Naiara Gonçalves de Sousa
Tecnóloga em Agrimensura e Pós Graduada em Geoprocessamento
naigs19@gmail.com
- Introdução
O meio ambiente e sua preservação tem sido um assunto bastante debatido. Diante da necessidade de políticas mais contundentes no que tange a defesa ambiental, em 1965 foi instituído no Brasil o Código Florestal -posteriormente substituído pelo Código Florestal de 2012- e o conceito de Áreas de Preservação Permanente (APPs). Diante disso, o indivíduo que infringir o que é proposto em lei está sujeito a ser punido com prisão ou é obrigado a pagar multa conforme seu delito. Tal fato torna-se relevante, pois o presente trabalho trata de uma área amplamente devastada por rompimento de barragem clandestina na cidade de Pontalina, Goiás, Brasil e o levantamento aerofotogramétrico com RPAS, auxiliaram na mensuração da área prejudicada, que incluía cerca de 10,70 hectares de vegetação em Área de Preservação Permanente e 1,18 hectares de vegetação nativa. A aquisição das fotografias da região acometida pela devastação ocorreu com imagens via satélite e também com o Drone Phantom4 Advanced. Posteriormente, comparando-se os produtos obtidos houve tomada de decisão mais precisa para este caso, que resultou em multa de R$ 275.600,00 (Duzentos e Setenta e Cinco mil e Seiscentos Reais) para o infrator visto que o cálculo da multa é feito de acordo com a quantidade de hectares que sofreram danos. (CASA CIVIL, 2012).
O não cumprimento da lei, além de prejuízos financeiros, pode causar danos irreversíveis à fauna e flora da região atingida por devastações, pois, quando íntegra, a vegetação pode evitar erosão do solo, diminuir riscos de enchentes e deslizamentos de terra, proteger várzeas e restingas, abrigar exemplares ameaçados de extinção, entre outros. Dessa forma, a negligência e imperícia na gestão do meio ambiente causam danos que atingem toda a população não só de determinada microrregião, mas também em grandes escalas. A fiscalização e repreensão dos atos ilícitos é a melhor solução para o referido problema, já que os desejos pessoais vêm sendo colocados em destaque diante do bem coletivo, o que é totalmente recriminável. (CASA CIVIL , 2012)
Assim sendo, as novas tecnologias são e serão grandes aliadas no combate, mensuração e reparo dos danos causados pelos atos humanos indesejados principalmente no que tange a aplicação da lei para quem for autuado. O principal objetivo deste trabalho é comparar as imagens provenientes de satélite e fotografias de aerolevantamento com drone para constatar qual é o método de medição com maior acurácia para mensurar uma área devastada. Os métodos empregados também podem ser usados para outros fins, já que são comprovadamente eficazes.
Em consonância com este trabalho, há, recentemente, publicações de respeitadas Universidades brasileiras como a Universidade Federal de Goiás (UFG), Universidade Federal de Minas Gerais (UFMG) e Universidade Estadual de Goiás (UEG) que através de inúmeras pesquisas de mestres e doutores no assunto a exemplo de Leomar Rufino Alves Júnior, Gustavo Ferreira Simões, entre outros provam a praticidade e confiabilidade dos aerolevantamentos em comparação com as imagens obtidas via satélite, uma vez que na utilização das RPAS existe uma maior riqueza de detalhes e menor distorção dos ortomosaicos. Isso se deve, principalmente, pelo fato de a unidade de medição na imagem obtida por drone ter em cada pixel de imagem uma medida em centímetros (cm) em contraposição das imagens via satélite que são apresentadas em metros (m).
A literatura sobre aerolevantamentos é ainda um assunto em crescimento, mas bastante promissor. Grande parte dos ensaios publicados utilizam as técnicas notórias: planejamento prévio de sobrevoo, utilização de pontos de controle, captação de imagens, confecção de ortomosaico e interpretação dos resultados obtidos. De posse dos resultados, o operador ou autoridade competente pode tê-los como principal ferramenta na tomada de decisão. Além disso, as RPAS garantem mais segurança para o indivíduo que está estudando áreas de risco, adversas ou de difícil acesso, por exemplo.
Esta pesquisa está estruturada em cinco seções. Além dessa introdução, a seção 2, o referencial teórico, apresenta o cenário do meio ambiente no Brasil, bem como conceitos e definições sobre geoprocessamento, processamento digital de imagens e sensoriamento remoto. A seção 3 apresenta a metodologia da pesquisa, incluindo a representação cartográfica da área de estudo e destacando as ferramentas, softwares e procedimentos utilizados na pesquisa. Os resultados são apresentados na seção 4, sendo a conclusão apresentada na seção 5.
- O cenário do meio ambiente no Brasil
O Brasil é o país que apresenta a maior biodiversidade do planeta. Existem cerca de 116 mil espécies animais e 46 mil espécies vegetais registradas atualmente. Diante disso, as questões ambientais estão cada vez mais evidentes visto que, embora abundantes, a fauna e flora são constantemente ameaçadas pela má gestão humana no meio ambiente. (Ministério do Meio Ambiente, 2021)
Com a expansão das atividades extrativistas e agropastoris, os processos de exploração indevida do solo, dos recursos hídricos e das matas nativas têm se tornado mais frequentes e atualmente vêm demandando uma maior fiscalização e controle pelo Estado e suas autoridades competentes a fim de impelir tais atos predatórios. (DOS SANTOS, 2001)
A partir desta observação, houve a necessidade da criação de conceitos jurídicos através do Direito Ambiental que foram materializados no capítulo II do Código Florestal, Lei n.12.651, de 25 de maio de 2012 para delimitar certas áreas de preservação, as chamadas Áreas de Preservação Permanente (APPs), as quais não podem ser exploradas plenamente (CASA CIVIL , 2012). Embora a lei exista e esteja em vigor, muitos ainda insistem em não seguir o que é recomendado, por falta de conhecimento ou por má fé.
Os atos que estão em desacordo com a lei são considerados contravenções penais e podem ser passíveis de detenção ou aplicação de multas a depender da infração. Diante do cenário atual, as novas tecnologias de mapeamento, processamento digital de imagens e sensoriamento remoto vêm ajudar cada vez mais na aplicação das punições cabíveis e responsabilização dos infratores através de imagens aéreas comparativas de áreas antes e depois de devastações provocadas por atividade humana. (CASA CIVIL , 2012).
2.1. O Geoprocessamento na área do meio ambiente
Os Sistemas de Informações Geográficas (SIG’S) são sistemas dotados de mecanismos para processar dados georreferenciados com o objetivo de obter informações acerca de determinada localidade e servem como um importante suporte na tomada de decisão. Segundo Star & Estes (1990), os SIG’s apresentam a integração de dados espaciais adquiridos ao longo do tempo em momentos diferentes, e em diferentes escalas e formatos e proporcionam o desenvolvimento de quatro atividades: Medição, Mapeamento, Monitoramento e Modelagem.
Os dados podem ser representados em formato matricial (ou raster), no qual o espaço é dividido em células de tamanho fixo (pixels), o que configura uma matriz; ou no formato vetorial, em que o espaço geográfico é representado de forma contínua. A área registrada por um “pixel”, numa representação matricial, determina sua resolução. Cada “pixel” é referenciado por coordenadas relativas à linha e à coluna da matriz (tendo em vista sua origem), e contam com um valor numérico referente ao terreno mapeado. No formato vetorial, busca-se uma representação mais exata das entidades geográficas, consistindo normalmente de listas de coordenadas geográficas que demarcam regiões ou descrevem redes. (JACINTHO,2003)
A Fotogrametria, com os avanços das tecnologias, tem sido uma grande aliada no campo das ciências cartográficas, pois com o auxílio do sistema inercial e do sistema posicionamento por satélite, há a possibilidade de realizar processos fotogramétricos em ambiente computacional e este desenvolvimento garante vantagens devidamente reconhecidas em relação aos processos elaborados em meio analógico. Através da fotogrametria é possível, portanto, a criação de ortofotografias, e posteriormente dos ortomosaicos que consistem na junção automática de fotografias para a geração de um mosaico que representará a área de interesse. Tudo isto praticamente sem grandes intervenções humanas. (ALVES JÚNIOR,2015)
O Processamento Digital de Imagem (PDI) é o processo que facilita a retirada de informações presentes em uma imagem. Há o pré-processamento, que prepara a imagem do ponto de vista geométrico, radiométrico e diminui os efeitos atmosféricos. Já os métodos de processamento levarão em conta o comportamento espectral ou textural do terreno/superfície de estudo ou fenômeno (BRITO et al, 2007).
Diante disso, os aerolevantamentos utilizando RPAS são grandes aliados porque estão associados à agilidade na captação de imagens, monitoramento da área com maior eficácia em um curto período de tempo e captura de imagens georreferenciadas.
2.2. Processamento digital de imagens e sensoriamento remoto
De acordo com Nogueira et al. (1996),” o sensoriamento remoto é baseado nas medidas de radiação eletromagnética refletida ou emitida pelas superfícies”. Dessa forma, a interpretação pelo sensoriamento remoto de superfícies vegetadas é bastante complexa pois depende de diversos fatores para sua execução como, por exemplo, a elevação solar, direção de apontamento do sensor e parâmetros biofísicos como teor de umidade, estágio de desenvolvimento e taxa de fotossíntese, entre outros.
Já os ortomosaicos têm sua geração de forma automática. Eles são resultado da junção das fotografias ortorretificadas em uma única imagem, com a qual é possível realizar medições de distância, área, perímetro. Uma condição básica para o processo de confecção do mosaico é a realização da busca de pontos homólogos entre duas ou mais imagens sobrepostas entre si, da mesma forma, para que não ocorra descontinuidade entre as cores é realizada a correção radiométrica delas.
Após a coleta de imagens, o operador deve importá-las e também os dados do voo no que tange altitude da câmera e a posição e as coordenadas 3D dos pontos de controle, se houver, com sua posição em cada foto (Alves Júnior,2015). Posteriormente, é necessário fazer o alinhamento das fotografias, processo em que os pontos em comum são utilizados para orientação, gerando uma nuvem de pontos esparsa. A partir destas, uma nuvem de pontos densa é gerada, baseando-se na posição relativa da câmera. Então, é criado o modelo tridimensional que origina uma malha de polígonos com o uso de algoritmos de triangulação e assim criar o ortomosaico. (CAMPITELI, 2016)
A imagem com captação através de drone na ortofoto em questão apresenta 4 cm, sendo assim, cada pixel da imagem tem 4cm, o que permite a obtenção de maiores detalhes e reduz a margem de erro na medição. Já a imagem do satélite Sentinel-2A tem resolução espacial de 10 m, propiciando um maior erro na hora de medir e causa grandes distorções no momento de manusear os modelos produzidos.
As técnicas empregadas estão notadamente em crescente uso por parte dos pesquisadores da área do meio ambiente. Em artigo publicado no ano de 2021 na Brazilian Applied Science Review o pesquisador Rafael Veloso Moura, sob orientação de Leomar Rufino Alves Júnior, utilizou Drone como ferramenta para a realização dos aerolevantamentos e processamento digital das aerofotografias, auxiliando a confecção do ortomosaico e do melhor estudo das curvas de níveis de um terreno acometido por voçoroca na cidade de Anápolis, Goiás, Brasil. Além disso, Leomar Rufino, através de sua dissertação de mestrado intitulada “ANÁLISE DE PRODUTOS CARTOGRÁFICOS OBTIDOS COM CÂMERA DIGITAL NÃO MÉTRICA ACOPLADA A UM VEÍCULO AÉREO NÃO TRIPULADO EM ÁREAS URBANAS E RURAIS NO ESTADO DE GOIÁS” comprova a eficácia deste método dentro de determinadas circunstâncias específicas que precisam ser observadas para o sucesso do aerolevantamento.
No artigo publicado para o IX Congresso Brasileiro de Geotecnia Ambiental (REGEO 2019) e o VIII Congresso Brasileiro de Geossintéticos (Geossintéticos 2019), o estudante de mestrado Caio César de Sousa Mello sob orientação de Gustavo Ferreira Simões (UFMG) comprovou a acurácia da técnica de aerofotogramétrica com VANT também com o propósito de quantificação volumétrica de resíduos sólidos presentes em aterro sanitário, sendo uma alternativa favorável aos métodos convencionais de topografia.
Sendo assim, as pesquisas já realizadas e o presente trabalho estão em consonância no emprego das técnicas visto que a utilização de RPAS em campo, embora recente, é bastante promissora e prática.
3. Metodologia
Este trabalho apresenta um estudo de caso, onde são apresentados produtos cartográficos e suas respectivas análises do dano ambiental referente a barragem rompida no dia 04 de janeiro de 2020 na cidade de Pontalina, Goiás, Brasil na área de gestão do meio ambiente, utilizando técnicas de processamento digital de imagens e sensoriamento remoto com o intuito de comparar o melhor método para calcular a área afetada por este evento adversos. As análises foram possíveis através de dois métodos: por imagem de satélite e por ortomosaico.
Para retratar os danos ocasionados pelo colapso do barramento por imagens de satélite foi utilizado o satélite Sentinel-2A foi o primeiro satélite óptico da série a ser operado pela Agência Espacial Europeia (ESA- European Space Agency) que leva a bordo um sensor multiespectral MSI com 13 bandas espectrais, com resolução espacial de 10m para as bandas do visível, 20m para o infravermelho e 60m para as bandas de correção atmosférica. Além disso, apresenta órbita: circular, descendente, heliossíncrona, com 98.5623° de inclinação, período de 98.46 minutos e altitude de 786 Km. Dessa forma, ele é utilizado para coleta de dados para o monitoramento da agricultura, florestas, zonas costeiras, águas interiores, desastres naturais e uso e ocupação das terras.
Figura 1: Sensibilidade Espectral do Satélite Sentinel-2A
As imagens foram adquiridas através do site da United States Geological Survey (USGS) de forma gratuita. Embora o rompimento da barragem tenha acontecido em janeiro a aquisição das imagens via satélite só foi possível no mês de março devido ao mal tempo e presença de nuvens que impediam a visualização do terreno.
Para mensurar o dano ambiental através de RPAS foram realizados quatro voos com a aeronave Phantom 4 Advanced , o qual possui sensor de “leitura das bandas do visível” RGB(bandas as quais possibilitam visualizar na imagem os pontos de interesse), sistema duplo de orientação via satélite, GPS e GLONASS e uma câmera com sensor de 1 polegada e 20 MP. No geral, a bateria deste dispositivo dura cerca de 30 minutos.
Antes da execução do sobrevoo foi realizado o planejamento prévio. Para isso foi utilizado o aplicativo gratuito Dronedeploy, com os seguintes parâmetros de voo: Altura de voo: 120 metros; Sobreposição frontal (Front Overlap): 75%; Sobreposição lateral (Side Overlap): 65%; Direção de voo (Flight Direction): 168°; Velocidade de cruzeiro (mapping flight speed): 12m/s.
Após o planejamento de voo, em campo, foram realizados quatro sobrevoos ao longo de 5 quilômetros do Córrego Jataí e do Córrego Mateiro, com autorização da ANAC. Durante os sobrevoos foram obtidas 828 imagens com resolução espacial (GSD) de 4,0 cm por pixel. De posse das fotografias foi realizado o processamento digital das imagens, obtendo-se o ortomosaico – que é o produto obtido pela união das fotografias em um único arquivo. As fotografias capturadas pelo drone foram registradas inicialmente no sistema de referência WGS84, e processadas no mesmo sistema.
A interpretação e vetorização da área degradada no ortomosaico foi realizada no QGIS, programa gratuito em sua versão 3.2, com a finalidade de vetorização do dano ambiental, comparando com imagens de satélite anteriores e posteriores ao rompimento do barramento.
3.1. Área de estudo
A área estudada encontra-se no município de Pontalina, Goiás, Brasil. Com cerca de 18 mil habitantes e densidade demográfica de 11,91 habitantes por quilômetro quadrado, ela é uma cidade de características interioranas e apresenta uma quantidade razoável de fazendas circundando-a. A barragem clandestina que se rompeu estava localizada em uma fazenda às margens da GO-215(IBGE, 2021). A região hidrográfica atingida está entre os córregos Jataí e Mateiro conforme Figura 2. O fato ocorreu no dia 04 de janeiro de 2020 e foi constatado que, após o rompimento do barramento, houve dano ambiental à jusante em regiões dentro e fora de APPs. Desta forma, dois métodos -aerofotogramétrico e orbital- foram escolhidos como forma de comparação para analisar a extensão da devastação e, assim, aplicar o melhor método para calcular a área degradada e aplicar o auto de infração da forma mais coerente e proporcional ao delito.
Os dados aerofotogramétricos foram obtidos a partir de 4 voos com a aeronave Phantom 4 Advanced, que apresenta sistema duplo de orientação via satélite, GPS e GLONASS, além de uma câmera com sensor de 1 polegada e 20 MP e processados no software de processamento PIX4DMAPPER gerando como produto cartográfico um ortomosaico para posteriormente ser utilizado no software QGIS a fim de apresentar a vetorização da área acometida pelo rompimento da barragem em área de vegetação nativa e em APP.
Já os dados orbitais foram obtidos no site da United States Geological Survey (USGS) de forma gratuita (https://earthexplorer.usgs.gov/) através de imagens do satélite Sentinel-2A que foi escolhido pela sua resolução espacial de 10 m. Por apresentar um clima tropical semiúmido, o estado de Goiás tem duas estações bem definidas: inverno seco e verão chuvoso. O rompimento da barragem aconteceu no mês de janeiro devido à alta pluviosidade da temporada chuvosa que ocorre de outubro a abril, o que também prejudicou a captação das imagens via satélite pela presença de diversas nuvens. Sendo assim, as imagens obtidas por este método puderam ser captadas apenas no mês de março. Embora houvesse possibilidade de utilização de outros satélites a resolução espacial deles não atendia às demandas necessárias para mensurar a área desejada podendo influenciar negativamente a análise e por isso descartou-se essa possibilidade. (MENDONÇA, 2007)
Com o ortomosaico e as imagens de satélite prontos ambos foram importados para o software QGIS, onde foi realizado a vetorização da área.
3.2. Etapas da Pesquisa
O experimento foi desenvolvido em quatro etapas, elaboradas em um conjunto de passos, sintetizados na figura 3 e 4 e detalhadas em seguida.
Na etapa 1, pré-processamento, são realizados os passos A, B e C.
- Escolha da área;
- Plano de voo;
- Aerolevantamento;
Na etapa 2, processamento digital da imagem, são realizados os passos D, F e G, explorando as potencialidades das imagens digitais (imagens orbitais) através do uso de técnicas de PDI.
- Nuvem densa;
- Modelo digital do terreno;
- Ortomosaico;
Na etapa 3, sensoriamento remoto, são extraídas informações qualitativas das Imagens obtidas por RPAS. Para isto, sendo realizado o seguinte passo:
- Importação do produto cartográfico ortomosaico para o software livre QGIS versão 3.2 para identificar o rompimento da barragem
Na etapa 4, foi realizada a vetorização da área atingida tanto na APP quanto na área de vegetação nativa, respeitando a legislação vigente de 100 (cem) metros, para os cursos d’água que tenham de 50 (cinquenta) a 200 (duzentos) metros de largura (CASA CIVIL , 2012).
Figura 4: Fluxograma metodológico com imagem de satélite
Na etapa 1, pré-processamento, são realizados os passos A e B.
- Escolha do satélite;
- Aquisição da imagem através do download da imagem do Sentinel-2A no site United States Geological Survey (USGS);
Na etapa 2, processamento digital da imagem, são realizados os passos D, F e G, explorando as potencialidades das imagens digitais (imagens orbitais) através do uso de técnicas de PDI.
- Importação da imagem para o QGIS;
- Correção atmosférica;
- Empilhamento das bandas espectrais 4(R), 3(G), 2(B) e recorte da imagem na área de interesse, que está localizada em Pontalina, Goiás, Brasil;
Na etapa 3, sensoriamento remoto, são extraídas informações qualitativas das Imagens Orbitais. Para isto, sendo realizada a identificação da área;
Na etapa 4, é realizada a elaboração de produtos cartográficos. E por fim a vetorização da área degradada na imagem com resolução espacial de 10 metros
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4. Resultados e análises
As imagens via satélite são amplamente utilizadas para fins tanto financeiros como ambientais. Os bancos, por exemplo, utilizam deste recurso em lavouras para acionamento ou não de seguro. Há também como diagnosticar queimadas e monitorar florestas através do método orbital. Porém, para áreas menores e que necessitam de maior detalhamento este método se mostra falho e pode sofrer muita distorção.
Sendo assim, no presente estudo, a resolução espacial de 4 cm do ortomosaico possibilitou maior detalhamento na imagem, reduzindo a margem de erro e garantindo uma maior assertividade na tomada de decisão e também sendo mais fidedigna porque foi captada no dia em que ocorreu o rompimento da barragem. Diante do exposto, a imagem de satélite neste caso específico, por ter resolução de 10 m, não proporcionaria dados fiéis na mensuração da área devastada o que não possibilitou a vetorização.
Além disso, como a órbita do satélite tem altitude de 786 quilômetros, as imagens são obtidas acima das nuvens podendo ser influenciadas por situações climáticas, que neste caso, devido a chuva, inviabilizaram a obtenção de imagens satisfatórias para a visualização da área de vetorização. A aquisição de imagens ocorreu apenas dois meses após a devastação, o que propicia uma maior porcentagem de erro por não ser possível uma visualização exata da cicatriz do rompimento.
Desta forma, a utilização do ortomosaico é mais coerente para vetorização e cálculo da área degradada pelo rompimento por se tratar de um método que dá maior detalhes e permite maior margem de acerto na aplicação da punição ao infrator, além de minimizar as chances de recurso por parte do autuado por apresentar menor probabilidade de equívoco.
De posse do mosaico foi realizado a interpretação da área no QGIS, vetorização do dano ambiental, comparando imagens anteriores e posteriores ao rompimento do barramento. A carta imagem é apresentada abaixo, na figura 5.
Com os produtos cartográficos em mãos foi possível comparar e verificar que a partir do ortomosaico com drone a resolução de 4 cm e a obtenção das fotografias no mesmo dia do rompimento da barragem possibilitou maior assertividade quanto a identificação da área por ser nítida a marca da cicatriz na área de vetorização do dano ambiental. Já na imagem de satélite, a resolução da imagem decaiu consideravelmente para 10 m e a obtenção das imagens do local aconteceu dois meses após o colapso da barragem devido a uma grande concentração de nuvens no período em questão na região.
Por se tratar de uma área pequena para análise, a imagem de satélite, com sua resolução espacial de 10 m, prejudicou a vetorização do dano ambiental, devido a resolução ter baixa qualidade para a mensuração da referida área. Assim, a aplicação do auto de infração com maior assertividade e em tempo real foi possível através do RPAS.
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5. Conclusão
Desta forma, diante do exposto anteriormente, é correto afirmar que atualmente o aerolevantamento de fotografias com a finalidade de diagnosticar áreas prejudicadas por ação antrópica ou por má gestão do meio ambiente é um método eficaz e rápido no auxílio de tomada de decisão pois existe maior assertividade na mensuração para quantificar os danos causados utilizando ortomosaico do que imagem de satélite, devido a resolução espacial que cada imagem produz, o que torna as imagens menos distorcidas e ortomosaicos mais confiáveis para fins de fiscalização e aplicação de punições cabíveis aos autuados.
Sendo assim, este trabalho serve como um guia para aqueles que pretendem utilizar das mesmas metodologias e métodos para mensurar áreas não só de devastações, mas também áreas em que tenham outros interesses de estudo. Há, da mesma forma, a possibilidade da utilização de RPAS por parte dos órgãos competentes para a fiscalização de atividades ilegais com foco na prevenção de catástrofes e não apenas em seus reparos bem como no monitoramento de regiões protegidas para evitar ações humanas indevidas.
Este estudo apresenta como aspecto vantajoso o fator tempo pois, a depender da extensão da área de interesse, com poucos sobrevoos consegue fotografar e proporcionar a confecção, com ajuda de softwares, de ortomosaicos prontos para serem estudados. As desvantagens podem ser inúmeras caso este processo seja realizado por pessoa não competente, podendo trazer distorção de imagem e até mesmo dano e perda do equipamento. O alto custo do material também pode se enquadrar como um aspecto limitador do experimento, uma vez que é necessário grande investimento financeiro para aquisição de bons equipamentos.
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