Geoprocessamento

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

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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:

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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, 1990www.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

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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:

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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

EstradasBR 364

Projetos de colonizaçãoImplantado 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)

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• 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

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• 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 evoluindo Redes de SIG

Sistemas deinformações geográgicas

Abstração digital da informação geográgica

Conhecimentogeográfico

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

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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.

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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

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EXEMPLOS

Fonte: SOSMata 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

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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 largesource 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

Floo

ded

Area

(x 1

04km

2 )

T (>100m)

MC

S (<100 m) MF

10152025

%

1.77 x 106 km2

Inundation

pCO2 -> Outgassing


pCO

2(x

103

μatm

)

0

4

8

12Jt

Jr

Sol

IcMd

Pr

NgJp

atm

15

0

5

10

20

25

30


CO

2Ev

asio

n (T

g C

mo-

1 )

T (>100m)

S (<100 m) MF

MC

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Krusche et al., 2003

NEW

SProjection UTM

Datum Córrego AlegreSpheroid 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 - 13001300 - 14001400 - 15001500 - 16501650 - 1750

1 9 9 7Sensibilidade

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

BaixoMédioAltoMuito 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 UTMZona 20

Datum WGS-84

Incremento agro-pecuário

2001 - 2004

CTC3,7

1,3

Período - 2001 a 2004

81,163,6

18,936,4

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

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Assentamento com reserva extrativista

Assentamento de pequenos colonos

Grande propriedade

1978-1990 1990-2001Reserva extrativista 177 292

Assentamento 368 533Grande propriedade 161 473

Perda de biomassa florestal (MgC.ha-1.ano-1)

0

20

40

60

80

100

120

1978 1990 2001

Tempo (anos)

Áre

a (p

erce

ntua

l da

pais

agem

)

FlorestaPastagen

0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100

1978 1990 2001

Tempo (anos)

Áre

a (p

erce

ntua

l da

pais

agem

)

FlorestaPastagen

0

10

20

30

40

5060

70

80

90

100

1978 1990 2001

Tempo (anos)

Área

(per

cent

ual d

a pa

isag

em)

FlorestaPastagen

Assentamento

Cabras Marins PiracicamirimPerímetro (km) 63,5 43,3 63,9

Área (km²) 54,7 58,7 133,2Ct (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

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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

FlroestaPasto

Represa

Silvicultura

Classe de uso

Cultura anualCultura pereneUrbanizaçãoOutros

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

*

AltoMédioBaixo

Risco

Áreas com risco potencial de erosãono na bacia do ribeirão dos Marins

1962 1995

Uso e cobertura do solo

2000

habitantes2527 - 8233

8234 - 21862

21863 - 47382

47383 - 106800

106801 - 334661

estradas

habitantes0

1 - 15434

15435 - 36542

36543 - 95356

95357 - 334741

estradas

habitantes0

1 - 23156

23157 - 48759

48760 - 97799

97800 - 287534

estradas

habitantes0

1 - 34751

34752 - 67030

67031 - 133882

estradas

habitantes0

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

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CENÁRIOS

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

Geoprocessamento

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