INTRODUÇÃO
A modificação da paisagem natural tem sido um processo contínuo por parte da ação humana em todo o mundo. Com a aceleração do processo de urbanização que caracterizou o século XX e, mais recentemente, o surgimento de novas áreas urbanas, sobretudo em países desenvolvidos e em desenvolvimento, a degradação ambiental e a queda na qualidade de vida nas cidades agravam-se nestas novas áreas urbanas, à proporção que a urbanização se intensifica (ARTIGO).
As queimadas ocorrem em toda a extensão do Território Nacional, sendo utilizadas tanto em sistemas de produção primitivos ou convencionais, praticados por indígenas, caboclos e pequenos agricultores, quanto em sistemas com altos níveis de tecnicidade (tese). Em Mato Grosso, devido à sua condição geográfica e econômica propensa ao cultivo, as queimadas praticadas na agricultura e pecuária têm o objetivo de promover a adubação através dos depósitos de cinza, eliminar plantas invasoras de pastagens, limpar os campos para o plantio, provocar a rebrota das gramíneas renovando as pastagens, controlar a população de carrapatos nas pastagens, combater pragas em restos de culturas e facilitar o trabalho humano como, por exemplo, na colheita manual da cana-de-açúcar, entre outros interesses.
Além de proibida pela legislação ambiental em vigor, a prática de queimadas é nociva à saúde, provocando o aumento de atendimentos de urgência em pneumologia pediátrica, elevação de casos de patologias cárdio-respiratórias (infarto, bronquite, asma, rinite, pneumonia), aborto espontâneo, redução do peso do recém-nascido, carcinomas, redução da fertilidade, dentre outros. Sua ocorrência exaustiva pode trazer prejuízos ao meio ambiente, como por exemplo, empobrecimento do solo, redução da biodiversidade, emissão de gases poluente no ar etc. (PIROMAL et al, 2008) justificando-se assim a relevância do monitoramento e controle da ocorrência de queimadas.
As técnicas de sensoriamento remoto são muito utilizadas na detecção e monitoramento de queimadas, levando em consideração a sua eficiência na disponibilidade dos dados sobre sua localização e extensão, servindo de suporte as análises espaciais e de impactos socioeconômicos advindos do mesmo (PIROMAL et al, 2008). Nesse aspecto imagens do sistema de sensores do satélite Landsat estão sendo aplicados no estudo de mapeamento de queimadas desde a década de 1970 (RIVERA-LOMBARDI, 2003) (artigolgw).
Neste contexto, a Superintendência de Monitoramento de Indicadores Ambientais – SMIA da Secretaria Estadual de Meio Ambiente do Estado de Mato Grosso – SEMA – MT, através da Coordenadoria de Geotecnologia – CG, realiza o monitoramento sistemático, durante o período proibitivo, das áreas queimadas no estado de Mato Grosso através de técnicas de geoprocessamento e sensoriamento remoto desde 2008.
Neste relatório são apresentados os resultados do monitoramento das áreas queimadas durante os períodos proibitivos de 2008 e 2009.
II METODOLOGIA
2.1. VISÃO GERAL
Para a quantificação das áreas queimadas no estado de Mato Grosso nos períodos proibitivos de queimadas dos anos de 2008 e 2009, foram realizados os seguintes procedimentos metodológicos: Identificação das áreas críticas de ocorrência de queimadas durante os períodos proibitivos de 2008 e 2009 através da análise de densidade dos focos de calor, pré-processamento das imagens de satélite, classificação supervisionada utilizando os algoritmos de Máxima Verossimilhança (MAXVER) e SVM (Support Vector Machine) e auditoria visual.
Posteriormente procedera-se a quantificação da área queimada por tema, através do cruzamento do resultado da classificação com as propriedades cadastradas, terras indígenas, assentamentos, unidades de conservação e áreas de reserva legal. Por fim, são geradas cartas-imagens com a delimitação da área queimada e da propriedade licenciada ou em licenciamento na SEMA. Tais documentos são enviados à Superintendência de Fiscalização – SUF para que sejam lavrados os autos de infração. A Figura 1 demonstra o fluxo das atividades executadas.
Figura 1 – Fluxograma das atividades desenvolvidas.
2.2. IDENTIFICAÇÃO DAS ÁREAS CRÍTICAS DE OCORRÊNCIA DE QUEIMADAS
A identificação das áreas críticas de ocorrência de queimadas foi realizada no software ArcGis® através da estimativa de densidade Kernel dos dados de focos de calor, de todos os satélites para o estado de Mato Grosso, disponibilizados no sítio do Instituto Nacional de Pesquisas Espaciais – INPE (http://www.dpi.inpe.br/proarco/bdqueimadas). Os períodos dos dados supracitados foram de 15/07/2008 à 10/10/2008 e 15/07/2009 à 30/09/2009, coincidindo com o período proibitivo de queimadas nos respectivos anos.
2.3. PRÉ-PROCESSAMENTO DAS IMAGENS DE SATÉLITE
O monitoramento das áreas críticas de queimadas ocorridas em 2008 foi realizado com imagens dos satélites LANDSAT-5, sensor TM composição 5R, 4G, 3B, 30 metros de resolução espacial e CBERS 2B, sensor CCD, composição 3R, 4G, 2B, 20 metros de resolução espacial, projeção Universal Transversal de Mercartor (UTM – DATUM SAD 69), ambas com período de passagem de 15/07/2008 à 10/10/2008, adquiridas gratuitamente no sítio Instituo Nacional de Pesquisas Espaciais (http://www.dgi.inpe.br/CDSR/).
O registro das imagens LANDSAT-5 do ano de 2008 foi realizado no software ENVI versão 4.5 sendo utilizadas como referência as imagens do projeto GEOCOVER ortorretificadas do satélite LANDSAT 7, sensor ETM+, composição 5R, 4G, 3B, 30 metros de resolução espacial, com período de passagem entre os anos de 200 e 2001, disponibilizadas gratuitamente no sítio do Global Land Cover Facility (http://glcfapp.glcf.umd.edu:8080/esdi/index.jsp). Já para o registro das imagens CBERS 2B do ano de 2008 utilizou-se como base as imagens do mosaico GEOCOVER ortorretificadas do satélite LANDSAT 7, sensor ETM+, composição 7R, 4G, 2B, 14,25 metros de resolução espacial, com período de passagem entre os anos de 1997 a 2003, disponibilizadas gratuitamente no sítio da National Aeronautics and Space Administration - NASA (https://zulu.ssc.nasa.gov/mrsid/).
O monitoramento das áreas críticas de queimadas ocorridas em 2009 foi realizado com imagens dos satélites LANDSAT-5, sensor TM, bandas 1 a 5 e 7, composição 7R, 5G, 2B, 30 metros de resolução espacial, projeção Universal Transversal de Mercartor (UTM – DATUM SAD 69), com período de passagens de 15/07/2009 à 30/09/2009, adquiridas gratuitamente no sítio do Instituto Nacional de Pesquisas Espaciais (http://www.dgi.inpe.br/CDSR/).
O registro das imagens LANDSAT-5 do ano de 2009 foi realizado no software ENVI versão 4.6 sendo utilizadas como base as imagens do projeto Global Land Survey ortorretificadas do satélite LANDSAT 7, sensor ETM+, composição 5R, 4G, 3B, 30 metros de resolução espacial, com período de passagem entre os anos de 2005 e 2006, disponibilizadas gratuitamente no sito do Global Land Cover Facility (http://glcfapp.glcf.umd.edu:8080/esdi/index.jsp).
Todas as cenas utilizadas no monitoramento foram selecionadas após a identificação das áreas críticas de ocorrência de queimadas. Após o registro, as imagens estão prontas para a próxima etapa, que é a classificação supervisionada.
2.4. CLASSIFICAÇÃO SUPERVISIONADA
Para a classificação das imagens referentes ao ano de 2008 foi utilizado o módulo da classificação supervisionada Máxima Verossimilhança do software envi 4.5, que assume que as estatísticas para cada classe em cada banda são distribuídas normalmente e calcula a probabilidade de um dado pixel pertencer a uma classe específica. Cada pixel é designado a uma classe que tenha a mais alta probabilidade (por isso, máxima verossimilhança), conforme descrito por Sulsoft, 2009.
O software ENVI implementou a classificação de máxima verossimilhança calculando as seguintes funções discriminatórias para cada pixel na imagem, conforme equação 1 (Richards, 1999):
A coleta de amostras das áreas queimadas, tanto de 2008 como 2009, foi realizada através da sobreposição das imagens com os dados vetoriais dos focos de calor disponibilizados pelo INPE (http://www.dpi.inpe.br/proarco/) dos satélites AQUA, GOES-10, METEOSAT-0, MMODIS-01D, NOAA-15, NOAA-15D, NOAA-16, NOAA-16N, NOAA-17, NOAA-18, NOAA-18D e TERRA, dados fornecidos diariamente que possuem resolução espacial variando de 1 a 4 Km. Constituem, juntamente com outros meios como as imagens dos satélites Terra e Aqua sensor MODIS com 250 m de resolução espacial e resolução temporal diária encontrados no site da NASA (http://rapidfire.sci.gsfc.nasa.gov/), um suporte técnico para as análises das áreas queimadas.
As composições RGB 752 e 543 foram utilizadas nas imagens classificadas do ano de 2009, pois as características espectro-texturais destas permitem uma precisão maior no momento de identificar as áreas queimadas, conforme Figura 2:
Figura 2 – Composições utilizadas para coleta de amostras. Em vermelho os polígonos das amostras de queimadas. As setas indicam áreas que visualmente podem ser confundidas com queimadas na B e nitidamente na A que não se refere a uma cicatriz de queimada.
Para a etapa de classificação das imagens em 2009 foi utilizado o método de classificação Support Vector Machine (SVM) implementado no software Envi 4.6, técnica baseada na aprendizagem de máquina, este se utiliza de uma superfície de decisão para separar os vetores (classes), maximizando a margem de separação entre elas, que é denominado como hiperplano ideal (optimal hyperplane) Costa (2010). Observa-se na Figura 3 uma superfície de decisão, onde os pontos próximos à margem do hiperplano ideal caracterizado de vetores de suporte (support vectors) constituem a fronteira de decisão, este ainda permite, através de parâmetros controlados pelo usuário, ajustar o rigor do classificador em atribuir um ‘pixel’ a determinada classe.
Figura 3 - O hiperplano ótimo separando os dados com a máxima margem.
O algoritmo SVM do software Envi 4.6 ainda permite a definição de um valor para o “Classification Probability Treshold” (CPT) para definir a probabilidade requerida para o classificador classificar um determinado pixel. Os pixels onde todas as regras de probabilidade são menores que o valor de restrição são considerados como não classificados Sulsoft (2009). Neste trabalho foi adotado 0.95 como valor padrão para este parâmetro, pois este apresentou melhores resultados após vários testes empíricos.
Esse método não paramétrico não requer de suas amostras uma homogeneidade, parte do principio de uma entrada de padrões não linearmente separáveis, dando origem a um espaço de alta dimensão, onde os padrões se tornam linearmente separáveis, formando um hiperplano de separação ótimo entre as amostras, possui a vantagem reduzir os erros empíricos da classificação Costa (2010) e Souza et al (2009). O algoritmo SVM utiliza-se de funções Kernel para projetar os dados de entrada a um espaço dimensional de novas características, denominados de lineares, polinomiais, sigmóides, função de base radial e gaussiana. Neste trabalho optou-se em aplicar uma função do tipo RBF (Função de Base Radial), conforme sugerido por Sulsoft (2009) e representado matematicamente na equação 2.
2.5. AUDITORIA VISUAL
O resultado da classificação de todas as imagens foi armazenado em um arquivo geodatabase (gdb), criado através do software ARC CATALOG 9.3, onde foram excluídos os polígonos com tamanhos inferiores a 1 hectare. Posteriormente foi realizada a auditoria visual no software ArcGis® 9.3, onde foram sobrepostas as imagens classificadas e os polígonos gerados pelas classificações, sendo excluídos aqueles que não correspondiam às queimadas.
2.5. QUANTIFICAÇÃO DA ÁREA QUEIMADA POR TEMA
Foram gerados arquivos vetoriais no software ArcGis® contendo os polígonos de queimadas dos meses de julho, agosto e setembro tanto de 2008 como de 2009, sendo que para evitar a duplicidade de informação de área queimada, foi realizado o erase entre os meses de setembro e agosto e agosto e julho, tanto de 2008, como de 2009. Posteriormente foi realizado o intersect entre os arquivos das queimadas e os arquivos vetoriais da Base da SEMA de propriedades cadastradas, terras indígenas, assentamentos, unidades de conservação e áreas de reserva legal.
Para a quantificação correta das áreas queimadas por tema foi realizado o dissolve de todos os arquivos vetoriais dos temas classificados.
III RESULTADOS
3.1. IDENTIFICAÇÃO DAS ÁREAS CRÍTICAS DE OCORRÊNCIA DE QUEIMADAS
Foram computados 66.745 focos de calor em Mato Grosso no período de 15/07/2008 à 10/10/2008, sendo que através da estimativa de densidade desses focos de calor por quilômetro quadrado foi possível identificar as áreas críticas de ocorrência de queimadas, que na região do Araguaia foram os municípios de Novo Santo Antônio e São Félix do Araguaia, na região Noroeste foram Nova Bandeirantes, Colniza e Juruena. Foram constatadas outras áreas críticas nos municípios de Tabaporã, Itanhangá, Nova Maringá, Campinápolis e Barra do Garças, conforme Figura 4.
Figura 4 – Mapa da identificação das áreas criticas de queimadas em 2008.
Em 2009 foram totalizados 17.559 focos de calor em Mato Grosso no período de 15/07/2009 à 30/09/2009, sendo possível identificar as áreas críticas de ocorrência de queimadas, que na região Noroeste foram os municípios de Colniza e Nova Bandeirantes. Foram constatadas outras áreas críticas nos municípios de Tangará da Serra, Campo Novo dos Parecis, Ribeirão Cascalheira e Canarana, conforme Figura 5.
Figura 5 – Mapa da identificação das áreas criticas de queimadas em 2009.
3.2. PRÉ-PROCESSAMENTO DAS IMAGENS DE SATÉLITE
As imagens adquiridas para a classificação são disponibilizadas gratuitamente no site do INPE (Instituto Nacional de Pesquisas Espaciais), sendo utilizadas cinqüenta e oito imagens do satélite do satélite/sensor Landsat 5-TM (Thematic Mapper) composição 5R, 4G, 3B e sete imagens do satélite CBERS 2B, sensor CCD, composição 3R, 4G, 2B, com período de passagem compreendido entre julho e outubro de 2008, totalizando 48,92% da área do Estado imageada, conforme ilustrado na Figura 6.
Figura 6 – Imagens dos satélites Landsat 5 e CBERS 2B utilizadas no monitoramento das queimadas em 2008.
As imagens utilizadas tiveram como objetivo abranger o período em que as queimadas são proibidas. É comum a ocorrência dos incêndios e queimadas nesse período, reflexo de suas condições naturais e das atividades econômicas predominantes no Estado.
Em 2009 foram utilizadas 42 imagens satélite do satélite/sensor Landsat 5-TM (Thematic Mapper) composições 5R, 4G, 3B e composições 7R, 5G, 2B, com período de passagem compreendido entre julho e setembro de 2009, totalizando 46,65 % da área total do Estado imageada, conforme ilustrado na Figura 7.
Figura 7 – Imagens dos satélites Landsat 5 utilizadas no monitoramento das queimadas em 2009.
Ressalta-se que a diferença na quantidade de imagens utilizadas em 2008 e 2009 (63 e 42 respectivamente) se deu em função da indisponibilidade de imagens devido à grande cobertura de nuvens no período proibitivo de 2009, o que influenciou também na redução da quantificação da área queimada total daquele ano.
3.3. CLASSIFICAÇÃO SUPERVISIONADA
Foi utilizado o método de classificação digital de imagens, algoritmo de máxima verossimilhança do software ENVI 4.5 para a identificação automática das áreas queimadas em 2008, conforme ilustrado na Figura 8. O resultado das classificações foi satisfatório, apesar do considerável número de pixels espúrios.
Figura 8 – Classificação digital de imagens no software ENVI 4.5 utilizando o algoritmo MAXVER
Em 2009 foi utilizado o algoritmo de SVM (Support Vector Machine) software ENVI 4.5 para a identificação automática das áreas queimadas, sendo que estas ficam em destaque na cor vermelha através da composição 7R 5G 2B. Na Figura 9 observa-se o polígono, de cor amarela, gerado automaticamente delimitando de forma precisa a área queimada.
Figura 9 – Classificação digital de imagens no software ENVI 4.5 utilizando o algoritmo SVM (Support Vector Machine).
Foi constatado que o método de classificação das imagens através do algoritmo SVM gerou não só resultados mais precisos como reduziu consideravelmente o tempo de processamento dos computadores de todas as fases da classificação, quando comparado com o método utilizado em 2008, que utilizou o algoritmo MAXVER.
