Avaliação da estimativa da área de soja em cada data de

Avaliando individualmente as quatro principais imagens utilizadas na classificação, verificou-se que no município de Bagé nas datas de 19/01/14, 08/03/14, 24/03/14 e 09/04/14 as áreas mapeadas foram de 9.500, 31.564, 23.412 e

2.567 ha, respectivamente, o que corresponde a uma concordância de 21,9, 73, 54 e 6% em relação ao mapeamento de referência, respectivamente. Em outras palavras, se apenas uma imagem fosse utilizada em um processo de interpretação visual e mesmo que esta tivesse sido adquirida em uma época favorável à identificação da soja (e.g. 08/03/14), ter-se-ia um erro de mapeamento de 11.649 ha (27%), o que reforça a importância da análise multitemporal para o correto mapeamento da cultura e da estimativa da área na região. Os mapas temáticos referentes ao mapeamento das imagens adquiridas em cada data são apresentados na Figura 14.

Figura 14 - Mapas temáticos dos mapeamentos individuais nas datas 19/01/14, 08/03/14, 24/03/14 e

09/04/14, para o município de Bagé.

No município de Hulha Negra, com relação às mesmas datas de aquisição das imagens Landsat, foi possível mapear as seguintes áreas de soja: 2.415, 8.098, 7.610 e 758 ha e que correspondem a um acerto de 19, 63,6, 59,8 e 6%, respectivamente, em comparação ao mapa de referência. Isto significa uma perda de áreas mapeadas de 10.315, 4.638, 5.116 e 11.970 ha, respectivamente para tais

datas, devido à ausência de uma análise multitemporal. Os mapas referentes a cada data são apresentados na Figura 15.

Figura 15 - Mapas temáticos dos mapeamentos individuais nas datas 19/01/14, 08/03/14, 24/03/14 e

09/04/14, para o município de Hulha Negra.

Tanto para Bagé quanto para Hulha Negra o mapeamento da imagem adquirida em 08/03/14 foi o que mais obteve acerto no mapeamento em relação ao mapa de referência. De forma geral, as datas de março foram as mais representativas com relação à presença de soja em estádio de desenvolvimento que proporciona o correto mapeamento via imagens Landsat.

É importante lembrar que, além da perda de áreas mais precoces ou mais tardias, também há a impossibilidade de dirimir áreas de dúvidas ao se utilizar uma única imagem. Se todas as datas fossem mapeadas individualmente e depois tivessem suas áreas da classe Soja somadas, ainda assim só seriam identificados 34.730,6 ha para Bagé e 9.908,8 ha para Hulha Negra. Isto representa uma concordância de aproximadamente 80% em relação ao mapa de referência para ambos os municípios, perdendo-se 20% de áreas referentes a dúvidas não identificadas (Figura 16), as quais somente seriam resolvidas a partir de uma análise multitemporal. Ganan et al. (2005) ao realizarem classificações supervisionadas em cada uma de cinco imagens Landsat-5 obtidas em diferentes datas e após combinarem algebricamente os resultados individuais, obtiveram uma exatidão global de 70% em relação os dados de campo, isso se deve ao fato de que além não ter havido uma interpretação visual, também não houve uma análise conjunta das imagens. A Figura 16 mostra o mapa temático contendo os talhões de soja considerados como dúvida, ou seja, que não foram corretamente identificados em nenhuma das imagens utilizadas no mapeamento multitemporal, quando analisadas individualmente.

Figura 16 - Talhões de Soja dúvida para os municípios de Bagé e Hulha Negra.

4.1.4 Avaliação do mapeamento multitemporal da soja

Nas Tabelas 5 e 6 são apresentados os dados referentes às combinações entre os mapeamentos para as datas das imagens utilizadas para os municípios de Bagé e Hulha Negra, respectivamente. Dessa forma, é possível compreender o quanto de acerto é obtido em comparação à área total cujo mapeamento foi realizado através da metodologia multitemporal (dado de referência). A primeira análise refere-se aos dados de área plantada (ha) e acerto parcial (%), ou seja, neste caso só são considerados os talhões da classe Soja identificados em uma ou outra imagem. Não são consideradas as possíveis dúvidas resolvidas ao analisarem- se as imagens em conjunto. Já a segunda análise considera os dados de dúvidas resolvidas (ha) e a área total (ha), que é a soma daquelas com a área parcial, perfazendo o acerto total (%).

Tabela 5 - Área parcial, acerto parcial, área de dúvida solucionada, área total e acerto total em função

das combinações entre as datas de aquisição de imagens no município de Bagé.

Combinações Área parcial (ha) Acerto parcial (%) Área de dúvida solucionada (ha) Área total (ha) Acerto total (%) 19/01 e 08/03 32.257 74,5 1.863 34.119 78,8 08/03 e 24/03 33.688 77,8 2.167 35.855 82,9 24/03 e 09/04 23.824 55,1 570 24.394 56,4 19/01 e 24/03 27.974 64,6 801 28.775 66,5 19/01 e 09/04 12.051 27,8 0 12.051 27,8 08/03 e 09/04 32.473 75,0 0 32.473 75,0 19/01, 08/03 e 24/03 34.394 79,5 4.029 38.424 89,0 27/12, 19/01 e 08/03 * * 3.145 37.264 86,1 27/12, 19/01, 08/03 e 24/03 34.394 79,5 7.174 41.568 96,0 27/12, 19/01, 08/03 e 09/04 33.103 76,0 5.007 38.110 88,0 27/12, 19/01, 24/03 e 09/04 28.386 66,0 4.516 32.902 76,0 ** 08/03, 24/03 e 09/04 34.100 79,0 2.737 36.837 85,0 19/01, 08/03, 24/03 e 09/04 34.740 80,0 5.400 40.140 93,0

*As áreas parciais e dúvidas solucionadas nas seguintes combinações foram acrescidas das áreas de dúvidas solucionadas através da imagem de 27/12/13.

** Quando a imagem de 19/01/14 é excluída da análise, a imagem de 27/12/13 também não é levada em consideração, pois esta apenas contribui com áreas de dúvidas solucionadas quando combinada a de janeiro.

Tabela 6 - Área parcial, acerto parcial, área de dúvida solucionada, área total e acerto total em função

das combinações entre as datas de aquisição de imagens no município de Hulha Negra.

Combinações Área parcial (ha) Acerto parcial (%) Área de dúvida solucionada (ha) Área total (ha) Acerto total (%) 19/01 e 08/03 8.379 65,8 718 9.097 71,5 08/03 e 24/03 9.599 75,4 880 10.479 82,3 24/03 e 09/04 7.712 60,6 206 7.918 62,2 19/01 e 24/03 8.788 69,1 249 9.037 71,0 19/01 e 09/04 3.167 24,9 29 3.196 25,0 08/03 e 09/04 8.507 66,8 46 8.553 67,0 19/01, 08/03 e 24/03 9.807 77,1 1.599 11.405 90,0 27/12, 19/01 e 08/03 * * 689 9.773 76,8 27/12, 19/01, 08/03 e 24/03 9.807 77,1 2.288 12.095 95,0 27/12, 19/01, 08/03 e 09/04 8.798 69,0 1.843 10.281 81,0 27/12, 19/01, 24/03 e 09/04 9.208 72,0 1.173 10.380 82,0 ** 08/03, 24/03 e 09/04 9.701 76,0 1.132 10.833 85,0 19/01, 08/03, 24/03 e 09/04 9.909 78,0 2.128 12.037 95,0

*As áreas parciais e dúvidas solucionadas nas seguintes combinações foram acrescidas das áreas de dúvidas solucionadas através da imagem de 27/12/13.

** Quando a imagem de 19/01/14 é excluída da análise, a imagem de 27/12/13 também não é levada em consideração, pois esta apenas contribui com áreas de dúvidas solucionadas quando combinada a de janeiro.

Levando em consideração apenas as combinações entre duas imagens, nota- se que em ambos os municípios o maior acerto parcial foi obtido na combinação entre as imagens adquiridas em 08 e 24/03/14, com 77,8% em Bagé e 75,4% em

Hulha Negra. Isso possivelmente deveu-se ao fato de que tais imagens são do mês de março, quando a maioria dos talhões está em pleno desenvolvimento e facilmente identificável. Com relação às dúvidas resolvidas nessa análise conjunta, Bagé apresentou uma área de 2.167 (5%) e Hulha Negra 873 ha (6,8%), bem como um acerto total de áreas mapeadas de 82,9% e 82,3%, respectivamente.

A combinação do mapeamento das imagens adquiridas em 19/01/14 e 08/03/14 obteve um acerto total de 78,8% em Bagé e 71,4% em Hulha Negra. Contudo, se uma imagem de dezembro for utilizada, o acerto total aumenta para 86,1% e 76,8%, respectivamente para tais municípios. Isso deveu-se à possibilidade de identificar áreas de soja mais precoces (áreas não mais visíveis em março, e devido à ausência de uma imagem de fevereiro, necessitam de uma imagem de dezembro com a finalidade de identificar características de pré-semeadura e assim diminuir dúvidas), falhadas e áreas que se confundem com o arroz irrigado, principalmente em função da ausência de água em dezembro.

Quando analisada individualmente, a imagem de 08/03/14 demonstrou um acerto de área de 73% e 63,6% para Bagé e Hulha Negra, respectivamente. Porém, quando a imagem adquirida em 08/03/14 foi analisada conjuntamente com as de 27/12/13 e 19/01/14, houve um acréscimo de praticamente 13 pontos percentuais (pp) de área mapeada para ambos os municípios. Esses resultados também ressaltam a importância da utilização das imagens de dezembro, mesmo que nestas ainda não se visualizem áreas de soja.

A combinação dos mapas produzidos a partir das imagens adquiridas em 19/01/14 e 09/04/14 apresentou o menor acerto total, com 27,8% para Bagé e 25% para Hulha Negra. Provavelmente em função da imagem adquirida em 19/01/14 ser muito precoce, apresentando poucos talhões em pleno desenvolvimento, e daquela adquirida em 09/04/14 ser muito tardia, com muitos talhões secos ou colhidos.

A combinação das imagens adquiridas nas três datas (19/01/14, 08/03/14 e 24/03/14) apresentou acerto total, de 89% para Bagé e 90% para Hulha Negra. Quando a imagem de dezembro foi utilizada no mapeamento foi possível identificar 96% e 95% das áreas de soja, respectivamente, nesses municípios, sendo estes os maiores acertos totais (afora o mapa de referência). Esse resultado revela também uma excelente previsibilidade da safra. Ainda que decorra algum tempo até a disponibilidade das imagens após a passagem do satélite e a elaboração do mapeamento, o que impossibilita a disponibilização dos dados antes do fim da safra,

há uma previsibilidade em relação aos dados oficiais. Esse tipo de resultado, onde há uma antecipação dos dados de área plantada (e de produção, se for contabilizada uma expectativa para a produtividade) pode nortear o mercado agrícola, assim como o planejamento de importações, exportações e armazenamento da produção.

Na análise de quatro imagens, ou seja, excluindo uma delas da análise, observou-se que na combinação entre 19/01/14, 08/03/14, 24/03/14 e 09/04/14 (excluindo 27/12/13 da análise) foi possível mapear 93 e 95% dos talhões de soja para Bagé e Hulha Negra, respectivamente. Mesmo não possuindo talhões de soja visíveis, a imagem de dezembro contribui com a remoção de dúvidas, logo, a sua ausência causou uma perda de informação de 7% para Bagé e 5% para Hulha Negra.

Quando a imagem de 08/03/14 não foi analisada (27/12/13, 19/01/14, 24/03/14 e 09/04/14), obteve-se um mapeamento de 76% para Bagé e 82% dos talhões para Hulha Negra, em comparação ao mapa de referência. A maior perda de áreas mapeadas é devido à imagem de 08/03/14 ser a mais representativa quanto à presença de áreas de soja visível. Na combinação 08/03/14, 24/03/14 e 09/04/14, isto é, excluindo-se a imagem de 19/01/14 da análise, obteve-se um mapeamento de 85% para ambos os municípios. É importante lembrar que quando se excluiu uma imagem da análise, além de perderem-se talhões que exclusivamente estavam visíveis naquela data, também foram perdidas as áreas de dúvidas que seriam resolvidas quando da combinação entre a data excluída e as demais. Dessa forma, nota-se que a ausência da imagem de dezembro ou de abril foram as que causam menos perdas ao mapeamento, pois apresentaram poucos ou nenhum talhão exclusivamente visível e também por terem sido responsáveis por uma menor resolução de dúvidas. No entanto, foi necessária pelo menos uma imagem adquirida em dezembro para dirimir confusões espectrais com a cultura do arroz irrigado e outra no início do mês de abril, para identificar os talhões de semeadura tardia.

Como se pode perceber pelos dados supracitados, ainda que muito próximo, não foi possível alcançar um acerto de 100% de área mapeada, em nenhuma das combinações. Isso só foi possível com a análise conjunta de pelo menos uma imagem adquirida em dezembro, uma em janeiro, uma no inicio de março, uma no final de março e uma no inicio de abril. Também é possível afirmar que é necessária uma boa distribuição temporal das imagens adquiridas ao longo da safra, para

representar talhões precoces, médios, tardios e dirimir dúvidas de mapeamento, assim como adquirir imagens no mês de março onde há o pleno desenvolvimento da cultura.

A ausência de uma imagem de fevereiro, momento de pleno desenvolvimento da soja para a maioria dos talhões, dificultou a classificação visual e remoção de algumas dúvidas. Essa ausência foi compensada pelo uso combinado de imagens em períodos anteriores e posteriores ao mês de fevereiro.

4.2 Comportamento espectro-temporal da soja em imagens MODIS

O perfil temporal do índice de vegetação EVI sobre o mapa de referência é apresentado na Figura 17, onde nota-se a grande semelhança entre os perfis dos dois municípios analisados, que estão intimamente relacionados ao desenvolvimento da cobertura vegetal. O inicio dos incrementos de EVI dá-se na primeira quinzena de janeiro. Esse resultado contrasta com os da região norte do estado do RS, como o apresentado por Rizzi (2004), onde isto é percebido na primeira quinzena de dezembro, cerca de um mês antes.

Esses resultados destacam o quão tardio é o cultivo de soja nos municípios analisados em relação à metade norte do RS. Além disso, considerando que a senescência média dos talhões acontece na primeira quinzena de abril, de acordo com o perfil do EVI, o período para a aquisição de imagens de satélite para o mapeamento da cultura da soja em tais municípios, quando a maioria dos talhões está visível nas imagens, vai da segunda quinzena de janeiro até a segunda quinzena de março, alcançando o pico de desenvolvimento ideal para a sua identificação entre os meses de fevereiro e março. Além disso, conforme demonstrado pelo mapeamento das imagens Landsat, é necessária uma imagem adquirida em dezembro para dirimir confusões espectrais com a cultura do arroz irrigado e outra no mês início de abril, para identificar os talhões de semeadura tardia.

Mengue e Fontana (2015) encontraram valores máximos de EVI/MODIS no estado do RS durante a data 18 de fevereiro e estabeleceram um período para a identificação da cultura entre o inicio dos meses de dezembro e abril. Fontana et al. (2015) em um estudo do calendário de cultivo da soja no RS ao longo de dez anos,

demonstraram que o pico do comportamento NDVI para a região de Bagé ocorre durante o mês de fevereiro, sendo que esse pico representa o estádio de floração da cultura.

Figura 17 - Perfil temporal médio do EVI do MODIS para as áreas de soja para os municípios de

Bagé e Hulha Negra.

As Figuras 18 e 19 também apresentam uma grade semelhança com relação aos perfis temporais de EVI entre os municípios de Bagé e Hulha Negra. Neste caso, as figuras contém um perfil de EVI para cada mapa gerado a partir da interpretação visual das imagens individuais do Landsat, além daquele contendo as áreas consideradas como dúvida. Por meio da análise desses perfis percebe-se uma distribuição dos picos de desenvolvimento dos talhões ao longo da safra (entre o início de fevereiro e o final de março). Isto reforça a importância da aquisição de mais de uma imagem ao longo da safra, visando mapear os talhões mais precoces, identificáveis somente nas imagens de janeiro, assim como os mais tardios, nas de abril.

Figura 18 - Perfil temporal médio do EVI do MODIS para as áreas de soja no município de Bagé,

identificável em cada data de obtenção das imagens e nas áreas de dúvida.

Figura 19 - Perfil temporal médio do EVI do MODIS para as áreas de soja no município de Hulha

Negra, identificável em cada data de obtenção das imagens e nas áreas de dúvida.

Nota-se, também, que o perfil temporal médio dos talhões considerados como

Soja-Dúvida, apresenta comportamento similar (especificamente quanto à forma do

perfil) àqueles referentes aos visíveis nas duas imagens adquiridas em março, que é a época em que a maioria dos talhões de soja está em pleno desenvolvimento. Entretanto, esse perfil apresenta valores baixos de EVI, com um máximo de 0,55 em Bagé e de 0,53 em Hulha Negra (durante o mês de fevereiro). Estes contrastam com

os valores máximos de EVI encontrado para o mapa de referência (0,62) e que leva em conta a média de todos os talhões de soja do município. Este comportamento espectral reforça a difícil identificação das áreas de soja consideradas dúvida, pois estas não apresentam um comportamento espectral típico tanto nas imagens do Landsat quanto nas do EVI do MODIS em nenhuma das datas. Risso et al. (2012) comenta que, uma lavoura de soja em bom estado de desenvolvimento e sem problemas fitossanitários graves, normalmente supera o valor EVI de 0,8.

Em Bagé, os valores máximos de EVI para as datas 19/01/14, 08/03/14, 24/03/14 e 09/04/14 são de 0,70, 0,67, 0,66 e 0,61, respectivamente. Sendo que nas duas primeiras datas estes se encontram no mês de fevereiro, para a data de 24/03/14 o pico encontra-se entre os meses de fevereiro e março e na data de 09/04/14 no final de março. Para Hulha Negra, os valores máximo de EVI para as mesmas datas anteriormente citadas são de 0,69, 0,64, 0,62, 0,55, respectivamente. Para as três primeiras datas, os valores máximos do EVI encontram-se no mês de fevereiro e para a data de 09/04/14 entre o final de fevereiro e o final de março. Esses dados reforçam a importância de uma imagem adquirida em janeiro ou no início de fevereiro para a identificação dos talhões mais precoces e da importância das imagens adquiridas em março para a identificação dos talhões, tanto os precoces quanto os tardios.

Neste ponto, cabe uma ressalva no que tange a relevância da análise das imagens EVI do MODIS sob os talhões de soja mapeados. Apesar da importância da imagem de fevereiro, a disponibilidade de uma imagem livre de nuvens nesse período possivelmente não solucionaria a maioria das dúvidas, pois os valores de EVI em fevereiro são muito próximos aos de março no perfil espectro-temporal referente às dúvidas. Além disso, tal imagem possivelmente identificaria a maioria dos talhões visíveis em 19/01/14 e 08/03/14. Isso infere-se a partir da largura do topo dos referidos perfis espectro-temporais que se sobrepõem à data de fevereiro. Tal comportamento sugere também que não há talhões não contabilizados no mapa de referência pela falta de imagens em fevereiro, pois se observa que os valores dos picos se mantêm elevados por um período de três imagens MODIS (40 a 50 dias) abrangendo assim o período com a ausência da imagem de fevereiro.

As figuras 20 e 21 representam o perfil espectro-temporal em talhões de soja mais bem identificáveis em cada uma das quatro datas, para os municípios de Bagé e Hulha Negra, respectivamente. Percebe-se que os talhões visíveis nas imagens de

19 de janeiro, têm seus picos de EVI localizados no início de fevereiro. Para aqueles visíveis no início de março, isto ocorre na imagem do MODIS da última quinzena de fevereiro. Neste ponto cabe ressaltar que as imagens EVI do MODIS não se referem a uma única data, mas a um período de 16 dias. No caso da imagem do final de fevereiro, esta se refere ao período de 18/02 a 05/03, cuja data é muito próxima aquela em que a imagem do Landsat foi adquirida. Para os talhões visíveis no Landsat em 24/03, os valores do EVI foram muito próximos entre as imagens MODIS de 18/02 (período de 18/02 a 05/03) e 06/03 (período de 06 a 22/03). Quanto aos talhões mais bem identificáveis na imagem de 09/04, os picos de EVI, embora bem abaixo em relação aos demais talhões, ficam nas imagens MODIS de 22/03 (período de 22/03 a 08/04). Em outras palavras, esta análise sugere que, em geral, os talhões de soja são mais bem identificáveis nas imagens Landsat adquiridas no período posterior aquele cuja imagem do MODIS contém o máximo valor do EVI. Vale lembrar ainda que o EVI é gerado principalmente a partir das bandas RED e NIR. Já as composições do Landsat utilizadas possuem também a banda SWIR, que é a que melhor contribui para a discriminação da soja, principalmente em relação à cultura do arroz irrigado.

Figura 20 - Perfil temporal médio do EVI do MODIS para as áreas de soja mais bem identificáveis em

Figura 21 - Perfil temporal médio do EVI do MODIS para as áreas de soja mais bem identificáveis em

cada data de obtenção das imagens para o município de Hulha Negra.

4.3 Avaliação da distribuição dos talhões de soja quanto à altitude e