetuado pelo PROBIO. Do total, 12 das cenas utilizadas correspondem efetivamente ao ano de 2002, enquanto seis são de 2003, duas são de 2001, uma é de 2000 e uma é de 1999 (Figura 2).

Figura 2. Órbita/ponto e data de aquisição de 22 cenas dos satélites Landsat 5 TM usadas para a elaboração do mapa de uso e cobertura vegetal do Rio Grande do Sul ‐ situação em 2002.

As cenas Landsat selecionadas foram unidas ao mosaico existente do PROBIO para a obtenção de um mosaico de cenas Landsat de todo o estado do Rio Grande do Sul, buscando‐se durante o processo ajustar o histograma das novas imagens ao mosaico existente, individualmente para cada banda espectral.

Devido a deslocamentos constatados em porções do mosaico, efetuou‐se posteriormente seu registro à base cartográfica vetorial contínua do Rio Grande do Sul na escala 1:50.000 (Hasenack & Weber, 2010), utilizando‐se 105 pontos de controle coletados manualmente no mosaico e na base. Empregou‐se uma transformação polinomial de primeira ordem com reamostragem por vizinho mais próximo, obtendo‐se erro RMS (Root Mean Square) de 91,2 metros (aproximadamente 3 pixels). O valor relativamente alto do erro RMS evidencia que

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várias deformações presentes no mosaico foram ajustadas à base cartográfica. O mesmo processo de registro foi aplicado ao arquivo vetorial no formato shape file contendo o mapeamento do PROBIO para o bioma Pampa, com vistas à sua compatibilização com o mosaico ajustado.

Em seguida, as bandas do mosaico ajustado à base cartográfica na escala 1:50.000 foram transformadas para a projeção Cônica Conforme de Lambert e referenciadas ao Datum SIRGAS2000, também com reamostragem por vizinho mais próximo. Por último, foram elaboradas composições coloridas em falsa‐cor RGB543 e RGB453, atribuindo‐se as bandas 3, 4 e 5 do mosaico respectivamente às cores azul, verde e vermelho, e às cores azul, vermelho e verde. Para cada composição aplicou‐se realce de contraste manual para um resultado mais favorável à posterior interpretação visual (Figura 3).

Figura 3. Composição colorida em falsa‐cor RGB543 de mosaico de imagens Landsat referente a 2002 para o estado Rio Grande do Sul.

2.2.2 Definição da legenda e adequações em critérios de interpretação

O detalhamento temático original do mapeamento de uso e cobertura efetuado no PROBIO compreendia um grande número de classes, com ênfase para os diversos tipos de campo nativo (p. ex., campo rupestre, campo sobre duna, campos do escudo, butiazais, etc.).

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Isso decorre do propósito original de identificar e delinear os remanescentes de vegetação nativa do Pampa, contando com o aporte de conhecimento específico sobre os campos fornecido por botânicos. Algumas classes campestres foram mapeadas mais em função do conhecimento sobre sua ocorrência em determinada região do que pela possibilidade de distinção em imagens de satélite, tornando difícil reproduzir os mesmos critérios de mapeamento no futuro.

Adicionalmente, o nível de refinamento adotado para as classes florestais ou de uso antrópico foi menos detalhado do que o das tipologias campestres, o que não é problema no Pampa, cuja vegetação original é predominante campestre. Entretanto, o detalhamento temático deveria ser harmonizado para contemplar o restante do estado do Rio Grande do Sul, abrangido pelo bioma Mata Atlântica, com vegetação original predominantemente florestal. Por fim, também se constatou que algumas classes possuíam extensão pouco representativa, e poderiam ser agrupadas sem perda de informação relevante para um público mais amplo de usuários.

Além de alterações na legenda, constatou‐se também a necessidade de adequações no delineamento de algumas classes, notadamente a silvicultura e a rizicultura. No caso da silvicultura, mostrava‐se necessário revisar o delineamento da classe devido à sua subestimativa em regiões de minifúndios, onde o uso da terra é altamente recortado e intrincado. No caso da rizicultura, que delimitava toda a área destinada ao sistema de cultivo do arroz irrigado, a revisão era necessária para individualizar as áreas efetivamente cultivadas e as áreas de pousio, a fim de evitar a superestimativa das primeiras. Isso é importante porque no Rio Grande do Sul o arroz irrigado é tradicionalmente cultivado em alternância com o pousio por um ou mais ciclos subsequentes, durante os quais a área é usada para pecuária sobre o campo nativo em regeneração.

Assim, após uma criteriosa avaliação, optou‐se por agrupar classes tematicamente próximas ou semelhantes, eliminar a classe Encraves e revisar o delineamento da silvicultura e da rizicultura, além de mudar ou aperfeiçoar a denominação e caracterização de algumas classes. Buscou‐se definir um grupo de classes que permitisse minimizar a perda de detalhamento temático e simultaneamente possibilitasse maior consistência, confiabilidade e facilidade de uso do mapa resultante para diversos propósitos.

Com a redefinição da legenda, o número total de 32 classes do PROBIO foi reduzido para 20 classes. E para cada classe foi atribuído um identificador (Id) numérico único e elaborada uma descrição textual para caracterizá‐la. As principais características das classes adotadas no mapeamento do uso e cobertura vegetal do estado do Rio Grande do Sul – situação em 2002 são descritas e ilustradas com exemplos de imagens de satélite nas páginas a seguir. Cada categoria de legenda está ilustrada através de uma imagem de alta resolução obtida no Google Earth, e de recorte do mosaico de imagens Landsat do mesmo local ilustrando a área de interesse sobre composições coloridas em falsa‐cor, ilustrando combinações diferentes das bandas 3, 4 e 5 associadas às cores vermelho (R), verde (G) e azul (B).

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2.2.3 Interpretação visual

As classes de uso e cobertura do solo previamente definidas foram delineadas manualmente por interpretação visual em tela, usando como ponto de partida o arquivo digital vetorial do mapa do Pampa de 2002 elaborado no projeto PROBIO. O delineamento foi efetuado sobre as composições coloridas em falsa‐cor do mosaico de imagens Landsat, com a escala de visualização entre 1:30.000 e 1:50.000 e as tolerâncias para supressão de vértices em 30 metros e de conexão de nós em 10 metros. Durante o trabalho, adotou‐se o conceito de área mínima mapeável, buscando‐se delimitar apenas polígonos cuja extensão do menor eixo tivesse pelo menos cinco milímetros ou mais na escala de visualização, o que equivale a aproximadamente 250 metros na escala 1:50.000 (escala de decisão).

Para auxiliar na resolução de dúvidas de interpretação, o arquivo vetorial do mapa do Pampa de 2002 também foi convertido para o formato KML (Keyhole Markup Language) e carregado no Google Earth, a fim de poder visualizá‐lo sobre as imagens de satélite de alta resolução disponíveis na plataforma.

2.2.4 Expedições em campo

Não foram realizadas expedições em campo especificamente para a elaboração do mapa de uso e cobertura vegetal do Rio Grande do Sul – situação em 2002, porém foram consultados dados obtidos em diversas campanhas previamente realizadas em diferentes regiões e fisionomias do estado. Entre elas destacam‐se três expedições executadas durante o projeto PROBIO, várias expedições realizadas em projeto com o Instituto Brasileiro do Vinho (Ibravin) e Embrapa Uva e Vinho, e várias outras em convênio com o Instituto Nacional de Colonização e Reforma Agrária (INCRA). Os dados coletados nessas expedições contêm o registro de coordenadas de GPS, fotografias ao nível do solo e anotações de diversos aspectos de pontos

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visitados em campo, fornecendo importante referência para orientar o delineamento das classes de uso e cobertura e para esclarecer dúvidas.

2.2.5 Processos de edição e verificação

Após a conclusão da interpretação visual, foi realizada uma série de processos de edição e verificação da topologia a fim de garantir a consistência do arquivo resultante, entre os quais: Eliminação de laços, por edição manual; União de polígonos adjacentes pertencentes à mesma classe; Eliminação de pseudo‐nós; Eliminação de lacunas e sobreposições entre polígonos. Por último, o arquivo vetorial de polígonos foi vinculado a uma tabela de atributos contendo a descrição das classes da legenda inicialmente definida, além das respectivas categorias em dois níveis de classificação do uso da terra (IBGE, 2013).

3 Resultados

Os dados geoespaciais digitais resultantes desta iniciativa de mapeamento incluem as composições coloridas em falsa‐cor RGB543 e RGB453 do mosaico de imagens landsat (Figura 3), em formato TIFF, e um arquivo vetorial de polígonos com o delineamento de classes de uso e cobertura vegetal e seus atributos (Figura 4), no formato shape file, com detalhamento compatível com a escala 1:250.000.

Figura 4. Mapa de uso e cobertura vegetal do Rio Grande do Sul – situação em 2002, obtido por interpretação visual de mosaico de imagens Landsat.

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3.1 Cobertura espacial

Tanto o arquivo shape com a delimitação das categorias de uso e cobertura vegetal quanto o mosaico de imagens Landsat cobrem uma faixa (buffer) de um quilômetro além do limite do Rio Grande do Sul. Essa faixa adicional foi mantida para possibilitar o recorte futuro com o limite mais detalhado disponível para o estado, para os biomas brasileiros ou outras subdivisões territoriais na ocasião em que os dados forem utilizados, sem lacunas na cobertura.

3.2 Acesso e citação dos dados

Todos os dados geoespaciais obtidos são de acesso público, gratuito e de uso livre, solicitando‐se apenas a gentileza de citar a fonte conforme as sugestões abaixo:

Hasenack, H.; Cordeiro, J.L.P; Weber, E.J. (Org.). Uso e cobertura vegetal do Estado do Rio Grande do Sul – situação em 2002. Porto Alegre: UFRGS IB Centro de Ecologia, 2015. 1a ed. ISBN 978‐85‐63843‐15‐9. Disponível em: http://www.ufrgs.br/labgeo

Cordeiro, J.L.P; Hasenack, H.; Weber, E.J. (Org.). Mosaico de imagens do satélite Landsat do Estado do Rio Grande do Sul – ano base 2002. Porto Alegre: UFRGS IB Centro de Ecologia, 2015. 1a ed. ISBN 978‐85‐63843‐17‐3. Disponível em: http://www.ufrgs.br/labgeo

3.3 Georreferenciamento

Os dados geoespaciais estão referenciados ao Sistema Geodésico de Referência (Datum) SIRGAS2000, em dois sistemas de coordenadas:

Coordenadas geodésicas (latitude e longitude, sem projeção)

Coordenadas planas na projeção cartográfica Conforme Cônica de Lambert, com os seguintes parâmetros:

Meridiano Central: ‐54°

Paralelo Padrão 1: ‐27°

Paralelo Padrão 1: ‐33°

Origem X: 0

Origem Y: 0

Unidades: metros

3.4 Nomenclatura dos arquivos

A nomenclatura adotada nos arquivos discrimina seu conteúdo, a versão disponibilizada (caso venham a ser disponibilizadas atualizações), e o sistema de coordenadas, tal como segue:

vegetacao_rs_2002_1km_v1_latlong.*: arquivo vetorial de polígonos no formato shape file com o delineamento de classes de uso e cobertura vegetal e seus atributos, primeira versão, em coordenadas geodésicas;

vegetacao_rs_2002_1km_v1_lambert.*: arquivo vetorial de polígonos no formato shape file com o delineamento de classes de uso e cobertura vegetal e seus atributos, primeira versão, em coordenadas planas na projeção Cônica Conforme de Lambert;

mosaico_rgb543_rs_2002_1km_v1_latlong.*: arquivo Geotiff com composição colorida falsa‐cor RGB543 do mosaico de imagens Landsat, primeira versão, em coordenadas geodésicas;

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mosaico_rgb543_rs_2002_1km_v1_lambert.*: arquivo Geotiff com composição colorida falsa‐cor RGB543 do mosaico de imagens Landsat, primeira versão, em coordenadas planas na projeção Cônica Conforme de Lambert;

mosaico_rgb453_rs_2002_1km_v1_latlong.*: arquivo Geotiff com composição colorida falsa‐cor RGB453 do mosaico de imagens Landsat, primeira versão, em coordenadas geodésicas;

mosaico_rgb453_rs_2002_1km_v1_lambert.*: arquivo Geotiff com composição colorida falsa‐cor RGB453 do mosaico de imagens Landsat, primeira versão, em coordenadas planas na projeção Cônica Conforme de Lambert.

3.5 Atributos do arquivo shape

A tabela de atributos do arquivo shape contém dois campos com as informações relativas às classes de uso e cobertura vegetal adotadas no mapeamento, além de quatro campos adicionais relacionando‐as com o primeiro e o segundo nível de classificação do uso da terra do IBGE (IBGE, 2013). A nomenclatura e o conteúdo dos campos são os seguintes:

Campo Descrição do conteúdo do campo

Cod_uso Número inteiro com código identificador da classe de uso ou cobertura vegetal

Legenda Texto com a descrição da classe de uso ou cobertura vegetal

N1_id Número inteiro com código identificador da classe de uso ou cobertura vegetal para o primeiro nível de classificação do uso da terra (IBGE, 2013)

Ibge_n1 Texto com descrição da classe de uso ou cobertura vegetal de acordo com o primeiro nível de classificação do uso da terra do IBGE (IBGE, 2013)

N2_id Número inteiro com código identificador da classe de uso ou cobertura vegetal para o segundo nível de classificação do uso da terra (IBGE, 2013)

Ibge_n2 Texto com descrição da classe de uso ou cobertura vegetal de acordo com o segundo nível de classificação do uso da terra do IBGE (IBGE, 2013)

4 Referências Eastman, J.R. IDRISI Selva – GIS and Image Processing Software – Version 17.0. Worcester,

Clark Labs, 2012.

ESRI. ArcGIS Desktop: Release 10. Environmental Systems Research Institute, Redlands, CA, 2013.

Exelis. Envi 5 Image Analysis software. Exelis Visual Information Solutions, Boulder, CO, 2012.

GOOGLE. Google Earth. Montain View, Google Inc., 2015.

Hagan, J.E.; Eastman, J.R.; Auble, J. Cartalinx – The spatial data builder – version 1.2. Worcester, Clark Labs, 2000.

Hasenack, H.; Cordeiro, J.L.P.(org.). Mapeamento da cobertura vegetal do Bioma Pampa. Porto Alegre: UFRGS Centro de Ecologia, 2006. 30 p. (Relatório técnico Ministério do Meio Ambiente: Secretaria de Biodiversidade e Florestas no âmbito do mapeamento da cobertura vegetal dos biomas brasileiros).

Hasenack, H.; Weber, E.(org.) Base cartográfica vetorial contínua do Rio Grande do Sul ‐ escala 1:50.000. Porto Alegre: UFRGS Centro de Ecologia. 2010. 1 DVD‐ROM. (Série

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Geoprocessamento n.3). ISBN 978‐85‐63483‐00‐5 (livreto) e ISBN 978‐85‐63843‐01‐2 (DVD).

IBGE. Manual técnico de uso da terra. 3.ed. Rio de Janeiro: IBGE, 2013.

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