Aplicação de métodos hidroacústicos na classificação textual do fundo marinho

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Centro de Ciências Exatas e da Terra

Programa de Pós-Graduação em Geodinâmica e Geofísica

DISSERTAÇÃO DE MESTRADO

APLICAÇÃO DE MÉTODOS HIDROACÚSTICOS NA

CLASSIFICAÇÃO TEXTURAL DO FUNDO MARINHO

Autor:

TIAGO RAFAEL DE BARROS PEREIRA

Orientadora:

Dra. HELENICE VITAL (DG/PPGG/UFRN)

Co-Orientador:

Dr. ANDRE GISKARD AQUINO DA SILVA (CAPES/PPGG/UFRN)

Dissertação n.º 164/PPGG.

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UNIVERSIDADE FEDERAL DO RIO GRANDE DO NORTE CENTRO DE CIÊNCIAS EXATAS E DA TERRA

PROGRAMA DE PÓS-GRADUAÇÃO EM GEODINÂMICA E GEOFÍSICA

DISSERTAÇÃO DE MESTRADO

APLICAÇÃO DE MÉTODOS HIDROACÚSTICOS NA

CLASSIFICAÇÃO TEXTURAL DO FUNDO MARINHO

Autor:

TIAGO RAFAEL DE BARROS PEREIRA

Dissertação apresentada em 24 de fevereiro de 2016, ao Programa de Pós-Graduação em Geodinâmica e Geofísica – PPGG, da Universidade Federal do Rio Grande do Norte - UFRN como requisito à obtenção do Título de Mestre em Geodinâmica e Geofísica, com área de concentração em Geofísica.

Comissão Examinadora:

PROFa Dra HELENICE VITAL (DG/PPGG/UFRN)

PROFa. Dra. TEREZA CRISTINA MEDEIROS DE ARAUJO (DOCEAN/UFPE) PROF. Dr MOAB PRAXEDES GOLMES (DG/PPGG/UFRN)

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UNIVERSIDADE FEDERAL DO RIO GRANDE DO NORTE

CENTRO DE CIÊNCIAS EXATAS E DA TERRAPROGRAMA DE PÓS-GRADUAÇÃO EM GEODINÂMICA E GEOFÍSICA

Dissertação de mestrado desenvolvida no âmbito do Programa de Pós-Graduação em Geodinâmica e Geofísica da Universidade Federal do Rio Grande do Norte (PPGG/UFRN), subsidiada pelos seguintes agentes financiadores:

o Agência Nacional do Petróleo, Gás Natural e Biocombustíveis (ANP), Financiadora de Estudos e Projetos (FINEP) e PETROBRAS, por meio do Programa de Recursos Humanos da ANP para o Setor Petróleo e Gás (PRH-ANP / MCT);

o PRH-ANP22 - Programa de Formação em Geologia, Geofísica e Informática para o Setor Petróleo e Gás na UFRN (CTPETRO/PETROBRAS);

o Projeto Plataforma N-NE – Caracterização Fisiográfica da Plataforma Continental (Rede 05/FINEP/CNPq/CTPETRO);

o Auxílio PQ CNPq – Caracterização Geológica e Geofísica de áreas submersas rasas do Estado do Rio Grande do Norte (Processos n.º 303481/2009-9);

o Programa Estratégico em Ciências do Mar - “REDE RECIFES (UFRN-UFPE-UFBA) - Mapeamento e Caracterização de Recifes da Plataforma Continental Juridica Brasileira” (CAPES Edital 2009 207/2010);

o Projeto PROBRAL – “Erosão Costeira – Estudos comparativos entre a costa norte-rio-grandense e a costa alemã” (337/2010, CAPES-DAAD);

o Instituto Nacional de Ciência e Tecnologia “Ambientes Marinhos Tropicais” (Heterogeneidade Espaço-Temporal e Respostas a Mudanças Climáticas (INCT/AMBTROPIC (CAPES/FAPESB/CNPq)

o Projeto Heterogeneidade Espaço–Temporal da Linha de Costa e do Substrato Plataformal Adjacente a Ponta Negra, Natal-RN - SOS PONTA NEGRA (CNPQ, Edital Universal 14/2012, processo 486451/2012-7).

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AGRADECIMENTOS

Ao programa de Pós-Graduação em Geodinâmica e Geofísica- PPGG, da Universidade Federal do Rio Grande do Norte – UFRN, pela possibilidade de integrar seu corpo discente.

A Agência Nacional do Petróleo, Gás Natural e Biocombustível – ANP, por meio do Programa de Recursos Humanos PRH – 22, pela concessão da bolsa de Mestrado.

As agencias financiadoras FINEP, PETROBRAS, CAPES, DAAD e CNPq, através de diferentes projetos e programas (PLAT N-NE, PROBRAL 337-10, Auxilio PQ, Ciencias do Mar I, INCT AmbTropic), pelo suporte financeiro.

Gostaria de agradecer em primeiro lugar a minha família pelo incentivo, principalmente à minha mãe pela dedicação incansável de todos os dias.

A minha orientadora, professora Helenice Vital pelas oportunidades, confiança, suporte e incentivo.

Ao Dr. André Giskard, pela disponibilidade em ajudar na execução de campo, e discutir e tirar dúvidas durante todo o desenvolvimento deste trabalho em laboratório.

Ao Professor Moab Praxedes pela disponibilidade em discutir e tirar dúvidas em questões teóricas a cerca deste trabalho.

A aluna de graduação Naira Barbosa, pela ajuda no processamento dos dados.

Ao técnico Júnior Silva, pelo suporte e ajuda na aquisição de dados.

Ao mergulhador Francisco Canindé, pela disponibilidade e execução nas atividades de coleta de sedimentos.

A todos os demais integrantes do laboratório de Geologia e Geofísica Marinha e Monitoramento Ambiental (GGEMMA), pelo incentivo e apoio durante a execução deste trabalho.

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Resumo

Este trabalho apresenta um mapeamento batimétrico e um mapeamento textural do fundo marinho, utilizando dados sonográficos e sedimentológicos, coletados em uma área na plataforma continental adjacente as praias urbanas de Ponta Negra e Barreira d’água, na cidade do Natal-RN. Dados batimétricos foram obtidos com diferentes métodos de medição da profundidade (onda direta e interferometria), de forma a permitir uma comparação entre os dois métodos. Os resultados obtidos, a partir desse levantamento, mostraram que a profundidade na área insonificada apresenta variação entre 3m a 13m. A interpretação dos dados de batimetria permitiu identificar feições submersas, tais como: bancos sedimentares, dunas e corpos rochosos. A partir do dado de sonografia foi possível identificar diferentes padrões de retroespalhamento (backscatter). Em alguns casos, foi possível correlacionar as feições morfológicas e a distribuição dos padrões texturais com o padrão hidrodinâmico atuante. Adicionalmente, foi realizado um estudo comparativo entre as classificações texturais automática e supervisionada do dado de backscatter. Esse comparativo foi subsidiado por dados sedimentológicos, levando em consideração a granulometria das amostras de fundo. O comparativo entre classificações supervisionada e automática mostrou disparidades na identificação dos padrões texturais. Na classificação supervisionada foi possível identificar 6 padrões, enquanto a classificação automática identificou apenas 4 padrões. Os dados sedimentológicos corroboraram com a classificação supervisionada, já que foram identificados 6 frações granulométricas nas amostras de fundo.

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Abstract

This work shows a bathymetric mapping and a textural mapping using side scan sonar and sediment data of a sector of the continental shelf adjacent to Ponta Negra beach and Barreira D’água beach located at Natal /RN. The Bathymetric data were collected with different methodologies to calculating the depth: The direct wave and the interferometry. A comparative between these data was performed and the result showed different mean depth values. The interferometry methodology was used to map the entire study area. This mapping showed that the depht varies from 3m to 13m along the study area. The interpretation of bathymatric data allowed identify seafloor features such as: sand banks parallel to the shoreline, sand dunes and the rocky cluster. The interpretation of sonography data allowed identify 6 differents patterns of backscatter. Moreover in some cases was possible to correlate the seafloor features and the patterns of backscatter with the active hydrodynamic standard. Furthermore was done a comparative study between the automatic textural classification and the supervised textural classification using the backscatter data. This comparison is based on the sediment data using the granulometry features. The comparative show different results in the identification of backscatter’s patterns. The automatic textural classification identified 4 patterns while the supervised textural classification identified 6 patterns. The analysis of sediment data is in accordance with the supervised classification as have been identified six size fractions of sediment in the bottom samples.

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Sumário

1 - INTRODUÇÃO... 2 – FUNDAMENTAÇÃO TEÓRICA ... 2.1 – Sensoriamento Remoto Acústico... 2.2 – Classificação Textural de Imagens... 2.3 – Hidrodinâmica Costeira... 2.3.1 - Ondas... 2.3.2 - Correntes... 2.4 - Formas de Fundo. ... 3 – MATERIAIS E MÉTODOS... 3.1 – Etapa Pré – Campo. ... 3.1.1 – Planejamento de levantamento hidroacústicos ... 3.1.2 – Planejamento de coleta de sedimentos. ... 3.2 – Etapa de Execução... 3.3 – Etapa de Processamento ... 3.3.1 - Processamento dos dados batimétricos ... 3.3.2 - Processamento dos dados sonográficos...

pág. 12 pág. 12 pág. 15 pág. 20 pág. 24 pág. 19 pág. 20 pág. 26 pág. 23 pág. 27 pág. 27 pág. 30 pág. 31 pág. 32 pág. 32 pág. 35 4 – RESULTADOS E DISCUSSÕES ... 4.1 – Comparativo entre métodos hidroacústicos...…... 4.2 – Batimetria Interferométrica ...…... 4.3 – Sonografia...……… 4.3.1 – Classificação Estatística Supervisionada….……….. 4.3.2 – Classificação Automática GLCM...……… 4.4 – Sedimentologia...……… 5 – CONCLUSÕES ... 6 - REFERÊNCIAS... pág 38 pág 38 pág 39 pág. 46 pág. 50 pág 53 pág. 55 pág. 61 pág 63

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Lista de Figuras

Figura 1.1 - Localização da área de estudo... Figura 2.1 - Esquema de sondagens monofeixe e multifeixe (NOAA, 2007) ... Figura 2.2 - Esquema de sondagens por varredura interferométrica (A) e multifeixe (B). .. Figura 2.3 - Geometria do processo Interferométrico………... Figura 2.4 - Disposição de transdutores em um sistema interferométrico. Adaptado do Manual Edgetech 4600 (2012) ...

Figura 2.5 - Espalhamento do sinal acústico em superfície rugosa. Modificado de Mazel 1985 e Laps 2006...………. Figura 2.6 - Parâmetros Estatísticos, fórmulas e suas descrições....………... Figura 2.7 - Diagrama de direção e intensidade das correntes na região de fundeio para campanhas de primavera, outono e verão. A direção das barras segue a convenção oceanográfica e aponta na direção da corrente. Fonte. Ribeio, 2014………. Figura 2.8 – Sequência de formas de fundo correlacionada com a respectiva hidrodinâmica. Adaptado de Short (1999) e Porpilho (2015)………...….... Figura 3.1 - Ecobatímetro Multifeixe Seabed 8124. ... Figura 3.2 – Áreas dos levantamentos hidroacústicos ...……… Figura 3.3 - Sonar Batimétrico interferométrico Edgetech 4600... Figura 3.4 – Mapa de pontos de amostragem de sedimentos ………... Figura 3.5 - Amostrador de fundo Van Veen………. ... Figura 3.6 - Lancha Miami (Embarcação utilizada na coleta de dados). ... Figura 3.7 - Fluxograma do processamento de dados batimétricos……... Figura 3.8 – Efeitos da convolução no mapa batimétrico …………... Figura 3.9 - Fluxograma de Processamento de dados sonográficos. ... Figura 3.10 - Aplicação do ganho EGN no dado sonográfico……... Figura 4.1 - Mapa da diferença batimétrica...……... Figura 4.2 - Mapa batimétrico da área de estudo……….

pág. 14 pág. 16 pág. 17 pág. 17 pág. 18 pág. 19 pág. 22 pág. 25 pág. 26 pág. 28 pág. 28 pág. 29 pág. 31 pág. 31 pág. 31 pág. 34 pág. 35 pág. 36 pág. 36 pág. 38 pág. 40

Figura 4.3 – Modelo digital do terreno em 3D………... Figura 4.4 – MDT com a interpretação morfológica………...

pág 41 pág 42

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Figura 4.5 – Perfil Batimétrico AA’………... Figura 4.6 – Perfil Batimétrico BB’………... Figura 4.7 – Perfil Batimétrico CC’………... Figura 4.8 – Feição R2: Aglomerado Rochoso…………... Figura 4.9 – Perfil Batimétrico DD’………... Figura 4.10 – Mapa de declividade da área de estudo...……... Figura 4.11 – Mosaico sonográfico ………... Figura 4.12 – Divisão da área de estudo…………... Figura 4.13 – Níveis de intensidade de reflectância (Nulo, baixo, muito baixo, intermediário, alto e muito alto)...………..……… Figura 4.14 – Distribuição dos padrões nulo e de baixa reflectância paralelas e perpendiculares a linha de costa...……….. Figura 4.15 – Marcas Onduladas regulares ……...……... Figura 4.16 – Marcas Onduladas Irregulares ……… Figura 4.17 – Dunas submersas com comprimento de onda variando de 8m a 12 m... Figura 4.18 – Localização dos padrões texturais utilizados na classificação

supervisionada (Padrão 1,2,3,4,5 e 6)…... Figura 4.19 – Classificação estatística supervisionada...…...…… Figura 4.20 – Gráfico de distribuição de padrões texturais na classificação supervisionada Figura 4.21 – Classificação estatística automática GLCM...……... Figura 4.22 – Mapa da Distribuição Sedimentar.………. Figura 4.23 – MDT integrado com os dados de backscatter e dados de sedimentologia…..

pág 42 pág. 43 pág. 43 pág 44 pág.45 pág.45 pág 46 pág 47 pág 48 pág 49 pág 50 pág 50 pág 51 pág 52 pág 53 pág 54 pág 55 pág 57 pág 58

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Lista de Tabelas

Tabela 3.1 - comparativo técnico entre os sensores utilizados………..…. pág. 29

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1.INTRODUÇÃO

12 O mapeamento de feições morfológicas, da distribuição da cobertura sedimentar e mais recentemente, da distribuição espacial da biodiversidade marinha são os primeiros passos para a implantação de projetos como: delimitação de hidrovias, construção de novos portos, instalação de estruturas para exploração e produção de hidrocarbonetos e outros recursos minerais, bem como o correto gerenciamento de zonas costeiras e a proteção e conservação da biodiversidade marinha diante da ação antrópica (Hasan et al, 2014).

Várias abordagens diretas e indiretas de investigação como sensoriamento remoto por satélite, filmagens, coleta de amostras de fundo são utilizadas para mapear o fundo oceânico. Entretanto, por permitir maior acurácia e o total imageamento do fundo marinho, a técnica indireta do sensoriamento remoto acústico tem sido amplamente utilizada nesse tipo de estudo. Essa técnica se baseia nos fenômenos de emissão, transmissão e reflexão da onda acústica (Seabeam Instruments, 2000). Um sensor instalado em uma embarcação emite um pulso acústico que viaja através da coluna d’água, e após atingir um obstáculo retorna ao sensor trazendo informações que podem ser correlacionadas as propriedades físicas, geológicas e biológicas da superfície refletora e da coluna d’agua (Ayres Neto, 2001).

Até a década de 60 do século XX a sondagem hidroacústica era realizada por meio da utilização de ecobatímetros monofeixe, onde cada pulso acústico fornece uma única medida de profundidade, gerando perfis batimétricos localizados na área logo abaixo do caminhamento das linhas de navegação.

Com a finalidade de aprimorar o mapeamento e classificação do fundo marinho, foram desenvolvidas durante a década de 1960 as primeiras sondas acústicas multifeixe que permitem a geração de modelos digitais de terreno (MDT) com resolução mais apurada por possuir uma capacidade de cobertura de 100% do fundo marinho (Seabeam Instruments, 2000; Ayres Neto 2001).

Todavia, esses equipamentos possuem uma limitação na abertura angular que proporciona uma limitação no alcance lateral dos pulsos emitidos. Essa limitação torna a aquisição de dados hidroacústicos em águas rasas dispendiosa, tanto em relação ao tempo quanto ao custo de operação. Isso ocorre, pois, o alcance lateral do equipamento depende de uma relação direta com a profundidade, quanto maior a profundidade maior o alcance lateral (Wilby, 1999).

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13 Tendo em vista a redução dessa limitação e por consequência, de tempo e custo no mapeamento de áreas em águas rasas, a indústria tem aperfeiçoado as sondas multifeixe utilizando a técnica da interferometria como alternativa para a obtenção de maior cobertura do fundo marinho (Brisson and Wolfe, 2014).

A análise da onda refletida pelo fundo oceânico permite mensurar a profundidade a partir da medição do tempo de trânsito da onda na água, possibilitando a confecção de modelos digitais de terreno (Chin e Ota, 2001). Um modelo digital de terreno é uma representação matemática computacional da distribuição da altitude medida de uma região de uma superfície (Staley at al, 2014).

A avaliação da onda refletida também nos permite analisar a variação da textura de fundo por meio do mosaico de retroespalhamento da intensidade de energia da onda (backscatter) (Blondel, 2009). O mosaico de backscatter é uma imagem georreferenciada de níveis de cinza, representando o espalhamento da intensidade de energia da onda acústica causada pela interação da onda com o substrato. Diferentes tipos de substratos resultam em diferentes tons de cinza vistos na imagem (Hasan et al, 2014).

A classificação textural da superfície do fundo, por meio do uso de dados de

backscatter, está fundamentada na observação visual das propriedades do sinal de

retorno, o que torna os resultados dependentes da experiência do interprete e, portanto, portadores de relativa subjetividade (Souza, 2006). Visando diminuir tal subjetividade, têm-se usado, de forma automática e semi-automática, a estatística para definir os limites entre diferentes padrões texturais do substrato marinho..

Além disso, a interpretação de dados de sensoriamento remoto acústico, por se tratar de um método indireto, é intrinsicamente ambígua. A integração de dados diretos e indiretos é a principal forma de minimizar tais ambiguidades. Neste trabalho foram analisados de forma integrada, a classificação textural do substrato marinho, a análise sedimentológica de amostras representativas dos diferentes padrões texturais, coletadas de forma direta no fundo marinho.

O objetivo geral desta pesquisa foi o mapeamento morfológico do substrato marinho em uma área da plataforma continental adjacente à praia de Ponta Negra/ Natal-RN (Figura1). O desenvolvimento da caracterização morfológica ocorreu a partir da aquisição, processamento e análise de dados hidroacústicos de batimetria e de

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Dissertação de Mestrado T.R.B. Pereira

Os objetivos específicos deste trabalho foram:

• Comparar os métodos da onda direta e de interferometria utilizados na aquisição de dados batimétricos.

• Comparar os métodos de classificação automática e semi-automática, a fim de avaliar a capacidade de distinguir padrões texturais e os seus limites em uma imagem de mosaico de backscatter

Os sensores selecionados para este estudo são ecobatímetros multifeixe que funcionam com diferentes métodos de cálculo da profundidade métodos de propagação direta (Reson SeaBat 8124) e interferometria (EdgeTech 4600) na determinação da profundidade. Adicionalmente, foram testados dois métodos de classificação de fundo baseado no retroespalhamento (backscatter) dos dados medidos pelo interferômetro do sistema 4600.

A área de estudo está inserida na plataforma continental interna (Coutinho, 1976; Vital et al. 2010; Vital, 2014) e é adjacente a hidrovia utilizada por navios cargueiros, sendo constantemente passível a derramamento de óleo. Além disso, há alguns anos está sob forte processo erosivo. Portanto, o conhecimento da morfologia do substrato marinho é de fundamental importância para projetos de prevenção, manutenção e recuperação da biodiversidade presente nessa região.

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2. FUNDAMENTAÇÃO TEÓRICA

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2.1 Sensoriamento Remoto Acústico

O sensoriamento remoto acústico consiste na utilização da onda acústica para a obtenção indireta de dados de uma determinada superfície (Ayres Neto, 2001). Em áreas submersas (lagos, rios, oceano), essa técnica é utilizada para o estudo do fundo marinho ou dos estratos em subsuperfície.

A onda acústica consiste na propagação de uma onda de pressão onde o movimento das partículas é longitudinal a direção da propagação da onda em um determinado meio.

No sensoriamento remoto acústico marinho, a onda viaja através da coluna de água até atingir um obstáculo resultando em uma sucessão de fenômenos ondulatórios (Blondel & Murton, 1997). De maneira geral, ocorrem a reflexão, refração e espalhamento.

Sendo o primeiro obstáculo o fundo marinho, a primeira reflexão da onda fornece a informação da profundidade local. Na interação da onda com o fundo marinho, ocorre o fenômeno de retroespalhamento (backscatter), que resulta na informação sobre a distribuição espacial de diferentes padrões texturais do fundo marinho. Além disso, dependendo da frequência, a onda pode penetrar no substrato marinho, o que resulta no fenômeno da refração. Ao atingir uma superfície refletora com contraste de impedância em subsuperfície, ocorre novamente a reflexão e espalhamento. Essa última reflexão nos fornece informações sobre espessura e tipo de material presente na região (Lurton, 2002).

Há uma variedade de sistemas acústicos utilizados em levantamentos hidrográficos para medição da profundidade, e podemos classificá-los de acordo com capacidade de cobertura do fundo marinho em sistemas de feixe simples (ecobatímetro monofeixe) e sistemas de varredura (Ecobatímetro multifeixe e ecobatímetros interferométricos) (manual de hidrografia, 2005) (Figura 2.1).

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Figura 2.1 - Esquema de sondagens monofeixe e multifeixe (NOAA, 2007)

O ecobatímetro multifeixe funciona com base na transmissão de pulsos acústicos em forma de leque na direção do fundo. O duplo intervalo de tempo entre a transmissão e a recepção é calculado com recurso de algoritmos de detecção de fundo. Com a aplicação do traçado do raio acústico é possível determinar a profundidade (Pereira, 2013).

Os ecobatímetros multifeixe apresentam capacidade de cobertura de 100% do fundo marinho. Todavia, esses sistemas possuem uma limitação quanto ao alcance lateral (range). O range é determinado a partir de uma relação direta com a profundidade de aquisição. Quanto maior a profundidade, maior será o alcance lateral. Sendo assim, o emprego desse equipamento no mapeamento de fundo em áreas de águas rasas, se torna bastante dispendioso, deixando a operação muitas vezes inviável economicamente (Souza et al, 2015).

Como solução desse problema, uma alternativa é o uso de sistemas interferométricos disponíveis no mercado. Esses equipamentos, em alguns casos, permitem mapear áreas submersas com varredura lateral equivalente a até 12 vezes a espessura da coluna d’água (Souza et al, 2015 ;Brisson et. al,2014) (Figura 2.2).

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Figura 2.2 - Esquema de sondagens por varredura interferométrica (A) e multifeixe (B)

Os ecobatímetros interferométricos utilizam a fase do sinal acústico para medir o ângulo da frente de onda refletida pelo fundo ou por um alvo. Este princípio difere do utilizado nos sistemas multifeixe que forma na recepção um conjunto de feixes e efetua a detecção do fundo para cada feixe, quer por amplitude ou fase, para determinação da profundidade ao longo da faixa sondada (Hughes Clarke, 2000).

A interferometria está baseada na análise da diferença de tempo entre as fases de sinais recebidos por duas antenas (geofones) em posições diferentes no espaço. A partir desses sinais podem ser geradas imagens de amplitude e fase. Essas imagens formarão o par interferométrico.

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18 A figura 2.3 mostra a geometria de um sistema interferométrico. Um sinal transmitido e dois receptores separados espacialmente são usados para determinar o ângulo do eco de retorno.

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A equação 1 mostra como cada ângulo de chegada é calculado. Sendo λ o comprimento de onda e ΔΦ a diferença de fase. A distância entre os receptores interferométricos é chamada de linha de base d. Usualmente, assume-se que d é pequeno em relação ao range, então as frentes de onda refletidas podem ser consideradas paralelas.

Os interferômetros acústicos possuem dois ou mais agregados horizontais (Figura 2.4). Cada agregado produz um feixe com grande abertura transversal e com pequena abertura longitudinal. Um destes agregados de elementos transdutores é utilizado para a transmissão insonificando uma área do fundo e difundindo a energia incidente em várias direções. Parte dessa energia será refletida na direção dos agregados que medem o ângulo relativamente aos transdutores. A distância é também calculada a partir do tempo de ida e volta observado (Manual de hidrografia, 2005; Manual Edgetech 4600, 2012).

Figura 2.4 – Disposição de transdutores em um sistema interferométrico. Adaptado de Manual Edgetech 4600 (2012)

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O sinal acústico ao atravessar a coluna de água e interagir com a superfície do fundo marinho passa por um processo de espalhamento (scatter)

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(Lurton, 2002). Por ser uma superfície irregular (rugosa), o fundo marinho funciona como um difusor da onda acústica, sendo o espalhamento do sinal de retorno (backscatter) resultado de uma reflexão desordenada dessa onda.

Segundo Souza (2006), a intensidade do sinal oriundo de fundo é função tanto da rugosidade do material presente na superfície como também do ângulo de incidência do sinal emitido. Quanto mais rugosa a superfície e menor o ângulo de incidência, maior a intensidade do sinal de retorno (figura 2.5).

Figura 2.5: Espalhamento do sinal acústico em superfície rugosa. Adaptado de Mazel (1985) e Souza (2006)

A relação (impedância acústica) entre as propriedades elásticas da superfície e as propriedades acústicas do sinal também determina a quantidade de energia que irá retornar ao sensor. A impedância acústica Z de um sistema vibratório ou meio de propagação de ondas é a oposição que este oferece à passagem da onda. Na prospecção sísmica é definida como sendo o produto da velocidade V pela densidade do meio ρ (Blondel ,2009).

Z = V.ρ (2)

O contraste de impedância entre a água e a superfície do fundo marinho determina a intensidade da onda refletida. Superfícies densas caracterizam maior contraste de impedância, produzindo reflexões mais fortes, enquanto superfícies menos densas, produzem menor contraste de impedância, e por consequência, reflexões de baixa amplitude (Souza, 2006; Ayres Neto, 2001).

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20 O backscatter (BS) é matematicamente descrito como a soma logarítmica abaixo.

BS = Sb + 10log

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Onde o coeficiente de retroespalhamento (Sb) é a componente que representa as propriedades refletivas do fundo, e a AE representa a área efetiva de retroespalhamento.

A análise da energia que passa pelo processo de backscatter e retorna ao sensor, contêm informações que podem ser diretamente relacionadas com as propriedades físicas, biológicas e geológicas da superfície estudada (Collier e Brown, 2004; Blondel et al, 1998; Cochrane et al, 2002).

2.2 Classificação Textural da Imagem

A análise textural é a extração das características texturais de uma imagem. O significado de textura varia, dependendo da área da ciência a qual esta ferramenta é utilizada. Em geral, textura refere-se as características físicas de um objeto ou a aparência de uma imagem. Na análise de uma imagem, textura pode ser definida como a variação espacial na intensidade dos pixels (Tuceryan and Jain, 1998).

A observação visual da imagem de backscatter (mosaico) tem sido o principal método de classificação geológica do fundo marinho. Entretanto, por depender da acurácia visual e da experiência do interprete, a subjetividade é inerente a esse método. Além disso, a depender da quantidade de dados disponíveis e da velocidade de trabalho do interprete, o processo de classificação pode demandar um grande intervalo de tempo (Souza, 2006).

Visando diminuir a subjetividade e aumentar a eficiência temporal na classificação acústica, métodos computacionais estão sendo aplicados nesse processo (Crosta, 1992).

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Atualmente, as técnicas de classificação computacional de backscatter, subdividem-se em supervisionada e não supervisionada (automática) dependendo do algoritmo aplicado (Moreira, 2003)

A classificação supervisionada é aquela onde o operador faz o treinamento (reconhecimento espectral de classes) e informa para o software os padrões espectrais existentes. Quando o usuário utiliza algoritmos para reconhecer as classes presentes na imagem, a classificação é dita não-supervisionada ou automática. Neste caso, os "pixels" dentro de uma área são submetidos a um algoritmo de agrupamento. Este algoritmo assume que cada grupo ("cluster") representa a distribuição de probabilidade de uma classe.

Seja a classificação supervisionada ou automática, ela pode ser feita pixel-a-pixel ou por região. Na classificação pixel a-pixel o pixel é considerado de forma isolada, na classificação por região considera-se tanto a informação espectral do pixel, como também a de seus vizinhos. Este último classificador procura simular o comportamento de um fotointérprete ao reconhecer áreas de texturas homogêneas dentro da imagem. (Moreira, 2003).

Vários métodos para classificação de imagens utilizando características de textura têm sido propostos na literatura (Nascimento, 2003). Um dos mais conhecidos e utilizados é o de matrizes de co-ocorrência de níveis de cinza (gray level co-occurrence matrices) ou apenas GLCM, definido por Haralick, (1979); apud Tuceryan & Jain, (1998), que atribui os valores do fenômeno em questão a tons de cinza. Neste método é realizada a correlação dos pixels de uma imagem com os seus vizinhos, em diversas direções. Com este método é possível retirar diversos parâmetros como energia, entropia, contrastes e homogeneidade (Viana, 2009) (Figura 2.6).

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22 Figura 2.6 – Parâmetros estatísticos, fórmulas e suas descrições.

As imagens geradas a partir de dados de sensoriamento remoto acústico são constituídas por um arranjo de elementos sob a forma de uma malha ou

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grid. Cada célula desse grid tem sua localização definida em um sistema de coordenadas. O nome dado a cada uma dessas células é pixel (picture element). Cada pixel representa sempre uma área com as mesmas dimensões.

Cada célula possui um atributo numérico z, que indica o nível de cinza dessa célula. Esse nível de cinza é conhecido como o contador digital (CD), que representa a intensidade da energia acústica (refletida pelo fundo marinho) medida pelo sensor, para a área da superfície correspondente ao tamanho do pixel. Cabe salientar que o CD de um pixel corresponde sempre à média da intensidade da energia refletida ou emitida pelos diferentes materiais presentes nesse pixel.

Uma imagem digital pode então ser vista como uma matriz, de dimensões x linhas por y colunas, com cada elemento possuindo um atributo z. Geralmente, na interpretação de imagens de sensoriamento remoto acústico, são utilizadas três propriedades básicas: a tonalidade (atributo espectral), a textura (atributo espacial) e o contexto (atributo de contexto). A tonalidade refere-se à cor ou ao brilho dos objetos que compõem a cena; os tons estão relacionados às propriedades de reflectância dos materiais superficiais (Beluco,2002).

A textura pode ser definida como uma combinação da magnitude e frequência da variação tonal em uma imagem, sendo produzida pelo efeito conjunto de todas as pequenas feições que compõem uma área em particular na imagem. Embora possam ser consideradas como propriedades independentes, tonalidade e textura possuem relações próximas, visto que sem variações de tonalidade, nenhuma mudança em textura poderia ser percebida. Contexto, por sua vez, refere-se à localização de detalhes de tons, textura e padrões (que são arranjos de tons e texturas) em relação a atributos conhecidos do terreno.

A textura é a característica da imagem que é utilizada para o reconhecimento de diferentes padrões de reflectância por meio do uso de sensoriamento remoto. A textura pode ser caracterizada por variações locais em valores de pixels que se repetem de maneira regular ou aleatória ao longo de uma imagem.

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2.3 Hidrodinâmica Costeira

2.3.1 Ondas

Segundo Santos (2010), não se tem conhecimento sobre medições diretas de longa duração, de ondas no litoral oriental do estado do Rio Grande do Norte. Assim, o clima de ondas que afeta o setor da costa pode ser conseguido a partir de estatísticas sobre ondas publicadas e do conhecimento dos mecanismos responsáveis pela geração das ondas no Oceano Atlântico Sul.

Davies (1972) identificou duas regiões no Oceano Atlântico Sul, onde as ondas são geradas. Destas, apenas uma, o cinturão de ventos alísios, parece exercer uma influência significativa no litoral do Nordeste. São ondas com direção E-SE, alturas médias entre 1 e 1,5m e períodos de 5 a 7 segundos, em quase todo o ano.

Diniz (2002) caracterizou as ondas incidentes sobre o litoral leste do Rio Grande do Norte, tendo identificado que a faixa costeira oriental potiguar é carente de medições de ondas de longa duração dispondo em maiores detalhes das ondas de curto e médio prazo. A caracterização é baseada nas medidas realizadas no período de 1977 a 1979. A altura significativa apresenta uma distribuição homogênea, em média com 1,14m, moda de 1,10m e desvio padrão de 0,21m, enquanto o período médio associado a esta altura significativa apresenta valor mais frequente de 6,2s, uma média de 6,4s e um desvio padrão de 0,85s.

As ondas estão concentradas em apenas três direções (SE, E, e NE), sobressaindo-se as ondas de SE como aquelas mais freqüentes e de maior energia. As ondas do tipo vagas, formadas por influência dos campos de ventos locais, são amplamente dominantes (69,1% do total), seguidas pelas ondas do tipo marulhos (11,6% do total) formadas em regiões mais afastadas da costa e de ondas não classificadas através da metodologia aplicada (19,2% do total). As ondas de S são de pouca relevância para a costa oriental potiguar, face à sua linha de costa apresentar orientação geral N-S, segundo Diniz (2002).

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25

2.3.2 Correntes

Segundo Ribeiro (2014), as correntes da região de Ponta Negra são predominantemente de direção Norte, apresentando maiores intensidades no verão, apresentando mediana de 12,8 m s-1, seguida da primavera 9,3 m s-1 e outono 8,0 m s-1. Ainda segundo Ribeiro (2014), as correntes ao longo da costa são moduladas pelos ventos, enquanto a componente através da costa é modulada principalmente pela maré e secundariamente pelos ventos. O deslocamento residual das correntes é predominantemente na direção norte e paralelo à linha de costa.

Figura 2.7: Diagrama de direção e intensidade das correntes na região de fundeio para as campanhas de primavera, outono e verão. A direção das barras segue a convenção oceanográfica

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26

2.4 Formas de Fundo

Segundo Coutinho (1976), a plataforma interna do Nordeste brasileiro é limitada pela isóbata de 20m. Situada na zona de transição entre o domínio continental e marinho, a plataforma interna é influenciada por processos físicos, químicos, biológicos e geológicos. A morfologia desse ambiente depende diretamente do equilíbrio entre esses processos.

Segundo Santos (2010), a hidrodinâmica é responsável pelo transporte de sedimento na plataforma interna, podendo provocar processos deposicionais e erosivos no leito marinho. Além disso, a hidrodinâmica é responsável pela modulação do fundo marinho.

A ação de fluxos de correntes (unidirecionais) tendem a gerar formas de fundo assimétricas, enquanto formas de fundo geradas a partir da ação de ondas (fluxo bidirecional), apresentam caráter simétrico (Ashley, 1990).

A figura 2.8 apresenta a relação entre as formas de fundo e o padrão hidrodinâmico predominante em cada região da antepraia, desde a profundidade de fechamento até a zona de espraiamento.

Figura 2.8 – Sequência de formas de fundo correlacionada com a respectiva hidrodinâmica. Adaptado de Short (1999) e Porpilho (2015).

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3. MATERIAIS E MÉTODOS

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3.1 Etapa pré-campo

A etapa pré-campo tem por finalidade definir a metodologia e garantir a qualidade do trabalho por meio do levantamento bibliográfico e do planejamento da fase de campo. O levantamento bibliográfico foi realizado em periódicos, livros, relatórios e teses acerca da área de estudo e dos assuntos teóricos abordados nesta dissertação.

A segunda parte da fase pré-campo foi o planejamento, que consiste na preparação técnica e logística da aquisição dos dados. Para a elaboração desta dissertação, foi necessária a realização de coletas de dados batimétricos, sonográficos e amostras de sedimentos. No total, foram realizadas três campanhas para coleta de dados, sendo necessária a realização de planejamentos distintos para cada uma delas.

3.1.1 Planejamento de levantamentos hidroacústicos

O planejamento inicia-se com o teste de bancada que se constitui da realização dos testes e calibração dos equipamentos (em laboratório), bem como o treinamento do manejo dos equipamentos. Logo em seguida, é realizado o planejamento das linhas, e a escolha da embarcação. O planejamento das linhas depende do alcance lateral de cada equipamento.

Foram realizadas duas campanhas de aquisição de dados hidroacústicos. Na primeira, foi utilizado o ecobatímetro multifeixe Reson 8124 (Figura 3.1). Esse equipamento possui uma capacidade de cobertura angular de 120°, e capacidade máxima de varredura lateral de 3 vezes a profundidade, operando na frequência de 200 kHz. Nesta campanha, o espaçamento entre as linhas foi de 2,5 vezes a profundidade. Foram planejadas, utilizando o software Hypack 2014, 45 linhas medindo 2,5 km, paralelas à linha de costa e com espaçamento entre elas de 25 m (Figura 3.2). Tal espaçamento foi utilizado para garantir uma sobreposição de 50% entre linhas consecutivas. A área total insonificada foi de aproximadamente 3 Km² (Figura 3.2).

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Figura 3.1 - Ecobatímetro Multifeixe Seabed 8124

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29

Na segunda campanha, utilizou-se o sonar batimétrico interferométrico

Edgetech 4600 (Figura 3.3), adquirindo simultaneamente dados de sonografia e

batimetria. Tal equipamento tem a capacidade máxima de abertura angular lateral de 200° e capacidade de varredura lateral de 12 vezes a profundidade, e opera na frequência de 540 kHz

Figura 3.3 – Sonar Batimétrico interferométrico Edgetech 4600

Para a realização deste trabalho, o espaçamento utilizado foi de 8 vezes a profundidade. Foram planejadas 50 linhas paralelas à linha de costa, com o comprimento dde 5 Km. O espaçamento entre as linhas variou de 60 m a 80 m de acordo com a profundidade. No total, a área insonificada foi de 18 Km² (Figura 3.2).

A tabela 3.1 abaixo mostra um resumo das características técnicas do Reson 8124 e EdgeTech 4600.

Tabela 3.1 comparativo técnico entre os sensores utilizados.

COMPARATIVO RESON 8124 EDGETECH 4600 Cobertura linear 3,5 vezes a profundidade 12 vezes a profundidade

Cobertura Angular 120° 200° Número de Feixes 80 400

Resolução 1 cm 30 mm

Frequência de operação 200 KHz 540 KHz

Nos levantamentos hidroacústicos de batimetria, o uso de componentes auxiliares é necessário, tendo como objetivo a correção de alguns parâmetros envolvidos no levantamento. Foi utilizado o compensador de ondas TSS DMS-05

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30 da embarção (pitch, roll, heave). Foi utilizado um DGPS para determinar a posição da embarcação e consequentemente do dado adquirido. Através de um perfilador de velocidade do som na água para corrigir os efeitos da variação vertical da velocidade do som. Por fim, para realizar a correção de maré, foi utilizada uma boia oceanográfica do tipo S4A que coletou dados de maré a cada minuto ao longo do período dos levantamentos.

3.1.2 Planejamento de coleta de sedimentos

O planejamento da campanha de coleta de sedimentos, teve como base o sonograma obtido na aquisição de dados com o interferômetro, a escolha dos pontos das amostras foi realizada de acordo com a diferença de ecocaráter encontrada ao longo da área (Figura 3.4).

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31

No total foram realizadas 13 coletas de sedimentos utilizando um amostrador de fundo do tipo Van Veen (Figura 3.5). Essas amostras foram utilizadas para verificar as diferenças nos padrões texturais encontrados no mosaico de backscatter.

Figura 3.5 – Amostrador de fundo Van Veen

3.2 Etapa de Execução

A etapa de execução tem início com a adaptação do equipamento à embarcação. Como a UFRN não dispõe de embarcação própria, os dados foram coletados a bordo de lancha Miami, embarcação do tipo troller, destinada a pesca recreativa, alugada junto a uma empresa local (Figura 3.6).

Figura 3.6 – Lancha Miami (Embarcação utilizada na coleta de dados).

Tendo em vista que a embarcação não é destinada a pesquisa hidrográfica, a adaptação aos equipamentos se faz necessária.

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32 são as distâncias, verticais e horizontais entre os equipamentos, tendo como referência o compensador de ondas. A medição dos offsets é necessária para simular que todos os componentes: antena do DGPS, gyro, compensador de ondas e o transdutor estejam situados na mesma posição na embarcação.

O próximo passo, após a retirada dos offsets, é a realização do patch test. Nesta etapa é realizado o alinhamento do transdutor em relação a embarcação, e a calibração do transdutor quanto a medição da posição geográfica por parte do DGPS. O propósito desta calibração é corrigir erros sistemáticos criados pela diferença entre os ângulos de montagem dos equipamentos, e pela diferença de posição de montagem entre os sensores. Um sistema corretamente calibrado irá fornecer a mesma batimetria, independente de variáveis como: velocidade, direção e movimento da embarcação. Nos dois levantamentos hidrográficos, o patch test foi realizado no rio Potengi, antes do deslocamento para área de estudo.

O levantamento hidroacústico utilizando o ecobatímetro Reson 8124 ocorreu nos dias 16 e 17 de agosto de 2014. A etapa de aquisição ocorreu dentro do planejado, com a realização de perfis de velocidade do som a cada 4 horas de levantamento.

O levantamento hidroacústico utilizando o sonar batimétrico interferômetro

Edgetech 4600 ocorreu durante os dias 25 a 28 de agosto de 2014. Nessa segunda

campanha de levantamento, o mar não estava em condições ideais, tendo o compensador de ondas registrado um roll de 16°. No dia 27, pelo informativo de mau tempo, a aquisição foi cancelada, e os trabalhos foram retomados no dia 28.

Os dados de sedimentologia foram coletados no ano de 2015 após a confecção do mosaico de backscatter.

3.3 Etapa de Processamento

3.3.1 Processamento dos dados batimétricos

O processamento de dados consiste em aplicar, em um dado bruto, uma sequência de ações a fim de corrigir variações sistemáticas inerentes as condições ambientais (variação da profundidade decorrente da variação na altura da maré, e, variações de salinidade por exemplo), bem como eliminar dados espúrios. Além disso, no processamento de dados batimétricos, o resultado do processo de detecção do fundo está diretamente ligado à coleta dos dados de tempo e o ângulo de chegada da onda sonora (este é feito pelo software do sensor utilizado, portanto, inerente ao

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33

equipamento utilizado). Estes dois parâmetros, conjuntamente com a informação do perfil da velocidade do som na água são informações ambientais utilizadas como entradas para os algoritmos de traçado do raio sonoro que irão convertê-los em profundidade.

O processamento deverá ser realizado no intuito de gerar um modelo que se aproxime cada vez mais da realidade. Para isso deve-se usar todas as fontes disponíveis de informação. Assim sendo, é necessário assegurar que todos os erros foram minimizados e que foram aplicadas as correções necessárias que são: realização da calibração dos desvios (offsets) dos sensores, aplicação dos valores de velocidade propagação do som na água e aplicação dos valores de maré. (Manual de Hidrografia, 2005).

Há três tipos de erros que a etapa de processamento tenta minimizar ou eliminar, são eles: grosseiros, sistemáticos e aleatórios. Os erros grosseiros são aqueles provocados por falhas ocasionais dos instrumentos e/ou do observador, facilmente detectáveis por causarem medições anômalas. Os erros sistemáticos são decorrentes de má calibração dos instrumentos ou de problemas de execução. Em qualquer dos casos resultam na distorção da medição, alterando todos os resultados e causando um desvio, geralmente constante, do valor correto. Os erros aleatórios são acidentais e inevitáveis, encontrados em qualquer observação e provenientes de causas diversas. Sua influência sobre as observações é aleatória, não permitindo outro tratamento se não o da análise estatística (Jack, 2006).

Nenhuma etapa da aquisição de dados ocorre de forma isolada. A etapa de processamento está diretamente ligada as fases antecedentes. A calibração, a inserção dos offsets e a aquisição dos perfis de velocidade aumentam a confiabilidade do dado, além de auxiliar no processamento, diminuindo a quantidade de ruído a ser eliminado.

No processamento dos dados batimétricos desta pesquisa foi utilizado o

software Hypack 2014, mais precisamente a extensão Hysweep editor, seguindo o

fluxograma descrito na figura 3.7.

Abaixo descreve-se, em forma de fluxograma, a rotina de processamento de dados utilizada neste trabalho.

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34 O processamento inicial ocorreu ainda em campo e foi efetuado através da verificação de ocorrência de clarões na área sondada. Esse procedimento foi realizado analisando os arquivos brutos (*.raw) para garantir que toda a área planejada tenha sido insonificada. Logo após essa verificação, foi realizada a inserção dos offsets no software. A inserção dos offsets pode ocorrer antes ou depois da coleta dos dados. No laboratório os primeiros passos foram à inserção da redução da maré pela extensão

Tides do software Hypack 2014 . Em seguida, foi realizada a inserção dos perfis de

velocidade do som, na extensão Sound Velocity dos perfis de velocidade do som adquiridos em campo.

Outra etapa bastante importante do processamento de dados batimétricos é a análise das correções dos sensores, que compreende as correções de navegação e atitude da embarcação. As medidas de arfagem, caturro e balanço (heave, pitch e roll) são mostradas no editor de atitude da embarcação.

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35

O passo seguinte foi à etapa de edição dos dados, onde, manualmente e por meio de filtros, retiramos as profundidades espúrias (spikes) e erros de posicionamento (tops) utilizando a extensão Hysweep Editor do Hypack 2014

A última ação utilizando o software Hypack 2014 é a exportação de cada linha em arquivo *.xyz para a geração do modelo digital de terreno (MDT’s).

Os MDT’s foram gerados no software Oasis Montaj, onde foram gerados grids por meio do método de interpolação da mínima curvatura. Ainda utilizando o software Oasis Montaj, foi realizada uma filtragem por meio do uso da convolução 3x3 com o intuito de diminuir os efeitos do balanço da embarcação nos MDT’s gerados (Figura 3.8).

Figura 3.8 – Efeitos da convolução no mapa batimétrico.

3.3.2 Processamento dos dados sonográficos

Para o processamento dos dados sonográficos, foi utilizado o software

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36 O processamento foi iniciado com a importação dos dados em formato *.HSX para o programa Sonarwiz 5.0. Na fase de importação dos dados foi determinado o sistema de coordenadas (datum WGS84, projeção UTM-Zona 25S), bem como a porcentagem do alcance lateral de cada linha a ser utilizada. Neste trabalho, foi utilizado 90% do alcance lateral. Em seguida, para a junção dos dados registrados de cada lado do equipamento (port e starboard), é realizada a correção do fundo marinho por meio da ferramenta bottom tracking.

Após a importação e aplicação do bottom track em todas as linhas, foi realizada a normalização utilizando Empirical Gain Normalization (EGN). O EGN é uma função que gera as médias das amplitudes do dado utilizando todos os pings, uniformizando as cores de áreas com reflexões semelhantes (Figura 3.10).

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37

Tendo concluído as etapas anteriores, dar-se início a confecção do mosaico. Para confecção do mosaico foi utilizada uma gama de ferramentas que o software disponibiliza como: Split, trim, control channel, entre outras.

Com todas as etapas anteriores efetuadas, obteve-se, por fim, por meio do módulo de classificação automática de fundo do Sonarwiz 5.0 uma classificação de fundo utilizando métodos estatísticos que medem parâmetros específicos da imagem. Para essa classificação, os parâmetros utilizados foram: Desvio padrão, Entropia, auto-correlação e contraste.

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4. RESULTADOS E DISCUSSÕES

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4.1 Comparativo entre Métodos Hidroacústicos

Foram realizados dois levantamentos batimétricos utilizando equipamentos distintos para determinação da profundidade: O sistema Reson SeaBat 8124 (método de propagação direta) e o sistema EdgeTech 4600 (método interferometria).

Para elaboração do comparativo entre as duas medições foram realizadas análises estatísticas de cada levantamento sobre a mesma área, apresentando os seguintes resultados de acordo com a tabela 4.1 e a Figura 4.1.

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Tabela 4.1 – Comparativo estatístico das batimetrias

Estatística

Equipamento Reason 8124 Edgetech 4600 Diferença

Máx 10,99 10,07 0,92

Min 7,97 7,78 0,19 Média 10,37 9,86 0,51 Desvio Padrão 0,36 0,38 0,11

Adotando o levantamento batimétrico realizado com a sonda multifeixe

Reson 8124 como sendo referência, pois é o método mais conhecido, mais utilizado

e mais testado, e adotando-se como parâmetro as médias das profundidades medidas, podemos afirmar que a diferença média nos valores da profundidade entre os dois levantamentos é de 5%.

A figura 4.1 mostra que a maior diferença na medição da profundidade, é observada na porção noroeste da área de estudo. Esta diferença diminui com o aumento da profundidade, na direção leste. Desta forma, as menores diferenças foram observadas na porção mais profunda da área de estudo e mais afastada da linha de costa.

A região noroeste da área do comparativo, é também a região mais rasa, mais próxima à linha de costa e da zona de surf. Por isso, nessa região, foram registrados os maiores valores de balanços da embarcação (roll, pitch e yaw). Desta maneira, podemos associar a maior diferença batimétrica nessa região, aos maiores valores de balanços da embarcação.

4.2 Batimetria Interferométrica

O processamento e a análise dos dados batimétricos obtidos com o interferômetro resultaram na elaboração de um mapa batimétrico e em um modelo digital de terreno, apresentando as isóbatas em metros e paralelas a linha de costa como mostra o mapa batimétrico da figura 4.2 e o modelo digital de terreno (MDT) na figura 4.3.

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Figura 4.2 – Mapa Batimétrico da área de estudo.

A profundidade máxima na área é de 13,9m, estando localizada na parte norte, em uma zona intermediária da área de estudo. A profundidade mínima é de 2.5m, estando localizada ao sul, em uma zona próxima a linha de costa e ao morro do careca, e a profundidade média da área é de 8,29m.

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41

4.3 – Modelo digital do terreno em 3D.

A partir da análise quantitativa e qualitativa do modelo digital do terreno, foi possível delimitar algumas feições morfológicas de diferentes escalas.

Na figura 4.4 foram descritas quatro estruturas morfológicas: um aglomerado rochoso e três bancos sedimentares. O aglomerado rochoso foi descrito como R1, e os bancos sedimentares como B1, B2 e B3, respectivamente. Para a fundamentação quantitativa da interpretação morfológica, foram traçados perfis contendo as profundidades e os comprimentos lineares dessas estruturas.

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4.4 – MDT com a interpretação morfológica

O Perfil batimétrico AA’ (Figura 4.5) foi traçado na região norte da área de estudo, perpendicular à linha de costa. Desta forma, foram descritas neste perfil, as feições morfológicas B1, B2 e B3. A análise do perfil batimétrico AA’ nos permite mensurar a altura e o comprimento perpendicular à linha de costa dessas feições observadas no perfil.

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43 A feição B1 possui comprimento perpendicular à linha de costa de 1000m e uma altura de aproximadamente 0,70m. A feição B2 possui um comprimento perpendicular à linha de costa de 1400m e uma altura de aproximadamente 1.2m. A feição B3 possui um comprimento perpendicular à linha de costa de aproximadamente 200 m e uma altura de aproximadamente 1m.

O perfil batimétrico BB’ (Figura 4.6) traçado perpendicular à linha de costa, em uma zona intermediária da área de estudo, contempla as feições morfológicas B1 e R2. A feição B1 possui um comprimento paralelo a linha de costa de 3000m e uma altura máxima de 0,70m. A feição R2 possui um comprimento paralelo a linha de costa de 500m e uma altura de aproximadamente de 0.90m.

Figura 4.6 – Perfil Batimétrico BB’

A análise do perfil batimétrico CC’ (Figura 4.7), traçado perpendicular à linha de costa, na região sul da área estudo, próximo ao morro do careca, é possível identificar características das feições R2 e B2.

Figura 4.7 – Perfil Batimétrico CC’

A feição R2 possui um comprimento perpendicular à linha de costa de aproximadamente 200m. Podemos associar a feição R2 a um aglomerado rochoso devido ao tipo de reflexão gerado no dado sonográfico. (Figura 4.8).

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44 A feição B2 possui um comprimento perpendicular à linha de costa de 1400m e uma altura de aproximadamente 1,5m.

Segundo Ribeiro (2014), as correntes da área de estudo são paralelas a linha de costa, no sentido sul/norte. Sabendo disto e analisando a descrição da feição R2, é possível inferir que ela funciona como um bloqueador ao transporte de sedimentos, deixando a região do banco sedimentar B1 sem aporte de sedimentos. A presença desse aglomerado rochoso pode ser o agente formador de um canal, que já existe na região central da área de estudo.

Figura 4.8 – Feição R2: Aglomerado Rochoso

O perfil DD’ (Figura 4.9) foi traçado para descrever as características dimensionais do banco sedimentar B2 que se apresentam paralelas a linha de costa. A análise desse perfil permitiu identificar que a feição B2 possui um comprimento de aproximadamente 5000m e uma altura máxima de 1.4m.

Além dos parâmetros dimensionais do banco sedimentar B2, foi possível identificar feições menores na escala de 0,3m de altura, que foram denominadas de dunas submersas.

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Figura 4.9 Perfil Batimétrico DD’

A partir do MDT foi possível extrair as informações de declividade da área (Figura 4.10). Foram obtidos os seguintes valores para declividade máxima, mínima e média respectivamente: 0,003°; 1,8° e 0,17°.

Segundo WRIGHT e SHORT (1982), a inclinação da plataforma interna pode ser caracterizada como alta (maior que 30°), moderada (entre 30° e 5°) e baixa ou plana (menor que 5°).

Segundo Gomes e Vital (2010), é uma característica da plataforma continental do Rio Grande do Norte (RN) a baixa inclinação, com valores médios entre 0.2º e 0,5º, o que se confirma neste trecho. Além disso, na área de estudo foram identificadas rochas aflorantes que podem estar correlacionadas com outras já identificadas em outras porções do litoral do RN (e.g. Cabral Neto, 2009; Gomes e Vital., 2010; Vital et al. 2008, 2010).

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4.3 Sonografia

A partir dos dados de interferometria foi confeccionado o mosaico no qual foram identificados os diferentes padrões texturais (Figura 4.11). Nesse mosaico, os diferentes padrões de retroespalhamento ou backscatter, os quais são representados por uma escala de variação de tons de uma determinada cor, foram identificados de forma visual, e através de classificações supervisionadas e automáticas. Regiões onde ocorre alta atenuação, baixa reflectância da onda acústica, são representadas por tons mais escuros. Enquanto que regiões de baixa atenuação, alta reflectância da onda acústica, são representados por tons mais claros.

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47 Para um melhor entendimento da interpretação visual da distribuição dos padrões de reflectância, e das formas de fundo, a área foi dividida em três subáreas de acordo com a distância da costa: Proximal, sendo a zona mais próxima da linha de costa; Distal, sendo a zona mais afastada da linha de costa; e Intermediária, sendo a zona interposta entre a zona proximal e a distal (Figura 4.12).

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48 Ao analisar visualmente o mosaico, de acordo com o nível de intensidade da reflectância, foram classificados seis padrões de variação da tonalidade (Figura 4.13).

Figura 4.13 – Níveis de intensidade de reflectância (Nulo, baixo, muito baixo intermediário, alto e muito alto)

A zona proximal é a que apresenta a maior diversidade quanto ao tipo de reflectância. No mosaico apresentado é observada a existência de uma concentração de tons de intensidade nula e de baixa intensidade ao sul da zona proximal que é abrigada pelo promontório rochoso que circunda o Morro do Careca. Esse padrão se repete em menor escala em toda a área proximal chegando até o início da zona intermediária entre a cota batimétrica de 10m e 11m. Em algumas regiões, esse padrão apresenta disposições paralelas a linha de costa (Figura 4.14B), e em outras regiões está distribuído perpendicularmente à linha de costa (Figura 4.14A), indicando que diferentes agentes de transporte de sedimento atuam na área de estudo.

O padrão de distribuição perpendicular à linha de costa de tons de intensidade de reflectância nulo e baixo (Figura 4.14), possuem tamanho que variam de 500m a 800m e largura que variam de 30m a 120m. A formação destas feições

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49 pode ter relação com a as correntes de retorno que ocorrem ao longo da região de estudo.

A distribuição paralela à linha de costa, dos níveis nulo e baixo de intensidade de reflectância (Figura 4.4B), podem estar correlacionadas com a ação das correntes de direção de sul para norte descritas por Ribeiro et al (2014). Outro possível agente formador deste padrão distribuição, é a difração das ondas que ocorre na região, devido ao gradiente batimétrico. Isso pode ocasionar deslizamentos transportando os sedimentos.

Figura 4.14 – Distribuição dos padrões nulo e de baixa reflectância paralelas e perpendiculares a linha de costa.

O padrão de alta reflectância está distribuído por toda a área de estudo. Entretanto, apresenta concentração predominante em duas regiões: na região central e norte da zona proximal chegando até a cota batimétrica de 9m, e na região mais distal entre as isobatas de 9m e 10m.

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50 Tanto na zona proximal quanto na zona distal, na presença do padrão de reflexão mais intenso, há a ocorrência de marcas onduladas de comprimento de onda variando de 0,75m a 1,25m. Essas marcas onduladas são classificadas como sinuosas regulares e irregulares (Figura 4.15 e Figura 4.16).

Figura 4.15 – Marcas onduladas regulares.

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51 Na zona intermediária da área de estudo, foi identificado um padrão de reflectância intermediário com dois tipos de formas de fundo associadas. dunas submersas de com comprimento de onda variando de 8m a 12m (Figura 4.16).

Figura 4.17– Dunas submersas com comprimento de onda variando de 8m a 12m

4.3.1- Classificação Estatística Supervisionada.

A fim de definir os limites entre padrões de reflectância e a abundância de cada um deles, foi realizada uma classificação estatística supervisionada com base nos níveis de reflectância descritos na figura 4.13. Esses níveis foram estabelecidos apenas visualmente. Segundo Blondel (2009), a variação no nível de reflectância representa variação no padrão textural. Então, cada nível de reflectância representa um padrão textural na imagem. A figura 4.17 mostra a localização pontual de cada padrão textural visualizado.

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52

Figura 4.18 – Localização dos padrões texturais utilizados na classificação supervisionada (Padrão 1, 2, 3, 4, 5, e 6).

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Figura 4.19 - Classificação Estatística Supervisionada

O padrão P1 foi o que apresentou maior abundancia na imagem, estando presente em todas as regiões da área de estudo e está associada ao padrão intermediário de intensidade de reflectância.

O padrão P2 apresentou uma baixa ocorrência, tendo sua presença predominante na região sul da zona intermediária. Esse padrão está associado a variação tonal do padrão intermediário de intensidade de reflectância.

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54 O padrão P3 está distribuído predominantemente nas zonas proximal e intermediária da área de estudo. P3 está associado ao padrão nulo de intensidade de reflectância.

O padrão P4 e P5 ocorrem predominantemente na parte sul da zona proximal, entretanto, ocorrem também na zona intermediária associada ao padrão P3. Os padrões P4 e P5 estão associados ao padrão de baixo nível de reflectância.

O padrão P6 apesar de estar presente em toda a área de estudo, ocorre predominantemente nas zonas proximal e distal, podendo ser associado ao padrão mais intenso de reflectância.

Na figura 4.19 é apresentado um gráfico mostrando a porcentagem de distribuição de cada padrão textural identificado na classificação estatística supervisionada.

Figura 4.20 – Gráfico de distribuição de padrões texturais na classificação supervisionada.

4.3.2 Classificação Automática GLCM

Outra abordagem utilizada para definir os limites dos padrões de textura da imagem de backscatter foi a utilização da classificação automática GLCM (Figura 4.20). A partir da utilização dessa abordagem foi possível identificar cinco padrões de textura.

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Figura 4.21. Classificação Estatística Automática GLCM.

O padrão P1 é o mais abundante na imagem e está correlacionado tanto com o padrão P1 da classificação supervisionada quanto ao padrão intermediário de intensidade de refletância.