UTILIZAÇÃO DE TÉCNICAS DE GEOPROCESSAMENTO E … · ISBN: 978-85-99907-05-4 I Simpósio Mineiro de Geografia – Alfenas 26 a 30 de maio de 2014 1867 UTILIZAÇÃO DE TÉCNICAS

ISBN: 978-85-99907-05-4 I Simpósio Mineiro de Geografia – Alfenas 26 a 30 de maio de 2014

1867

UTILIZAÇÃO DE TÉCNICAS DE GEOPROCESSAMENTO E ANÁLISE

ESTATÍSTICA NA OBTENÇÃO DE MAPA DE SUPERFÍCIE DE

DENSIDADES DE CULTIVO DE BATATAS EM CAMANDUCAIA-MG.

Eliana Corrêa Aguirre de Mattos

[email protected]

Marcos César Ferreira

[email protected]

UNICAMP

Resumo

O município de Camanducaia localiza-se na região sul mineira e integra a Área de

Proteção Ambiental da Fernão Dias e apesar da bataticultura ser atividade agrícola

tradicional, enfrenta reveses como o plantio de cultivares não adaptadas, com

conseqüente exigência nutricional e uso de agrotóxicos para aumento de

produtividade; restrição no uso de maquinários e equipamentos modernos para cultivo

em escala, devido ao tipo de terreno declivoso da região e ao tamanho de até 10 ha

da maioria das áreas de cultivo, com mão de obra familiar. Neste artigo serão

abordadas técnicas de geoprocessamento e análise estatística utilizadas para a

elaboração de mapa de isolinhas resultantes da interpolação dos dados no ArcGIS

9.3® por krigagem ordinária multivariada Gaussiana. Os resultados mostram a

aplicabilidade da metodologia desenvolvida por Unwin (1981) e sua coerência

relacionada à análise espacial e ao mapeamento da superfície probabilística de cultivo

de batata. A maior densidade dos cultivos de batata em áreas de concentração da

população rural configura situações de conflito relacionadas ao modo de produção

familiar destes cultivos e o uso intensivo de agrotóxicos, podendo trazer a este cenário

problemas de saúde pública devido à exposição e possibilidade de intoxicação destes

agricultores.

Palavras-Chave: bataticultura; geoprocessamento; krigagem; análise espacial; Camanducaia-

MG. – Eixo 14: Geoprocessamento e aplicações

GEOPROCESSING USE OF TECHNIQUES AND STATISTICAL ANALYSIS ON MAP

SURFACE DENSITIES OF POTATOES CROPS IN CAMANDUCAIA-MG.


1868

Abstract

Camanducaia is a county located in the southern Minas Gerais state included at the

environmental protection area of Fernão Dias and despite the local potatoes traditional

cultivation, faces difficulties as the planting of non-adapted cultivars, with consequent

nutritional requirements and use of pesticides to increase productivity, restricted use of

modern machinery and equipment scale cultivation, due to the sloping terrain of the

region and the size of up to 10 ha of most growing areas, with family labor. This article

deals with GIS techniques and statistical analysis used for the preparation of the

isolines map using proceedings of interpolation of data in ArcGIS 9.3 ® for multivariate

Gaussian kriging. The results show the applicability of the methodology developed by

Unwin (1981) and its consistency related to spatial analysis and probability mapping of

the surface of the crop. The highest density of potatoes crops in areas of concentration

of rural population duels with the farmer production of these crops due the massive use

of pesticides, and it could bring to this scenery public health problems, with the

possibility of exposure and toxicity of these farmers.

Key words: potatoes crops; geoprocessing; kriging, spatial analysis; Camanducaia-MG.

Introdução

O município de Camanducaia localiza-se na região sul mineira e integra a Área de

Proteção Ambiental da Fernão Dias. De acordo com o Censo 2006 quase metade dos

estabelecimentos agrícolas (47,3%) em Camanducaia têm de 0 a 10 hectares (ha)

caracterizando o tipo de produção baseado na agricultura familiar; pelo Censo 2010, a

sua população rural era de 5.611 habitantes, representando 27% da população total,

de 21.080 habitantes (IBGE, 2006, 2014).

O principal produto agrícola cultivado no município é a batata, seguido de olerículas,

como cenoura, brócolis, couve-flor; o milho, principalmente para alimentação animal,

feijão, e, em menor quantidade, café e uva. A fruticultura de clima temperado, como

caqui e pêssego, é cultivada em quintais, mas o grande volume obtido nas colheitas

revela aptidão devido às temperaturas médias anuais mais baixas e às altitudes mais

elevadas, propícias ao cultivo (EMATER, 2009).

Embora a bataticultura seja atividade tradicional em Camanducaia, e sua produção se

destaque em relação às demais dos municípios pertencentes à APA Fernão Dias-MG,

ela enfrenta reveses, entre os quais se destacam o plantio de cultivares não

adaptadas, levando a uma maior exigência nutricional e conseqüentemente ao

incremento no uso de insumos químicos e agrotóxicos para aumento de produtividade;

a restrição ao uso de maquinários e equipamentos modernos de cultivo em escala,


1869

como colhedeiras e irrigação com pivô central, em razão do terreno declivoso da

região; o tamanho de até 10 ha da maioria das áreas de cultivo e ao planejamento e

mão de obra majoritariamente familiares.

Mattos (2011) realizou pesquisa analisando os principais desafios colocados ao

agricultor familiar na manutenção de suas atividades em Camanducaia-MG, tendo

como fator motivador o fato de o município encerrar em seu perímetro usos e

categorias de ocupação do solo previstos no Plano de Gestão da APA Fernão Dias-

MG que podem tornar a produção agrícola familiar susceptível a impactos resultantes

desta ordenação territorial, em diferentes níveis. Estes usos previstos no Plano de

Gestão abrangem o cultivo agrícola com o auxílio de agrotóxicos, empreendimentos

projetados diretamente ligados à silvicultura e demanda de mão-de-obra relacionada à

expansão industrial no seu entorno - especialmente em Extrema - município vizinho.

Objetivo

Neste artigo serão abordadas técnicas de geoprocessamento para a elaboração de

um mapa de densidades de cultivo de batata e para a análise espacial do uso do solo

vigente e do projetado para o município pelo Plano de Gestão da APA Fernão Dias-

MG, especialmente em sua área rural. Os procedimentos e a metodologia utilizados

para levantamento por amostragem das áreas de cultivo de batata em Camanducaia–

MG incluíram trabalhos de campo para conhecimento da área, amostragem, aferição

dos pontos amostrados em imagem e validação da classificação dos usos pelo método

de classificação supervisionada MaxVer.

Fundamentação Teórica

No tocante às bases conceituais e paradigmas da análise espacial, na Geografia,

Ferreira (2006) coloca que o modelo cartográfico digital, a segunda instância de

modelagem da realidade geográfica em computador, é dado pela transformação do

modelo gráfico para o compatível com sistemas de informação geográfica, ou SIG’s.

Para a transposição da paisagem real para SIG lança-se mão de modelos espaciais

abstratos segundo princípios formulados por Goodchild (citado por FERREIRA, 2006,

p. 115), que estabelece dois princípios para a representação digital da paisagem no

formato digital:

- a paisagem é uma associação entre objetos ou entidades geométricas

interconectadas (pontos, linhas e polígonos) – é modelada segundo o princípio dos

objetos exatos;


1870

- a paisagem é uma superfície contínua e complexa, transformada por padrões e

processos naturais, e representa a distribuição espacial de uma variável – é

denominado princípio dos campos contínuos.

A aplicação do princípio de objetos exatos é feita em modelos de elementos de

paisagem, delimitados por fronteiras e atributos individuais que ocupam espaços fixos

e propriedades previsíveis, exatas, deterministas. Já quando se propõe trabalhar com

o princípio de campos contínuos, adota-se o conceito probabilístico dos processos e

da inexatidão e incerteza na análise espacial. Portanto, os campos são associados a

superfícies probabilísticas, complexas, resultantes de interpolações numéricas.

Taylor (1997, p.133, 134) discorre sobre a simplicidade, popularidade e clareza de um

mapa de pontos, ao exibir distribuição espacial de eventos. O autor propõe padrões

para os resultados obtidos desta distribuição, considerando que: a distribuição

espacial é necessariamente probabilística; todo padrão é o resultado visual de algum

processo, em um dado momento e lugar; os processos estão em contínuo movimento

e os tipos de padrões no arranjo destes pontos, denominados dispersão, aleatório e

agregado são, em última análise, abstrações (Figura 1).

Importante destacar que a substância do ponto não é apenas o valor do atributo dado

a ele, mas seus vínculos espaciais, ou seja, o conjunto espacialmente distribuído, que

tem forma e densidade, dispondo-se em um arranjo espacial.

a) disperso b) aleatório c) agregado

Figura 1: Tipos de padrões no arranjo de pontos: dispersão, aleatório e agregado.

Unwin (1981, p.36) coloca que os primeiros mapas de pontos eram os produtos finais

da investigação sobre determinado evento ou ocorrência; mas, posteriormente,

passaram a representar também a base inicial da análise espacial. Embora os pontos

restrinjam a informação morfológica sobre o objeto que está sendo mapeado, por outro

lado, nos dão a precisa informação sobre cada objeto, como a localização.

Uma das técnicas utilizadas para a análise de padrões de pontos é a amostragem

quadrática, baseada na sobreposição de superfície denominada “malha de

quadrículas”, de tamanho idêntico, sobre estes pontos. Parâmetros estatísticos, média,


1871

variância e a razão entre variância e média, são utilizados para a estimativa da

freqüência dos pontos em cada quadrícula, de forma a obter resultados probabilísticos

que possam ser comparados com padrões de distribuição e arranjo espacial de

eventos previamente formulados.

Metodologia

A metodologia aplicada para obtenção de mapa de superfícies de densidades de

cultivo obedece àquela apresentada por Unwin (1981, p.29) quando trata da análise

espacial utilizando mapas de pontos. Esta metodologia compõe-se do levantamento

dos pontos correspondentes ao objeto estudado, cultivo de batatas, e elaboração de

uma malha de quadrículas, com distribuição dos pontos e análise estatística desta

distribuição.

Os eventos (pontos amostrais de cultivo de batata) foram obtidos a partir de

procedimentos tomados com composição colorida 453 da imagem LANDSAT TM5 de

18/04/2010. Esta composição melhor se adaptou ao processo de interpretação e

identificação destes pontos amostrais, dificultados pela resolução espacial das

imagens LANDSAT TM5 utilizadas para este fim devido à variedade e tamanho das

áreas de cultivo no município. É importante frisar que as imagens LANDSAT TM5 são

mais bem apropriadas para análises espaciais em escala regional e sub-regional.

O universo amostral dos pontos correspondentes às áreas de cultivo de batata no

município de Camanducaia-MG utilizados na aplicação da metodologia de Unwin

(1981) é composto de 248 pontos: 29 pontos amostrais tomados de arquivo de dados

digitais do Plano Gestor da APA Fernão Dias-MG (CONSÓRCIO ERG-SCTP, 2008);

13 pontos verificados em viagens de campo, com identificação, interpretação e

validação do material, conforme descrito por MATTOS, 2011 e 206 pontos amostrados

de forma aleatória na composição colorida 453 da imagem LANDSAT TM5 de

18/04/2010, com uso de recursos de interpretação de imagem.

Para a amostragem destes 248 pontos foi construído um arquivo vetorial no formato

de malha de quadrículas, com área unitária de 1 km², sobreposto ao mapa do

município de Camanducaia-MG. As amostras foram colhidas de forma aleatória nestas

quadrículas regulares de forma a evitar tendências na distribuição do arranjo

resultante destas amostras.

Para cada quadrícula contabilizou-se o total dos pontos coincidentes com a mesma.

Estes valores totais associados a cada quadrícula foram utilizados para a análise do

arranjo final das áreas cultivadas com batata em Camanducaia-MG.

Para obtenção do mapeamento da superfície das amostras de cultivo em

Camanducaia-MG aplicou-se procedimentos de interpolação de dados no ArcGIS 9.3®


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por krigagem ordinária multivariada Gaussiana. De acordo com Landim (2006, p.32), a

krigagem, entendida como um estimador que se baseia em técnicas de análise de

regressão, procura minimizar a variância estimada a partir de um modelo matemático

teórico que leva em conta a dependência estocástica, probabilística, entre os dados

distribuídos no espaço.

Com a krigagem, é calculada a melhor estimativa possível para locais não amostrados

com base na minimização da variância do erro. As células onde não se tem valor real

obtido são sempre preenchidas pelo modelo adotado na krigagem espacial e em

seguida são interpoladas linhas de iguais valores.

Padrões de dispersão que indicam agregação dos eventos – ou seja, agregação dos

pontos, formando “nuvens”, ilustrado na alínea c) da Figura 1 - têm valores para

variância maiores que a média, valores estes obtidos na aplicação dos cálculos

estatísticos detalhados na Tabela 1.

Resultados

Para a validação do material levantado seguiu-se à classificação dos usos pelo

método de classificação supervisionada MaxVer (Máxima Verossimilhança), seguindo

a metodologia proposta por Crósta (1999), cujos índices de exatidão Global foram

89,6% e de Kappa, de 85,4% calculado a partir de todos os elementos da matriz de

erros, considerado o desempenho da classificação como excelente (MATTOS, 2011).

A Tabela 1 mostra o cálculo da média ( x ) e da variância (δ2) para as amostras

colhidas de forma aleatória de cultivo de batata no município de Camanducaia–MG e a

Figura 1, o histograma da distribuição destas amostras por quadrícula.

Tabela 1: Cálculo da média e da variância para as amostras levantadas de forma

aleatória para o cultivo de batata no município de Camanducaia–MG.

Número nas classes

(mi)

Freqüência de células

(fi)

(fi mi)

Desvio em relação à média

(mi-m )

(fi(mi-m )2)

0 437 0 -0,409 72,947

1 114 114 0,591 39,876

2 42 84 1,591 106,372

3 9 27 2,591 60,440

4 2 8 3,591 25,797

5 3 15 4,591 63,244

Somatório 607 248 368,676


1873

Média, x =

i

ii

f

xf

= ulastotaldecel

tostotaldepon

= 607

253

= 0,409

Variância, δ2=

1

)( 2

i

ii

f

xxf

= 606

549,375

= 0,609

Razão da variância/média = x

2

= 420,0

620,0

= 1,489

Se as amostras estivessem regularmente distribuídas em iguais números nas

quadrículas, a média permaneceria inalterada, pois ela depende do número de

amostras (n) e do número de quadrículas, e por conseqüência, a variância seria igual

a δ2 = 0, indicando um padrão de dispersão regular, ou uniforme, e zero também seria

a razão entre a variância e a média (δ2/ x ). Se a δ2 < x , o padrão de dispersão será

aleatório e se δ2 > x , este padrão será agregado.

Os valores obtidos na aplicação dos cálculos estatísticos detalhados na Tabela 1 são

δ2 = 0,609 e δ2/ x = 1,489 resultando em um padrão de dispersão agregado para a

dispersão dos pontos amostrais de cultivo de batata em Camanducaia-MG.

O histograma da Figura 2 mostra que os eventos não seguem uma distribuição normal

clássica de pontos, mas sim uma distorção, que indica dependência locacional dos

eventos, dado fundamental para a análise espacial. Esta distribuição segue os

preceitos de Poisson.


1874

Figura 2: Histograma da distribuição das amostras por quadrícula.

A Figura 3 mostra o mapa dos 248 pontos amostrais referentes às áreas de cultivo de

batata no município de Camanducaia, o qual integra a APA Fernão Dias-MG.

A análise espacial mostra que as áreas de bataticultura em Camanducaia-MG seguem

um padrão agregado, indicando locais com maior concentração de seu cultivo, e em

se tratando de agricultura familiar, onde também estão localizadas a moradia e o meio

de produção destes agricultores.

Figura 3: Levantamento das amostras de áreas com cultivo de batata em

Camanducaia-MG com o traçado da BR-381, hidrografia, áreas urbanas e distritos do

município.

A Figura 4 representa a malha de quadrículas sobreposta parcialmente na APA

Fernão Dias-MG, especialmente na área que abrange integralmente o município de

Camanducaia. Nesta Figura são detalhadas a distribuição e a contabilização das

amostras de cultivo de batata por quadrícula, de acordo com o quanto exposto na

Tabela 1, acima.


1875

Figura 4: Elaboração da malha de quadrículas sobreposta ao município de

Camanducaia-MG e os respectivos valores das amostras de cultivo de

batata/quadrícula.

Já na Figura 5 é apresentado mapa de isolinhas resultante da interpolação dos dados

no ArcGIS 9.3® por krigagem ordinária multivariada Gaussiana, utilizando-se os

pontos referentes às áreas de cultivo de batata no município de Camanducaia-MG.

As isolinhas foram convertidas em faixas referentes a intervalos de densidade de

pontos com cultivo de batata. Estas faixas foram definidas segundo intervalos de

desvio padrão (<-1,3 a 1,3) em relação à média. Desta forma, regiões que apresentam

maior desvio padrão (>1,3 DP) são aquelas que maior quantidade de cultivos em

relação à média municipal; as que apresentam menores valores (<-1,3 DP) são as que

contêm áreas de cultivo próximas à média.

Analisando-se o mapa da Figura 5, observa-se que as áreas com maior desvio padrão

situam-se nas proximidades do distrito de São Mateus de Minas, onde há grande

concentração de áreas de cultivo familiar de batata. Outros bairros rurais com

destaque para este cultivo são Pitangueiras e Jaguaribe de Baixo, situados na porção

sudoeste do município, além do bairro rural de Campo Verde. Estes distritos e bairros


1876

rurais situam-se em áreas de relevo colinoso e nas bordas ou encostas do relevo

ondulado a colinoso, próprias para o cultivo da batata.

Figura 5: Mapa das áreas com maior densidade de cultivo de batata no município de

Camanducaia, em Minas Gerais.

Já o distrito de Monte Verde localiza-se em relevo fortemente inclinado e numa área

em que predominam os fragmentos florestais, constituído de florestas ombrófilas

densa e mista, e o plantio comercial de espécies florestais, como o eucalipto

(Eucalipto sp) e o pinus (Pinus sp).

Conclusões

A sobreposição de feições, de objetos sobre superfícies (campos contínuos) é um

esforço para que a análise espacial da distribuição dos cultivos familiares de batata em

Camanducaia-MG possa proporcionar uma melhor compreensão do espaço regional e

de sua dinâmica, e dos desafios aos quais estes agricultores estão sujeitos no uso

agrícola do solo. Isto porque o mapeamento das superfícies de cultivo revelou que as

áreas de atividade agrícola, especialmente a bataticultura, ocupam áreas legalmente

destinadas às atividades agropecuárias previstas no Plano Gestor da APA Fernão


1877

Dias-MG mas que no entanto concorrem com empreendimentos voltados ao fomento

da silvicultura e da expansão urbana no entorno.

Por fim, ressalte-se que esta maior densidade dos cultivos de batata em áreas de

concentração da população rural, em distritos e bairros, configura situações de conflito

relacionadas ao modo de produção familiar destes cultivos e o uso intensivo de

agrotóxicos. Como conseqüência podem trazer a este cenário problemas de saúde

pública devido a exposição aos agrotóxicos e possibilidade de intoxicação destes

agricultores e de suas famílias.

REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS

CONSÓRCIO ERG-SCTP. Plano de Gestão da APA Fernão Dias. SEMAD-

Secretaria de Estado do Meio Ambiente e Desenvolvimento Sustentável; IEF-Instituto

Estadual de Florestas; IGAM-Instituto Mineiro de Gestão de Águas; FEAM-Fundação

Estadual do Meio Ambiente; DER-MG-Departamento de Estradas de Rodagem de

Minas Gerais. Junho de 2008.

CROSTA, A. P. Processamento digital de imagens de sensoriamento remoto.

Campinas: IG/UNICAMP, 3ª. reimpressão 1999. 170p.

EMATER-Empresa Brasileira de Assistência Técnica e Extensão Rural.

Camanducaia-MG. 2009.

FERREIRA, M. C. Considerações teórico-metodológicas sobre as origens a e inserção

do sistema de informação geográfica da geografia. In: Vitti, A. C. Contribuições à

história e a epistemologia da geografia. Bertrand Brasil, RJ, 2006. pp. 101-125.

GOODCHILD, M. F. Geographical data modelling. Computers and Geosciences, 18(4):

401-408, 1992. In: FERREIRA, M. C. Considerações teórico-metodológicas sobre as

origens a e inserção do sistema de informação geográfica da geografia. In: Vitti, A. C.

Contribuições à história e a epistemologia da geografia. Bertrand Brasil, RJ, 2006.

pp. 101-125.

IBGE-Instituto Brasileiro de Geografia e Estatística. Censo Agropecuário 2006. Brasil,

Grandes regiões e unidades da Federação. ISSN 0103-6157. Rio de Janeiro, p.1-

777, 2006.

__________________________________________Censo Demográfico 2000/2010.

IBGE–Cidades@. Disponível em:

<http://www.cidades.ibge.gov.br/xtras/temas.php?lang=&codmun=311050&idtema=1&


1878

search=minas-gerais|camanducaia|censo-demografico-2010:-sinopse->. Acesso em

19fev.2014.

LANDIM, P. M. B. Sobre Geoestatística e mapas. Terrae Didatica 2(1):19-33,2006.

MATTOS, E.C.A. Análise espacial da bataticultura e sua interação com

agricultura familiar, agrotóxicos e usos do solo em Camanducaia, na área de

proteção ambiental da Fernão Dias, em Minas Gerais. 2011. 243p. Tese

(Doutorado) - Universidade Estadual de Campinas, Campinas. 2011.

TAYLOR, P. J. Quantitative methods in geography: an introduction to spatial

analysis. Boston, Houghton Mifflin Co., 1977.

UNWIN, D. Introductory spatial analysis. London: Methuen, 1981.

Documents

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