Mapeamento multitemporal da cobertura da terra do município de Imbituba (SC) utilizando imagens do sensor Landsat 5 TM
Murilo Farias de Couto 1 Carlos Antônio Oliveira Vieira1
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Departamento de Geociências
Universidade Federal de Santa Catarina - UFSC Caixa Postal 96 - 13416-000 - Florianópolis - SC, Brasil
murilo_fariasdecouto@hotmail.com carlos.vieira@ufsc.br
Abstract. The objective of this work was the multitemporal land cover mapping of the Imbituba (SC)
municipality through a supervised image classification of Landsat satellite TM 5. It was selected the images of the study area, and then, it was obtained samples of land cover classes (open natural areas, urbanized areas, water bodies, forest, pasture and rice) and performed a supervised classification using the maximum likelihood method. They were produced thematic maps of land cover the years 1990 and 2010 individually, that showed excellent values for validation using Kappa index. It was also noted a gradual decrease in the original areas of Atlantic Forest, resulting in the increase of the areas of grazing and cultivation of eucalyptus.
Palavras-chave: Land cover, supervised classification, change detection, remote sensing, cobertura da terra,
classificação supervisionada, detecção de mudanças, sensoriamento remoto. 1. Introdução
Os avanços mais significativos de ordem técnica, científica e informacional (computadores, satélites, radares) aconteceram após a Segunda Guerra Mundial e concomitante com esses avanços os espaços sofreram transformações intensas na cobertura e uso da terra, devido aos processos físicos e humanos que (re) modelam a superfície terrestre. Os satélites orbitais propiciaram ao homem uma nova forma de enxergar o mundo, tanto do ponto de vista espacial como do ponto de vista político, econômico e social.
Segundo Luchiari (2005), os inventários da cobertura da terra orientam as ações governamentais para o desenvolvimento regional, constando dentro dessas ações os programas de extensão e crédito agrícola, conservação do solo, manejo de bacias hidrográficas, manejo de recursos florestais, cobranças de impostos e reforma agrária, que requerem dados precisos do território. Os inventários também podem ser usados para diversos fins como no caso da recuperação e reorganização de áreas atingidas por fenômenos extremos (terremotos, furacões, erupções vulcânicas, maremotos, etc) da natureza.
Segundo o IBGE (2006), o mapeamento da cobertura e uso da terra pode dar-se em quatros níveis de análise: exploratório, reconhecimento, semidetalhe e detalhe. No caso desse trabalho optou-se pelo nível de análise regional (reconhecimento), este tipo de levantamento “requer que a informação seja integrada e simplificada para dar uma visão mais genérica.” (Nogueira, 2009, p.188).
Esse trabalho tem como objetivo mapear a cobertura da terra do município de Imbituba entre 1990 e 2010, em virtude das sucessivas reestruturações funcionais e mudanças socioeconômicas que aconteceram no município, com o fechamento da Indústria Carboquímica Catarinense (ICC) em 1993, redução do quadro de vagas na Indústria Cerâmica de Imbituba (ICISA) e reestruturação portuária devido ao fim do ciclo do carvão.
2. Área de Estudo, Material e Metodologia do trabalho
O município de Imbituba (Figura 1) localiza-se na latitude 28º 13’ 17’’S e longitude 48º38’21’’W. Situa-se na região sul do Estado de Santa Catarina, distante 90 km ao sul de Florianópolis, apresentando altitude média de 10 metros e possuindo uma área de 184.787 km².
Figura 1: Localização da área de estudo: Imbituba-SC
O município de Imbituba está inserido em duas regiões fitogeográficas: Floresta Tropical Atlântica (Floresta Ombrófila Densa) e Vegetação Litorânea (Formação Pioneira). A geomorfologia da área de estudo é caracterizada pelos Embasamentos em Estilos Complexo e Depósitos Sedimentares. Na classificação de Koeppen, o município de Imbituba apresenta clima “Cfa subtropical” (Mesotérmico úmido, com verão quente).
Selecionaram-se as imagens do satélite Landsat/TM-5, órbita/ponto 219/79-80, passagens 04/05/1990, 16/04/1995, 31/05/2000, 13/05/2005 e 27/05/2010. No caso do município estudado, selecionou as imagens que apresentaram pouca cobertura de nuvens. Como essas imagens foram classificadas separadamente, não foi necessário realizar correções atmosféricas. Utilizou-se os softwares Erdas Imagine 2010, Google Earth e Arc Map 2010 no processamento dessas imagens.
Realizou-se a correção geométrica com o registro da imagem, onde utilizou-se 12 pontos de controle do terreno (GCP) coletados no Google Earth (Tabela 1). O registro das imagens foi realizado utilizando como imagem de referência a imagem do ano de 1990.
Tabela 1: Pontos de controle PONTO DE
CONTROLE LATITUDE LONGITUDE
1 6876821.80m S 725736.40m E 2 6873841.98m S 730430.89m E 3 6887262.60m S 721848.79m E 4 6883306.70m S 722857.34m E 5 6877302.29m S 721691.92m E 6 6865295.88m S 730717.15m E 7 6888527.95m S 732815.88m E 8 6887714.94m S 725959.67m E
9 6863361.81m S 725703.04m E
10 6876088.40m S 730456.51m E
11 6885964.26m S 727949.81m E
12 6885220.03m S 732193.65m E
A transformação geométrica foi calculada utilizando o polinômio de 1º grau para o ajuste da imagem, sendo “adequada para distorções de translação e rotação e distorções de escala” (IBGE, 2001, p.86). O erro obtido foi inferior a 0,5 pixels para todas as imagens.
O recorte espacial da área de estudo (limite político territorial do município de Imbituba) foi extraído utilizando a divisão municipal catarinense fornecida pela EPAGRI (http://www.epagri.sc.gov.br/).
A composição das imagens foi obtida utilizando as bandas 1, 2, 3, 4 , 5 e 7, sendo que a banda 6 do sensor Landsat 5 não foi utilizada. O fato do município não ter seu território coberto completamente pela mesma imagem obrigou a confecção do mosaico das imagens.
De acordo com os padrões espaciais observados em campo, foram selecionados para o estudo seis classes informacionais de cobertura da terra, sendo elas: pastagem, florestal (formada principalmente por áreas de Floresta Ombrófila Densa), áreas urbanizadas, corpos d’água, áreas naturais abertas (áreas com pouca vegetação, incluindo dunas e campos de areia) e arroz.
Foram coletadas três amostras da cobertura da terra para cada classe, representando os seguintes valores em pixels: Áreas naturais abertas (3159), Áreas urbanizadas (1713), Corpos d’água (8001), Florestal (8434), Pastagem (2816) e Arroz (6964). Cada pixel (30x30m) equivale a 900m² no terreno.
Optou-se pela classificação supervisionada, pois se tinha conhecimento prévio da área de estudo. Utilizou-se o método de classificação Maxver (máxima verossimilhança ou maximum likelihood) para classificação das imagens, resultando em mapas temáticos dos anos de 1990 e 2010. Detalhes sobre o processo de classificação supervisionada pode ser encontrado em Mather (2003), Jensen (2009), Crosta(1992) Lilesand and Kiffer (1994) e outros. A exatidão (acurácia) foi estabelecida pela geração da matriz de erro (matriz de confusão), utilizando uma amostragem independente, de onde foram derivados os índices kappa para cada classificação.
3. Resultados e Discussão
Em relação a validação das classificações, foi utilizada uma amostra independente para classificar as imagens e gerar as matrizes de confusão, obtendo valores dentro dos padrões aceitáveis (confiança) para o mapeamento da cobertura e uso do terra (verdade terrestre). A Tabela 2 apresenta o índice Kappa geral, para cada classificação.
Tabela 2: Índice Kappa
ANO ÍNDICE KAPPA 1990 0.9463 1995 0.8104 2000 0,9432 2005 0.9736
O Índice Kappa apresentou valores que variam 0.8104 a 1.0000. Esses valores mostram a confiabilidade e a qualidade do processo de classificação. Mas se deve lembrar que estas estatísticas não são espaciais e são dependentes da amostragem independente para a validação.
As Figuras 2 e 3 apresentam os mapas temáticos gerados a partir de uma classificação estatística supervisionada, para os anos de 1990 e 2010 respectivamente.
Figura 2 e 3: Mapa da cobertura da terra do município de Imbituba (SC) em 1990 e 2010. Conforme as Figuras 2 e 3, nota-se a predominância da classe pastagem em relação as outras classes da cobertura da terra, ocupando extensas áreas do município. As áreas urbanizadas encontra-se principalmente concentradas em uma parcela pequena do território, caracterizada pelo uso intensivo do espaço. As áreas florestais estão localizadas principalmente nas áreas com maior altitude compreendendo os principais morros do município.
Analisando o gráfico da Figura 4, que representa a evolução da cobertura e uso da terra do município de Imbituba/SC entre 1990 e 2010 percebe-se que a classe Áreas Naturais Abertas sofreram uma leve diminuição na distribuição percentual, pois essa classe correspondia a 6% em 1990 e recuou para 5% em 1995, mantendo-se constante com esse valor até 2010. Essa classe sofre com a especulação imobiliária em constante expansão em seu entorno, que tem sua fronteira estendida em direção as áreas de depósitos eólicos.
Figura 4: Evolução da cobertura da terra do município de Imbituba (SC) entre 1990 e 2010.
As áreas urbanizadas do município de Imbituba estão localizadas nas áreas próximas às praias e nas margens da BR-101 apresentam uma oscilação em valores percentuais, representando 9% da cobertura da terra em 1990, 8% em 1995, 9% em 2000, 7% em 2005 e 8% em 2010. O fato do município apresentar áreas em processo de urbanização (entorno da Lagoa da Ibiraquera, por exemplo) dificultou a discriminação pelo classificador Maxver a reconhecer esse tipo de cobertura.
A classe arroz apresenta uma leve diminuição na área cultivada entre 1990 (11%) e 1995 (10%), aumentando a área cultivada em 2000 para 12%, caindo em seguida para 11% em 2005 e novamente retornando para 12% em 2010. As imagens de satélite utilizadas na pesquisa coincidem como o período da entre-safra do arroz, acontecendo nos meses de inverno. Por causa da resposta espectral desse cultivo na fase de colheita (verão) ser quase idêntico a classe florestal, teve-se a preocupação em obter as imagens do período anterior ao desenvolvimento da espécie.
Conforme o gráfico da evolução da cobertura e uso da terra os corpos d’água apresentam uma participação constante de 18% durante 1990 e 2010, diminuindo gradativamente para 17% em 2005 e 16% em 2010. Essa dimuição percentual dá-se pela formação de bancos de areia na lagoa de Ibiraquera próximo a ponte da mesma localidade e na desembocadura da lagoa. A contaminação da lagoa da Bomba com a presença de espécies exóticas na superfície, também contribuiu para diminuição da sua área.
A classe pastagem apresenta uma distribuição de 20% em 1990, subindo para 27% em 1995 e matendo-se constante até 2000, logo em 2005 apresenta uma subida repentina para 37% e em 2010 apresenta um declínio para 31%. Observe-se a dimuinição da classe florestal em detrimento pastagem até o ano de 2005, quando a classe pastagem apresenta declínio e a classe florestal volta a aumentar percentualmente.
Conforme a Figura 4, a formação florestal tem suas áreas diminuídas constantemente desde o início da década de 1990, correspondendo a 36% nesse ano. Em 1995, a participação dessa classe reduziu para 32%, em 2000 recuou para 29%, alcançado a mais baixa participação em 2005 com 23%. Em 2010, a classe recuperasse devido ao reflorestamento (eucalipto) em áreas anteriormente ocupadas por pastagem e atinge 28%.
4. Conclusões
Conforme estudado, a cobertura vegetal original do município está bastante alterada devido aos processos/dinâmicas do homem sobre o espaço, causando a degradação rápida dos
Florestal nesse estudo, tem constantemente sua área diminuída em virtude das ações antrópicas. A classe florestal ocupava 36% do território em 1990 caindo para 23% em 2005, comprovando a diminuição relativa dessas áreas. Com a introdução Eucalyptus spp próximo as margens da BR-101, constata-se o crescimento dessa classe em 2010 para 28%. As áreas urbanizadas não apresentaram crescimento significativo no recorte temporal estudado, podendo ser explicado pela dificuldade do classificador Maxver em classificar áreas em processo de urbanização.
O crescimento da classe Pastagem está diretamente relacionado com a perda de áreas florestais (Floresta Ombrófila Densa), que foram diminuindo nas últimas duas décadas (1990-2010) devido ao contínuo processo de desmatamento. Essa classe tem a maior representação no território municipal, porém está comprometida com a expansão urbana e a reestruturação portuária (ampliação do cais, novos armazéns, rede viária, indústrias), que tem atraído novos capitais e mão-de-obra.
As classes Corpos d’água, Áreas Naturais Abertas e Arroz praticamente mantém suas áreas estáveis não havendo intensas alterações na cobertura e uso da terra. Todavia, conforme estudado essas classes da cobertura e uso da terra apresentam conflitos de uso como extração ilegal de areia para construção civil, especulação imobiliária, pesca predatória e contaminação das águas continentais com agrotóxicos e esgoto doméstico.
5. Referências Bibliográficas
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Lillesand, T. M. & keifer, R. W. Remote Sensing and Image Interpretation. 3rd.Edition. John Wiley & Sons, New York, 1994.
Luchiari, A. Algumas considerações sobre as aplicações dos produtos do sensoriamento remoto para
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Mather, P. M. Computer Processing of Remotely-Sensed Images: An Introduction, 3ª Edition, John Wiley & Sons, Chichester, 2003 (digital).
Nogueira. R. E. Cartografia: representação, comunicação e visualização de dados espaciais. 3ª. Ed. rev. e amp. – Florianópolis: Ed. da UFSC, 2009.
