Uso Do Sensoriamento Remoto Na Detecção De áreas Degradadas

UNIVERSIDADE FEDERAL DE SANTA MARIA

COLÉGIO POLITÉCNICO DA UFSM

CURSO TÉCNICO EM GEOPROCESSAMENTO

USO DO (GEOPROCESSAMENTO)-SENSORIAMENTO REMOTO NA IDENTIFICAÇÃO DE (LAGOS)-ÁREAS POLUÍDAS

PROJETO TÉNICO-CIENTÍFICO

Diego Fantinel da Silva

Santa Maria, RS, Brasil

2014

USO DO (GEOPROCESSAMENTO)-SENSORIAMENTO REMOTO NA IDENTIFICAÇÃO DE (LAGOS)-ÁREAS POLUÍDAS

Diego Fantinel da Silva

Projeto apresentado ao Curso técnico em Geoprocessamento, área de sensoriamento remoto da Universidade Federal de Santa Maria (UFSM,RS), como requisito parcial para obtenção do grau de

Técnico em Geoprocessamento

Orientador: Profa. Dra. Ana Caroline Benedetti (-)

Santa Maria, RS, Brasil

2014

Universidade Federal de Santa Maria

Colégio Politécnico da UFSM

Curso Técnico em Geoprocessamento

A Comissão examinadora, abaixo assinada, aprova o projeto técnico-científico

USO DO (GEOPROCESSAMENTO)-SENSORIAMENTO REMOTO NA IDENTIFICAÇÃO DE (LAGOS)-ÁREAS POLUÍDAS

elaborado por

Diego Fantinel da Silva

Para requisito parcial do grau de

Técnico em Geoprocessamento

COMISSÃO EXAMINADORA:

Ana Caroline Benedetti, Dra. (-)

(presidente/orientador)

Alessandro Carvalho Miola, Dr. (UFSM)

Santa Maria, 20 de julho de 2014.

LISTA DE TABELAS

RESUMO

Projeto técnico-Científico

Universidade Federal de Santa Maria

USO DO (GEOPROCESSAMENTO)-SENSORIAMENTO REMOTO NA IDENTIFICAÇÃO DE (LAGOS)-ÁREAS POLUÍDAS

AUTOR: DIEGO FANTINEL DA SILVA

ORIENTADOR: ANA CAROLINE BENEDETTI (-)

Data e Local da Defesa: Santa Maria, 20 de julho de 2014.

1 INTRODUÇÃO

1.1 Histórico do problema ambiental no Brasil

A degradação ambiental é um problema generalizado nos dias de hoje e isso é consequência de um mau planejamento urbano e ambiental. Esse problema começou nos primórdios dos anos 1940 quando a fuga do meio rural em direção a cidade começou a se intensificar. Talvez pelas melhores condições de vida, por melhores condições de trabalho, ou pelo simples aumento populacional e consequente esgotamento do meio rural. Por esses e outros motivos as pessoas se direcionavam para as cidades, onde já havia uma insuficiência de planejamento e gestão, saneamento básico, preocupação ambiental entre outras deficiências. Como consequência desse êxodo rural, as cidades superlotaram e não suportaram a intensa pressão da desorganização e do caos que ali se instalava.

De acordo com Leff (1994, apud MOTA, 1999), os processos históricos e econômicos ocorridos durante as últimas décadas resultaram em grandes aglomerações urbanas e também em impactos ambientais negativos, causados por essas aglomerações. A falta de planejamento, de estruturação da posse de terra, as técnicas não apropriadas de agricultura e o rápido surgimento de indústrias, pelo modo de desenvolvimento do Brasil, também fizeram com que essas aglomerações aumentassem ainda mais, as quais induziram a um aumento do fluxo de imigrantes para as metrópoles visando uma melhor qualidade de vida. Considerando a falta de planejamento urbano e ambiental, já nesta época, essas metrópoles não suportariam todo esse contingente, causando a degradação e poluição ambiental. Com os impactos causados sobre o meio, como a poluição do ar, da água e sonora, a qualidade de vida sofre também uma depreciação.

Assim as cidades ficavam cada vez mais cheias e poluídas, as pessoas não se preocupavam se o lixo que elas largavam nos córregos algum dia iria causar problemas ou se a intensa descarga de CO2 (dióxido de carbono), principal causador do efeito estufa, que eram emitidos das indústrias em ascensão na época causaria algum dano ambiental. E essa negligência ajudou a causar o caos nas maiores metrópoles, e esse caos, muitas vezes ainda persiste e mais intenso.

Segundo Mota (1999), a população mundial cresceu de forma rápida em pouco tempo, ocorrendo uma grande concentração de pessoas nas áreas urbanas. A partir da década de 60, quando a população urbana era de 45% até hoje, quando representa 84% do total de 190.732.694 habitantes em 2010, (IBGE, 2010) houveram muitos desafios a serem enfrentados pelo planejamento, com relação ao desenho urbano, os aspectos físicos da cidade, regulamentação social, política, econômica e ambiental (Rolnik e Saule, 2002).

O crescimento populacional foi vertiginoso e sem nenhum planejamento. Como consequência disso os problemas ambientais e inclusive os sociais começaram a se manifestar. Com a má gestão e planejamento não houve uma possível solução para os problemas já instalados, e muito menos um projeto de prevenção. Devido a isso pessoas se alocavam nas proximidades dos leitos dos rios de formas irregulares e isso causou um dos maiores impactos já registrados, pois nossos rios foram abarrotados de resíduos sólidos e líquidos de variadas procedências causando danos ambientais irreparáveis.

Mesmo com a preocupação de muitos quanto ao meio ambiente, que aumenta cada vez mais, muitas cidades não possuem ainda um planejamento voltado para o desenvolvimento sustentável. A velocidade e intensidade do crescimento urbano provocam diversos impactos negativos à população e ao meio ambiente no qual se inserem (MOTA, 1999).

1.2 Conceito e análise de geoprocessamento na detecção de áreas degradadas.

Buffon P., diz que, por geoprocessamento, entende-se como levantamento e a análise de situações ambientais representadas por conjuntos de variáveis georreferenciadas e integradas em uma base de dados digital. Porém, na verdade geoprocessamento abrange um conceito muito maior do que esse, talvez sendo impossível encontrar um conceito que abarque todas as funções e generalidades que o geoprocessamento desempenha. Mas, de modo geral geoprocessamento representa um conjunto de tecnologias capazes de coletar e tratar informações georreferenciadas, que permitam o desenvolvimento constante de novas aplicações. Neste sentido, as tecnologias que são englobadas nesta concepção, e que a cada momento fazem cada vez mais parte do nosso dia-a-dia, são o Sensoriamento Remoto (SR), o Sistema de Informação Geográfica (SIG) e o Sistema de Posicionamento Global (GPS), este último mais conhecido pela sua sigla em inglês.

Neste trabalho teremos como objetivo geral a detecção de áreas degradas com o auxílio do geoprocessamento, usaremos intensamente a tecnologia do sensoriamento remoto que é uma ciência capaz de obter imagens e outros tipos de dados através do monitoramento da superfície terrestre, por meio da captação e do registro da energia eletromagnética refletida ou emitida da superfície. Existem vários programas que executam atividades de processamento digital de imagens, entre eles o Sistema de Processamento de Informações Georreferenciadas (SPRING) desenvolvido pelo Instituto Nacional de Pesquisas Espaciais (INPE), outro produto muito popular e que devido a sua gratuidade é amplamente utilizado é o Google Earth, pois permite sobrevoar o planeta através das imagens de satélite.

Assim entendemos que essas ciências são de total importância para podermos detectar áreas contaminadas, florestas degradadas, rios com excesso de matéria orgânica em suspensão entre diversos outros problemas ambientais que podemos verificar e construir planos de recuperação dessas áreas e inclusive gerir sistemas de prevenção, de absoluta relevância para preservarmos o que resta do meio ambiente.

Ainda de acordo com Buffon P, o uso do geoprocessamento na delimitação e avaliação dessas áreas serve de subsídio para os instrumentos previstos pelas políticas públicas direta ou indiretamente relacionadas ao meio ambiente. O uso dessas técnicas possibilita o mapeamento e análise de recursos naturais e atividades humanas, até poucas décadas atrás indisponíveis. Alocação de atividades, sistemas de suporte decisão, integração com parâmetros e processos de outras áreas da ciência, hoje permitem aos gestores a tomada de decisão com base em informação, minimizando riscos antes presentes pela ausência dessas tecnologias.

2 REFERENCIAL TEÓRICO

2.1 Princípios do Sensoriamento Remoto

Segundo Ponzoni, J., as técnicas de Sensoriamento Remoto se fundamentam em um processo de interação entre a Radiação Eletromagnética e os diferentes objetos que se pretende estudar. A aplicação dessas técnicas é viabilizada através do cumprimento de diversas etapas que incluem a interação em si, caracterizada principalmente pelo fenômeno de reflexão da radiação, a coleta de dados e seu registro através de um sensor e a análise desses dados com o objetivo de extrair as informações pretendidas de um dado objeto.

Figueiredo, 2005, nos diz que há quatro grandes segmentos tecnológicos e que estes, determinaram o processo evolutivo do sensoriamento remoto.

a. Sensores - são instrumentos que compõem o sistema de captação de dados e imagens, cuja evolução tem contribuido para a coleta de imagens de melhor qualidade e de maior definição

b. Sistemas de telemetria – consiste no sistema de transmissão de dados e imagens dos satélites para as estações terrestres, e tem evoluído no sentido de aumentar a capacidade de transmissão dos grandes volumes de dados, que constituem as imagens.

c. Sistemas de processamento - consistem dos equipamentos computacionais e softwares destinados ao armazenamento e processamento dos dados do SR. A evolução deste segmento tem incrementado a capacidade de manutenção de acervos e as potencialidades do tratamento digital das imagens.

d. Lançadores - consistem das bases de lançamento e foguetes que transportam e colocam em órbita, os satélites. A evolução deste segmento tem permitido colocar, em órbitas terrestres, satélites mais pesados, com maior quantidade de instrumentos, e consequentemente, com mais recursos tecnológicos.

Com a evolução destes segmentos, a tecnologia do sensorimento remoto, hoje, é uma dádiva para diversas ciências e finalidades. No caso ambiental, a detecção de áreas degradadas, por exemplo em florestas, tornou-se extremamente mais fácil e precisa. Com esses dados além da recuperação dessas áreas a prevenção de possíveis novos danos se intensificou e o monitoramento dessas áreas a nível orbital é muito mais coeso e abrangente do que a nível de campo.

O sensoriamento remoto não se restringe apenas a nível orbital como muitos acreditam, na verdade há quatro quandes níveis de escala em que podemos encontrar o uso desta tecnologia: em laboratório, em campo, a nível sub-orbital (sensores de detecção acoplados em aeronaves) e a nível orbital. Em laboratório são utilizados radiômetros1 aos quais podem ser acoplados acessórios que permitem a coleta e posterior registro da radiação eletromagnética refletida de folhas, bem como de uma série de plantas na intenção de identificar possíveis alterações na maneira como as células das

plantas interagem e respondem a radiação eletromagnética. Na escala campo, radiômetros também podem ser usados, esses normalmente são posicionados a alguns metros acima de uma cultura agrícola ou do pináculo de um dossel florestal com o objetivo parecido àquele mencionado para a análise dos dados geo-fisiologicos coletados em laboratório. Na escala sub-atmosférica diversos sensores podem ser utilizados simultaneamente na geração de curvas espectrais ou de imagens. No nível mais conhecido e utilizado, o orbital, condensam as aplicações mais habitualmente divulgadas na comunidade em geral, nesses são inclusas a geração e utilização de imagens pictóricas1 na sintetização de mapas temáticos ou na avaliação espectral da cobertura vegetal terrestre (Ponzoni, 2002).

Sensor remoto, na verdade, é qualquer sistema que consiste em emitir e/ou captar energia eletromagnética a distancia, ou seja, é um arranjo de instrumentos que consegue resgitrar dados de seu alvo sem um contato físico direto com o mesmo.

Novo (1989) diz que os sensores são equipamentos formados por sistemas fotográficos ou óptico-eletrônicos utilizado para a coleta de energia eletromagnética refletida ou emitida pelos alvos terrestres convertendo-a em sinal passível de ser registrado para uma posterior extração de informações do ambiente. Florenzano (2002) O cliclo do processo envolve concomitantemente a emissão, absorção, reflexão e transmissão da energia eletromagnética. Assim a atmosfera interage com a radiação solar interferindo na energia final registrada pelo sensor.

2.2 A interação da radiação eletromagnética com seus alvos

A REM tem diferentes interações físicas com seus alvos, visto que cada alvo possui diversas multiplicidades geológicas, químicas, físicas e biológicas. Segundo Ponzoni (2002) no caso de células vegetais, por exemplo, quando exposta a um fluxo de radiação incidente, esta estará sujeita a dois processos, o de espalhamento e absorção. O processo conhecido como espalhamento é normalmente dividido em dois sub-critérios: reflexão e transmissão através do elemento, assim o destino do fluxo radiante incidente sobre um destes elementos é então dependente das características do fluxo (comprimento de onda, ângulo de incidência e polarização) e das características físico-químicas destes mesmos elementos.

O comportamento espectral, (também chamado de assinatura espectral), dos alvos está relacionado ao processo de interação entre os objetos e feições terrestres com a REM incidente. Este processo depende da estrutura atômica e molecular de cada alvo. Os elétrons dos materiais estão distribuídos em diferentes níveis energéticos, em torno dos núcleos de seus átomos. Estes níveis eletrônicos podem absorver maior ou menor quantidade da energia da REM. Esta absorção implica na diminuição da quantidade de energia da REM refletida pela matéria, em certas faixas do espectro eletromagnético, faixas estas denominadas bandas de absorção (FIGUEIREDO, 2005).

Novo (1989) diz que a diferença no comprimento de onda da energia eletromagnética está diretamente relacionada com a quantidade de energia

que a onda carrega, diferenciando, assim, as formas de radiação (refletida e emitida – ou termal), podendo-se afirmar que quanto menor o comprimento de onda da radiação, maior é a sua energia.

Assim, cada objeto/substância que existe na Terra tem um curva espectral diferente, porque possui diferentes reflectâncias das ondas eletromagnéticas.

Figura 1- Assinatura espectral de vegetação, caolim e concreto. (mundogeo, 23 de agosto de 2004)

Na figura acima podemos observar as curvas espectrais da vegetação, do concreto e do caolim1. A reflectância espectral característica da folha vegetal verde sadia, para o intervalo de comprimentos de onda entre 0,4 e 2,61

μm. Os fatores dominantes que controlam a reflectância foliar são os vários pigmentos existentes na planta (por exemplo, as clorofilas), e a quantidade de umidade na planta. As principais bandas de absorção pela clorofila ocorrem entre 0,43-0,45 μm e em 0,65-0,66 μm na região do visível. Na curva espectral do concreto podemos observar uma alta reflecção da REM incidente. A curva do caolim nos mostra também uma alta reflecção da REM. Essa taxa de reflectância é característica de cada elemento existente na terra devido ao arranjo molecular e outros aspectos físicos, como os já mencionados anteriormente, por isso que a curva espectral, para muitos autores, é considerada como a “carteira de identidade” da substância.

Figura 2- Curvas espectrais da grama, concreto, solo arenoso, asfalto e água. (D'ARCO, 2009)

Podemos perceber que existem fatores que afetam na refletância da REM incidente nos alvos, estas são: a) umidade: quanto maior a quantidade de água existente no alvo maior será a absorção da energia, ou seja, a água possui uma menor reflectância em comparação com o concreto. b) matéria orgânica: quanto mais matéria orgânica em suspensão na água, por exemplo, haverá uma maior absorção da REM. c) Areia/sílica: há uma baixa absorção da REM, ou seja, a taxa de reflectância desse alvo é alta. Com esses dados conseguimos observar um padrão nas curvas espectrais, quanto maior a quantidade de água em um alvo, por exemplo, haverá uma grande absorção da energia eletromagnética incidente.

2.2.1 Curva espectral da água limpa

Como vimos anteriormente a água limpa possui uma alta taxa de reflectância da REM incidente, com isso podemos detectar áreas em que a água não está com seus níveis de limpeza adequado, com esse tipo de dado podemos realizar estudos quali e quantitativos em relação a qualidade da água em diferentes lugares. Nesse meio é que se insere o uso do sensoriamento remoto na detecção de áreas onde a água está poluída. Podemos medir os níveis de matéria orgânica em suspensão na água através de análises de curvas espectrais.

Com esses tipos de interações podemos obter dados de diferentes espécies, a assinatura espectral de um alvo, nos fornece uma riqueza de dados como por exemplo

REFERENCIAS

BUFFON, Patricia. Aplicação de técnicas de geoprocessamento na delimitação e avaliação da qualidade ambiental das Áreas de Preservação Permanente (APPs) no entorno do Campus do Vale da UFRGS. 2010. In: SIC 2010 - Resumos, Geoprocessamento e Geodésia – B, 004. Disponível em:

<www.propesq.ufrgs.br/sic2010/>. Acesso em: 30 agos. De 2014.

MOTA, Suetônio. Urbanização e Meio Ambiente. Rio de Janeiro: ABES, 1999.

ROLNIK, R. e SAULE, N. (orgs.) (2002). Estatuto da Cidade: guia para implementação pelos municípios e cidadãos. Brasília, Instituto Pólis; Caixa Econômica Federal – CEF; Câmara dos Deputados/Coordenação de Publicações.

PONZONI, F. J. SENSORIAMENTO REMOTO NO ESTUDO DA VEGETAÇÃO: DIAGNOSTICANDO A MATA ATLÂNTICA. 1ª. ed. São José dos Campos: Ministério da Ciência e Tecnologia, v. I, 2002.

MUNDOGEO. sensoriamento remoto hiperespectral. [S.l.]: [s.n.], 23 de agosto de 2004. Obtido em <http://mundogeo.com/blog/2004/08/23/sensoriamento-remoto-hiperespectral/>