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Espacialização de análise multicriterial em SIG ...marte.sid.inpe.br/col/dpi.inpe.br/[email protected]/2006/11.15.18.13.55/doc/... · PDF fileAlameda Manaus, 485 ... de cursos...

Dec 02, 2018

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    Espacializao de anlise multicriterial em SIG: prioridades para recuperao de reas de Preservao Permanente2

    Carlos Eduardo da Silva Francisco 1

    Ricardo Marques Coelho 2 Roseli Buzanelli Torres 2

    Samuel Fernando Adami 2

    1 Mestre em Agricultura Tropical e Subtropical-Instituto Agronmico Alameda Manaus, 485 Esplanada do Carmo-13240-000-Jarinu-SP

    [email protected]

    2 Instituto Agrnomico - IAC Caixa Postal 28 - 13012-970 - Campinas - SP, Brasil

    {rmcoelho, rbtorres, samuel}@iac.sp.gov.br

    Abstract. This work aimed the spatial application of multicriteria analysis for ranking degraded permanent preservation areas of So Quirino creek, Campinas, SP, Brazil, for environmental recovery. The studied watershed is largely degraded and its land use lacks compliance with State environmental rules. Two multicriteria analysis (MCA) methods, Compromise Programming (PC) and Cooperative Game Theory (CGT), were spatialized using a rasterized geographical information system. Spatial application of both MCA methods were accomplish successfully. The two methods showed different results. PC selected a greater extension of areas with high recovery priority, whereas CGT selected larger areas with low and medium recovery priority. Land uses with higher priorities in both methods were bare soil and annual crop, especially those located in headwaters, followed by those bordering stream channels. Both MCA methods proved useful, but PC is more recommended for use in case environmental recovery requires a more urgent implementation.

    Palavras-chave: programao por compromisso, planejamento ambiental, suporte tomada de deciso, compromise programing, cooperative game theoria, environmental planning, decision making support.

    1. Introduo

    A tomada de deciso em planejamento ambiental necessita de grande nmero de variveis do meio fsico, biolgico, social e econmico, quantificveis ou no, cujas combinaes podem produzir diferentes alternativas de uso. Nesse contexto, ferramentas de anlise que permitam reunir essas variveis, atribuir pesos e valores s mesmas, dando prioridade s diferentes alternativas, facilitam a tomada de deciso. A anlise multicriterial um mtodo de anlise de alternativas para resoluo de problema que utiliza vrios critrios relacionados ao objeto de estudo, sendo possvel identificar as alternativas prioritrias para o objetivo considerado. Distintos mtodos de anlise multicriterial representam diferentes formas de aproximao para a tomada de deciso. Segundo Zuffo (1998) e Fidalgo (2003), a seleo do mtodo depende do problema particular considerado, das preferncias do tomador de deciso e de muitos outros fatores.

    Os mtodos de anlise multicriterial podem ainda ser trabalhados em ambiente SIG, facilitando e tornando mais factveis os trabalhos dos tomadores de deciso em planejamento ambiental. Thinh e Hedel (2004) descrevem uma extenso da programao de compromisso (PC) que chamaram de programao de compromisso fuzzy (FCP). Para isso, combinaram a

    2 Parte da dissertao de mestrado do primeiro autor em Gesto de Recursos Agroambientais, do curso de Ps-graduao em Agricultura Tropical e Subtropical do Instituto Agronmico (IAC).

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    modelagem fuzzy, a programao de compromisso (PC) e o SIG, criando um ambiente fuzzy de programao de compromisso para avaliao ecolgica de opes de uso da terra com um programa AML.

    Apesar da espacializao da anlise multicriterial com o uso de SIG ser usualmente realizada por alguns autores, como por exemplo, Valente (2005); Thinh e Hedel (2004), bem como alguns pacotes de SIG permitirem esta operao, conforme Sharifi e Retsios (2003), em funo da especificidade dos mtodos de anlise multicriterial e da rigidez dos pacotes computacionais, muitas vezes o mtodo de anlise multicriterial oferecido no o mais adequado analise proposta.

    A espacializao da anlise multicriterial em SIG pode ser til no planejamento ambiental de reas degradadas e de outras reas que necessitem maior ateno com enfoque ambiental, dentre as quais as reas de Preservao Permanente (APPs). As APPs, so definidas em Brasil (2001), como: localizadas em cada posse ou propriedade, so bens de interesse nacional e espaos territoriais especialmente protegidos, cobertos ou no por vegetao, com a funo ambiental de preservar os recursos hdricos, a paisagem, a estabilidade geolgica, a biodiversidade, o fluxo gnico de fauna e flora, proteger o solo e assegurar o bem-estar das populaes humanas. As mesmas so protegidas pela Lei Federal 4771/65, alterada pela lei 7803/89 e medida provisria 2.166-67, de 24 de agosto de 2001, artigo 2, e Resoluo CONAMA 302/02 e 303/02, que define as larguras e situao de APPs localizadas ao longo de cursos dgua; represas artificiais e lagos naturais; nascentes, topo de morro entre outras, segundo Brasil (1989) e Brasil (2002), respectivamente.

    As APPs do ribeiro das Anhumas, que tem suas cabeceiras influenciadas por atividades antrpicas em reas urbanas e rurais do municpio de Campinas, SP, encontram-se bastante degradadas e, em grande parte, com uso inadequado.

    O presente trabalho, realizado no mbito do Projeto Anhumas3, tem por objetivos a espacializao da anlise multicriterial em sistema de informao geogrfica e a elaborao de mapa de priorizao de reas de Preservao Permanente para recuperao na bacia do crrego So Quirino (Figura 1).

    Figura 1: Situao das reas de Preservao Permanente na bacia do crrego So

    Quirino

    3 Recuperao Ambiental, Participao e Poder Pblico: Uma Experincia em Campinas (processo Fapesp 01/02952-1).

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    2. Materiais e mtodos

    A bacia hidrogrfica do crrego So Quirino, afluente do ribeiro das Anhumas, est delimitada pelas coordenadas 225047 a 225250 S e 465938 a 470154 W e corresponde a uma superfcie de 14,82 km, totalmente inserida no municpio de Campinas, SP.

    Como planos de informao (PI) iniciais, utilizou-se a base cartogrfica planialtimtrica digital com preciso escala 1:10.000 compilada por So Paulo (2005) e dados de malha viria, hidrografia, uso da terra, solos, vegetao nativa remanescente, etc., levantados ou adaptados pelo Projeto Anhumas conforme Torres et al. (2006), bem como mapas derivados destes primeiros, a exemplo do mapa de erodibilidade e do mapa de aptido agrcola.

    Para priorizao das APPs para recuperao foram utilizados dois mtodos da famlia Programao Matemtica Multiobjetivo definida por Pardalos et al. (1995) como: o da Programao por Compromisso (PC) e o da Teoria dos Jogos Cooperativos (CGT).

    Mtodo Programao de Compromisso - PC

    Este mtodo baseia-se no conceito do Teorema de Pitgoras (distncia mtrica), onde entre dois pontos as coordenadas so conhecidas. O mtodo procura minimizar a distncia de todos os pontos possveis de ocorrer em relao a um determinado ponto selecionado pelo responsvel de tomar deciso (DM), caracterizado como ponto ideal. O tomador de deciso, segundo Zuffo (1998), o responsvel por executar a deciso.

    O mtodo PC pode ser definido pela equao:

    ( ) ( )S

    n

    i

    S

    wii

    iiS

    isff

    xffxl

    1

    1 ,*

    *

    =

    =

    (1)

    em que:

    i o peso atribudo a cada critrio i;

    wif , o pior valor obtido para o critrio i;

    *if o melhor valor obtido para o critrio i;

    ( )xf i o resultado da implementao da deciso x considerando o critrio i;

    )(xls a distncia entre a soluo obtida com o cenrio x e a soluo ideal; e

    S uma proporcionalidade aplicada aos desvios, sendo S1 . Neste trabalho foi escolhido o valor 1=S , de forma a manter todos os desvios de *if proporcionais s suas magnitudes.

    Mtodo da Teoria dos Jogos Cooperativos -CGT

    No mtodo da Teoria dos Jogos Cooperativos (CGT), ao contrrio do mtodo PC, a soluo ideal aquela que maximiza a distncia de um determinado ponto de nvel mnimo, onde a medida de distncia utilizada a geomtrica, conforme Gershon e Duckstein (1983).

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    A funo da distncia utilizada dada por:

    ( ) ( )1

    1

    *

    =

    =n

    i

    iis fxfxl (2)

    onde:

    ( )xf i o resultado da implementao da deciso x considerando o critrio i; *if o menor valor obtido para o critrio i;

    i o peso atribudo a cada critrio i;

    )(xls = distncia entre a soluo obtida com o cenrio x e a soluo ideal.

    Pesos e valores dos critrios

    Ambos os mtodos fazem uma ponderao de cada critrio, que diz respeito importncia deste para o objetivo desejado. Este fator de ponderao variou de zero a trs, zero significando que a varivel irrelevante para o objetivo considerado. Para estimativa dos pesos dos critrios foi enviada uma mensagem eletrnica para profissionais de diferentes reas de atuao (licenciamento/fiscalizao ambiental, geoprocessamento, ecologia da paisagem, conservao de solo e recuperao de reas degradadas), com um resumo do projeto e um questionrio a ser preenchido, onde os pesos deveriam ser atribudos na escala de 0 a 3.

    Alm desta ponderao, cada critrio recebeu uma valorao que expressa a faixa de valor que o critrio assume em cada situao estudada. Assim, os critrios receberam valores (em nmeros inteiros) de 1 a 5, sendo 1 os valores mnimos e 5 os valores mximos, possveis de serem atingidos pela varivel considerada com a implementao da deciso.

    Planos de informao e espacializao dos critrios

    Em substituio tradicional matriz pay-off utilizada em anlise multicriterial, no caso de sua espacializao essa matriz foi substituda pela valorao dos critrios por clula raster nos arquivos do sistema de informaes geogrficas (SIG). Os mapas assim obtidos, chamados mapas de critrios, foram reclassificados de 1 a 2 em