Neste documento, será testada a aplicação do sensor hiperespectral CASI-1500, de alta resolução, para a identificação de elementos irregulares dentro da área de mata ciliar de um trecho do Rio Sorocaba.
As imagens CASI utilizadas possuem 50 cm de resolução e 8 bandas espectrais. Uma composição “cor verdadeira” da área do Rio Sorocaba analisada é exibida na figura abaixo.
A área de mata ciliar, conforme definida pela Lei n.° 4.777/65, é uma área de preservação permanente existente ao longo das margens dos rios e ao redor de nascentes e de reservatórios. A extensão da área de preservação varia conforme a largura do rio, como pode ser observado na figura a seguir.
Neste estudo, será determinada a área de mata ciliar ao longo do trecho de rio analisado e verificado indícios de atividade antrópica nessa área, tais como plantações ou edificações, que estejam em desacordo com a Lei n.° 4.777/65.
Procedimentos e resultados
Para determinar a área de mata ciliar do trecho de rio analisado, deve-se primeiramente determinar a largura do rio nos seus diversos pontos, uma vez que a extensão da área é função dessa largura.
Para isto, utilizou-se um software específico, feito na linguagem Interactive Data Language (IDL), para cálculo da largura do rio. Este software primeiramente desenha a linha central do rio e depois determina a largura em cada ponto. O nível de amostragem sob o qual serão calculados os valores de largura corresponde a 1 pixel, ou seja, 50 cm de trecho de rio.
Primeiramente, é extraída a classe “rio” da imagem, que é obtida através de amostras de referência tiradas da própria imagem inseridas no classificador Spectral Angle Mapper, apropriado para imagens com várias bandas espectrais. A classe “rio”, isolada do resto da imagem, é exibida na figura a seguir.
Esta imagem é inserida como dado de entrada para o software de cálculo da largura do rio. O software primeiramente desenha, de maneira automática, a linha central do curso do rio, conforme figura a seguir.
Em seguida, o software calcula a largura do rio para cada pixel da linha central. O resultado é uma imagem onde cada pixel da linha central possui o valor da largura do rio, em metros, para aquele ponto. Além dessa imagem, são gerados alguns subprodutos como as linhas perpendiculares ao curso do rio em cada ponto e a menor distância de cada pixel da classe “rio” para a linha central.
Com as informações de largura do rio, é possível verificar quais trechos correspondem às faixas de área de mata ciliar definidas pela legislação. Através das informações geradas pelo software, observa-se que a maior parte do trecho de rio possui largura entre 10 m e 50 m, sendo que apenas em um pequeno trecho a largura é superior a 50 m, conforme mostrado na figura a seguir.
Deste modo, de acordo com a legislação, a área de mata ciliar será de 50 m ao longo do rio nos trechos de largura entre 10m e 50m, e de 100 m para os trechos de largura maior que 50m.
Para extrair a área de mata ciliar da imagem, foram criados dois buffers, de 50 m e 100m, ao longo da classe “rio”, utilizando o software ENVI 4.3, conforme mostrado na figura a seguir.
O buffer que representará a área de mata ciliar será construído por meio de uma combinação dos buffers de 50 m e 100 m. Este buffer será usado para isolar na imagem CASI o trecho de mata ciliar no qual devem ser identificadas irregularidades.
Utilizando-se como auxílio a imagem com as linhas ortogonais à linha central do rio, gerada como subproduto do software, foi desenhada uma região de interesse ao longo do trecho de rio que possui largura maior de 50 m, englobando a área do buffer de 100 m. Na imagem a seguir pode ser visualizado este procedimento.
A região de interesse é utilizada para subtrair do buffer de 100 m a área de mata ciliar ao longo do trecho de rio de largura maior de 50m. Do mesmo modo, é extraída do buffer de 50m a área de mata ciliar ao longo do trecho de rio com largura entre 10m e 50m. Somando-se as duas subáreas, é obtida a área de mata ciliar total correspondente ao trecho de rio analisado. A área de mata ciliar obtida é mostrada na figura a seguir.
Esta imagem é utilizada como máscara para isolar da imagem CASI a região correspondente a área de mata ciliar. O resultado é mostrado a seguir.
Foi aplicada uma classificação não-supervisionada, seguida de uma classificação com o método Spectral Angle Mapper, para a obtenção de um mapa de uso da terra dentro dessa região. As classes identificadas na imagem foram:
Rio
Solo
Vegetação baixa
Vegetação rasteira
Vegetação alta
Plantação em crescimento
Plantação fertilizada
Solo úmido
A imagem classificada é exibida a seguir.
Calculando-se as áreas totais para cada classe identificada na imagem, obtemos os seguintes valores:
Rio: 31.854,75 m²
Solo: 7.988,50 m²
Vegetação baixa: 10.937,25 m²
Vegetação rasteira: 4.100,00 m²
Vegetação alta: 65.234,00 m²
Plantação em crescimento: 4.476,00 m²
Plantação fertilizada: 916,50 m²
Solo úmido: 480,50 m²
Destas classes, verifica-se que o elemento irregular corresponde às áreas de plantação. Isolando-se este elemento e sobrepondo-o à imagem original, obtemos a figura a seguir.
Observando a imagem acima, e observando também a imagem original em sua totalidade (sem a máscara), verificam-se três áreas principais onde existe o elemento irregular. Observa-se também a presença de várias áreas pequenas de plantação na margem leste do rio, no entanto, ao fazermos a interpretação da imagem CASI, verifica-se que estas áreas se tratam de falsos positivos. Estes erros foram removidos, e então foi gerado o mapa final das irregularidades na área de mata ciliar, mostrado na figura a seguir.
A área total de elementos irregulares no trecho de rio analisado foi calculada em 3.446,50 m².
Conclusão
A utilização de imagens hiperespectrais de alta resolução demonstrou ser um recurso útil para o monitoramento das áreas de preservação de mata ciliar. Utilizando-se algoritmos apropriados, foi possível calcular a largura do rio em cada ponto de maneira automatizada, e consequentemente definir a área de preservação, tendo sido necessária mínima intervenção do operador.
Foi possível isolar da imagem a área de mata ciliar e obter uma boa distinção entre as classes existentes na região, o que permitiu a identificação das áreas com elementos irregulares e a sua extensão.
A imagem, sendo georreferenciada, fornece com precisão a localização geográfica das áreas irregulares. Para áreas com maior variedade de feições, pode-se usar uma combinação maior de bandas (24 ou 32 bandas, sendo que o CASI-1500 é capaz de coletar até 288 bandas) para uma classificação mais precisa do uso da terra nas áreas de mata ciliar.
Luciano Mousinho Rodrigues
Gerente Técnico da Aerosensor Aerolevantamento Ltda.
Engenheiro Sênior na Atech Tecnologias Críticas
lrodrigues@aerosensor.com.br
lrodrigues@atech.br
