produto 1. mapas e figuras georreferenciadas...
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Outubro de 2014
Produto 1. Mapas e figuras georreferenciadas contendo cicatrizes de queimadas para as regiões de interesse no Cerrado
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ARTURO EMILIANO MELCHIORI
MAPAS E FIGURAS GEORREFERENCIADOS CONTENDO AS CICATRIZES DE
QUEIMADAS PARA AS REGIÕES DE INTERESSE
Geração de mapas e figuras georreferenciados contendo
as cicatrizes de queimadas para diversas regiões do
Cerrado Brasileiro utilizando uma rotina automática.
Primeira etapa do termo de referência 2014.0701.00015-
0, contrato FUNBIO, desenvolvido no INPE.
São José dos Campos, Outubro de 2014.
De acuerdo: Dr. Alberto W. Setzer
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SUMÁRIO
1. RESUMO EXECUTIVO .................................................................................................................................. 3
2. INTRODUÇÃO ............................................................................................................................................. 3
3. BANCO DE DADOS ...................................................................................................................................... 5
a. Acervo de Imagens ................................................................................................................................. 5
b. Mapas de Cicatrizes de Queimadas e Máscara de Nuvens. ................................................................... 7
4. COMENTÁRIOS FINAIS .............................................................................................................................. 20
5. BIBLIOGRAFÍA ........................................................................................................................................... 21
LISTA DE TABELAS
Tabela 1. Total de imagens para cada órbita ponto, satélite e ano. Landsat 5 TM em amarelo, 7 ETM+ em
verde e 8 OLI/TIRS em azul. ................................................................................................................................ 5
LISTA DE FIGURAS
Figura 1. Órbitas ponto de interesse no contexto do bioma Cerrado. .............................................................. 4
Figura 2. Mapa de queimadas na cena 220/068 de 16/Jun/2000, a partir de 31/May/2000. ........................... 9
Figura 3. Mapa de queimadas na cena 220/068 de 09/Jul/2000, a partir de 23/Jun/2000. ........................... 10
Figura 4. Mapa de queimadas na cena 221/068 de 09/Jul/2000, a partir de 23/Jun/2000. ........................... 11
Figura 5. Mapa de queimadas na cena 221/070 de 09/Jul/2000, a partir de 23/Jun/2000. ........................... 12
Figura 6. Mapa de queimadas na cena 222/065 de 17/Ago/2000, a partir de 01/Ago/2000. ......................... 13
Figura 7. Mapa de queimadas na cena 222/066 de 02/Nov/2000, a partir de 17/Ago/2000. ........................ 14
Figura 8. Mapa de queimadas na cena 222/067 de 30/Jun/2000, a partir de 14/Jun/2000. .......................... 15
Figura 9. Mapa de queimadas na cena 222/069 de 30/Jun/2000, a partir de 14/Jun/2000. .......................... 16
Figura 10. Mapa de queimadas na cena 223/065 de 07/Jul/2000, a partir de 05/Jun/2000. ......................... 17
Figura 11. Mapa de queimadas na cena 223/067 de 07/Jul/2000, a partir de 05/Jun/2000. ......................... 18
Figura 12. Mapa de queimadas na cena 223/068 de 07/Jul/2000, a partir de 05/Jun/2000. ......................... 19
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1. RESUMO EXECUTIVO
O presente documento descreve o primeiro produto do Termo de Referência 2014.0701.00015-0,
contrato FUNBIO, desenvolvido no INPE São José dos Campos, referente ao desenvolvimento de
ferramentas digitais de mapeamento automático de áreas queimadas e mapeamento de cicatrizes
em diversas regiões do Cerrado Brasileiro utilizando imagens de média resolução espacial para o
período 2000-2014.
Mantendo o cronograma do TdR, a ferramenta de processamento digital foi adaptada, foi
gerada uma base de dados das 1.563 imagens de sensoriamento remoto de média resolução
espacial dos satélites Landsat 5/TM, 7/ETM+ e 8/OLI para as 11 órbitas ponto especificadas no
TdR, e foram geradas as cicatrizes de queimadas deste conjunto de imagens.
Os resultados obtidos estão disponíveis no endereço 150.163.25.130 na rede do INPE São
José dos Campos, SP. Devido à quantidade elevada de imagens processadas e dos vários milhões
de polígonos de áreas queimadas gerados, este relatório apresenta apenas um resumo dos
trabalhos realizados. A análise dos dados de área queimada será conduzida nas próximas etapas
deste contrato, conforme o cronograma previsto.
2. INTRODUÇÃO
O Presente relatório refere-se à primeira de três etapas do Termo de Referência
2014.0701.00015-0, contrato FUNBIO, vigente de 11 de Agosto de 2014 a 15 de Dezembro de
2014, cujo objetivo é dar continuidade à produção de dados de área queimada no Cerrado
Brasileiro em imagens de média resolução espacial (30 metros) apoiando os desenvolvimentos
que o INPE está realizando junto ao Projeto FUNBIO-MMA “Prevenção, controle e monitoramento
de queimadas e incêndios florestais no Cerrado e “Projeto Políticas para o Cerrado e
Monitoramento do Bioma” iniciativa Cerrado Sustentável – MMA.
As fases do presente contrato se dividem em: 1) Mapeamento das áreas queimadas de
2000-2014 para 11 cenas TM, ETM+ e OLI; 2) Rotina de mapeamento operativo para outras cenas,
e; 3) Geração de base de dados com dados gerados automaticamente. Relatório sucinto do
trabalho e arquivos vetoriais no banco de dados e publicações.
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Conforme o TdR, apresenta-se a primeira fase do contrato: Mapeamento das áreas
queimadas de 2000-2014 com ênfase nas seguintes regiões do Cerrado, conforme a grade de
imagens Landsat: Jalapão, na órbita ponto 221/067; Cerra Geral do Tocantins na órbita ponto
221/068; Parque Nacional do Araguaia na órbita ponto 223/067 e 068; APA Ilha do Bananal na
órbita ponto 223/066; APA Lago das Palmas na órbita ponto 222/067; APA Lago do Peixe 222/069;
Parque Nacional da Chapada das Mesas na órbita ponto 222/065; a órbita ponto 222/066; APA
Pouse Alto na órbita ponto 221/070; APA Rio Preto e APA Bacia do Rio de Janeiro na órbita ponto
220/068. As órbitas ponto mencionadas são apresentadas no contexto do bioma Cerrado no mapa
da Figura 1.
O mapeamento de área queimada foi realizado com a versão 0.14 de um algoritmo
desenvolvido no INPE São José dos Campos mediante contratação direita em 2013-2014 com a
Deutsche Gesellschaft für Internationale Zusammenarbeit (GIZ) GmbH com o objetivo de obter
automaticamente mapas de queimadas em imagens de média resolução espacial para a região do
PE Jalapão, cena Landsat 221/067 [Melchiori 2014a, Melchiori 2014b, Melchiori 2014c].
Devido à grande quantidade de imagens e datas solicitadas, e tendo em consideração as
posteriores etapas do presente TdR, foi criado um banco de dados com as extensões e
funcionalidades requeridas para o trabalho com dados geográficos. O banco de dados possui
Figura 1. Órbitas ponto de interesse no contexto do bioma Cerrado.
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vários objetivos. Por um lado, manter um registro ordenado das imagens disponíveis para
processamento e, por outro servir como meio de armazenamento para os produtos vetoriais
gerados com as rotinas de processamento e também servir como vínculo com tecnologias de
“webmapping” para disponibilizar os dados geográficos na Internet. O banco de dados com
extensão geográfica é o meio mais adequado para manter organizada uma grande quantidade de
dados espaciais disponíveis para consultas por diferentes meios como SIG ou tecnologias de
mapeamento em Internet.
3. BANCO DE DADOS
O banco de dados PostgreSQL com extensão geográfica PostGIS denominado
“processamento_imagens” criado está dividido em duas partes principais: o de Acervo de
Imagens, e o do armazenamento dos produtos gerados com os Mapas de Cicatrizes de Queimadas
e Máscara de Nuvens.
a. Acervo de Imagens
O Acervo de Imagens é constituído por todas as imagens que foram descarregadas do
acervo da USGS [USGS a] para cumprir os requerimentos do atual TdR. Os conteúdos do Acervo de
Imagens gerado são resumidos na seguinte Tabela 1 em termos de quantidade de imagens
correspondentes a cada órbita ponto, ano e satélite.
ANO
Órbita/Ponto 00 01 02 03 04 05 06 07 08 09 10 11 12 13 14 Total Geral
220/068 10 17 2 7 16 14 10 13 15 8 11 7 12 12 7 161
221/067 9 6 1 5 4 12 10 10 10 8 12 4 15 12 9 127
221/068 9 12 1 6 14 12 10 12 12 11 11 6 14 12 9 151
221/070 9 12 5 6 12 12 9 12 12 5 11 9 14 11 7 146
222/065 8 9 2 5 12 12 7 8 14 10 11 5 10 9 6 128
222/066 9 11 1 8 13 15 2 11 14 11 10 8 13 12 5 143
222/067 9 11 1 7 13 14 1 10 14 15 13 9 13 13 4 147
222/069 10 12 4 8 15 15 1 12 13 17 13 10 15 11 6 162
223/066 11 9 4 1 13 7 11 12 11 10 8 11 8 5 121
223/067 9 9 6 8 10 9 13 9 11 9 6 13 10 7 129
223/068 10 12 4 5 11 11 6 12 14 13 9 9 15 10 7 148
Subtotal 103 120 21 67 119 140 72 124 139 120 120 81 145 120 72 1563
Tabela 1. Total de imagens para cada órbita ponto, satélite e ano. Landsat 5 TM em amarelo, 7 ETM+ em verde e 8 OLI/TIRS em azul.
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No banco de dados, a tabela “acervo_landsat”, foi criada para manter um registro de todas
as imagens disponíveis para processamento. A tabela possui as seguintes colunas de dados
disponíveis para consultas:
satelite
ano
julianday
orbita_ponto
nome_arquivo
contador
data_pas
A coluna “satelite” se refere à missão da serie Landsat: 5/TM, 7/ETM+ e 8/OLI-TIRS. As 3
missões são necessárias para completar o período de dados requerido pelo TdR. O satélite Landsat
5/TM operou desde o ano 1984 até o ano 2013 [USGS b], o satélite Landsat 7/ETM+ desde 1999
mas com problemas na geração de imagens a partir de 2003 [USGS c], e o satélite Landsat 8/OLI-
TIRS em órbita a partir do ano 2013 [USGS d]. A coluna “ano” corresponde ao ano de aquisição da
imagem, “julian_day” ao dia do ano (0-365), “orbita_ponto” à cena do satélite Landsat
correspondente, “nome_arquivo” é o nome do arquivo descarregado do acervo da USGS,
“contador” é o índice da imagem dentro da série completa e finalmente “data_pas” é a data da
aquisição da imagem.
As imagens descarregadas são mantidas em formato comprimido tar.gz resguardando os
conteúdos originais que foram descarregados do acervo da USGS.
A restrição quanto ao limite aceitável de cobertura de nuvens nas imagens utilizadas foi de
70% de cobertura, já que foi utilizado um algoritmo para geração de máscara de nuvens
[Melchiori, 2014c]. A máscara de nuvens tem como objetivo diminuir os erros de comissão
ocasionados pelas nuvens e suas sombras. É preciso mencionar que o algoritmo de nuvens foi
desenvolvido para uma região particular, correspondente ao PE Jalapão, cena Landsat 221/067 e
podem ser necessários ajustes na metodologia para obter resultados semelhantes em outras
regiões com diferentes características de cobertura ou geográficas.
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A totalidade dos arquivos do acervo é mantida na máquina jacycaquaa, no endereço
150.163.25.130 na rede do INPE São José dos Campos. A estrutura de diretórios criada para o
armazenamento dos dados no acervo é a seguinte.
/dados/Landsat/L2
.../5 (missão)
.../2000 (ano)
.../220_068 (órbita ponto)
.../arquivos .tar.gz
.../221_067
.../2001
...
.../2011
.../7
.../2012
.../8
.../2013
.../2014
Os diretórios 5, 7, e 8 contém as imagens correspondentes às diferentes missões do
satélite Landsat, e que completam o período de datas determinado no TdR. Do ano 2000 até 2011
as imagens correspondem ao satélite Landsat 5/TM; no ano 2012 ao satélite Landsat 7/ETM+ e
para os anos 2013 e 2014 as imagens correspondem ao satélite Landsat 8/OLI-TIRS.
b. Mapas de Cicatrizes de Queimadas e Máscara de Nuvens.
O banco de dados de Mapas de Cicatrizes de Queimadas e Máscara de Nuvens foi criado
com o objetivo de armazenar e disponibilizar os resultados obtidos do processamento das imagens
a diferentes médios mediante consultas específicas utilizando uma conexão ao banco de dados
geográfico. As tabelas “area_queimada” e “mascara_nuvens” no banco de dados
“processamento_imagens” possuem as seguintes colunas de dados:
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nome_arquivo
data_pas
area_ha
perim_m
contador
versao
the_geom
Cada polígono gerado pelo algoritmo automático corresponde a uma linha na tabela no
banco de dados. A coluna “nome_arquivo” se refere ao nome do arquivo que foi processado. O
nome corresponde ao que foi descarregado do acervo da USGS. A coluna “data_pas” se refere à
data da aquisição da imagem. A coluna “area_ha” corresponde à área do polígono em hectares,
“perim_m” é o perímetro do polígono em metros, “versao” é a versão do algoritmo utilizado na
geração dos produtos e, finalmente, “the_geom” é o objeto geográfico per se.
Os resultados do processamento com a versão atual do algoritmo de queimadas também
são armazenados no diretório /dados/Landsat/L3 na máquina Jacycaquaa no endereço
150.163.25.130, em formato de imagem e vetorial. A estrutura de diretórios para armazenar os
arquivos de saída do processamento é a seguinte:
/dados/Landsat/L3
.../5 (satélite)
.../2000 (ano)
.../220_068 (órbita ponto)
.../arquivos raster e vetoriais
.../221_067
.../2001
.../2011
.../7
.../2012
.../8
.../2013
.../2014
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Devido à grande quantidade de imagens processadas, 1.563, e de polígonos de queimadas
obtidos a partir do processamento, resulta pouco prático colocar a totalidade dos mapas de
queimadas no presente relatório. Como exemplo, são apresentadas nas figuras a seguir, exemplos
dos resultados obtidos do processamento correspondentes a cada uma das orbitas ponto do
presente TdR. O ano 2000 foi tomado como ponto de inicio para conhecer o estado inicial das
regiões de interesse. Nestas figuras, as áreas queimadas estão representadas pelos polígonos de
cor vermelha ou preta no caso de serem muito pequenos e não ser possível adicionar a cor
vermelha em seu interior.
.
Imagem Landsat 5/TM composição de bandas 5-4-3
Figura 2. Mapa de queimadas na cena 220/068 de 16/Jun/2000, a partir de 31/May/2000.
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Imagem Landsat 5/TM composição de bandas 5-4-3
Figura 3. Mapa de queimadas na cena 220/068 de 09/Jul/2000, a partir de 23/Jun/2000.
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Imagem Landsat 5/TM composição de bandas 5-4-3
Figura 4. Mapa de queimadas na cena 221/068 de 09/Jul/2000, a partir de 23/Jun/2000.
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Figura 5. Mapa de queimadas na cena 221/070 de 09/Jul/2000, a partir de 23/Jun/2000.
Imagem Landsat 5/TM composição de bandas 5-4-3
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Figura 6. Mapa de queimadas na cena 222/065 de 17/Ago/2000, a partir de 01/Ago/2000.
Imagem Landsat 5/TM composição de bandas 5-4-3
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Figura 7. Mapa de queimadas na cena 222/066 de 02/Nov/2000, a partir de 17/Ago/2000.
Imagem Landsat 5/TM composição de bandas 5-4-3
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Imagem Landsat 5/TM composição de bandas 5-4-3
Figura 8. Mapa de queimadas na cena 222/067 de 30/Jun/2000, a partir de 14/Jun/2000.
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Imagem Landsat 5/TM composição de bandas 5-4-3
Figura 9. Mapa de queimadas na cena 222/069 de 30/Jun/2000, a partir de 14/Jun/2000.
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Figura 10. Mapa de queimadas na cena 223/065 de 07/Jul/2000, a partir de 05/Jun/2000.
Imagem Landsat 5/TM composição de bandas 5-4-3
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Imagem Landsat 5/TM composição de bandas 5-4-3
Figura 11. Mapa de queimadas na cena 223/067 de 07/Jul/2000, a partir de 05/Jun/2000.
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Imagem Landsat 5/TM composição de bandas 5-4-3
Figura 12. Mapa de queimadas na cena 223/068 de 07/Jul/2000, a partir de 05/Jun/2000.
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4. COMENTÁRIOS FINAIS
Os resultados obtidos ainda precisam de uma auditoria rigorosa para avaliar a efetividade da
metodologia automática utilizada nas cenas Landsat processadas. Os diversos tipos de cobertura
presentes nas cenas analisadas representam um desafio importante para o mapeamento de
queimadas já que as respostas espectrais dos diferentes alvos presentes apresentam uma elevada
variabilidade, dificultando as tarefas de identificação.
Existe uma dificuldade para filtrar as áreas agrícolas das imagens, especialmente no
momento da colheita dos cultivos, quando existe uma variação abrupta da resposta espectral. A
geração de uma máscara de áreas agrícolas apresenta uma solução para esta grande fonte de
erros de comissão nas datas de colheita dos cultivos considerando que a mecanização das
atividades agrícolas de larga escala não costuma utilizar o fogo como ferramenta de limpeza. O
fogo geralmente é associado a tarefas de desmatamento, pequenas plantações, e regeneração dos
campos para pastagem, onde concentram-se principalmente as frações de vegetação nativa
[Troncoso, 2014].
Resultados mais conclusivos são esperados para as seguintes etapas do TdR. É preciso
desenhar as consultas na base de dados dos produtos para se obter valores específicos de área
queimada nas cenas solicitadas e desenhar um sistema de geração de mapas na Internet para a
livre disponibilização dos resultados obtidos.
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5. BIBLIOGRAFÍA
Melchiori, A.E. Algoritmo digital automático para estimar áreas queimadas em imagens de média
resolução da região do Jalapão. Relatório de Atividades GIZ. Janeiro 2014.
Melchiori, A.E. Algoritmo digital automático para estimar áreas queimadas em imagens de média
resolução da região do Jalapão. Relatório de Atividades GIZ. Abril 2014.
Melchiori, A.E. Aperfeiçoamento do algoritmo digital automático para estimar áreas queimadas
em imagens de média resolução da região do Jalapão. Relatório de atividades GIZ. Agosto 2014.
Troncoso, R. Análise sobre a dinâmica dos desmatamentos e dos incêndios florestais no bioma
Cerrado. TR 29/04/2013 MMA/Banco Mundial. Abril 2014
USGS a) http://earthexplorer.usgs.gov
USGS b) http://landsat.usgs.gov/about_landsat5.php
USGS c) http://landsat.usgs.gov/about_landsat7.php
USGS d) http://landsat.usgs.gov/about_ldcm.php