DETECÇÃO DE MUDANÇAS EM CICATRIZES DE MOVIMENTOS DE MASSA NA SERRA DO MAR PARANAENSE A PARTIR DA DIFERENÇA DE VALORES DE NDVI

Autores

¹Negrão, P.; ²Gerente, J.; ³Santos, E.G.; ⁴Sothe, C.; ⁵Miguel, B.H.

¹INSTITUTO NACIONAL DE PESQUISAS ESPACIAIS (INPE) Email: priscila.negrao@inpe.br
²INSTITUTO NACIONAL DE PESQUISAS ESPACIAIS (INPE) Email: jessica.gerente@inpe.br
³INSTITUTO NACIONAL DE PESQUISAS ESPACIAIS (INPE) Email: erone.santos@inpe.br
⁴INSTITUTO NACIONAL DE PESQUISAS ESPACIAIS (INPE) Email: camile.sothe@inpe.br
⁵INSTITUTO NACIONAL DE PESQUISAS ESPACIAIS (INPE) Email: barbara.miguel@inpe.br

Resumo

Movimentos de massa são destrutivos fenômenos naturais que podem ocasionar problemas como supressão da vegetação, danos aos recursos naturais, perdas econômicas e até mesmo causar o ferimento e óbito. Na última década houve um aumento das ocorrências de desastres naturais no Brasil envolvendo movimentos de massa. Esse aumento é decorrente, principalmente, de alterações climáticas e expansão urbana em áreas irregulares. No contexto de movimentos de massa causados por eventos climáticos podem ser citados os ocorridos na região serrana do Rio de Janeiro, em janeiro de 2011, o qual representa a maior tragédia climática da história do país, e os ocorridos na Serra do Mar Paranaense, em março do mesmo ano. Na Serra do Mar Paranaense houve uma série de processos de movimentos de massa associados a um elevado volume de chuva de 321mm em 24 horas. Esses movimentos de massa resultaram em danos materiais, como destruição total ou parcial de casas, ruas, estradas, pontes, lavouras, entre outros. Além disso, houve feridos e um caso de óbito. Diversos trabalhos visam apresentar métodos para identificação automática de cicatrizes de movimentos de massa em apenas uma data, que é, em geral, logo após o desastre. Em alguns casos, os estudos identificam a mudança utilizando imagens de datas pré e pós evento. No entanto, poucos estudos visam a identificação do surgimento, ou recuperação, da vegetação nas áreas onde houve movimentos de massa. A avaliação da recuperação da vegetação é importante porque serve de apoio para auxiliar na análise de susceptibilidade do terreno a novas ocorrências, uma vez que a vegetação ajuda a estabilizar encostas, aumentando a resistência do solo a erosões superficiais e movimentos de massa. Movimentos de massa ocorridos em áreas vegetadas podem ser identificados em imagens ópticas devido ao alto contraste espectral entre as cicatrizes dos movimentos e as áreas adjacentes. Os índices de vegetação que exploram este contraste têm sido utilizados tanto para a identificação das cicatrizes quanto para a análise temporal da cobertura do solo. Dentre esses, citam-se o índice de vegetação otimizado ajustado ao solo (optimized soil adjusted vegetation index – OSAVI) e o índice de vegetação por diferença normalizada (Normalized Differential Vegetation Index -NDVI). Neste contexto, o objetivo do trabalho é aplicar o índice OSAVI para identificação das cicatrizes de movimentos de massa na porção norte da Serra da Prata, na Serra do Mar Paranaense, em uma imagem datada de junho de 2011 (pós evento). Em seguida, avaliar a mudança na cobertura do solo, nas áreas identificadas como cicatrizes, para vegetação a partir da diferença de valores de NDVI entre a imagem de junho de 2011 e uma imagem de abril de 2016 (aproximadamente 5 anos após o evento). A área de estudo está localizada entre os pares de coordenadas (25°34’S, 48°43’O) e (25°37’30”S, 48°39’O) e abrange os municípios de Paranaguá, Morretes e Guaratuba, no Paraná. A identificação das cicatrizes foi feita em um recorte de 1350 colunas e 1389 linhas de um mosaico das cenas ortoretificadas RapidEye nº 2227224 e nº2227324, de 08 de junho de 2011. As imagens provenientes de sensores da constelação RapidEye possuem resolução espacial de 6,5 m, com 5m para imagens ortoretificadas, e cinco bandas espectrais: três no visível, uma no vermelho limítrofe (Red-edge) e outra no infravermelho próximo. Foi aplicada a correção atmosférica com o algoritmo QUAC® (QUick atmospheric correction) para então realizar o cálculo do índice OSAVI. O OSAVI é calculado pela seguinte equação: OSAVI= 1,5.(IVP-V)/(IVP+V+0,16); na qual, IVP e V correspondem às reflectâncias das bandas no infravermelho próximo e no vermelho, respectivamente. Para extrair as cicatrizes de movimentos de massa foi realizado um processo de fatiamento, no qual pixels com valores de índice OSAVI inferiores a 0,8 foram definidos como cicatrizes de movimentos de massa. As cicatrizes foram então exportadas como polígonos em formato vetorial. Além do índice OSAVI, foi calculado o índice NDVI para o recorte de 2011 com a finalidade de avaliar a mudança em valores de NDVI na imagem de 2016. O índice NDVI é calculado da seguinte maneira: NDVI=(IVP-V)/(IVP+V). Para o cálculo de NDVI, para a data de 2016, foi utilizado um recorte, com as mesmas dimensões do recorte de 2011, da cena nº 22JGS de 20 de abril de 2016 do sensor Sentinel-2, com resolução espacial de 10m para as três bandas do visível e a do infravermelho próximo. O recorte de 2016 também passou pelo processo de correção atmosférica com o QUAC® e redimensionamento do pixel para 5m. Com as imagens das duas datas registradas, foi então calculado o NDVI para as duas datas e a diferença entre eles (NDVI2016-NDVI2011). O arquivo raster da diferença foi recortado nas áreas definidas como cicatrizes. Foi definido então, a partir da análise visual da cobertura do solo nas duas datas e o valor da diferença de NDVI, de 100 pontos gerados aleatoriamente, um valor de limiar de 0,4 para o fatiamento do arquivo entre mudança e não mudança, isto é, valores de diferença de NDVI superiores a 0,4 indicam que houve a mudança da classe cicatriz de movimento de massa para vegetação. Foi realizada uma avaliação visual para determinar se de fato houve aumento na vegetação em áreas definidas como mudança. Na imagem de 2011 foram identificados 416,033ha de cicatrizes de movimentos de massa, dos quais 107,176ha (25,8%) passaram a apresentar cobertura vegetal em 2016. Para uma validação da recuperação da vegetação recomenda-se visitas ao campo da área de estudo. O monitoramento da recuperação de locais afetados por movimentos de massa pode servir de base para a gestão de políticas públicas voltadas a desastres naturais. Recomenda-se que em trabalhos futuros sejam realizados estudos mais aprofundados sobre fatores que podem influenciar na recuperação da vegetação.

Keywords

detecção de mudança; movimentos de massa; NDVI

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