Mapeamento e caracterização da vegetação e geoambientes de Hope Bay, Península Antártica, usando imangens de VANT

• Ano de defesa: 2020
• Autor(a) principal: Sotille, Maria Eliza
• Orientador(a): Bremer, Ulisses Franz
• Tipo de documento: Tese
• Tipo de acesso: Acesso aberto
• Idioma: por
• Palavras-chave em Português: Sensoriamento remoto; Análise ambiental; Geoprocessamento; Mapeamento digital; Imagens digitais; NDVI; Antártica
• Palavras-chave em Inglês: Vegetation mapping; UAV; GEOBIA; Image classification; Environmental variables; Landforms; Zoning
• Link de acesso: http://hdl.handle.net/10183/218020

As mudanças ambientais em áreas sem cobertura permanente de gelo na Antártica têm levado ao rápido desenvolvimento de comunidades vegetais da área, destacando a necessidade de monitoramento eficaz e contínuo para estimar a dinâmica em constante mudança deste subsistema. Devido à complexidade da cobertura superficial do ambiente antártico e a heterogeneidade espacial e homogeneidade espectral da vegetação criptogâmica, a detecção e o mapeamento da vegetação por técnicas de sensoriamento remoto ainda permanecem limitados. Nos últimos anos, o advento de plataformas como os veículos aéreos não tripulados (VANTs) tem possibilitado um mapeamento detalhado da superfície e das características geoecológicas, principalmente na região da Antártica Marítima. Como as imagens de VANT permitem análises abrangentes da vegetação, este estudo tem como objetivo mapear e identificar as características das comunidades vegetais de Hope Bay, no extremo norte da Península Antártica, explorando técnicas de sensoriamento remoto e apontando possibilidades para o uso de sensores de altíssima resolução espacial na identificação desses alvos. Para tanto, foram realizadas: (i) a avaliação da adequação do NDVI de imagens de VANT, Sentinel-2 e Landsat 8 para o mapeamento de áreas vegetadas na Antártica Marítima, com o estabelecimento de intervalos de classe por meio de parâmetros estatísticos (i.e. média e desvio padrão); (ii) a classificação de tipos (i.e. algas, musgos e liquens) e subtipos de vegetação antártica por meio da análise de imagem baseada em objetos geográficos (GEOBIA) e do algoritmo de aprendizagem de máquina Random Forest; e (iii) a avaliação da relação entre as comunidades vegetais da área e um conjunto de variáveis ambientais (e.g. altitude, declividade, aspecto, geoforma, solo, etc.) usando técnicas de sensoriamento remoto e geoprocessamento, com a divisão da área em geoambiente. Os resultados do NDVI mostram que diferentes sensores podem retornar valores diferentes para a mesma classe de vegetação. A classificação do índice permite identificar da cobertura vegetal da área de estudo, sendo que uma correspondência espacial na distribuição das classes é observada entre as classificações. Além disso, é identificada uma associação entre classes de NDVI e tipos de vegetação, onde os liquens são geralmente classificados em classes de probabilidade mais baixas e algas e musgo em classes de probabilidade mais altas. O estudo mostra o potencial do NDVI aplicado à vegetação antártica e a significância dos parâmetros estatísticos na definição dos intervalos de classe, reduzindo a necessidade de dados de campo em áreas remotas. Os resultados do GEOBIA mostram que as subclasses têm baixa separabilidade quando considerado apenas o número digital das bandas G-R-NIR do sensor S110. E que uso combinado de dados de múltiplas camadas de informação (i.e. espectrais, índices, IHS, topográficos e texturas) potencializa a separabilidade entre as subclasses e fornece o melhor resultado para a detecção e o delineamento de diferentes tipos de vegetação, com uma acurácia geral de 0.966 e um coeficiente Kappa de 0.946. O estudo demonstra a relevância dos dados de VANT em fornecer as propriedades necessárias para a classificação eficaz da vegetação da Antártica Marítima, mesmo em imagens obtidas por sensores com baixa resolução espectral. Os resultados da relação entre as comunidades vegetais e os fatores ambientais mostram que a vegetação da área de estudo segue um gradiente altimétrico, com algas mais presentes em altitudes abaixo de 60 m e musgos e liquens mais presentes a altitudes acima de 60 m. As comunidades vegetais estão principalmente distribuídas em encostas setentrionais e em terrenos planos ou de leve inclinação, com os solos ornitogênicos mais associados a algas e musgos e o solo Lithic Haploturbels mais associado a liquens e musgos. O estudo mostra que as comunidades mapeadas são influenciadas pelos fatores ambientais investigados, e que o conjunto de informações reunidas para Hope Bay permite a setorização da área de estudo em sete geoambientes, contribuindo para o monitoramento da cobertura vegetal da Antártica frente às mudanças ambientais e auxiliando no entendimento da evolução e da estabilidade da área livre de gelo.