IDENTIFICAÇÃO DE ÁREAS QUEIMADAS POR MEIO DE Mikaelly... · ESPECTRAIS EM REGIÕES DO CERRADO TOCANTINENSE…

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Universidade Federal do Tocantins

Campus Universitrio de Gurupi Programa de Ps-Graduao em Cincias Florestais e Ambientais

INGRIDY MIKAELLY PEREIRA SOUSA

IDENTIFICAO DE REAS QUEIMADAS POR MEIO DE NDICES ESPECTRAIS EM REGIES DO CERRADO TOCANTINENSE

GURUPI - TO 2017

Universidade Federal do Tocantins

Campus Universitrio de Gurupi Programa de Ps-Graduao em Cincias Florestais e Ambientais

INGRIDY MIKAELLY PEREIRA SOUSA

IDENTIFICAO DE REAS QUEIMADAS POR MEIO DE NDICES ESPECTRAIS EM REGIES DO CERRADO TOCANTINENSE

Dissertao apresentada ao Programa de Ps-graduao em Cincias Florestais e Ambientais da Universidade Federal do Tocantins como parte dos requisitos para a obteno do ttulo de Mestre em Cincias Florestais e Ambientais.

Orientador: Prof. Dr. Marcos Giongo

Coorientador: Dr. Edmar Vincius de Carvalho

GURUPI - TO 2017

DEDICATRIA E AGRADECIMENTO

A todos que contriburam para que essa jornada se tornasse mais leve, meus

sinceros agradecimentos. Deus, que com seu amor me sustentou at aqui e onde

sempre encontrei foras para continuar. minha famlia, que me deu todo o apoio e

suporte para que pudesse avanar nos meus objetivos, suportando a distncia e

sempre me impulsionando a ir alm. Aos meus amigos e irmos de caminhada, que

com sinceridade souberam me amar, acolher, compreender e que no mediram

esforos para me ajudar sempre que precisei. A equipe de trabalho do CeMAF, a qual

sou muito orgulhosa por fazer parte, agradeo todo o empenho, a competncia e o

companheirismo que tiveram comigo. Ao meu coorientador, Dr. Edmar Vincius que

tanto contribuiu e acompanhou o andamento desse trabalho. Ao meu orientador Dr.

Marcos Giongo, pela grande oportunidade de trabalhar junto a essa equipe, por todo

o aprendizado e conhecimento repassado. Por fim agradeo ao Programa de Ps-

Graduao em Cincias Florestais e Ambientais da UFT - campus Gurupi e a CAPES

pela incentivo e apoio a pesquisa.

RESUMO

A obteno de informaes sobre reas queimadas vem sendo estudada e aprimorada nas ltimas dcadas, a grande questo est baseada na aquisio de dados consistentes e detalhados sobre a ocorrncia de queimadas de forma simples e eficaz. Diante disso, o sensoriamento remoto se apresenta como uma ferramenta de elevado de interesse, pois possibilita obter informaes em reas extensas e de difcil acesso, sendo possvel a identificao de reas queimadas em funo do comportamento espectral das mesmas. Neste trabalho, o objetivo foi analisar o desempenho de ndices espectrais na identificao de rea queimada em imagens do satlite OLI/Landsat-8 em trs regies de cerrado Tocantinense. Para isso foram calculados os ndices espectrais em imagens antes e depois do fogo, os quais utilizaram as bandas do vermelho e do infravermelho prximo: NDVI, MSAVI, SAVI, GEMI; e as bandas do infravermelho prximo e do infravermelho de ondas curtas: NBR, BAIMmod, MIRBImod. Posteriormente, foi calculada a diferena entre cada ndice pr e ps-fogo: dNDVI, dMSAVI, dSAVI, dGEMI, dNBR, dBAIMmod e dMIRBImod. A partir desses ndices, foram criadas seis diferentes composies (RGB) e que posteriormente foram segmentadas e classificadas de forma supervisionada para a extrao da rea de interesse (rea queimada). Os resultados dessa classificao foram validados com os dados de referncia obtidos atravs da interpretao visual de imagem, em que os mtodos apresentaram semelhana entre si, havendo uma pequena diferena no desempenho dos mtodos nas reas estudadas, com uma porcentagem de acerto variando de 65,83 a 83,01% para a rea 1, de 62,9 a 76,3% para a rea 2 e de 85,54 a 92,46% na rea 3 e, segundo os valores Kappa obtidos, o desempenho dos mtodos classificado de muito bom a excelente.

Palavras-chave: fogo; comportamento espectral; dados orbitais.

ABSTRACT

Obtaining information on burned areas has been studied and improved in the last decades, and the biggest question is to acquire consistent and detailed information about the occurrence of burnings in a simple and effective way. In view of this remote sensing is a very interesting tool because it allows obtaining information in large areas and difficult to access. The identification of the areas burned by orbital data is directly related to their spectral behavior. The objective of this work was to analyze the performance of spectral indices in the identification of burned area in OLI / Landsat-8 satellite images to three areas of tocantinense Cerrado. For this the indexes for the before and after fire images were calculated, using bands of red and near infrared: NDVI, MSAVI, SAVI, GEMI and bands of near infrared and short wave infrared: NBR, BAIMmod, MIRBImod, as well as to calculate the difference between pre and post-fire index: dNDVI, dMSAVI, dSAVI, dGEMI, dNBR, dBAIMmod and dMIRBImod. From these indices, six different compositions (RGB) were created and later they were segmented and classified in a supervised way and soon after the extraction of the area of interest. The results of this classification were validated with the reference data obtained through the visual interpretation of the image, where the methods showed a great similarity between them, has been a small difference in performance of methods in the areas estudieds, wuth percentage of accuracy ranging from 65,83 to 83,01% to area 1, to area 2 from 62,9 to 76,3% and in the area 3 from 85,54 a 92,46% and according Kappa value, the performance of methods is classified form very good to excellent.

Keywords: fire; spectral behavior; orbital data.

SUMRIO

1 INTRODUO ..................................................................................................................................... 7

2 REVISO BIBLIOGRFICA .................................................................................................................... 9

2.1 FOGO NO CERRADO ........................................................................................................................................ 9 2.2 SENSORIAMENTO REMOTO NO MONITORAMENTO DE REAS QUEIMADAS ................................................................ 10 2.3 PROPRIEDADES ESPECTRAIS DAS REAS QUEIMADAS ............................................................................................ 11 2.4 NDICES ESPECTRAIS ...................................................................................................................................... 12 2.5 SEGMENTAO DE IMAGEM ........................................................................................................................... 14 2.6 CLASSIFICAO DIGITAL ................................................................................................................................. 15

2.6.1 Classificao supervisionada ......................................................................................................... 15 2.6.2 Classificao no-supervisionada .................................................................................................. 16

2.7 ACURACIDADE DA CLASSIFICAO .................................................................................................................... 17

3 MATERIAL E MTODOS .....................................................................................................................19

3.1 REA DE ESTUDO ......................................................................................................................................... 19 3.2 AQUISIO E PR-PROCESSAMENTO DE IMAGENS ............................................................................................... 20 3.3 PROCESSAMENTO DE IMAGENS ....................................................................................................................... 21

3.3.1 Metodologia de referncia ............................................................................................................ 21 3.3.2 Metodologia semiautomtica ....................................................................................................... 22 1.1.1.1 Clculo de ndices espectrais ..................................................................................................... 22 1.1.1.2 Composio colorida de ndices ................................................................................................ 23 1.1.1.3 Segmentao e classificao de imagem .................................................................................. 24

3.4 ANLISE DE ACURCIA ................................................................................................................................... 25 3.5 CARACTERIZAO DAS REAS QUEIMADAS POR CLASSE DE TAMANHO ..................................................................... 25 3.6 OBTENO DOS VALORES DE REFLECTNCIA ....................................................................................................... 26 3.7 REA QUEIMADA POR CLASSE DE COBERTURA DO SOLO ........................................................................................ 26 3.8 ERROS DE OMISSO E COMISSO POR CLASSE DE COBERTURA E USO DO SOLO ........................................................... 27

4 RESULTADOS E DISCUSSO ...............................................................................................................28

4.1 DISTRIBUIO DOS POLGONOS DE REAS QUEIMADAS POR CLASSE DE TAMANHO ..................................................... 33 4.2 REFLECTNCIA DAS CICATRIZES DE QUEIMADAS .................................................................................................. 36 4.3 CARACTERIZAO DA REA QUEIMADA POR CLASSE DE COBERTURA E USO DO SOLO ...............................................