Geoprocessamento

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Geoprocessamento

  1. 1. LAAG - CENA - USP Maria Victoria R. Ballester 1 Geoprocessamento e Sistemas de Informações Geográficas Universidade de São Paulo – Campus Piracicaba Centro de Energia Nuclear na Agricultura Laboratório de Aálise Ambiental e Geoprocessamento Introdução conceitual, histórico e exemplos CEN0190 “Uso de técnicas de geoprocessamento em estudos ambientais” Profa. Maria Victoria R. Ballester Portanto, monitorar, ordenar, planejar ou intervir no espaço requerem a análise dos diferentes componentes do ambiente, envolvendo os meios físico e biótico, as perturbações naturais, as ações antrópicas e as interações entre estes componentes O que é análise ambiental? (Urban et al., 2005; Medeiros e Câmara, 2001) A estrutura e o funcionamento dos ecossistemas são a manifestação da interação entre os gradientes físicos, bióticos, as perturbações (naturais ou antrópicas), bem como as respostas físicas e bióticas a esses processos Análise ambintal integrada por técnicas de geoprocessamento é um procedimento analítico que utiliza geoprocessamento, dados geográficos e modelagem espacial para descrever, simular ou prever problemas do mundo real O que é análise espacial ? “um conjunto de métodos cujos resultados mudam quando o objeto e oa localização do(s) elemento(s) analisado(s) muda(m)" O que é geoprocessamento???? NOSSO MUNDO: Lidamos diariamente com um complexo de interações espaciais que formam a maior parte de nossa vida Vivemos em um dado local, trabalhamos em outro e interagimos com estabeleciemtos comerciais, amigos e instituições espalhados em uma área substancial
  2. 2. LAAG - CENA - USP Maria Victoria R. Ballester 2 CENA CINEMA RUA DO PORTO ENGENHO Toda nossa vida envolve tomar decisões regularmente, o que fazemos em geral de forma intuitiva. Estas decisões envolvem conceitos tais como os de distância, direção, adjacência, localização relativa e tantos outros muito mais complexos Simultanemante : vivemos em dois mundos Fonte: www.esri.com • População • Consumo de bens e secrviços produzidos pela natureza • Uso da terra • Recursos naturais • Diversidade • Áreas naturais Aumentam: Declinam: Em conflito constante e crescente, Evoluindo em direção a um mundo controlado pelo homem no qual: Mundo criado pelo homem, manejado Mundo natural, auto regulado Fonte: www.esri.com Para entender e manejar estes dois mundos, usamos abstrações • Habilidade em aquirir e representar graficamente as informações sobre as complexas relações espaciais que nos rodeiam • Essas atividades eram (e são) uma parte importante das sociedades organizadas Desenvolver abatrações do mundo em que vivemos é uma das atividades humanas que têm sido registrada desde os primórdios das nossas civilizações Os reistros mais antigos já demostram:
  3. 3. LAAG - CENA - USP Maria Victoria R. Ballester 3 Ao longo de séculos, o homem desenvolveu modos eficientes de armazenar e manipular, tais informações: o mapa. “Mecanismo analógico de armazenamento para dados espaciais que representam, graficamente em uma superfície plana, os acidentes físicos e culturais da superfície em uma dada escala” MAPA IBGE, 1993; Marble & Peuquet, 1990 www.indiana.edu Originalmente, os mapas eram usados para descrever lugares longínquos, como um auxílio para a navegação e estratégias militares www.indiana.edu Com o início do desenvolvimento da avaliação e entendimento dos recursos naturais, geologia, geomorfologia, ciências do solo e ecologia no século XIX, e a medida que os estudos científicos da Terra avançaram, surgiram novos materiais para serem mapeados
  4. 4. LAAG - CENA - USP Maria Victoria R. Ballester 4 Os dados espaciais passaram a ser armazenados em conjuntos de acordo com uma determinada característica ou atributo, como por exemplo: relevo, uso do solo, pedologia, geologia, vias de integração, etc. Criaram-se assim os mapas temáticos, os quais são documentos em quaisquer escala em que, sobre um fundo geográfico básico, são representadas as informações a cerca de um único fenômeno (Bourrougth, 1991; IBGE, 1993). Nos últimos 4.000 anos, várias culturas têm utilizado simbologias gráficas para representar fenômenos espacialmente distribuídos. Mapas têm provido um meio útil para (Dangermond, 1990): • armazenar informações, • conceber idéias, • analisar conceitos, • prever acontecimentos, • tomar decisões sobre geografia e, • possibilitar a comunicação entre seres humanos Mapas podem ser considerados um sistema de informações, uma vez que são o produto de uma cadeia de operações que vão desde o planejamento da observação e coleta de dados até o armazenamento e análise dos mesmos com o objetivo de utilizar a informação assim derivadas em processos de tomada de decisões Exemplo: PROBLEMA: Qual o tamanho da área e o valor a ser pago para implantar uma zona de amortecimento ao redor de uma unidade deconservação? Entender como as feições da superfície variam espacial e temporalmente e qual a relação existente entre um ou mais atributos espaciais. SOLUÇÃO: devem ser combinados atributos espaciais tais como tipo e uso do solo, infraestrutura existente, população local, características do terreno como declividade declividade, malha viária já existente, áreas de preseração, dados climatológicos, etc. Questões mais comuns dos usuários de mapas:
  5. 5. LAAG - CENA - USP Maria Victoria R. Ballester 5 DIFICULADADES: determinação da relação existente entre um ou mais atributos espaciais e a análise e manipulação das características da superfície terrestre que variam tanto no tempo quanto no espaço. 20 0 20 40 60 Quilômetros N 450000 450000 540000 540000 630000 630000 720000 720000 810000 810000 8550000 8550000 8640000 8640000 8730000 8730000 8820000 8820000 8910000 8910000 9000000 9000000 9090000 9090000 Centros urbanos Estradas BR 364 Projetos de colonização Implantado decada 70 Implantado decada 80 Projetado Densidade populacional (hab.km-2) 0 - 1.6 1.6 - 6.8 6.8 - 13.8 13.8 - 29.7 Legenda RESOLUÇÃO: integração do conjunto de dados espaciais. As características de interesse são integradas pela sobreposição de mapas temáticos, de mesma escala, representados em folhas transparentes. Mapas síntese: resultado da sobreposição manual de características distintas, os quais mostram áreas onde várias classes de fenômenos em estudo ocorrem em justaposição (Green, Kempka & Lackey, 1994; Steinitz, 1977). Pode-se facilmente deduzir que este tipo compilação e subsequentes análise e interpretação manuais, têm limitações inerentes de armazenamento, manipulação e análise das informações espaciais em termos de velocidade e volume. Tais problemas vêm sendo solucionados, principalmente nas últimas décadas, através do uso de sistemas computacionais, os quais tiveram desenvolvimento substancial nas últimas décadas, possibilitando o surgimento de novas tecnologias tais como os Sistemas de Informações Geográficas, de Cartografia automatizada, etc. A partir da segunda metade do século XX, com o desenvolvimento da tecnologia de informática, surge a possibilidade de armazenar e representar as informações espacialmente distribuídas em ambiente computacional, permitindo o desenvolvimento do Geoprocessamento. O que é geoprocessamento?, quando e porque surgiu ? Geoprocessamento: disciplina do conhecimento que utiliza técnicas matemáticas e computacionais para o tratamento da informação geográfica e que vem influenciando de maneira crescente as áreas de (Câmara & Davis, 2000) O que são Sistemas de Informações Geográficas (SIGs)? Ferramentas computacionais para geoprocessamento que permitem a adquisição, armazenamento, manipulação, integração e exposição de dados ambientais (Bourrogh, 1991; Dobson, 1993; Star & Estes, 1990) Compostos por hardware, software, dados, pessal, organizações e acordos institucionais para colectar, armazenar, analisar e disseminar informações sobre áreas da Terra (Dueker & Kjerne 1989)
  6. 6. LAAG - CENA - USP Maria Victoria R. Ballester 6 • primeiras tentativas de automatizar parte do processamento de dados com características espaciais. • Inglaterra e Estados Unidos: objetivo principal reduzir os custos de produção e manutenção de mapas. • Sistemas computacionais incipientes, associados à especificidade das aplicações desenvolvidas (pesquisa em botânica, na Inglaterra, e estudos de volume de tráfego, nos Estados Unidos), HISTÓRICO - Década de 50: • estes sistemas ainda não podem ser classificados como “sistemas de informação” (Câmara & Davis, 2000). Década de 60: primeiros SIGs foram desenvolvidos em meados da década de 60 por agências governamentais como resposta de uma nova consciência e urgência em lidar com questões ambientais complexas e recursos naturais. Um dos pioneiros: Canadá, onde esses sistemas foram desenvolvidos para manipular os dados relativos ao inventário de terras 1966 Década de 70: crescimento lento Década de 80: o uso cresceu drasticamente tornando uma ferramenta comum em muitas intituições privadas, governamentais e de ensino e pesquisa. Década de 90: o SIG é o resultado de mais de duas décadas de desenvolvimento científico e, como muitas inovações tecnológicas, tem aumentado rapidamente sua taxa de adoção após muitos anos de crescimento lento. 1975 1981 • 1982- Introdução do Geoprocessamento pela UFRJ: desenvolvimento do SAGA (Sistema de Análise Geo-Ambiental), com grande capacidade de análise geográfica • Meados de 80: Aerosul lança o MaxiData, sistema para automatização de processos cartográficos. • Anos 90: lança o MaxiCAD, largamente utilizado no Brasil, principalmente em aplicações de Mapeamento por Computador e depois o dbMapa que permitiu a junção de bancos de dados relacionais a arquivos gráficos MaxiCAD, produzindo uma solução para "desktop mapping" para aplicações cadastrais. Brasil
  7. 7. LAAG - CENA - USP Maria Victoria R. Ballester 7 • 1984: INPE desenvolve o SITIM (Sistema de Tratamento de Imagens) e o SGI (Sistema de Informações Geográficas), para ambiente PC/DOS. • 1991:é lançado o SPRING (Sistema para Processamento de Informações Geográficas), para UNIX e MS/Windows. • 1990: Centro de Pesquisa e Desenvolvimento da TELEBRÁS iniciou, o desenvolvimento do SAGRE (Sistema Automatizado de Gerência da Rede Externa), aplicação para o setor de telefonia. Hoje, usando a tecnologia digital, somos capazes de capturar quase tudo que conhecemos E de disponibilizar a informação para qualquer possoa em qualquer lugar do mundo Os SIGs continuam evoluindoRedes de SIG Sistemas de informações geográgicas Abstração digital da informação geográgica Conhecimento geográfico Dados e ferramentas Sistemas servidor/cliente Redes de servidores internet Produtividade profissional Manejo de informações Compartilhamento de serviçosTornando-se mais distribuídos Um SIG armazena informações sobre o mundo real como uma coleção de planos de informação os quais podem estar conectados através de atributos geográficos. Como um S.I.G. Funciona?: PONTO CHAVE: DADOS Georeferenciados
  8. 8. LAAG - CENA - USP Maria Victoria R. Ballester 8 Por que os SIGs únicos? • Permitem analisar e combinar informações espaciais e não espaciais • As informações espaciais referem-se a uma localização única de um dado fenêmeno na superfície o que permite • Efetuar conecções entre atividades com base na proximidade espacial • As informações referem-se a uma localização única de um dado fenêmeno no tempo o que permite analisar séries históricas • Mapear onde as coisas estão: permitem encontrar lugares que têm as características que você está procurando e visualizar padrões. O que se pode fazer com SIGs? Proporcionam uma nova forma de olhar o mundo ao nosso redor Com eles pode-se: • Mapaear quantidades: para encontrar lugares que atendem aos seus critérios e para agir. Exemplos: •Uma empresa de roupas para crianças pode querer encontrar CEPs com famílias com renda relativamente alta com jovens. •Autoridades de saúde pública podem querer mapear o número de médicos por mil pessoas em cada setor censitário para identificar quais áreas são adequadamente atendidos e quais não são. O que se pode fazer com SIGs? Proporcionam uma nova forma de olhar o mundo ao nosso redor Com eles pode-se: Mapear densidades: permite medir o número de recursos usandos por unidade de área de modo que você pode ver claramente a sua distribuição. Isto é especialmente útil quando o mapeamento de áreas, tais como setores censitários ou municípios, que variam muito em tamanho. Exemplo mapas que mostram o número de pessoas por setor censitário, os maiores podem apresentar maior número de pessoas do que os menores. Mas alguns os menores podem ter mais pessoas por quilômetro quadrado, ou seja uma maior densidade.
  9. 9. LAAG - CENA - USP Maria Victoria R. Ballester 9 Encontrar o que há dentro: para monitorar o que está acontecendo e tomar decisões mapeando o que está dentro de uma área específica. Encontrar o que tem nas proximidades: pode ajudá-lo a descobrir o que está ocorrendo dentro de uma distância definida de um recurso pelo mapeamento do que está nas proximidades. Mapear as mudanças em uma área e antecipar as condições futuras, decidir sobre um curso de ação ou avaliar os resultados de uma ação ou política. Ao mapear onde e como as coisas mudam ao longo de um período de tempo, você pode ter uma visão sobre como elas se comportam. Geralmente se enquadram em cinco categorias básicas: • Redução de custos e aumento da eficiência • Melhor tomada de decisão • Melhoria da comunicação • Melhor manutenção de registros • Gerenciando espacialmente distribuído Os cinco principais benefícios dod SIGs na atualidade: • aplicáveis em organizações de todos os tamanhos e em quase todos os setores • há uma crescente consciência do valor econômico e estratégico
  10. 10. LAAG - CENA - USP Maria Victoria R. Ballester 10 EXEMPLOS Fonte: SOS Mata Atlântica Mata Atlântica Atividades: Culturas agrícolas Exploração madereira Pecuária Urbanização Mata Atlântica: 15% BR - (100 milhões ha) 1998 : 8% Fonte: SOS Mata Atlântica abrangia uma área de 1,36 milhão km2, o que equivalia a aproximadamente 15% do território brasileiro. Hoje, seus remanescentes florestais estão reduzidos a menos de 100 mil km2, o que corresponde a 1% do Brasil. A Mata Atlântica Desmatamento na “Amazônia Legal” Laurance et al. 2002 LBA: Plano Experimental Conciso 1996
  11. 11. LAAG - CENA - USP Maria Victoria R. Ballester 11 Fonte: INPE, www.inpe.br 9% 91% 10% 90% Evolução dos desmatamento na Amazônia brasileira Pavimentação e abertura de novas estradas: possíveis consequências www.whrc.org Nepstead et al., 2001 Rivers and Floodplains (> 100m) O papel dos rios no ciclo global do carbono J. Richey, J. Melack, A. Aufdenkampe, V. Ballester, L. Hess. Outgassing from Amazonian rivers and wetlands as a large source of atmospheric CO2. 2002. Nature, 416:617-620. Σ: 1.2 . 3 Mg C ha-1 y-1 (basin ~ .5 Gt y-1) 15 0 5 10 20 25 J F M A M J J A S O N D FloodedArea(x104km2) T (>100m) MC S (<100 m) MF 10 15 20 25 % 1.77 x 106 km2 Inundation pCO2 -> Outgassing J F M A M J J A S O N D pCO2(x103μatm) 0 4 8 12 Jt Jr Sol Ic Md Pr Ng Jp atm 15 0 5 10 20 25 30 J F M A M J J A S O N D CO2Evasion(TgCmo-1) T (>100m) S (<100 m) MF MC
  12. 12. LAAG - CENA - USP Maria Victoria R. Ballester 12 Krusche et al., 2003 N EW S Projection UTM Datum Córrego Alegre Spheroid SAD 69 150000 150000 200000 200000 250000 250000 300000 300000 350000 350000 400000 400000 7450000 7450000 7500000 7500000 7550000 7550000 20 0 20 40 Kilometers Bacia-p Precipitation (mm) 1250 - 1300 1300 - 1400 1400 - 1500 1500 - 1650 1650 - 1750 1 9 9 7 Sensibilidade Baixa Média Alta Não mapeado Mapeamento da áreas sensíveis à deposição ácida Mapa de janeiro de 1993, período de máxima precipitação Maior parte da baica: risco baixo Áreas de maior risco cabeceiras e porção central Baixo Médio Alto Muito Alto Entre 1978 e 1993 observa-se um aumento área equivalenta a 9 a 12% ou 1100 a 1500 km2, classificada como risco baixo em 1978, tornou-se risco médio ou alto em apenas 15 anos. Mapeamento das áreas com risco potencial de erosão utilizando a EUPES no SIG Efeitos das mudanças no uso e cobertura do solo no risco potencial de erosão: Sub-região Cujubim, análise exploratória da tendência do desmatamento vs. CTC do solo 549000 549000 556000 556000 8969000 8978500 8988000 8997500 549000 549000 556000 556000 8969000 8978500 8988000 8997500 549000 549000 556000 556000 549000 549000 556000 556000 (a) (b) (c) (d) Classes de uso e cobertura do solo Floresta nativa Atividade agro-pecuária Projeção UTM Zona 20 Datum WGS-84 ­Incremento agro-pecuário 2001 - 2004 CTC 3,7 1,3 Período - 2001 a 2004 81,1 63,6 18,9 36,4 0 20 40 60 80 2001 2004 Floresta Atividades Agropecuárias Conversão ~ 6.050 ha Exemplo: corte seletivo e queima em ecossistemas florestais Ferraz et al., 2005
  13. 13. LAAG - CENA - USP Maria Victoria R. Ballester 13 Assentamento com reserva extrativista Assentamento de pequenos colonos Grande propriedade 1978-1990 1990-2001 Reserva extrativista 177 292 Assentamento 368 533 Grande propriedade 161 473 Perda de biomassa florestal (MgC.ha-1.ano-1) 0 20 40 60 80 100 120 1978 1990 2001 Tempo (anos) Área(percentualdapaisagem) Floresta Pastagen 0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 1978 1990 2001 Tempo (anos) Área(percentualdapaisagem) Floresta Pastagen 0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 1978 1990 2001 Tempo (anos) Área(percentualdapaisagem) Floresta Pastagen Assentamento Cabras Marins Piracicamirim Perímetro (km) 63,5 43,3 63,9 Área (km²) 54,7 58,7 133,2 Ct (km) 174,4 22 130,6 Densidade (km.km-2) 3,16 3,2 0,99 Rede de drenagem e características dimensionais das microbacias dos ribeirões Cabras, Marins e Piracicamirim, 1962 1995 Evolução espaço-temporal do uso e cobertura do solo na microbacia do r i b e i r ã o P i r a c i c a m i r i m 0 10 20 30 40 50 60 70 Cana C. Anuais C. Perenes Floresta Pasto Silvicultura Urbanização Outros Uso Área (%) 1995 1962 Cana-de-açúcar Pasto Floresta Silvicultura Cultura anual Cultura perene Urbanização Represa Outros 224680 230160 0 0 0 0 224680 230160 7 7 7 7 ESALQ Santa Casa Ribeirão Piracicamirim 1962 ESALQ Santa Casa Ribeirão Piracicamirim 1995
  14. 14. LAAG - CENA - USP Maria Victoria R. Ballester 14 300000 300000 303000 303000 306000 306000 309000 309000 312000 312000 7467000 7467000 7470000 7470000 300000 300000 303000 303000 306000 306000 309000 309000 312000 312000 7467000 7467000 7470000 7470000 (a)(a) 1962 1994 Flroesta Pasto Represa Silvicultura Classe de uso Cultura anual Cultura perene Urbanização Outros 0 20 40 60 80 100 Culturas anuais Culturas perenes Floresta Pasto Silvicultura Urbanização Outros Uso Área (%) 1994 1962 Evolução espaço-temporal do uso e cobertura do solo na microbacia do r i b e i r ã o d a s C a b r a s * Alto Médio Baixo Risco Áreas com risco potencial de erosãono na bacia do ribeirão dos Marins 1962 1995 Uso e cobertura do solo 2000 habitantes 2527 - 8233 8234 - 21862 21863 - 47382 47383 - 106800 106801 - 334661 estradas habitantes 0 1 - 15434 15435 - 36542 36543 - 95356 95357 - 334741 estradas habitantes 0 1 - 23156 23157 - 48759 48760 - 97799 97800 - 287534 estradas habitantes 0 1 - 34751 34752 - 67030 67031 - 133882 estradas habitantes 0 27016 84048 estradas 2000 19961991 19801970 Evolução espaço-temporal da população residente, Rondônia, 1970, 1980, 1991, 1996 e 2000. estradas 20001999 199819971996 199519941993 199219911990 Legenda: = 5.000 cabeças Evolução espaço temporal da pecuária bovina, Rondônia, número de cabeças, 1990 a 2000
  15. 15. LAAG - CENA - USP Maria Victoria R. Ballester 15 CENÁRI OS Deficiência Hídrica anual Atual Zoneamento Agroclimático para a cana- de-açúcar 54% Restrita 46% Inapta + 1,80C 95% Inapta 5% Restrita + 2,80C 100% Inapta + 4,00C 100% Inapta Colliquio, Victoria e Toledo, 2010

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