13º Congresso Brasileiro de Geologia de Engenharia e Ambiental 1

AVALIAÇÃO DA UTILIZAÇÃO DE BASES ESPACIAIS NO MAPEAMENTO DE ÁREAS DE RISCO NO ESTADO DE SÃO PAULO

Antonio Carlos Moretti Guedes; Márcia Helena Galina; Márcia Maria Nogueira Pressinotti; Pedro Carignato Basílio Leal; Osvaldo Souza Coutinho Filho; Vanessa Sartori Andrade

RESUMO

As dificuldades na aquisição de bases espaciais pelo poder público é um dos problemas enfrentados usualmente nos trabalhos de mapeamento de áreas de risco, ultrapassado com a aplicação de diferentes técnicas e métodos. O presente trabalho faz uma exposição e análise de diferentes tipos e padrões de bases espaciais, especialmente produtos de sensoriamento remoto, utilizados em 31 mapeamentos de risco a escorregamento, inundação e erosão de municípios do Estado de São Paulo desenvolvidos de 2004 a 2008.

ABSTRACT

The difficulties in the acquisition of spatial basis by public institution is one of the problems usually on the risk mapping, overcome with the use of different techniques and methods. This paper is an exposition and analysis of different types and patterns of spatial bases, especially remote sensing products, used in 31 risk mapping to landslide, flooding and erosion of municipalities of São Paulo State, developed from 2004 to 2008.

Palavras chave: mapeamento de risco, geoprocessamento, bases espaciais

Instituto Geológico – Secretaria do Meio Ambiente do Estado de São Paulo – Núcleo de Geoprocessamento. Av. Miguel Stéfano, 3900 – Água Funda – CEP 04301-903 – São Paulo – SP. Fone: 11.5058.9994. e-mail:acguedes@igeologico.sp.gov.br

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1. INTRODUÇÃO

Desde 2004 vem sendo executados mapeamentos de áreas de risco a escorregamento e inundação no estado de São Paulo, conforme política pública implantada pela Coordenadoria Estadual de Defesa Civil (CEDEC), que subsidia os trabalhos de órgãos técnicos estaduais por meio de cooperação técnica ou convênio. Desde então já foram mapeados 65 municípios do estado (Figura 1). Deste total, o Instituto Geológico (IG) executou os estudos em 31 municípios em diferentes regiões do estado (Litoral, região de Sorocaba, região Metropolitana de São Paulo, Vale do Paraíba, regiões de Ribeirão Preto e de Araraquara) e até o final do ano de 2011 serão finalizados mais 9 mapeamentos, totalizando 40 municípios mapeados pelo IG no estado de São Paulo (Brollo et al 2011).

Figura 1. Municípios com mapeamento de áreas de risco no estado de São Paulo até 2010: 65 municípios (Fonte: IG 2010)

Esses trabalhos adotam a metodologia indicada pelo Ministério das Cidades (Min. Cidades & IPT 2004 e 2007; Carvalho & Galvão 2006), que a partir de cadastro municipal de áreas de risco, efetua a identificação, delimitação e hierarquização as situações de risco em diferentes porções de terreno urbano (áreas-alvo), apontando diferentes graus de risco, de acordo com a probabilidade de ocorrência de acidente e magnitude potencial de dano. Desta forma, utilizando o apoio de diferentes geotecnologias, as áreas-alvo com ocupação urbana potencialmente suscetíveis aos processos de escorregamento e inundação são objeto de estudos geológico-geotécnicos visando a delimitação e hierarquização de setores de risco a diferentes processos do meio físico.

Para atender aos objetivos do mapeamento há necessidade de se obter uma base única, com escala adequada aos trabalhos de campo, ao lançamento de informações e à produção da cartografia final das áreas de risco. Esta etapa do estudo encontra inúmeras dificuldades práticas que precisam ser ultrapassadas para se alcançar os resultados pretendidos.

As dificuldades encontradas na busca de bases digitais junto às prefeituras e órgãos públicos incluem também a aquisição com recursos orçamentários do estado mediante processos licitatórios demorados, impondo a necessidade de sistematização de recursos geotecnológicos associados a todas as etapas do mapeamento de risco.

No entanto, o quadro não é homogêneo. Nos mapeamentos foram trabalhados municípios com surpreendentes possibilidades de apoio ao mapeamento, detentores de bases cartográficas em grande escala, além de aerolevantamentos recentes e com parâmetros adequados. Em contraposição, também se encontrou municípios com pouquíssima informação espacial sobre o

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seu território. Nestes últimos casos, alternativas foram buscadas em bases não matriciais, em imagens disponibilizadas pela Internet (como Google Earth e mosaicos extraídos desta plataforma) e em outros produtos sem as melhores especificações.

Assim, o presente trabalho objetiva apresentar e avaliar a qualidade e aplicabilidade das bases espaciais utilizados em 31 mapeamentos de risco a escorregamento, inundação e erosão de municípios do estado de São Paulo desenvolvidos de 2004 a 2008 pelo Instituto Geológico, particularmente os diferentes produtos de sensoriamento remoto, como imagens de satélite de alta resolução espacial e aerolevantamentos.

2. PROCEDIMENTOS PARA OBTENÇÃO DE BASES ESPACIAIS PARA MAPEAMENTO DE RISCO

O apoio geotecnológico oferecido aos procedimentos de mapeamento de risco se inicia com a identificação dos municípios objeto do estudo, definidos conforme demanda da CEDEC. O procedimento operacional se dá em etapas e atividades sequenciais, sintetizadas seguir:

2.1. Levantamento de dados

Esta etapa segue três caminhos. Inicia-se com visitas a diferentes departamentos e áreas da administração municipal envolvidos com cartografia, obras, planejamento, meio ambiente e defesa civil, visando a busca e pesquisa por bases espaciais, preferencialmente em formato digital. Dos 40 municípios já estudados (31 finalizados até 2008 e 9 em andamento), em poucos casos foram encontrados departamentos ou secretarias municipais dotados de um setor específico de Geoprocessamento.

A pretensão, nessa fase, é obter tanto bases em formato raster com alta resolução espacial e atualidade de até cinco anos, como também bases vetoriais onde possam ser posteriormente lançadas as informações sobre áreas-alvo a serem avaliadas. Tais informações são compatíveis com a necessidade de delimitação dos setores de risco, realizada conforme observação de feições em regiões urbanizadas, de expansão urbana, em distritos e bairros rurais, com a utilização de métodos e técnicas já adotadas em estudos similares (FUNDUNESP 2003, Marchiori-Faria et al. 2005, Santoro et al. 2005, Amaral et al. 2007, Galina et al. 2007, Ferreira & Rossini-Penteado 2011).

Outra possibilidade de obtenção de bases consiste na consulta e obtenção em acervos de órgãos públicos estaduais, mediante cessão formalizada conforme os princípios do “Termo de Cooperação para o Compartilhamento de Bases Espaciais Digitais entre os órgãos do Governo do Estado de São Paulo”, resolução estadual instituída em 2004 (Resolução da Casa Civil nº13, de 30.01.2004), visando otimizar o uso de recursos públicos, evitando redundâncias e sobreposições na compra de bases geoespaciais.

Finalmente, uma última forma de aquisição de bases, nos casos em que não é possível a obtenção de material matricial sem custo para o projeto, com qualidade aceitável e características adequadas, há a aquisição de produtos de sensoriamento remoto com parâmetros específicos adequados aos estudos pretendidos. Neste caso, inicia-se um processo muitas vezes demorado, que implica em elaboração de Processo Licitatório (preparação de Termo de Referência, avaliação pela Consultoria Jurídica do estado, avaliação pelo Grupo Setorial de Tecnologia da Informação e Comunicação – GSTIC, preparação e abertura de Edital, etc), que pode demorar até 10 meses. Certamente é a etapa mais demorada dos estudos, por vezes comprometendo o cronograma inicial do trabalho, razão pela qual se justifica a adoção das duas primeiras.

2.2. Tratamento de dados e preparação de layouts para trabalhos de campo

A preparação de layouts impressos das áreas-alvo é de fundamental importância para o processo de delimitação de setores durante os trabalhos de campo. Os layouts são produzidos com bases que permitam a impressão com boa resolução na escala entendida como compatível com a avaliação: entre 1:1.000 e 1:2.500, para setores de risco de escorregamento, e entre

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1:2.500 e 1:5.000 para setores de risco de inundação.

Na preparação de layouts o tratamento de dados matriciais busca obter material com bom georreferenciamento, uniformidade dos parâmetros de projeção e datum, por vezes com ajuda de arquivos CAD obtidos nas próprias prefeituras, mapas topográficos escanerizados (scanmaps) e outros produtos.

Uma ampla gama de produtos de sensoriamento remoto foi utilizada nos diversos mapeamentos: imagens de satélite de resolução espacial igual ou superior a 1m, tais como Ikonos (1m), QuickBird (0,6m) e WorldView II (0,5m); fotografias aéreas de recobrimentos tradicionais, de início sem georreferência, por vezes em formato analógico; fotografias aéreas ortorretificadas, com tamanho de pixel por vezes inferior a 0,20m (levantamentos cedidos pela SABESP, referentes ao Projeto “SIGNOS – SIG no Saneamento”).

Os formatos de arquivos raster utilizados nos mapeamentos variaram bastante: GeoTIFF, TIFF e JPG com worldfile e, no caso mais comum, o formato comprimido ECW. Este último produto, uma vez gerado com critérios corretos quanto à taxa de compressão, apresenta perda de qualidade insignificante para o propósito, mas com maior agilidade no processamento em tela, facilitando a preparação de visualizações adequadas para impressão.

As plataformas e serviços de disponibilização de imagens pela Internet ou com o uso de protocolo Internet, como Google Earth e, mais recentemente, o serviço Bing, da Microsoft, ainda não existiam no início dos mapeamentos de risco executados pelo IG, em 2004. Estas plataformas passaram por um processo de melhoria na resolução das imagens a ponto de hoje representarem uma opção de imagens de boa aplicabilidade à delimitação e representação de setores de risco, contagem de lotes e de moradias. Ainda assim, são dependentes de licenciamento para uso e divulgação.

2.3. Cartografia Final

Os trabalhos de levantamento geológico-geotécnico em campo ofereceram a condição de lançar nas bases georreferenciadas a delimitação com alta precisão dos setores de risco identificados em campo.

A consolidação do trabalho se dá com a vetorização das feições poligonais que representam os setores de risco, bem como a ligação destas a um banco de dados Microsoft Access, organizado a partir de formulários preenchidos em campo. Diversos softwares se prestaram a esta função, tendo sido considerados adequados o MapInfo Professional, SPRING e ArcGis.

Para a produção de relatórios, mapas de localização e detalhamento dos setores de risco, foram usadas as mesmas opções de software citadas. A representação gráfica final das áreas e setores de risco tem sido oferecida às prefeituras nos formatos impresso e digital (PDF e Microsoft Access). Nos primeiros mapeamentos elaborados pelo Instituto Geológico (finalizados em 2005) foi elaborado um módulo computacional visualizador das informações de mapeamento de risco em ambiente GIS (Pressinotti et al. 2007), que recebeu a denominação de “Map-Risco”. Este produto integrou, em um ambiente totalmente georreferenciado, as informações interpretadas - de risco a escorregamento e inundação – a informações cartográficas básicas, produtos de sensoriamento remoto (imagens de satélite Ikonos e fotografias aéreas) e planos de informação cadastral, como mapa de logradouros, dentre outros.

3. EXEMPLOS DE APLICAÇÃO

Dentre os vários municípios mapeados, os três casos expostos a seguir exemplificam as situações, dificuldades e soluções encontradas nos mapeamentos de áreas de risco, do ponto de vista de disponibilidade de bases espaciais, seus formatos e padrões de qualidade e resposta às necessidades de uso.

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3.1. Caso Votorantim

O município de Votorantim, localizado na região de Sorocaba, a oeste da capital paulista, foi objeto dos primeiros mapeamentos de áreas de risco realizados, iniciados em 2004 (IG 2005).

A própria Comissão Municipal de Defesa Civil possuía em acervo um material de muito boa qualidade cartográfica: ortofotos georreferenciadas de toda a área urbana, cada cena cobrindo cerca de 3,5x3,5 km em escala 1:2.000, com aproximadamente 2 anos desde o levantamento, e resolução de pixel de 0,7m. O produto matricial foi cedido em formato gráfico JPEG, com worldfiles, em arquivos de até 50 MB, mas com baixa velocidade no processamento em tela. Não houve, na época, solução para tratamento deste último aspecto, visando melhoria de performance. O software MapInfo Professional foi usado em todas as tarefas de geoprocessamento, impressão de layouts e vetorização de setores de risco.

O conjunto de produtos mostrou-se bastante apropriado aos trabalhos de localização prévia de áreas-alvo, além de delimitação precisa em campo dos setores de risco a escorregamento e inundação, bem como a caracterização do padrão de uso e ocupação do solo e quantificação de moradias dos setores de risco.

A Figura 2 mostra um conjunto de setores de risco em Votorantim, exibidos dentro da aplicação “Map-Risco”. Em virtude da boa resolução espacial das ortofotos utilizadas como base, a visualização em tela na escala 1:1.500 permite a verificação de feições naturais e de uso e ocupação do terreno, incluindo a contagem de moradias em risco. O material vetorial exibido é produto da restituição do próprio aerolevantamento, caracterizando o produto final como de excelente qualidade e aplicabilidade ao mapeamento de risco.

Figura 2. Exemplo de setorização de risco no município de Votorantim (IG 2005), com o uso de fotografias ortorretificadas (Fonte: programa “Map-Risco”, descrito em Pressinotti et al. 2007)

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3.2. Caso Paraibuna

Este município, localizado no Vale do Rio Paraíba do Sul, foi mapeado em 2006 (IG 2006) e se diferenciou dos demais por não contar com nenhum tipo de imageamento georreferenciado para lançamento das informações obtidas nas investigações geológico-geotécnicas.

Os materiais obtidos durante a fase de levantamento foram fotografias tomadas a partir de sobrevôos de helicóptero realizados pela Polícia Militar no ano anterior, após incêndio que atingiu as encostas da região periurbana da cidade. Assim, embora tenham sido obtidas para finalidades diversas das de mapeamento de áreas de risco, foi possível utilizá-las para a delimitação de algumas das áreas e setores de risco (Figura 3), visando a realização de trabalhos de campo, bem como ilustrar o relatório técnico. A distribuição dos setores de risco na área urbana do município pôde ser visualizada, neste caso, sobre um desenho em formato CAD (Figura 4).

Figura 3. Exemplo de setores de risco de uma área próxima ao centro de Paraibuna (IG 2006), com o uso de fotografia aérea obtida em sobrevôo de helicóptero realizado após importante incêndio ocorrido no

entorno da área urbana no ano anterior.

Figura 4. Distribuição das áreas de risco do município de Paraibuna (IG 2006), representadas apenas sobre um desenho CAD.

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3.3. Caso São Luiz do Paraitinga

O mapeamento executado neste município (IG 2008), localizado na bacia do rio Paraíba do Sul, contou com uma situação singular quanto a aspectos de disponibilidade de material, tratamentos e resultados. O material obtido junto à Assessoria de Planejamento da Prefeitura Municipal consistiu de: a) plantas impressas em escala 1:2.500 (da sede do município) e 1:2.000 (do distrito de Catuçaba), sem nenhum outro metadado além da escala gráfica, onde foram assinaladas as áreas-alvo identificadas pela Defesa Civil Municipal; b) duas fotografias aéreas em formato digital, sem nenhum metadado sobre escala de vôo ou georreferenciamento. Apenas informações verbais davam conta de que a aquisição pela Prefeitura havia se dado em 2006, mas era desconhecida a data do levantamento.

Com estas condições, as fotografias aéreas, arquivos em bruto no formato TIFF, com cobertura de cerca de 40 km2 cada, sem nenhum processamento, foram recortadas e registradas com base em pontos de controle extraídos da cartografia existente (Instituto Geográfico e Cartográfico - IGC, 1:10.000) e aferidas com a base georreferenciada “GeoCover” da NASA, um mosaico construído a partir de imagens Landsat 7, ortorretificadas, de 2000, tendo então sido reprojetadas no sistema UTM, datum Córrego Alegre, zona 23. Após o georreferenciamento, a exportação para o formato comprimido ECW foi responsável por uma significativa diminuição no tempo de recomposição da imagem (refresh) em tela, com o uso do programa MapInfo Professional 9.0.

Não obstante, o material resultante prestou-se adequadamente à tarefa de impressão de layouts com as áreas-alvo que, em escalas variando de 1:1.500 a 1:3.000, e tamanho de pixel de 0,8m, mostrou boas condições para delimitação precisa dos setores de risco, bem como para a quantificação de moradias em cada setor.

A Figura 5 ilustra a distribuição de parte dos setores de risco mapeados no centro de São Luiz do Paraitinga e no distrito de Catuçaba, pequena escala. A apresentação dos setores em relatório, agrupados por Área de Risco é feita em escalas maiores, até 1:1.000, onde detalhes são exibidos.

Figura 5. Exemplo de distribuição das áreas e setores de risco em parte do município de São Luiz de

Paraitinga (IG 2006), onde se utilizou fotografia aérea convencional.

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4. DISCUSSÃO

Ao longo de 31 mapeamentos de risco executadas pelo Instituto Geológico, iniciados em 2004, a utilização de bases espaciais nas ações de suporte ao processo de identificação, delimitação de setores de risco e cartografia final, encontrou situações diversas que variaram desde condições próximas do ideal até a quase ausência de condições para a execução dos trabalhos de campo e para produção da cartografia final.

Nos trabalhos executados foram encontradas condições próximas do ideal, como o uso de fotografias aéreas ortorretificadas na Região Metropolitana de São Paulo, cedidas pela SABESP, conforme política existente no estado de São Paulo, que indica o compartilhamento de bases espaciais entre órgãos da administração estadual. Outra condição próxima do ideal ocorreu em municípios do interior do estado, como Votorantim, Baixada Santista e região de Araraquara, que também contavam com aerolevantamentos executados no escopo de projetos regionais ou planos diretores municipais.

Em condição oposta, alguns municípios foram mapeados sem o uso de nenhum tipo de aerolevantamento ou imagem de satélite (como em Paraibuna, Mairinque, Alumínio) ou até com falta de produtos cartográficos básicos, como planialtimetria e mapas de logradouros. Outros problemas foram encontrados até mesmo em bons produtos, incluindo inconsistências nos levantamentos, problemas de ajustes de cenas (como deslocamentos ou “ausência de imageamento”), além de ausência de metadados.

As condições ideais são dadas pelo uso de imagens de alta resolução espacial, como ortofotos com tamanho de pixel em torno de 0,20m ou imagens de satélite com resolução espacial submétrica, apoio de cartografia digital com altimetria, modelos digitais de terreno, sobrevôos de helicóptero e mesmo produtos de tecnologia consideravelmente mais avançada, como perfilagem a laser.

As imagens do satélite Ikonos, com resolução espacial de 1m no produto fusionado entre as bandas RGB + pancromática, podem ser consideradas uma opção de trabalho, muito embora necessitem de controle de campo mais apurado, especialmente no que diz respeito ao levantamento de feições de instabilidade do terreno e à contagem de moradias em risco.

A Figura 6 compara diferentes tipos de imagem de sensoriamento remoto já utilizados para a finalidade em discussão, a saber: Ikono (resolução espacial 1m), WorldView II (resolução espacial de 0,5m) e ortofotos (resoluções espaciais de 0,5 e 0,17m). Nos exemplos há um recorte da porção urbana do município de São Paulo, onde verifica que quanto melhor a resolução mais consistente é a obtenção de feições naturais (como feições de instabilidade do terreno) e de uso e ocupação do solo (como tipo de vegetação e tipo de moradias).

5. CONCLUSÕES

As considerações e exemplos de casos expostas neste trabalho expressam a validade da linha adotada pela otimização de recursos e agilidade operacional em contraposição aos lentos trâmites burocráticos inerentes à aquisição pelo Estado de produtos de sensoriamento remoto. Assim, busca-se a obtenção de bases geoespaciais inicialmente junto aos próprios municípios.

Em nível estadual há um esforço no âmbito das ações do Núcleo de Gestão Integrada de Geoprocessamento da Secretaria do Meio Ambiente do Estado de São Paulo, de incrementar a política de compartilhamento de bases espaciais entre órgãos do governo, o que aumenta as possibilidades de utilização de bases espaciais compatíveis com a necessidade técnica ditada pela metodologia de mapeamentos de risco.

Novos recursos e ferramentas, comerciais ou livres, tendem também a fornecer condições de um mapeamento de áreas de risco mais ágil. Como exemplo, pode-se citar as novas funcionalidades das famílias de software, como ArcGis e MapInfo, capazes de utilizar catálogos de imagens diretamente na aplicação. Outra possibilidade é a plataforma Google Earth, cujo uso do padrão aberto KML, vem crescendo rapidamente na disponibilização e troca de dados geográficos.

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Figura 6. Comparação de diferentes tipos de imagens de satélite e ortofotos, utilizando-se o software MapInfo, com visualização em tela na escala 1:1.000. “A”: Imagem de satélite Ikonos (resolução espacial

1m); “B”: Imagem de satélite WorldView II (resolução espacial de 0,5m); “C”: ortofoto (produto com resolução de 0,5m); “D”: ortofoto (produto com resolução espacial de 0,17m).

A aplicabilidade dos distintos materiais utilizados mostrou-se maior nos casos de produtos de aerolevantamentos com ortorretificação, pelo fato destes terem rigor cartográfico e poderem servir de base para lançamentos de polígonos representando setores de risco a escorregamento e inundação. Alguns produtos de sensoriamento remoto de alta resolução, como imagens de satélites submétricos (dentre os quais WorldView, QuickBird, GeoEye, e outros) possuem uma qualidade comparável às fotografias ortorretificadas.

A qualidade técnica do mapeamento produzido, atestado pela Coordenadoria Estadual de Defesa Civil, mostra que a metodologia geotecnológica oferecida como suporte a estas ações tem se revelado compatível com os objetivos da cartografia geotécnica proposta.

REFERÊNCIAS

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