mapeamento-apostila-5 - Instituto de Estudos Pecuários

Transcrição

Multidisciplinar
Mapeamento do uso do solo
para manejo de propriedades rurais
Allan Arnesen
Frederico T. Genofre
Marcelo Pedroso Curtarelli
C A P Í T U L O
5
Aplicativos utilizados e exemplo utilizando um
aplicativo livre
Atualmente existem diversos aplicativos disponíveis que são utilizados para classificação de imagens de satélite. Podem ser citados com destaque os seguintes
aplicativos:
a) SPRING: Sistema de Processamento de Informações Georreferenciadas – desenvolvido pelo Instituto Nacional de Pesquisas Espaciais (INPE) no Brasil e distribuído gratuitamente<http://www.dpi.inpe.br/spring/portugues/>;
b) ArcGIS: desenvolvido pelo Environmental Science ResearchInstitute (ESRI) nos
Estados Unidos, sendo um aplicativo comercial<http://www.esri.com/software/
arcgis>;
c) Envi: desenvolvido pela Exelis VIS nos Estados Unidos, sendo um aplicativo
comercial<http://www.exelisvis.com/ProductsServices/ENVIProducts.aspx>;
d) ERDAS Imagine: desenvolvido pela Hexagon Geospatial, uma divisão da Intergraph Corporation, sendo um aplicativo comercial<http://www.hexagongeospatial.com/products/ERDAS-IMAGINE/>.
Neste capitulo da apostila serão apresentados em mais detalhes os aplicativos ArcGIS e SPRING e também será apresentado um exercício prático (passo a
passo) de classificação de imagens utilizando um aplicativo de processamento
de imagens de uso livre (SPRING). Em contrapartida, na vídeo-aula é feita uma
demonstração utilizando um aplicativo comercial (ArcGIS).
6.1. ArcGIS for Desktop
O ArcGIS for Desktop é um aplicativo comercial que permite aos profissionais de
SIG: criar, editar e analisar conteúdo geográfico. O ArcGIS for Desktop é utilizado
para transformar dados em informação através de várias funcionalidades de geoprocessamento contidas em suas aplicações. O ArcGIS for Desktop possui diversas
ferramentas para a manipulação de dados vetoriais e matriciais, sendo uma das
mais poderosas ferramentas de SIG disponíveis no mercado. Podem ser citados
com destaque as seguintes toolbars (Tabela 8). No anexo A é apresentado um
tutorial para baixar uma versão trial do aplicativo.
Tabela 8. Ferramentas e aplicações do ArcGISfor Desktop.
Toolbar
Característica/Aplicação
3DAnalyst
Análise de dados em uma perspectiva realista.
Geostatistical Analyst
Ferramentas de estatística avançada para gerir seus
dados.
Network Analyst
Roteamento sofisticado, e análise de área de serviço.
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IEPEC
Capítulo 5
Aplicativos utilizados e exemplo utilizando um aplicativo livre
Toolbar
Característica/Aplicação
SpatialAnalyst
Forneça respostas estratégicas com inteligência geográfica usando análise espacial avançada.
TrackingAnalyst
Revele e analise padrões de tempo e tendências em
seus dados.
O ArcGIS for Desktop está disponível em três licenças: Basic, Standard e Advanced
(ArcView, ArcEditor e ArcInfo, respectivamente):
»» Basic: permite visualizar, consultar e analisar dados espaciais,
além da capacidade de criação e edição de conteúdo geográfico
simples.
»» Standard: inclui todas as funcionalidades da licença Basic e várias
ferramentas para manipulação de conteúdo geográfico corporativo, além da capacidade de realizar controle de qualidade dos
mesmos.
»» Advanced: inclui todas as funcionalidades do Standard e várias ferramentas de análise espacial, conversão de geometrias e representação cartográfica.
6.2. SPRING
O SPRING é um SIG no estado-da-arte com funções de processamento de imagens, análise espacial, modelagem numérica de terreno e consulta a bancos
de dados espaciais. O SPRING é um projeto do INPE / DPI (Divisãode Processamento de Imagens) com a participação de: EMBRAPA/CNPTIA - Centro Nacional
de Pesquisa Tecnológica em Informática para Agricultura; IBM Brasil - Centro
O portal do agroconhecimento
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Latino-Americano de Soluções para Ensino Superior e Pesquisa; TECGRAF - PUC
Rio - Grupo de Tecnologia em Computação Gráfica da PUC-Rio e PETROBRÁS/
CENPES - Centro de Pesquisas "Leopoldo Miguez".
O projeto contou com substancial apoio financeiro do CNPq, através dos programas RHAE e PROTEM/CC (projeto GEOTEC). Os objetivos do projeto SPRING são:
»» Construir um sistema de informações geográficas para aplicações
em Agricultura, Floresta, Gestão Ambiental, Geografia, Geologia,
Planejamento Urbano e Regional;
»» Tornar amplamente acessível para a comunidade brasileira um SIG
de rápido aprendizado;
»» Fornecer um ambiente unificado de Geoprocessamento e Sensoriamento Remoto para aplicações urbanas e ambientais;
»» Ser um mecanismo de difusão do conhecimento desenvolvido
pelo INPE e seus parceiros, sob forma de novos algoritmos e metodologias.
O SPRING pode ser obtido gratuitamente através do seguinte sitio na internet:
http://www.dpi.inpe.br/spring/portugues/download.php mediante a um prévio cadastro (Figura 17).
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IEPEC
Capítulo 5
Figura 17. Download do aplicativo SPRING.
Maiores informações sobre o aplicativo SPRING podem ser obtidas através do
seguinte sitio na internet: http://www.dpi.inpe.br/spring.
6.1.1.Exemplo de classificação de imagens com o aplicativo SPRING
(passo a passo)
Nesta sessão será apresentado um exercício (passo a passo) de classificação
de imagens utilizando o aplicativo SPRING. Para tanto, será utilizada a mesma
imagem utilizada no exercício prático da vídeo aula do capítulo 5 utilizando
o aplicativo ArcGIS. Os resultados obtidos com os dois aplicativos poderão ser
comparados posteriormente.
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Após a instalação do aplicativo SPRING serão criados três ícones na área de trabalho de seu computador. Para executar o aplicativo SPRING de um duplo clique
no seguinte ícone (Figura 18):
Figura 18. Ícone de inicializaçãodo aplicativo SPRING.
A seguinte tela será apresentada (Figura 19).
Menu
Barra de ferramentas
Área de trabalho
Aba
Barra de status
Figura 20. Tela inicial do aplicativo SPRING.
O primeiro passo é a criação de um banco de dados, que pode ser realizado
utilizando o menu Arquivo -> Banco de dados (Figura 20). Na guia Banco de
dados escolha o diretório onde o banco de dados será salvo (1), o nome do banco
de dados (neste caso “CursoIEPEC”) (2), o tipo de gerenciador de banco de dados
(3) e aperte o botão Criar. Após a criação aperte o botão Ativar.
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Capítulo 5
1
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3
Figura 20. Criação do banco de dados.
O segundo passo é a importação da imagem a ser utilizada no exercício e
a criação de um projeto, que pode ser realizado utilizando o menu Arquivo
-> Importar -> Importar dados vetorial e matriciais... (Figura 21). Na guia
Importação escolha os dados a serem importados (neste casos a imagem
OLI fornecida para o exercício prático do capítulo 5) na aba Dados (1) e o
nome do projeto (neste caso “Exemplo_IEPEC”), a categoria do dado importado (neste caso CAT_Imagem) e o nome do plano de informação (neste caso “imagem_OLI”) da aba Saída (2). Após clique no botão Executar
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2
Figura 21. Importando dados e criando um projeto.
Para visualizar os dados importados ative o painel de controle utilizando o ícone
indicado na Figura 22. Note que foram importadas 6 bandas do sensor OLI, sendo
estas apresentadas no painel de controle. Para visualizar as imagens importadas
são possíveis duas opções: visualizar cada banda individualmente utilizando selecionando uma banda e selecionando a opção “M” (1) ou fazer uma composição
colorida RGB utilizando três diferentes bandas e as opções “R”, “G” e “B” (2).
A imagem será exibida na área de trabalho do aplicativo conforme ilustrado
na Figura 22. Diferentes composições RGB podem ser criadas, dependendo do
objetivo do estudo e do alvo a ser mapeado. Neste exemplo será utilizada a
composição R3 G4 B5, conforme apresentado na Figura 22.
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IEPEC
Capítulo 5
Figura 22. Visualizando os arquivos importados.
Para melhor visualizar as feições de interesse na composição RGB é possível
realizar um Ajuste de histograma utilizando o menu Imagem -> Contraste
(Figura 23).O ajuste de histograma é realizado utilizando diferentes parâmetros
na guia de Contraste e pode ser realizado para os três diferentes canais (RGB)
utilizando o menu Canal.
O usuário pode realizar o ajuste de histograma de duas formas diferentes: (1)
informando os parâmetros solicitados na guia de Contraste ou (2) clicando com
sobre a figura do histograma apresentado na guia de Contraste. Clique com o
botão esquerdo do mouse para ajustar o lado esquerdo do histograma e clique
com o botão direito do mouse para ajustar o lado direito do histograma. Ao fechar
a guia de contraste escolha a opção para manter o contraste aplicado.
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Figura 23. Ajuste de histograma.
O terceiro passo é a classificação propriamente dita. Esta opção está disponível
no menu Imagem -> Classificação (Figura 24). Na guia Classificação escolha o
diretório onde os arquivos serão salvos (1) e crie o arquivo de contexto utilizando
todas as bandas disponíveis (neste caso nomeado “Contexto”) (2).
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2
Figura 24. Classificação da imagem.
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IEPEC
Capítulo 5
Após a criação do arquivo de contexto escolha a opção treinamento na guia de
Classificação (Figura 25). Já na guia Treinamento crie um tema de treinamento
para cada classe de interesse. Para tanto, escolha o nome, a cor do tema e o
modo do tema (os mesmo utilizados no exercício do capitulo 5) (1), escolha o
tipo de amostra (neste caso “aquisição” e “poligonal”) (2), desenho o polígono
sobre as áreas conhecidas (3) e clique em adquirir (4), as amostras adquiridas
são apresentadas na guia (5), sendo possível editá-las e removê-las caso seja
necessário. Após a coleta de amostras de treinamento para todas as classes de
interesse, clique em salvar e feche a guia de Treinamento.
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3
Figura 25. Obtenção das amostras de treinamento.
Selecione a opção Classificação na guia de Classificação (Figura 27). Na guia
Classificação de Imagens, crie o arquivo da classificação (neste caso “Class_1”)
(1), escolha o classificador (neste caso “MAXVER”) (2) e os parâmetros do classificador (neste caso limiar de aceitação = 99,9%). Caso queira analisar o desempenho e a distribuição das amostras selecionadas para treinamento do classificador,
selecione a opção Analisar Amostras na guia Classificação de Imagens (4).
Para realizar a classificação aperte o botão Executar (5).
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3
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5
Figura 26. Classificação da imagem.
O resultado da classificação é exibido na tela auxiliar (Figura 27). Faça o teste com
diferentes limiares de aceitação e compare visualmente o resultado.
Figura 27. Resultado da classificação.
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IEPEC
Capítulo 5
Caso seja necessário, é possível realizar a pós-classificação da imagem (um polimento no resultado final do mapeamento) utilizando a opção Pós-Classificação
na guia Classificação (Figura 28). Teste o resultado para diferentes valores dos
parâmetros de peso e limiar na guia Pós-Classificação e compare visualmente
os resultados.
Figura 28. Pós-classificação.
Outra forma de realizar a pós-classificação é por meio da edição matricial, disponível no menu Imagem -> Edição matricial onde o usuário pode manualmente
editar o resultado da classificação.
Após a finalização da pós-classificação o usuário pode exportar o resultado para
ser utilizado em outro aplicativo e para arquivamento para posterior análise ou
para a validação dos resultados (geração da matriz de confusão). Para exportar o
arquivo com o resultado da classificação em formato matricial (*.geotiff) o usuário
deve ir no menu Arquivo -> Exportar dados vetoriais e matriciais.
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Anexo A - Tutorial para baixar a versão
Neste tutorial é apresentado um passo a passo (6 passos) para a instalação da
versão trial do aplicativo ArcGIS 10.1 for Desktop.
1) Acessar o seguinte endereço eletrônico:
http://www.esri.com/landing-pages/software/arcgis/arcgis101-trial
2) Caso ainda não tenha cadastro, faça o cadastro de usuário para ter acesso ao
conteúdo do site (indicado pela seta vermelha na Figura 31):
Figura 29.Criando uma conta de usuário para baixa a versão trial do ArcGIS 10.1 for
Desktop.
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IEPEC
Capítulo 5
3) Ao acessar o site, leia os requisitos do sistema para saber se o computador
tem a configuração adequada para o aplicativo e também leia as informações
para baixar o programa (ver Figura 32);
4) Instale o Microsoft .Net Framework 3.5 Service Pack 1 disponível na seção de
download (ver Figura 32)
Figura 30. Requisitos do sistema e instruções para download.
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Figura 31. Escolha do idioma e download do aplicativo.
6) Para instalar siga as informações contidas no guia de instalação.
Notas:
»» A versão trial tem validade de 60 dias após sua instalação;
»» Caso já tenha instalado alguma versão do ArcGIS em seu computador siga as instruções indicadas no site e utilize o ArcGIS Uninstall
Utility( disponível na seção de downloads) para desinstalar a versão anterior do seu computador;
»» Esta versão trial possui as seguintes extensões:
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−−
ArcGIS3D Analyst
−−
ArcGISGeostatistical Analyst
−−
ArcGISNetwork Analyst
−−
ArcGISPublisher
−−
ArcGISSchematics
IEPEC
Capítulo 5
−−
ArcGISSpatialAnalyst
−−
ArcGISTrackingAnalyst
−−
ArcGISData Interoperability
−−
ArcGISData Reviewer
−−
ArcGISWorkflow Manager
»» Esta versão triaipossui suporte através do seguinte link http://
www.esri.com/trialhelp;
»» Não é permitida a utilização desta versão para fins comerciais.
69
Referências
CÂMARA, G. Mapas são dados, não desenhos! (parte 1). Disponível em http://
www.dpi.inpe.br/gilberto/infogeo/infogeo5.pdf. Acesso em 16 de julho de
2014.
CÂMARA, G.; CASANOVA, M. A.; HEMERLY, A. S.; MAGALHÃES, G. C.; MEDEIROS,
C. M. B. Anatomia dos Sistemas de Informação Geográfica. Rio de Janeiro, 1996.
GONZALES, R. C.; WOODS, R. E. Digital imageprocessing. Upper Saddle River:
Pearson-Prentice Hall, 2002, 190 p.
JENSEN, J. R. Remote sensing of the environment: an earth perspective. 2ed.
Upper Saddle River: Pearson-Prentice Hall, 2007, 592 p.
JUSTICE, C.O.; et al. The moderate Resolution Imaging Spectroradiometer (MODIS):
land remote sensing for global change research. IEEE Transactions on Geoscience
and Remote Sensing, v. 36, p.1228-1247, 1998.
JUSTICE, C.O.; et al.An overview of MODIS Land data processing and product status.
Remote Sensing of Environment, v. 83, p. 3 –15, 2002.
NOVO, E.M.L.M. Sensoriamento remoto: princípios e aplicações. 2. ed. Edgard
Blücher: São Paulo, 1992. 308 p.
RICHARDS, J. A.; JIA, X. Remote sensing digital image analysis. 4ed. Berlin: Springer, 2006, 454 p.
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IEPEC
Capítulo 5
SCHOTT, J. R. Remote sensing: the image chain approach. 2ed. New York: Oxford
University Press, 2007, 701 p.
SLATER, P.N. Remote Sensing: optics and optical systems. Massachusetts: Addlson-Wesley Publishing, 1980. 575 p.
SOLOMONSON, V.V.; et al. MODIS: advanced facility instrument for studies of the
earth as a system. IEEE Transactions on Geoscience and Remote Sensing, v. 27,
p. 145-153, 1989.RICHARDS, J. A.; JIA, X. Remote sensing digital image analysis.
4ed. Berlin: Springer, 2006, 454 p.
SCHOTT, J. R. Remote sensing: the image chain approach. 2ed. New York: Oxford
University Press, 2007, 701 p.
SLATER, P.N. Remote Sensing: optics and optical systems. Massachusetts: Addlson-Wesley Publishing, 1980. 575 p.
SOLOMONSON, V.V.; et al. MODIS: advanced facility instrument for studies of the
earth as a system. IEEE Transactions on Geoscience and Remote Sensing, v. 27,
p. 145-153, 1989.
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Currículo do Professor-autor Allan Arnesen
Allan Saddi Arnesen é Engenheiro Sanitarista e Ambiental
pela Universidade Federal de Santa Catarina. Mestre em
Sensoriamento Remoto pelo Instituto Nacional de Pesquisas
Espaciais –INPE – sendo sua pesquisa voltada ao mapeamento
de inundações com técnicas de sensoriamento remoto e SIG.
Atualmente é engenheiro da Superintendência de Pesquisa,
Desenvolvimento Tecnológico e Inovação da Companhia de
Saneamento Básico do Estado de São Paulo (SABESP).
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IEPEC
Capítulo 5
Currículo do Professor-autor Frederico Genofre
Frederico Genofre é Engenheiro Sanitarista e Ambiental graduado
pela Universidade Federal de Santa Catarina (UFSC, 2010). Atua
como consultor nas áreas de Saneamento e Planejamento de
Recursos Hídricos utilizando Sistemas de Informação Geográfica
e Sensoriamento Remoto. Atualmente trabalha na elaboração
de Planos Municipais de Saneamento e com geoprocessamento
aplicado aos Planos Municipais de Saneamento, Unidades de
Conservação e Gestão Municipal.
73
Currículo do Professor-autor Marcelo Curtarelli
Marcelo Pedroso Curtarelli é Engenheiro Sanitarista pela
Universidade Federal de Santa Catarina (UFSC, 2010) e Mestre
em Sensoriamento Remoto pelo Instituto Nacional de Pesquisas
Espaciais (INPE, 2012). Atualmente é aluno de doutorado
em Sensoriamento Remoto no INPE (2012-Atual), sendo sua
pesquisa voltada para o estudo das emissões de gases de
efeito estufa em reservatórios hidrelétricos. Atua principalmente
na área de planejamento e gestão de recursos hídricos com
ênfase no monitoramento ambiental de reservatórios de usinas
hidrelétricas. Possui ampla experiência em sensoriamento
remoto e sistemas de informação geográfica.
74
IEPEC
O Instituto de Estudos Pecuários é um portal que busca
difundir o agroconhecimento, realizando cursos e palestras
tanto presenciais quanto online. Mas este não é nosso único
foco. Com o objetivo principal de levar conhecimento à
comunidade do agronegócio, disponibilizamos conteúdos
gratuitos, como notícias, artigos, entrevistas entre outras
informações e ferramentas para o setor.
Através dos cursos on-line, o IEPEC oferece a oportunidade
de atualização constante aos participantes, fazendo com
que atualizem e adquiram novos conhecimentos sem
ter que gastar com deslocamento ou interromper suas
atividades profissionais.
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