Rodrigo Lacerda Rangel Santos,  Danilo Heitor Caires Tinoco Bisneto Melo e Franciele Francisca Marmentini Rovani

Introdução

A declividade do terreno é uma variável básica para a segmentação de áreas em praticamente todos os procedimentos no planejamento territorial, por apresentar estreita associação com processos de transporte gravitacional (escoamento e erosão). A declividade é a inclinação da superfície do terreno em relação à horizontal, ou seja, consiste na relação existente entre o desnível topográfico entre dois pontos e a distância horizontal entre esses pontos (GRANELL-PÉREZ, 2004). O seu cálculo depende do intervalo de medidas, seu resultado deve ser considerado uma estimativa, ou seja, “o cálculo de declividade será sempre o resultado de um diferencial altimétricos entre vizinhos e, portanto, dependente da distância considerada” (VALERIANO, 2008, pg. 26).

Os valores de declividade podem ser expressos em percentual (%) e/ou em graus (º). As informações obtidas a partir deste mapa poderão orientar ações que enfoquem a delimitação de Área de Preservação Permanente (APP), áreas sujeitas à inundação, áreas com possibilidades de mecanização da agricultura, limites para parcelamento e uso do solo, e demais aplicações destinadas ao planejamento urbano e ambiental.

O objetivo do presente trabalho é apresentar uma descrição dos procedimentos utilizados para a elaboração do mapa clinográfico, utilizando a ferramenta Slope, do software ARCGIS para Desktop, versão 10.4 (ESRI, 2016), demonstrando de maneira sucinta e descritiva o roteiro das operações técnicas, bem como a sua base conceitual.

Para tanto, foi adquirido uma imagem da Shuttle Radar Topography Mission (SRTM), com resolução de 3 arco segundo (ou 3” ou 0,000833º) corrigida cartograficamente (SRTM – MDT, versão 4), no sistema de coordenadas UTM, datum WGS84 (JARVIS et al. 2004), e disponibilizadas pela Consultative Group for International Agricultural Research – Consortium for Spatial Information (CGIAR-CSI, 2004).

A ferramenta

A ferramenta Slope está disponível no ArcToolbox, podendo ativá-la na caixa de ferramentas 3D Analyst Tools > Raster Surface > Slope, ou Spatial Analyst Tools > Surface > Slope. Esta duplicidade ocorre simplesmente porque estas caixas de ferramentas (3D Analyst Tools e Spatial Analyst) são adquiridas separadamente.

Observe a presença de pontos vertes na frente de duas etapas do processo. Isto indica a obrigatoriedade de interação com o usuário. Nos demais locais, a interação é opcional. As etapas obrigatórias para a ferramenta Slope são: Input raster e Output raster; e as opcionais são Output Meansurement e Z-Factor. Cada uma destas etapas será descrita abaixo.

Em caso de irregularidade em alguma etapa do processo, aparecerá um círculo em vermelho com um X na cor branca. Há também a presença de um triângulo em amarelo com um ponto de exclamação na cor preta, o que indica atenção do usuário para esta etapa do processo. Para obter maiores informações sobre estes apontamentos, basta passar o cursor do mouse sobre estes símbolos que aparece uma caixa com informações sobre o erro.

 

Input raster

Corresponde ao arquivo de entrada, o qual servirá de base para o processamento da informação, neste caso a declividade. No ARCMAP podemos selecionar o arquivo de entrada de duas formas:

  • 1. Caso o arquivo raster esteja inserido no projeto, basta clicar na seta localizada antes do ícone abrir e selecionar o arquivo;
  • 2. Localizando-o diretamente em algum diretório. Para tal, clique no ícone abrir e aparece a janela de seleção Input Rasters;

 

Output Raster

Neste item o usuário informa o local de destino, o nome e a extensão do arquivo de saída. O ARCGIS reconhece e possibilita salvar diversos tipos de extensão, como BIL, BIP, BMP, BSQ, DAT, GIF, GRID, ERDAS IMAGINE, JPEG, JPEG 2000, PNG e TIFF. Para maiores detalhes sobre estas extensões, leia o artigo de MELO et al. (2015).

 

Output MEASUREMENT (OPTIONAL)

Em Output Meansurement (optional) o usuário deve escolher o tipo de cálculo da declividade a ser elaborado o arquivo de saída. Existem duas opções de escolha, a primeira é Degree (Graus) e a outra é Percent_Rise (porcentagem).

  • - Degree (Graus): Selecionando esta opção, o resultado final será calculado em graus, nesse caso, o arquivo matricial de entrada poderá estar tanto em coordenadas geográficas quanto em coordenadas planas.
  • - Percent_Rise (porcentagem): Selecionando esta opção, o resultado final será calculado em porcentagem, nesse caso, o arquivo matricial de entrada deverá estar obrigatoriamente num sistema de coordenadas planas, caso contrário não será possível gerar a imagem. Por isto, a imagem foi re-projetada para o Sistema de Coordenadas UTM, datum WGS 84 zona 24S.

Esta observação é de suma importância na elaboração da informação sobre declividade, sendo importante uma revisão conceitual. Base conceitual De acordo com o IBGE (1999), a declividade é a relação existente entre o desnível topográfico

(ou altura) entre dois pontos e a distância horizontal (ou base) entre eles, como ilustrado na Figura 1.

 

figura 1 600x248 Artigo: Decifrando a ferramenta Slope com arquivo raster no ArcGIS

 

Figura 1.Representação entre variação altimétrica e distância. Com base na figura, nota-se que quanto maior a base, menor é a declividade e vice-versa. Ou seja, são grandezas inversamente proporcionais. Com base nesta triangulação (Altura, base, declividade), os valores de declividade podem ser expressos em:

  • - Percentual (%), utilizando a seguinte fórmula:
figura 2 Artigo: Decifrando a ferramenta Slope com arquivo raster no ArcGIS

Onde: h corresponde a altura BC (Equidistância vertical); e b reporta a distância horizontal AC.

  • - Graus sexagesimais (º), usada para expressar o coeficiente angular de uma reta em relação ao eixo das abcissas (ângulo de inclinação, ou zenital) e os valores de declividade podem variar de 0° a 90°, baseado na seguinte fórmula:
figura 3 Artigo: Decifrando a ferramenta Slope com arquivo raster no ArcGIS

Onde: tg α corresponde ao arcotangente do ângulo α. Assim para expressar a declividade em graus:

figura 4 Artigo: Decifrando a ferramenta Slope com arquivo raster no ArcGIS

 

O Algoritmo da declividade

Para compreender melhor o algoritmo utilizado para extrair a declividade de uma imagem matricial no SIG, será analisado os valores de pixel, como ilustrado na Figura 2. figura 5 600x164 Artigo: Decifrando a ferramenta Slope com arquivo raster no ArcGIS

 

Figura 2.Valores do pixel de uma imagem. O cálculo da declividade no SIG é realizado com base nos valores altimétricos dos pixels adjacentes, perfazendo um total de 8 pixels (DUNN; HICKEY, 1998). A equação para o valor de declividade (relação base/altura) do pixel central será:

  • - Em porcentagem:
figura 6 Artigo: Decifrando a ferramenta Slope com arquivo raster no ArcGIS
  • - Para o cálculo em graus:
figura 7 Artigo: Decifrando a ferramenta Slope com arquivo raster no ArcGIS

O valor de De-o corresponde a distância horizontal, e calculado pela seguinte equação:

 

figura 8 Artigo: Decifrando a ferramenta Slope com arquivo raster no ArcGIS

O valor de Dn-s reporta a altura, e calcula-se da seguinte forma:

 

figura 9 Artigo: Decifrando a ferramenta Slope com arquivo raster no ArcGIS

 

Dunn et al. (1998) menciona que este método não considera a elevação do pixel central, acarretando em imprecisão em áreas com pouco depressão e em cadeias montanhosas ou vales. Por conseguinte, recomenda-se aplicar um filtro para suavizar a informação de altitude antes de calcular a declividade (SRINIVASAN; ENGEL, 1991).

 

Fator Z

O fator z é um fator de escala utilizada para converter valores de elevação por dois motivos:

  • - Para converter as unidades de elevação para a mesma unidade do sistema de coordenadas horizontais do projeto (FREY, 2007). Isto ocorre devido a diferença entre as unidades de medidas (horizontais e verticais);
  • - Para agregar um exagero vertical, almejando um efeito visual.

Visualização da imagem de declividade

 

Os valores de declividade da imagem são contínuos, portanto, visualizada em tons de cinza. Todavia, para uma melhor visualização, recorre a classificação da declividade, para os mais variados usos e ocupação do espaço. A Tabela 1 apresenta as classes de declividade utilizadas por alguns autores e órgãos.

 

TABELA 1. COMPARAÇÃO ENTRA AS CLASSES DE DECLIVIDADE

figura 10 600x178 Artigo: Decifrando a ferramenta Slope com arquivo raster no ArcGIS

 

Para executar a classificação basta abrir as propriedades (Layer Properties) do plano de informação, e escolha Simbology>Classified> Classify. Com base nisto, foi realizada a classificação da declividade com base nas classes apresentadas pelos Tabela 02, demonstrado na Figura 3, onde a Figura 3A corresponde a classificação de Marques (1971), Figura 3B (HERZ; DE BIASE, 1989), Figura 3C (LEPSCH, 1991), Figura 3D (ITESP, 2000) e Figura 3E (EMBRAPA, 2006).

123411252 600x232 Artigo: Decifrando a ferramenta Slope com arquivo raster no ArcGIS

Figura 3. Classificação da declividade.

 

REFERÊNCIAS

CONSULTATIVE GROUP FOR INTERNATIONAL AGRICULTURAL RESEARCH – CONSORTIUM FOR SPATIAL INFORMATION (CGIAR – CSI). SRTM 90 m Digital Elevation Data. Washington, 2005. Disponível em: . Acesso em: 28 dez. 2015.

DE BIASI, M. A carta clinográfica: os métodos de representação e sua confecção. Revista do Departamento de Geografia. São Paulo: USP, n.6, 1992, p. 45-53.

DUNN, M.; HICKEY, R. The effect of slope algorithms on slope estimates within a GIS. Cartography, v. 27, n. 1, p. 9-15, dec. 1998.

EMPRESA BRASILEIRA DE PESQUISA AGROPECUÁRIA (EMBRAPA). Sistema Brasileiro de classificação de solos. 2ª ed. Brasília: EMBRAPA, 2006. ENVIRONMENTAL SYSTEMS RESEARCH INSTITUTE (ESRI). ArcGIS for Desktop, versão. 10.4. Redlands:ESRI, 2016. FRYE, C. Setting the z fator parameter correctly. Redlands: ESRI, 2007. Disponível em: . Acesso em: 22 jun. 2016. GRANELL-PÉREZ, M. Del C. Trabalhar geografia com as cartas topográficas. Ijuí: Ed. Unijuí, 2004, 128 p.

HERZ, R. DE BIASI, M. Critérios e legendas para macrozoneamento costeiro. Brasília: CIRM, 1989. INSTITUTO BRASILEIRO DE GEOGRAFIA E ESTATÍSTICA (IBGE). Noções Básicas de Cartografia. v. 1. Rio de Janeiro: Fundação IBGE, 1999. 130 p.(Manuais Técnicos em Geociências, n. 8).

INSTITUTO DE TERRAS DO ESTADO DE SÃO PAULO (ITESP). Sítios e ‘situantes’: planejamento territorial e cálculo de módulo para assentamentos rurais. 2ª ed. São Paulo: FITESP, 2000. JARVIS, A.; et al. Practical use of SRTM data in the tropics – Comparisons with digital elevation models generated from cartographic data. Cali: CIAT, 2004.

LEPSCH, I.F. (Coord.) Manual para levantamento utilitário do meio físico e classificação de terras no sistema de capacidade de uso. 2ª ed. Campinas: SBCS, 1991. 175p.

MARQUES, J. Q. A. Manual brasileiro para levantamento da capacidade de uso da terra. 3ª ed. Rio de Janeiro: ETB/EUA, 1971.

MELO, et al. Decifrando o georreferenciamento no ARCGIS. Revista MundoGEO. Curitiba: MundoGEO, ano 17, n. 81, mar./abr. 2015. (Conteúdo Complementar, on-line). Disponível em: . Acesso em: 03 jul. 2016.

SRINIVASAN, R.; ENGEL, B. A. Effect os Slope prediction methods on Slope and erosion estimates. Applied Engineering in Agriculture, v. 7, n. 6, p. 779-783, 1991.

VALERIANO, M. M. Topodata: guia para utilização de dados geomorfológicos locais. INPE: São José dos Campos, 2008. (INPE-15318-RPQ/818).