Modelagem dinâmica de uso e cobertura da terra para a Mesorregião Sul Maranhense
Paulo Roberto Mendes Pereira
TESE
Português
T/UNICAMP P414m
[Dynamic modelling of land use and land cover in the Southern Region of Maranhão]
Campinas, SP : [s.n.], 2024.
1 recurso online (241 p.) : il., digital, arquivo PDF.
Orientador: Edson Luis Bolfe
Tese (doutorado) - Universidade Estadual de Campinas (UNICAMP), Instituto de Geociências
Resumo: Fatores como políticas públicas, condições ambientais favoráveis e investimento público-privado têm moldado a dinâmica de uso e cobertura da terra no Cerrado maranhense. Nos últimos anos, essa região apresentou elevado incremento de áreas antropizadas em detrimento da vegetação natural,...
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Resumo: Fatores como políticas públicas, condições ambientais favoráveis e investimento público-privado têm moldado a dinâmica de uso e cobertura da terra no Cerrado maranhense. Nos últimos anos, essa região apresentou elevado incremento de áreas antropizadas em detrimento da vegetação natural, principalmente na mesorregião Sul Maranhense. Esta pesquisa objetivou mapear, quantificar e simular as transformações de uso e cobertura da terra em função da expansão da agropecuária no período de 1990 e 2030 para a mesorregião. Para tanto, utilizou-se uma série de procedimentos que envolveram processamento, segmentação e extração de atributos derivados da matriz de coocorrência e de um conjunto de imagens orbitais de média resolução espacial da série Landsat, com recorte temporal 30 anos (1990 a 2020). Essas imagens foram classificadas a partir do algoritmo de aprendizagem de máquina Random Forest (RF). O treinamento do algoritmo foi realizado com base em um conjunto de amostras obtidas a partir de interpretação visual de imagens de média e alta resolução em associação com levantamentos in loco, sendo identificadas oito classes de uso e cobertura de terra. A validação foi realizada segundo métricas quantitativas derivadas da matriz de confusão, como acurácia global, índice Kappa e f1-score. A partir dos mapas finais, realizaram-se análises estatísticas quinquenais a fim de detectar as principais transições entre as classes de uso e cobertura da terra no período. Como resultado, todos os mapas finais apresentaram exatidão global superior a 70%. As maiores confusões ocorreram entre as classes pastagens, culturas temporárias e formações campestres, fator que pode estar relacionado à proximidade espectral entre essas classes. Já os resultados mostraram uma significativa redução das formações savânicas e campestres, convertidas principalmente em agricultura e pastagens, predominando na porção Central e Noroeste, com destaque para os munícipios de Balsas, Riachão, Tasso Fragoso, Carolina e Porto Franco. A etapa de modelagem da expansão da agropecuária sobre remanescente de vegetação natural foi analisada até o ano de 2030 e realizada na plataforma Dinâmica Ego (Environment for Geoprocessing Objects). Utilizou-se uma abordagem baseada em autômatos celulares integrados ao método de pesos e evidências, sendo gerados a partir de um conjunto de variáveis estáticas e dinâmicas relacionadas a mudanças de uso e cobertura da terra. A etapa de calibração mostrou que a presença de áreas já consolidadas é o principal vetor de expansão da agricultura, com os maiores pesos. A validação do modelo se mostrou satisfatória com taxa de acerto superior a 40% em janelas de 5x5. Como resultado, identificou-se que a área apresenta significativa tendência de conversão da vegetação natural, principalmente em pastagens, com maior probabilidade de expansão até 2030 e perda de aproximadamente 19% da cobertura vegetal de Cerrado, com destaque para os municípios de Campestre do Maranhão, Porto Franco, São João do Paraíso, Feira Nova, Estreito, Balsas, Tasso Fragoso e Carolina
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Abstract: Factors such as public policies, favorable environmental conditions, and public-private investment have shaped the dynamics of land use and land cover in the Cerrado region of Maranhão. In recent years, this region has exhibited a significant increase in anthropized areas to the detriment...
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Abstract: Factors such as public policies, favorable environmental conditions, and public-private investment have shaped the dynamics of land use and land cover in the Cerrado region of Maranhão. In recent years, this region has exhibited a significant increase in anthropized areas to the detriment of natural vegetation, particularly in the South Maranhense mesoregion. This research aimed to map, quantify, and simulate the transformations of land use and land cover due to the expansion of agriculture and livestock farming in the period from 1990 to 2030 for the mesoregion. For this purpose, a series of procedures were employed that involved processing, segmentation, and extraction of attributes derived from the co-occurrence matrix and a set of medium spatial resolution orbital images from the Landsat series, with a 30-year temporal range (1990 to 2020). These images were classified using the Random Forest (RF) machine learning algorithm. The training of the algorithm was conducted based on a set of samples obtained from visual interpretation of medium and high-resolution images in association with in-situ surveys, with eight land use and land cover classes being identified. The validation was performed according to quantitative metrics derived from the confusion matrix, such as overall accuracy, Kappa index, and F1-score. Based on the final maps, quinquennial statistical analyses were conducted to detect the main transitions between land use and land cover classes over the period. As a result, all final maps exhibited an overall accuracy greater than 70%. The greatest confusions occurred between the classes of pastures, temporary crops, and grassland formations, a factor that may be related to the spectral proximity between these classes. The results showed a significant reduction of savanna and grassland formations, primarily converted to agriculture and pastures, predominating in the Central and Northwest portions, with emphasis on the municipalities of Balsas, Riachão, Tasso Fragoso, Carolina, and Porto Franco. The modeling stage of the expansion of agriculture and livestock over the remaining natural vegetation was analyzed up to the year 2030 and carried out on the Dinamica EGO (Environment for Geoprocessing Objects) platform. An approach based on cellular automata integrated with the weights-of-evidence method was used, being generated from a set of static and dynamic variables related to land use and land cover changes. The calibration stage showed that the presence of already consolidated areas is the main driver of agricultural expansion, with the highest weights. The model validation proved satisfactory, with an accuracy rate exceeding 40% in 5x5 windows. As a result, it was identified that the area presents a significant trend of conversion of natural vegetation, mainly into pastures, with a higher probability of expansion until 2030 and a loss of approximately 19% of the Cerrado vegetation cover, with emphasis on the municipalities of Campestre do Maranhão, Porto Franco, São João do Paraíso, Feira Nova, Estreito, Balsas, Tasso Fragoso, and Carolina
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Aberto
Bolfe, Edson Luis, 1974-
Orientador
Rodrigues, Taíssa Caroline Silva
Avaliador
Farias Filho, Marcelino Silva
Avaliador
Amorim, Raul Reis, 1981-
Avaliador
Ferreira, Marcos César, 1957-
Avaliador
Modelagem dinâmica de uso e cobertura da terra para a Mesorregião Sul Maranhense
Paulo Roberto Mendes Pereira
Modelagem dinâmica de uso e cobertura da terra para a Mesorregião Sul Maranhense
Paulo Roberto Mendes Pereira