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INVENTÁRIO DE BIOMASSA FLORESTAL COM IMAGENS DE SATÉLITE DE ALTA RESOLUÇÃO ESPACIAL
(QUERCUS ROTUNDIFOLIA E QUERCUS SUBER)
Adélia M. O. de Sousa, José R. Marques da Silva, Ana Cristina Gonçalves e Paulo A. Mesquita
WORKSHOP (BIO) ENERGIA
16 de Abr i l 2013Depar tamento de Engenhar ia Rura l
Univers ide de Évora
Projeto: ALTERCEXA I e II - Medidas de Adaptación y Mitigación del Cambio Climático a Través del Impulso de las Energías Alternativas en Centro, Alentejo y Extremadura.
Programa Operativo de Cooperação Transfronteiriço Espanha – Portugal (POCTEP).
Avaliar o potencial de imagens de alta resolução espacial (Quickbird) na
identificação de espécies florestais e respectiva estimativa da sua biomassa
(Quercus rotundifolia e Quercus suber).
Objectivo
Workshop (BIO) ENERGIA, 16 de Abril de 2013
Áreas de estudo
•Região de Mora (133km2)
- Agosto de 2006 (Quickbird)
• Região de Portel (225km2) - Maio de 2003 (Quickbird)
• Região de Alcácer (155 km2)
- Setembro de 2004, 2007 e 2011
(Quickbird)
- Junho de 2011 (WorldView 2)
- Julho de 2011 (Geoeye1)
- Junho de 2011 (WorldView 2)
•Região de Oleiros (121 km2)
- Maio de 2005 (Quickbird)
Workshop (BIO) ENERGIA, 16 de Abril de 2013
Dados
As imagens foram adquiridas no modo “Ortho-ready Pan-Sharpened” correspondendo à fusão da banda pancromática com as 4 bandas multi-espectrais.
Resolução espacial de 0,70 m.
B1 - azul (0,45-0,52 mm), B2 - verde (0,52-0,60 mm), B3- vermelho (V) (0,63-0,69 mm),B4 - infravermelho próximo (IVP) (0,76-0,90 mm).
Imagens de alta resolução espacial do satélite Quickbird da Digital Globe (www.digitalglobe.com).
Resolução radiométrica de 11 bits.
Workshop (BIO) ENERGIA, 16 de Abril de 2013
- Orto-rectificação da imagem, com base no Modelo Digital de Elevação (MDE) do satélite Advanced Spaceborne Thermal Emission and Reflection Radiometer (ASTER) com 30 m de resolução espacial.
- Georreferenciação para o sistema de projecção Hayford - Gauss Militar através de pontos com coordenadas conhecidas (pontos identificados no campo com um GPS e vértices geodésicos identificáveis na imagem).
Metodologia
Pré-processamento das imagens
Workshop (BIO) ENERGIA, 16 de Abril de 2013
Metodologia
Principais etapas:
i) cálculo de bandas sintéticas
- índice de vegetação Normalized Difference Vegetation Index – NDVI;
NDVI= (IVP-V)/(IVP+V)
ii) criação de uma máscara de coberto arbóreo;
iii) extracção da área de coberto arbóreo.
Processamento das imagens
Workshop (BIO) ENERGIA, 16 de Abril de 2013
Máscara de vegetação com base no NDVI
Método de segmentação multi-resolução -
agrega pixels em objectos com base em critérios de homogeneidade (forma, textura, etc.)
Workshop (BIO) ENERGIA, 16 de Abril de 2013
Máscara de
vegetação
Workshop (BIO) ENERGIA, 16 de Abril de 2013
Funções alométricas utilizadas (Paulo e Tomé, 2006):
d – diametro à altura do peito
Biomassa Total = ww+wb+wc
onde ww é a biomassa do lenho, wb da casca e wc da copa.
Biomassa
Estimativa da Biomassa – Inventário Florestal
Paulo, JA, Tomé M. Equações para estimação do volume e biomassa de duas espécies de carvalhos: Quercus suber e Quercus ilex. Publicações do GIMREF;RC1/2006. Instituto Superior de Agronomia. Departamento de Engenharia Florestal. Lisboa
Workshop (BIO) ENERGIA, 16 de Abril de 2013
1º Cálculo da Biomassa - Funções Alométrica (BA_C)
2º Estimar a biomassa com base na projecção horizontal de copa (PHC)
Regressão linear
3º Erro na estimativa da biomassa com base na projecção horizontal de copa
Estimativa da biomassa e erro associado
Workshop (BIO) ENERGIA, 16 de Abril de 2013
02000
40006000
800010000
1200014000
1600018000
0
20000
40000
60000
80000
100000
120000
140000
160000
180000
-20
-15
-10
-5
0
5
10
f(x) = 10.210303511064 xR² = 0.999181118397366
Projecção Horizontal de Copa Cumulativa, m2(PHCC)
Biom
assa
cum
ulati
va -
Alom
étric
a,kg
(B
C_A)
Erro
de
estim
ação
da
Biom
assa
%
Biomassa Cumulativa - Funções Alométricas / Projeção Horizontal de Copa Cumulativa (Árvore)
0 2000 4000 6000 8000 10000 120000
20000
40000
60000
80000
100000
120000
140000
160000
180000
-30
-25
-20
-15
-10
-5
0
5
10
15
20
25
f(x) = 14.5867685865904 xR² = 0.99982050770704
Projecção Horizontal de Copa Cumulativa, m2(PHCC)
Biom
assa
Cum
ulati
va -
Alom
étric
a,kg
(BC_
A)
Erro
de
estim
ação
da
Biom
assa
%
Quercus rotundifolia Quercus suber
Erro de 5%PHCC > 4000m2
Erro de 5%PHCC > 2000m2
Resultados
Workshop (BIO) ENERGIA, 16 de Abril de 2013
Biomassa Cumulativa - Funções Alométricas / Projeção Horizontal de Copa Cumulativa (Parcela)
0 2000 4000 6000 8000 10000 120000
20000
40000
60000
80000
100000
120000
-10
-5
0
5
10
f(x) = 9.87195855853637 xR² = 0.999464406307987
Projeção Horizontal de Copa Cumulativa, m2(PHCC)
Biom
assa
Cum
ulati
va -
Alom
étric
a, k
g(B
C_A)
Erro
de
Estim
ação
de
Biom
assa
%
0 1000 2000 3000 4000 5000 6000 7000 80000
20000
40000
60000
80000
100000
120000
-45
-40
-35
-30
-25
-20
-15
-10
-5
0
5
10
f(x) = 13.9368880621805 xR² = 0.999473877842621
Projeção Horizontal de Copa Cumulativa, m2(PHCC)
Biom
asa
Cum
ulati
va -
Alom
étric
a, k
g(B
C_A)
Erro
de
Estim
ação
da
Biom
assa
%
Quercus rotundifolia Quercus suber
Erro de 5%PHCC > 4000m2
Erro de 5%PHCC > 4000m2
Workshop (BIO) ENERGIA, 16 de abril de 2013
Biomassa Cumulativa - Funções Alométricas / Projeção Horizontal de Copa Cumulativa (Parcela)
Parcelas de Povoamentos Mistos de Quercus rotundifolia e Quercus suber
01000
20003000
40005000
60007000
80009000
100000
20000
40000
60000
80000
100000
120000
140000
-10
-5
0
5
10
15
f(x) = 13.7409582208769 xR² = 0.997229320260102
Projeção Horizontal de Copa Cumulativa (PHCC), m2
Biom
assa
Cum
ulati
va -
Alo
mét
rica
, kg
(BC_
A)
Erro
de
Estim
ação
de
Biom
assa
, %
Erro de 5%PHCC > 5000m2
Workshop (BIO) ENERGIA, 16 de abril de 2013
Estimativa da Biomassa - com base na imagem de satélite
Projecção Horizontal de CopaSatélite
Workshop (BIO) ENERGIA, 16 de abril de 2013
Biomassa Cumulativa - Funções Alométricas / Projeção Horizontal de Copa Cumulativa
(Imagem de Satélite)
Quercus rotundifolia Quercus suber
Estimativa da Biomassa – imagens de satélite
Erro de 5%PHCC > 4000m2
Erro de 5%PHCC > 4000m2
Pacelas de povoamentos puros
Workshop (BIO) ENERGIA, 16 de abril de 2013
Parcelas de Povoamentos Mistos
Estimativa da Biomassa – imagens de satélite
Erro de 5%PHCC > 8000m2
Workshop (BIO) ENERGIA, 16 de abril de 2013
Povoamento Equação a, b (kg m-2) Válido para Observações
Puro Quercus rotundifolia
1
2
9.87
6.47
PHCC > 4000 m2
PHCC_S > 4000 m2
Com a PHCC Com a PHCC_S
Puro
Quercus suber1
2
13.94
7.34
PHCC > 2000 m2
PHCCP_S > 4000 m2
Com a PHCC
Com a PHCC_S
Misto Quercus
rotundifolia / Quercus suber
1
2
13.74
7.80
PHCC > 5000 m2
PHCCP_S > 8000 m2
Com a PHCC
Com a PHCC_S
BC_A = a * PHCC (1)
BC_A = b * PHCC_S (2)
Funções de estimação da biomassa
Parâmetros das funções de estimação da Biomassa
Workshop (BIO) ENERGIA, 16 de abril de 2013
- Neste estudo desenvolveu-se uma metodologia para a estimação da
biomassa com base em imagens de satélite de alta resolução espacial com
resultados bastante satisfatórios, com erros de estimação inferiores a 5%.
- Para parcelas de povoamentos puros de Quercus rotundifolia e Quercus
suber pode-se estimar o valor da biomassa desde que a projecção
horizontal de copa cumulativa obtida com base em imagens de satélite
tenha valores superiores a 4000 m2.
- Para parcelas de povoamentos mistos de ambas as espécies, pode-se
estimar o valor da biomassa desde que a projecção horizontal de copa
cumulativa obtida com base em imagens de satélite tenha valores superiores
a 8000 m2.
Conclusões
Workshop (BIO) ENERGIA, 16 de abril de 2013
Muito Obrigado
Adélia Sousa (asousa@uevora.pt)José Rafael M da Silva(jmsilva@uevora.pt)Ana C. Gonçaves(acag@uevora.pt)Paulo Mesqueita(paulomesquita00@gmail.com)
Workshop (BIO) ENERGIA, 16 de abril de 2013