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Nov 09, 2018

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  • Identificao e anlise dos fragmentos florestais em imagens ASTER no municpio de Cromnia-GO

    Wtila Portela Machado 1

    Roberto Arnaldo Trancoso Gomes 1 Osmar Ablio de Carvalho Jnior 1

    Renato Fontes Guimares 1 Sandro Nunes de Oliveira 1

    Robson Veloso Ribeiro Sodr 1 Thiago Avelar Chaves 1

    Pascoal Luiz Dias Rodrigues da Costa Filho 1

    1Universidade de Braslia - UnB/GEA/LSIE Campus Universitrio Darcy Ribeiro, Asa Norte - 70910-900, Braslia, DF, Brasil.

    {w0495913, r0493066, t0494623, p0435392}@aluno.unb.br {robertogomes, osmarjr, renatofg, sandronunes}@unb.br

    Abstract. This work aims at developing a study about the forest fragments in the Cromnia municipality (GO), central Brazil, by appling ASTER image processing. The methodology consisted of the following steps: (a) natural forest fragments mapping using ASTER image, and (b) fragments metrics calculation. The ASTER images were acquired with atmosphere correction from AST07 product. The image processing methodology adopted presents the following steps: (a) pre-processing, (b) endmembers identification and (c) Spectral Angle Mapper (SAM). To analyze the fragmentation process were used metrics or landscape indexes that represent the relation between spatial patterns and ecological processes, such as: remain fragments quantity, composition and distribution; the distance between them; the degree of isolation among forest fragments; their size and shape. The methodology allowed supplying subsides for implementation of priorities areas for conservation. Palavras-chave: forest fragments, spectral classification, fragments metrics calculation, fragmentos florestais, classificao espectral, clculo das mtricas de fragmentao.

    1. Introduo O Cerrado constitui o segundo maior bioma do Brasil, abrigando uma alta biodiversidade e uma grande gama de recursos adaptados s condies ambientais que determinam sua existncia (AbSber, 2003). Dentro de seus domnios podemos encontrar diferentes fitofisionomias que incluem formaes florestais com a predominncia de espcies arbreas, savnicas compostas por arbustos e rvores dispersos sobre um estrato graminoso e campestres com o predomnio de espcies herbceas e arbustivas (Ribeiro e Walter, 1998). Atualmente grande parte da rea que um dia comps o bioma do Cerrado encontra-se profundamente modificada por aes antrpicas geradoras de impactos ambientais de grande importncia que ameaam a biodiversidade vegetal do Cerrado como um todo. Nas ltimas dcadas esses impactos vm se intensificando, o que acaba por impor barreiras que do origem aos processos de fragmentao, onde grandes habitats so compartimentados em fraes menores, as quais alteram reas de vegetao nativa contnua dando forma a um mosaico de ambientes fragmentados e isolados (Forman e Alexander, 1998).

    Neste contexto faz-se necessrio realizar estudos que identifiquem e avaliem o grau de fragmentao das formaes vegetais, verificando possveis conseqncias nos processos ecolgicos e encontramos no sensoriamento remoto uma importante ferramenta capaz de auxiliar no monitoramento e controle, atravs do mapeamento dos fragmentos existentes, auxiliando na proteo dos resqucios de vegetao natural restantes nas reas mais afetadas (Andrade, 2005).

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  • Sendo assim o presente trabalho busca verificar a condio espacial dos fragmentos de formaes florestais dentro do municpio de Cromnia no interior do estado de Gois. Utilizaram-se imagens do sensor ASTER para a identificao e posterior anlise desses fragmentos por meio de tcnicas de classificao espectral e pela utilizao de programas como o Fragstats que proporciona a quantificao da fragmentao da paisagem.

    2. rea de estudo O municpio de Cromnia situa-se na Microrregio Meia Ponte, pertencente mesorregio Sul Goiano, entre as coordenadas 1715S - 4928W e 1720S - 4920W, distante cerca de 80 km de Goinia (Figura 1). Possui cerca de 369,2 km e est inserida na bacia hidrolgica do Rio Paran, a oeste do Rio Dourados (IBGE, 2006). Segundo a classificao de Kppen, o clima da regio Aw, marcado pela presena de invernos secos e de veres chuvosos, sendo quente e semi-mido, com precipitao variando de 750 a 2000 mm, concentrando-se na estao chuvosa, meses de outubro a maro (Adamoli et al., 1987).

    A geomorfologia da regio est inserida no Planalto Cristalino de Gois caracterizado pelo domnio de cristas e formas convexizadas com evidncias de pediplanao, possuindo as seguintes unidades morfolgicas: a) Hog-Back representado pela Serra do Paraso (860-950 metros) b) Planalto Embutido de Cromnia, caracterizado por testemunho de pediplano intermontano (730-750 metros) e c) Zona Deprimida de Maripotaba (700 metros) (Casseti, 1991 apud. Vicentini, 1993).

    Geologicamente a rea posiciona-se a sudoeste do Crton do So Francisco na poro meridional da Zona Interna da Faixa Braslia pertencendo ao Grupo Arax (Navarro, 2002). Na maior parte do municpio verifica-se a presena de formaes de quartzito, observando-se em alguns locais a presena de corpos rochosos metaultramficos lenticulares e corpos ultramficos serpentinizados, que podem ser caracterizados como sendo portadores de pequenas e descontnuas lentes de cromita, mineral xido de cromo e ferro [FeCr2O4] (Rodrigues e Angeli, 2003). Os solos predominantes so o Cambissolo Hplico a oeste, Argilossolo Vermelho a sul e Latossolo Vermelho a norte do municpio (IBGE, 2006).

    A vegetao da rea localiza-se no domnio dos cerrados, apresentando uma gama de caractersticas fisionmicas e estruturas gradativas, com quantidades de biomassa intimamente relacionadas s caractersticas de solo e gua. No cerrado a fitofisionomia de menor biomassa o Campo Limpo e, numa ordem crescente, esto o Campo Sujo, o Campo Cerrado, o Cerrado Sentido Restrito e o Cerrado (Coutinho, 1990). Vemos dentro do municpio a presena de grandes reas antropizadas com predominncia de pastagens, onde se substituiu o cerrado nativo por algumas espcies de Brachiria (Radambrasil, 1981).

    3. Metodologia A imagem utilizada neste trabalho referente ao dia 05-09-2004 correspondente ao final da estao seca. As nove imagens correspondentes s bandas utilizadas (VNIR e SWIR) foram adquiridas j corrigidas do efeito atmosfrico, correspondendo aos produtos de alto nvel do sensor ASTER referente especificao AST07 (JPL, 2001). A metodologia adotada para o processamento digital da imagem ASTER e para posterior anlise dos fragmentos, constou das seguintes etapas: (a) Pr-Processamento; (b) Identificao dos membros finais; (c) Utilizao do Spectral Angle Mapper (SAM) para a classificao e separao prvia dos fragmentos atravs de

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  • anlise espectral; (e) Distino das unidades de vegetao e (f) Anlise espacial do padro de distribuio dos fragmentos por meio do programa Fragstats.

    Figura 1- Localizao da rea

    A fase de pr-processamento consistiu no ajuste da resoluo espacial das imagens do sensor SWIR, que foram redimensionadas de 30 para 15 metros. Este procedimento serviu para compatibilizar as imagens dos sensores VNIR e SWIR tornando possvel a integrao em uma nica imagem. Em seguida, corrigiu-se a rbita da imagem de modo que esta ficasse orientada para o norte geogrfico e foi feito um recorte correspondente a rea do municpio de Cromnia. Por fim, elaborou-se uma mscara para ocultar as reas urbanas e de plantio irrigado (pivs centrais) que costumam interferir nas etapas subseqentes do processamento. Este procedimento teve como principal finalidade identificao e a extrao dos alvos de vegetao para posterior anlise e delimitao dos fragmentos.

    A etapa de identificao dos membros finais consiste numa primeira avaliao dos materiais existentes na rea, permitindo verificar os efeitos relativos aos fatores fsicos ambientais presentes na cena (Carvalho Junior et al., 2005). Nesta fase utilizou-se uma metodologia baseada na geometria do simplex, proposta por Boardman e Kruse (1994) estruturada em trs passos: reduo da dimenso espectral utilizando a tcnica de Minimization Noise Fraction (MNF) (Green et al., 1988), reduo da dimenso espacial utilizando o mtodo Pixel Purity Index (PPI) (Boardman et al., 1995); e identificao dos membros finais utilizando um visualizador n-dimensional (nd-visualizer). Aps a realizao destes procedimentos obtiveram-se 4 membros finais significativos (Figura 2).

    A classificao espectral por foi feita por mapeamento de ngulo espectral (Spectral Angle Mapper) SAM, que utiliza como base a mdia espectral das classes encontradas. Esta tcnica mede a similaridade entre os espectros da imagem de entrada com espectros de referncia, tratando ambos como vetores de n dimenses, em que n o nmero de bandas da imagem (Kruse

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  • et al., 1993). Com a ferramenta SAM obtiveram-se resultados satisfatrios no que diz respeito a separao entre as vegetaes com maior ou menor nvel de atividade fotossinttica, o que tornou possvel um bom nvel de diferenciao entre as formaes florestais (vegetao fotossinteticamente ativa - VFA) e as demais formaes (vegetao no fotossinteticamente ativa - VNFA). Porm, numa anlise mais aprofundada dos resultados obtidos percebeu-se que no foi possvel diferenciar de forma eficiente algumas das feies presentes na imagem, havendo uma confuso entre formaes savnicas e campestres naturais com reas de cultivo ou pastagem.

    Para solucionar este problema partiu-se para uma anlise individual de cada um dos membros finais encontrados, isolando cada classe que se pretendia analisar atravs da confeco de mscaras. Uma vez separadas, as reas foram analisadas separadamente constituindo uma forma de refinamento da classificao anterior. Cada classe foi submetida a um fatiamento, cujo realce gerado permitiu a deteco de novos membros finais dentro dos j existentes o que gerou um maior nvel de preciso possibilitando a identificao dos espectros mais representativos que se constituram em 8 classes finais (Figura 3). A nova clas