MÉTODOS DE SENSORIAMENTO REMOTO APLICADOS a geomorfologia

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Carvalho, T.M./Rev.Geogr. Acadmica v.1 n.1(xii.2007) 44-54

MTODOS DE SENSORIAMENTO REMOTO APLICADOS GEOMORFOLOGIA

METHODS IN REMOTE SENSING APPLY IN GEOMORPHOLOGY

Thiago Morato de Carvalho Doutorado em Cincias Ambientais Universidade Federal de Gois IESA LABOGEF, CEP 74001970

[email protected]

RESUMO

Este artigo objetiva apresentar alguns mtodos baseados no uso dos produtos da SRTM, como ferramenta essencial para estudos em geomorfologia. Como exemplo utilizou-se o mapa geomorfolgico do Estado de Gois e Distrito Federal disponvel no SIEG-GOIS. Os produtos da SRTM foram gerados pelo sensor SIR-C/X-SAR (Spaceborn Imaging Radar C-band/X-band Synthetic Aperture Radar), instalado a bordo do nibus espacial Endeavour, no ano de 2000, cujo objetivo foi mapear toda a topografia terrestre at o paralelo de 80. N e S. Os resultados mostraram que a imagens SRTM so adequadas para fins de mapeamentos geomorfolgicos em pequenas e mdias escalas, como o mapa do Estado de Gois.

Palavras-chave: mapeamento geomorfolgico, sensoriamento remoto, SRTM, Estado de Gois.

ABSTRACT

The mean of this papper is to present methods based in the use of SRTM products, like an essential tool to geomorphology studies. The mapping of Gois State and Braslia D.C. from SIEG-GOIAS was used like example. The SRTM products were obtained by sensor SIR-C/X-SAR (Spaceborn Imaging Radar C-band/X-band Synthetic Aperture Radar) on board of Endeavour space shuttle, during 2000, to mapping the relief topography just the 80. N an S parallels. The results showed which the SRTM images have a good utility to geomorphologic mappings in small and middle scales, like this application in the Gois state, Brazil.

Key words: geomorphologic mapping, remote sensing, SRTM, Gois State.

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1. INTRODUO

Desde 1970 as metodologias empregadas em estudos ambientais sofreram grande impacto das novas geotecnologias, dada a maior agilidade, objetividade, consistncia e preciso na obteno de bases de dados para fins de tomada de decises geoespaciais.

O sensoriamento remoto permite a aquisio de informaes fisico-qumicas de uma dada rea de interesse. Para tal, utiliza-se de sensores capazes de captar a radiao eletromagntica emitida e/ou refletida dos alvos terrestres e atmosfricos. Estes sensores podem ser classificados quanto capacidade de operar sem ou com uma fonte de energia eletromagntica externa, caracterizando-se, respectivamente, como sensores ativos (emissores e receptores de ondas) e passivos (apenas receptores de sinais), por exemplo, na mesma ordem, o uso de imagens de radar (JERS, RADARSAT), e os mais usuais como a srie Landsat, Modis, CBERS.

A visada desses sensores ativos pode ser vertical e vertical/lateral em relao superfcie do terreno, e desde a dcada de 60 foram denominados de RADAR - sigla da expresso inglesa Radio Detecting And Ranging (detectar e medir distncias atravs de ondas de rdio) -e utilizados principalmente para fins de levantamento de recursos naturais (Sabins, 1996). Por serem sensores ativos tm a vantagem de no dependerem de condies atmosfricas adversas.

Os produtos da Shuttle Radar Topography Mission (SRTM) - Misso Topogrfica de Radar Transportado - fazem parte desse conjunto de imagens de radar e se distinguem dos anteriores por serem sensores de visada vertical e lateral, logo so capazes de reproduzir altitudes, trata-se de um modelo digital do terreno, ou seja, representa em trs dimenses espaciais o relevo, latitude, longitude e altitude (x,y, z).

O uso das imagens SRTM tem se tornado cada vez mais freqente em estudos geolgicos, hidrolgicos, geomorfolgicos, ecolgicos, dentre outros, em particular para anlises tanto quantitativas como qualitativas do relevo e seus agentes modificadores (Carvalho, 2004), em especial na elaborao de mapas hipsomtricos e clinogrficos (declividade), e de perfis topogrficos, dentre outros produtos elaborados a partir de variveis relacionadas topografia.

1.1. OS PRODUTOS SRTM (MODELOS DIGITAIS DO TERRENO PROPRIAMENTE DITOS)

O instrumento que gerou os produtos da SRTM consiste de uma plataforma espacial de imageamento por radar de abertura sinttica SAR e SIR (Space Imaging Radar) nas bandas X e C respectivamente, formando um sistema nico, porm, operando independentemente, instalados numa

antena de 60 metros de comprimento acoplada ao nibus espacial, proporcionando o registro de imagens por interferometria - InSAR, com visada lateral de 30 a 58 off-nadir. Os dados so processados de acordo com as normas de acurcia da Agncia de Inteligncia Geoespacial dos Estados Unidos (NIMA), eliminando erros primrios de radar como peckle, spike. Estes modelos de elevao do terreno possuem pixels de 1 arc-second, aproximadamente 30 m e 3 arc-seconds, aproximadamente

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90m, que respectivamente so denominados SRTM-1 e SRTM-3. Os produtos SRTM-1 (somente para os Estados Unidos) e SRTM-3 (global) so distribudos pela United Sates Geological Survey Eros Data Center USGS EDC. As imagens so disponibilizadas gratuitamente nos formatos HGT (Height), TIFF (Tag Image FileFormat), ARCGRID (Arc/Info), BILL (Band Interleaved by Line) e GRIDFLOAT (Floating Point Data).

Alguns problemas referentes a estes produtos podem ser vistos atravs de valores nulos ou lacunas (Null-data holes) nos dados de altimetria, ou seja, sem informao (pixel nulo). Isto ocorre devido a algumas reas imageadas apresentarem condies geogrficas no favorveis aquisio de dados, como reas de grande inclinao, como exemplo em alguns trechos do Himalaia (Farr e Kobrick, 2000).

1.2. A UTILIZAO DE MODELOS DIGITAIS DE ELEVAO (MDE)

Os modelos digitais de elevao (MDE) possuem diversas aplicaes, como para a geomorfologia, com a elaborao de mapas de concavidade e convexidade; anlises de rede hidrogrfica, como delimitao automtica de bacias e microbacias e reas inundadas; animaes, podendo-se analisar em diferentes ngulos a rea em estudo, perfis topogrficos e longitudinais (rios), alm do uso para correo geomtrica e radiomtrica de imagens de sensoriamento remoto (Felgueiras, 1997; Carvalho et al., 2003; Carvalho, 2004). importante ressaltar que os produtos SRTM so modelos de elevao da superfcie, ou seja, so referentes ao topo da cobertura da superfcie como o dossel das rvores, edificaes e demais objetos que se encontram sobre a superfcie terrestre. Ao contrrio de modelos obtidos atravs de cartas topogrficas (curvas de nvel), os quais so denominados de MDTs (Modelos Digitais do Terreno).

A descrio do relevo a partir do MDE feito mediante um conjunto de medidas que definem caractersticas geomtricas do terreno a diferentes escalas, processo conhecido como parametrizao do relevo. Cinco parmetros bsicos pertencem parametrizao do relevo: i) elevao, cujo gradiente topogrfico representa a taxa de mudana da altitude com relao aos eixos X (linhas) e Y (colunas), ii) declividade, sendo um ponto do terreno definido atravs do ngulo entre o vetor normal a uma superfcie e um na vertical no mesmo ponto, iii) orientao, formada por um ngulo existente entre o vetor direcionado ao norte e outro projetado horizontalmente na superfcie do mesmo ponto, iv) curvatura, define-se como a taxa de mudana de declividade num determinado ponto derivada da altitude, ou seja, a mudana de declividade entorno de um ponto, representada pela concavidade/convexidade do relevo, v) rugosidade, distinguindo reas uniformes de terrenos rugosos, h diversos mtodos para obter medidas de rugosidade, sendo aconselhvel obter-se de forma independente dos outros parmetros, assim reduz-se informao redundante (Franklin e Peddle, 1987).

Felicsimo (1994) atribui formas caractersticas ao relevo que permitem o reconhecimento de variveis topogrficas. Os elementos morfomtricos do relevo que tm sido tradicionalmente classificados so: picos, convexidade em todas as direes; cume, convexidade em uma direo ortogonal a uma linha de curvatura; vale, convexidade em uma direo ortogonal a uma concavidade;

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encosta, sem curvatura e com declividade no nula; plancie, sem curvatura e com declividade nula; canal, concavidade e uma direo ortogonal a uma linha sem curvatura; posso, concavidade em todas as direes.

1.2.1. INTERPRETAO DA MORFOLOGIA

De acordo com estudos realizados para interpretao radargeolgica de dados SAR, Paradella et al (1998) definiram pelo menos trs fases principais: identificao dos elementos de imagem; anlise dos elementos na imagem; e interpretao dos elementos na imagem. Em uma imagem de radar, a percepo de relevo (percepo de profundidade) devida a um processo psicolgico denominado shade and shadows, que d a impresso de concavidade e convexidade, atravs das mudanas de sombra, causadas pelas variaes de iluminao. Paradella et al (1998) e Lima (1995) determinam este procedimento como etapa do estudo da disposio e ordenamento dos elementos identificados na imagem. Objetiva-se na classificao das formas de relevo, em tipos estruturados (feies planares, lineares positivas e negativas, e tabulares) e no-estruturados correspondendo s formas homogneas. O menor elemento de imagem, identificvel e passvel de repetio, denominado de elemento textural, definido como mudana na diferena de tons na imagem, produzida por um conjunto de feies pequenas para serem discernidas individualmente na imagem.

2. REA DE ESTUDO

O Estado de Gois possui uma rea total de 340.086 km2, localiza-se no centro-oeste do Brasil, planalto central, formado por relevos de formas tabulares com at ~1600 metros (chapada dos Veadeiros), depresses, sendo a mais expressiva a do Vo do Paran (altitudes entre 300 e 500m) e da bacia hidrogrfica do rio Araguaia, com cotas mnimas de ~200 m. Apresenta ainda numerosas serras, destacandose a Sa. Dourada e Sa. Geral (limite entre Gois e Bahia), alm de relevos em forma de morros e colinas, hogbacks, e uma complexa rede de drenagem (em funo da grande variedade de formas de relevo), sendo o principal sistema fluvial a Bacia Hidrogrfica do rio Araguaia, drenando toda a poro oeste do Estado.

O clima (tropical) apresenta duas estaes, mida e seca, sendo mais expressivo o perodo chuvoso de setembro a abril e seco de maio a agosto, com ndice pluviomtrico mdio anual entre 1.200 a 2.500 mm, e temperaturas mdias variam entre 18 e 26 C. O Estado est inserido dentro do grande bioma do Cerrado, formado por diferentes tipos vegetacionais (Cerrado, Cerrado stricto-sensu e campos), com dominncia de latossolos (SIEG, 2006).

O Estado de Gois possui uma populao estimada de 5.619.568, sendo a agropecuria sua principal atividade econmica, com destaque para o cultivo de cana de acar, soja e milho (SIEG, 2006).

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Figura 1 Localizao do Estado de Gois e Distrito Federal

3. METODOLOGIA

Esta metodologia baseada na j descrita por Latrubesse e Carvalho (2006). O formato das imagens SRTM utilizadas neste estudo foi o HGT (Height) e o analgico (folhas impressas na escala 1:250.000), cedido pela Superintendncia de Geologia e Minerao do Estado de Gois - SGM. Para a interpretao e gerao de produtos utilizou-se o programa de processamento de imagens ENVI 4.0. Este software possui diversas rotinas para anlises em sensoriamento remoto, cuja primeira foi a de mosaicar (agrupar mais de uma imagem), gerando-se 34 mosaicos, que correspondem s 34 cartas topogrficas do IBGE, escala 1:250.000 do Estado de Gois.

O mapeamento feito nas imagens em formato analgico foi digitalizado, usando mesa digitalizadora e processamento no programa ARCVIEW pela equipe da Superintendncia de Geologia e Minerao do Estado de Gois SGM, assim como os produtos cartogrficos finais na escala 1:250.000.

Com a finalidade de eliminar erros em relao altimetria e preencher pontos sem informaes (Null-data holes) na imagem utilizou-se o programa Blackart, o qual possvel ajustar os valores altimtricos e o SRTMFill que faz uma interpolao de regies que no possuem dados (Santos et al., 2006).

As imagens j so georeferenciadas segundo o sistema de referncia internacional World Geodetic System 1984 (WGS84), por ser padro mundial. Com a rotina de converso para reamostragem de sistemas de coordenadas, foi modificado o sistema de referenciamento da imagem em produto georeferenciado, de acordo com o sistema South American Datum 1969 (SAD69)/Brasil.

Para analisar feies topogrficas/geomorfolgicas manipularam-se diversas rotinas no ENVI 4.0., a saber: i) sombreamento do relevo (shaded-relief); ii) fatiamento altimtrico (density slice); iii) perfis

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topogrficos (topographic profile); iv) cruzamento de dados geolgicos, drenagem e estradas. A interpretao de unidades agradacionais foi possvel com o uso de imagens ETM+ (formato analgico e digital), permitindo visualizao de sistemas lacustres e plancies fluviais.

i) Sombreamento do Relevo (shaded-relief): importante para contatos litolgicos e feies estruturais. O realce do relevo, atravs da simulao de diferentes ngulos de iluminao, proporcionou o sombreamento no relevo, dando a impresso de concavidade e convexidade, permitindo a identificao de feies estruturais, contatos litolgicos, zonas de eroso recuante, reas de morros e colinas, alm de possibilitar a identificao de padres diferenciados de dissecao, feies planares, lineares positivonegativas e tabulares do relevo. A fim de caracterizar o grau de dissecao/preservao das unidades mapeadas, determinaram-se padres semi-quantitativos de dissecao, tendo em conta, densidade de drenagem, grau de inciso e amplitude dos vales. Os padres foram calibrados em setores escolhidos como amostras e sua aplicao posterior numa determinada unidade foi realizada por comparao direta visual, como tradicionalmente utilizado no Brasil por diversos projetos, desde RADAMBRASIL (Figura 2).

ii) Fatiamento Altimtrico (density-slice): importante para identificar patamares diferenciados. O mapa hipsomtrico foi um produto gerado pelo fatiamento da imagem, composta por classes de altimetria, onde se definiu as classes altimtricas de forma gradual. Esta rotina permitiu identificar na os patamares do relevo diferenciados. Estes patamares corresponderam s Superfcies Regionais de Aplainamento (SRA), so as unidades mais representativas do relevo do Estado de Gois compartimentadas em diferentes intervalos de cotas altimtricas. Resume-se em uma unidade denudacional gerada pelo arrasamento/ aplainamento de uma dada superfcie (Latrubesse e Carvalho, 2006). Este procedimento permitiu mapear tambm Zonas de Eroso Recuante (ZER), refere-se s reas de eroso (escarpas de eroso e engolfamentos) das superfcies regionais de aplainamento. Na medida em que uma ZER evolui (formando paisagens de morros e colinas) passa a dar inicio a um estgio evolutivo de uma SAR em uma cota inferior (Latrubesse e Carvalho, 2006) . O critrio estabelecido para os intervalos de cotas altimtricas no foi o mesmo para todos os quadrantes de imagens. Os intervalos foram definidos com base nos dados de campo, de literatura e interpretaes em imagens sombreadas. Sendo assim, ajustes na escala altimtrica foram feitos tendo em considerao as particularidades de cada regio imageada.

iii) Perfis Topogrficos (topographic profile): importantes para identificar variaes topogrficas. Esta tcnica foi til para identificar limites mais precisos entre as SRA e ZER, visualizar como a variao (irregularidades) do relevo das diferentes unidades geomorfolgicas, alm de traar os perfis topogrficos dos caminhos realizados em campo pelo Estado de Gois. Os perfis topogrficos foram escolhidos com base em dois critrios principais: a) pela sua representatividade geomorfolgica, ao cortar diversas unidades; b) pela possibilidade de segui-los ao longo das principais vias de acesso. Foram gerados a partir do MDE, portanto, foram automaticamente georreferenciados.

iv) Cruzamento de dados geolgicos, drenagem e de estradas: importante para interpretar juntamente com o modelo digital do terreno informaes do mapa geolgico, rede de drenagem e mapa

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rodovirio. Foram agrupadas ao modelo digital do terreno, informaes do Mapa Geolgico do Estado de Gois e do Distrito Federal e a rede de drenagem, extrada do Sistema de Informaes Geogrficas do Estado de Gois (SIG-Gois), desenvolvido pela Gerncia de Geoinformao da SGM. Os dados geolgicos foram utilizados com a finalidade de se conhecer o embasamento geolgico de cada SRA e, assim, poder classific-las de acordo com as litologias e estruturas tectnicas englobadas.

4. RESULTADOS E DISCUSSO

A partir das imagens SRTM foram identificados sete formas denudacionais de relevo associadas s SRAs, sendo estas Zonas de Eroso Recuante (ZER); Morros e Colinas (MC); Hogbacks (HB); Formas Dmicas (DM); Braquianticlinais (BQ); Pseudo-domos (PSD); Relevos tabulares (RT). As unidades agradacionais identificadas nas imagens ETM+ foram quatro, sendo Plancies Fluviais (PF), Plancies Fluvias meandriformes (PFm), Terraos (T) e Lacustres (LA). (Tabela 1 e Figura 3).

Figura 2 Padres de dissecao do relevo em imagem SRTM. A) muito fraco; B) fraco; C) mdio; D) forte; E) muito forte

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Tabela 1 Unidades geomorfolgicas indentificadas no mapeamento do Estado de Gois segundo.

Para ilustrar, no Estado de Gois foram identificados quatro superfcies regionais de aplainamento (SRAs), usando como critrio principal a altimetria, cujas cotas variam entre 250 a 1600 metros (Tabela 2). Entretanto, algumas SRA esto na mesma faixa altimtrica, mas geomorfologicamente so superfcies distintas, e se diferenciam pela forma de relevo (tabuliforme ou no), e sua associao com sistemas lacustres ou morros e colinas (Latrubesse e Carvalho 2006).

Tabela 2 Exemplo da compartimentao altimtrica das Superfcies Regionais de Aplainamento segundo.

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Figura 3 Exemplos de unidades geomorfolgicas mapeadas com o uso de imagens SRTM e dois perfis topogrficos da Serra de Caldas Novas e hogback no Vo do Paran, Gois.

As unidades denudacionais foram facilmente identificadas com o uso de imagem sombreada (shaded-relief), em que reala o relevo facilitando sua identificao (Figura 3). Por outro lado, a hipsometria auxiliou na espacializao das classes altimtricas, que foi importante para distino dos patamares e assim mapear as superfcies regionais de aplainamento (SRAs), assim como o uso de perfis topogrficos para identificar os limites exatos das SRAs com unidades prximas, como zonas de eroso recuantes (ZERs), reas associadas a evoluo das SRAs, sendo patamares entre duas ou mais SRA e geralmente apresentando dissecao mdia a forte.

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5. CONCLUSES

As imagens SRTM, por se tratarem de modelo digital de elevao (MDE), foram de grande valia para a gerao do mapa geomorfolgico do estado de Gois, pois alm de reproduzirem de forma bastante fiel a realidade do seu relevo, tambm foram de fcil manuseio (produtos j georeferenciados e com dados altimtricos).

importante ressaltar que este mapeamento foi realizado com produtos gratuitos, sendo cada vez mais acessvel a pesquisadores, deixando de ser uma evoluo e provocando uma revoluo na cincia, j que estes produtos cada vez mais tornam-se mais acessveis no s ao meio acadmico, mas ao pblico em geral. Os produtos aqui utilizados foram obtidos pelo Eros Data Centerdo servio geolgico dos Estados Unidos (US Geological Surveys EROS Data Center) no seguinte endereo [seamless.usgs.gov]; imagens ETM+ distribudos pelo GeoCover Landsat [zulu.ssc.nasa.gov/mrsid]; Blackart [www.terrainmap.com] e SRTMfill [3dnature.com/srtmfill.html].

Vale ressaltar que as imagens SRTM permitiram ainda uma boa correlao com o mapa geolgico e revelaram grande potencial de aplicao ao estudo fitogeomorfolgico e de uso das terras do estado de Gois (em andamento).

Agradecimentos

A equipe tcnica de geoinformao da Superintendncia de Geologia e Minerao - SGM do Estado de Gois sob orientao da Msc. Maria Luiza Osrio.

6. REFERNCIAS BILIOGRFICAS

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