Desenho Amostral & Reconhecimento

Curso de Capacitação – P&D Aneel/CEMIG – GT487

Desenho Amostral& Reconhecimento

Prof. Diego Macedo PG-AMSA/IGC

rodriguesmacedo@gmail.com

diegorm@ufmg.br

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Desenho Amostral

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•Avaliações ambientais em bacias hidrográficas devem considerar:

• amostragens para avaliar padrões de distribuição de espécies e relações com parâmetros abióticos;

• Limitações de tempo de amostragem e processamento, recursos humanos e financeiros;

•Devem considerar variável espacial em seu desenho amostral.

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•Tradicionalmente são realizadas amostragens tendenciosas:

•Sem critério espacial;

•Amostragens em ambientes pré-definidos (ou de melhor acesso);

•Excluindo outras áreas importantes.

•Em regiões tropicais: biodiversidade ainda pouco conhecida!

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•Amostragens espacialmente balanceadas:

•Construídas através de probabilidades;

•São capazes de selecionar amostras que de fato reflitam o padrão espacial da área de estudo;

•Nos EUA são utilizadas em escala nacional quanto regional;

•No Brasil: abordagem recente.

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•Amostragens espacialmente balanceadas•Permitem visualizar a área de estudos;• Possibilita que as amostragens sejam definidas a

partir das feições espaciais tipicamente tratadas em SIGs:• Pontos (centróide de um trecho de rio ou lago);• Linhas (estrada ou riacho);• Polígonos (lagos, manchas de vegetação, bacias

hidrográficas);• Células de uma superfície representada por um raster.

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Abordagem utilizada nesta rede de pesquisa

•A abordagem é baseada em GRTS (GeneralizedRandom-Tessellation Stratified) onde o desenho amostral é hierárquico e espacialmente balanceado, podendo ser aplicado a pontos, linhas e polígonos (Steven & Olsen, 2004).

•Baseada na conversão de todos os objetos (p.ex. Trechos de redes de drenagem) distribuídos em um plano espacial (latitudes e longitudes, bi-dimensional) para um plano unidimensional (uma avenida e cada observação um endereço hierarquicamente distribuído).

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Pontos distribuídos no espaço (bidimensional: X,Y)

Stevens & Olsen 2004

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Pontos distribuídos no espaço (bidimensional: X,Y)

Plano unidimensional “avenida” e “endereços”

Stevens & Olsen 2004

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Pontos distribuídos no espaço (bidimensional: X,Y)

Plano unidimensional “avenida” e “endereços”

Stevens & Olsen 2004

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Aplicação em uma das bacias estudadas

Macedo e Callisto, 2012

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•Rede drenagem contida nas cartas topográficas (escala 1:100.000) do IBGE e DSG

•Correção topológica e aferição da ordem de Strahler

•O sorteio espacial foi conduzido no Software R (R DEVELOPMENT CORE TEAM, 2010) através da biblioteca Spsurvey (KINCAID, 2009).

•Os pontos sorteados dentro do reservatório foram eliminados, e os 40 melhores pontos ranqueados (1ª-3ª ordens) foram selecionados (via ArcGis).

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Script do R para Riachos

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Desenho Amostral - Riachos

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Desenho Amostral - Riachos

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Desenho Amostral - RiachosStrahler, 1957 : 1ª, 2ª e 3ª ordem

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Desenho Amostral - Riachos

35 km

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Desenho Amostral - Riachos

Steven & Olsen, 2004

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Desenho Amostral – Reservatórios

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Desenho Amostral – Reservatórios

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Perímetro do reservatório dividido em40 trechos de igual tamanho

Desenho Amostral – Reservatórios

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Dados com influência espacial

Diniz et al 2003

Riqueza Temperatura

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Uso do Solo x Riqueza de Bentos (Reservatório de Três Marias)

Morais 2013

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Paisagem x Riqueza de Bentos e Peixes (Riachos de Nova Ponte e Três Marias)

Fatores Geodinâmicos Uso do solo

Hábitats locais A+B+C

Macedo et al 2014a

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Reconhecimento

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Reconhecimento

•Etapa fundamental no monitoramento ambiental

•Otimizar o tempo empregado nas campanhas de coletas em campo

• Acesso aos sítios amostrais (riachos e reservatório)

•Segurança das equipes em campo

•Condição hidrológica

•Contatos prévios com os proprietários de terra

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Reconhecimento

•Riachos:

•4 equipes de reconhecimento

•Mapeamento (trackings) das rotas a ser posteriormente utilizadas na coleta

•GPS de navegação Garmim acoplado em um computador portátil e softaware trackmaker pro

•Reservatório:

•Mais simples – apenas locais para colocar o barco n’água

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Traçado de rotas e transferência para GPS

Macedo et al 2014b

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Notebook, GPS e mapas

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Problemas: Acesso

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Problemas: Acesso

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Problemas: Riachos secos

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Problemas: Riachos secos

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Problemas: Riachos “non wadeable”

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“Hand-picked” sites de referênciaReservatório Nova Ponte

Reserva Ambiental deGalheiros (Cemig)

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“Hand-picked” sites impactados

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“Hand-picked” sites impactados

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“Hand-picked” sites impactados

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População e Amostra

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•Amostragem é a utilização de um processo para obtenção de dados aplicáveis a um conjunto, denominado universo ou população, por meio do exame de uma parte deste conjunto denominada amostra.

•A finalidade da amostragem é fazer generalizações sobre todo um grupo sem precisar examinar cada um de seus elementos.

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População

Amostragem

Amostra

Inferência (espansão)

AnálisesEstimativas

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População do estudo (Target)

•Riachos 1ª-3ª ordens (Strahler), “wadeable”, perenes e acessíveis.

•Desenho probalístico, com substituição dos pontos “non-target”, ou seja, secos, profundos, não acessíveis ou não encontrados (“map error”) por novos pontos ao decorrer do reconhecimento.

•Pontos “hand-picked” foram escolhidos, logo não podem ser utilizados para a expansão dos resultados (em termos da condição do riachos por km ou % da bacia).

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População

A1

A2

Amostra

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Pesos para expansão

Peso (km)Hand-picked

Probabi-lísticos

1ª ordem

2ª ordem

3ª ordem

Bacia

TM 4 36 136,3 47,4 25,2

VG 2 38 33,7 15,6 7,6

SS 3 37 205,2 71,2 33,3

NP 8 32 222,0 128,3 74,1

Silva 2017

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Total de riachos (Km)

0

5000

10000

15000

20000

25000

Frame Length (km) Target Length Dry Non-wadeable No access Map error

Km

de

riac

ho

s (1

, 2 e

3 o

rdem

)

Regional TM VG SS NP

Silva 2017

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Porcentagem de riachos

0

5

10

15

20

25

30

35

40

45

50

Target Length Dry Non-wadeable No access Map error

% d

e ri

ach

os

(1, 2

e 3

ord

em)

Regional TM VG SS NPSilva 2017

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O que pode ocasionar problemas de “non-taget”?• Inacessibilidade viária (muito comum no Brasil,

pouco nos EUA)

•Não permissão do proprietário (pouco comum no Brasil, muito nos EUA

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O que pode ocasionar problemas de “non-taget”?•Definição de “wadeable” baseado na Ordem de

Strahler (1ª, 2ª e 3ª) extraída do mapeamento sistemático

•Problemas com o mapeamento• Escala pequena (Brasil 1:50.000 ou 1:100.000; p.ex. EUA

1:24.000)• Mapeamento desatualizado (Maior parte dos voos da

década de 1960)• Metodologia de mapeamento distintas entre órgãos

responsáveis e/ou data da restituição)

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Exemplo de problemas com a malha de drenagem (Três Marias, escala 1:100.000)

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Mapeamento DSG

Mapeamento IBGE

Exemplo de problemas com a malha de drenagem (Três Marias, escala 1:100.000)

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Mapeamento DSG

Mapeamento IBGE

Retirou-se os

Rios de 1ª Ordem

Exemplo de problemas com a malha de drenagem (Três Marias, escala 1:100.000)

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Exemplo de problemas com a malha de drenagem (Três Marias, escala 1:100.000)

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Referencias

• Diniz-Filho et al., 2003. Spatial autocorrelation and red herrings ingeographical ecology. Glob Ecol Biogeogr 12:53–64

• Macedo & Callisto, 2012. Desenho amostral espacialmentebalanceado na avaliação ambiental de uma bacia hidrográfica nocerrado mineiro. In: VI GEONORDESTE, UFS, Aracaju

• Macedo et al., 2014a. The relative influence of catchment and sitevariables on fish and macroinvertebrate richness in Cerrado biomestreams. Landscape Ecol 29:1001-1016.

• Macedo et al 2014b. Sampling site selection, land use and cover, fieldreconnaissance, and sampling, p. 61-83. In: M. Callisto, R.M. Hughes,J.M. Lopes, M.A. Castro (eds.), Biological conditions in hydropowerbasins. Companhia Energética de Minas Gerais, Belo Horizonte

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Referencias

• Morais, 2013. Avaliação da qualidade ambiental em um reservatóriotropical em diferentes escalas espaciais. Dissertação (Mestrado emEcologia, Conservação e Manejo da Vida Silvestre). UFMG, BeloHorizonte

• Morley e Karr, 2002. Assessing and Restoring the Health of UrbanStreams in the Puget Sound Basin. Conser Biol 16:1498-1509

• Silva, 2017. Avaliação de condições ecológicas em riachos noCerrado: Bases para a sua conservação. Tese (Doutorado em Ecologia,Conservação e Manejo da Vida Silvestre). UFMG, Belo Horizonte

• Stevens & Olsen, 2004. Spatially balanced sampling of naturalresources. J Am Stat Assoc 99:262–278