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E83-103846 ^--/In? F;,O

011 SECRETARIA DE PLANEJAMENTO DA PRESIDENCIA DA REPt1BLICA

cCONSELIIO NACIONAL Of DESENVOLVIYENTO CIENTiFCO ET"Made avaita 1 ASA emnenrehin

semination of Earth Resources Survey

Program information and without liabilityfor any use made thenot."

(Ed3-1U384) PRELlMlhAFY SIA'iISiICAL S1u.^^cSCCNCLfi6Ibii Tic C.AHPUS kJ SUS:afl CANE AsiA.A► ,

USIhG LA DSA`i' IMAGELI AirD Ak6IAL PHCTV%aA AA2L S(Iustituto de PEsyuisas :;sFICidis, Saoib p dC AUAt/at A01 C:i.... u1C 63/43

at13-32137

Unclas00344

NASA sn F^_N'DA716 GDCAF

PROCESSED BYNASA STt FACA.fnr

q EBA - 363 q AIAA

INSTITUTO 11 PESQUISAS

ESPICIAII

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1. Publicgao n4 2. Versao 3. Data 5. Distribui4ao

INPE-2723-NTE1200 Abril 1983 q Interna © Externa

q Restrita4. Origem Programs

DSR/DIN SAFRAS

6. Palavras chaves - selecionadas pelo(s) autor(es)

IMAGEM LANDSATFOTOGRAFIAS AE'RF.ASAMOSTR4GEb1 EM DUAS FASES

7. C.D.U.: 528.711.7:633.61(815.32)

8. Titulo INPE-2723-NTE120010. Paginas: 15

ESTUDOS ESTATISTICOS PRELIMINARES SOBRE AREGIAO CANAVIEIRA DE CAMPOS - RJ, 11. Oltima pagina: 14

UTILIZANDO IMAGENS LANDSAT E12. Revisada por

1)A

FOTOGRAFIAS AgREAS

9. Autori a SamuelLourdes

R. X. CostaBernadete F.C. Paiao

Francisco J. Mendonca ntonio TebaZdi Tardin

13. Autorizada porYosio E. ShimabukuroValdete Duarte

Assinatura responsavelpUC,41 Cul

N Zson do Jesus Pa desDiretcr

14. Resumo/Notas

Este trabalho tem por objetivo aplicar a tecniea de amostragemem duos Eases a uma rcgidoarea cultivada com canes-

piloto no municipio Uk? Campos'- RJ para estimar ade-acucar. Essa tecnica compreende a utiliaaaao da

corm Zaoc o t?xistcr.tc entry os dados do LANDSAT e aG fotografias aereas. Dosresultados obtidos coreZu,'utrots-se bastantt precisolor que corresponde a

-se que o sistema de amostragem em duas fases mosfornecendo como estiimativa da area cuZtivada um va-

99,67 do obtido atraves das fotograflas aereas, o quaTfoi consido2vdo como verdade terrestre. Essa estimativa aprescntou um desviopadrdo de 226 ha, o qual acarretou um coeficiente de variaodo de 0,6%.

15. Observag6es

ESTUDOS ESTATTSTICOS PRELIMINARES SOBRE A REGIAO CANAVIEIRA DE CAMPOS-- _

T— RJ -LITILIZANDO 1MAGLNS LANDSAT E FOTOGRAFIAS AEREAS

Costa, S.R.X., Paiao, L.B.F.C.. Mendonca, F.J.,

Shimabukuro, Y.E., Duarte, V.

SUMARI0

Este trabalho tem por objetivo aplicar a tecnica de amos

tragem em duos fases .a uma regiao piloto no municipio de CAMPOS - RJ -

para estimar a area cultivada com Cana-de-ac6car. Essa tecnica compre

ende a utilizacao da correlacao existents entre os dados do LANDSAT e

as fotografias aereas. Dos resultados obtidos concluiu-se que o siste

ma de amostragem em duas fases mostrou-se bastante preciso fornecendo

como estimative da area cultivada um valor que corresponds a 99,61. do

obtido atraves das fotografias aereas. o qual foi considerado como ver

dade terrestre. Essa estimativa apresentou um desvio padrao de 225 ha.

o qual acarretou tun coeficiente de variacao de 0.6i..

1 - INTRODUCAO

Este trabalho apresenta o desenvolvimento de um sistema

estatistico de estimativa da area ocupada con Cana-de- acucar. Para tats

to, selecionou-se uma area piloto, localizada no municipio de Campos,

no Rio de Janeiro.

A determinacao da area ocupada com toda a popula`io ca

navieira da area piloto foi obtida atraves de interpretacao visual,

tanto de fotografias aereas quanto de imagens LANDSAT.

Com os dados obtidos da interpretacao acima citada. foi

deter7ninado o tamanho do senmento otinto a calculada a estimativa da

area CultlVada com cane-tie-acucar. Con ba sw em um sistema de amostra

gem em duos fas ys, que utiliza a estimativa de regressao, de modo a mi

nimizar o custo Para uma variancia fixada.

2 - MATERIAL E METOOOS

2.1 - LOCALIZAcAO E EXTENSAO DA AREA DE ESTUDO

Para a realizacao deste trabalho foi escolhida uma area

de estudo ccnn,aproximadamente.984 W, localizada entre os paralelos

21 0 40' a 21 0 53' sul a os meridianos 41 0 38' a 41 0 14' oeste.

Sobre esta area de estudo foi feita uma cobertura aero

-fotografica em junho de 1932 utilizando filme infravermelho colorido

da KODAK, do tipo 2443.

A partir das fotografias aereas obtidas na escala de

1:34.000, foi preps rado inn mosaico semicontrolado, atraves do qual foi

gerado um maps bast di area de estudo. Posteriormente, este mapa foi

reduzido para a escala de 1:100.000 pelo laboratorio fotografico de Ca

choeira Paulista. Utilizaram-se ainda imagens do sensor MSS do sateli

to LANDSAT-3, na escala de 1:9150.000. correspondendo a orbita 122, pon

to 21, das passagens do 08/01/82 e 10/06/82, onde foi gerado tambem um

mapa tematico de cans, confonne Figura 2.1.

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- 3 -

OF POOR QUALITY

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2.2 - TRACADO DA GRADE DE AMOSTRAGEM

Para efeito da avaliacao da area ocupada com cane-de-acG

car, foi utilizada uma grade de pontos na qual cads um deles correspon

dia a 1 ha no mapa base, na escala 1:100.000, gerado a partir de foto

grafias aereas. E nas imagens do LANDSAT, na escala de 1:250.000, cad&

ponto correspondia a 6,25 ha.

Para a selecao da amostra, foi traCada uma grade para ca

da um dos mapas tematicos, correspondendo cada quadricula a 6,25 km2

(Figura 2.2).

Da contagem dos pontos em cada quadricula, obtiveram-se

os valores de duas variaveis. A primeira, X, quando os mapas tematicos

foram gerados a partir de imagens LANDSAT; e a segunda, Y, quando os ma

pas tematicos foram gerados a partir de dados de fotografias aereas.

3._

- 5 -

ORIGINAL F•AGE 45OF POOR QUALITY

CAMPOS

RIO 0JE , ANFIRO

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OUADRICULA DE 6.25 KM 2

PARA A' ESCALA It 100.000'^.N

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Fig. 2 . 2 - Mapa da situa^ao da area de estudo dentro do Estado do Riode Janeiro, demonstrativo do tamanho das quadriculas paraas escalas de 1:100.000 a 1:250.000.

- 6 -

2.3 - DETERMINACAO DO TAMANHO DO SEGMENTO AMOSTRAL

A partir das grades anteriormente descritas, onde cads

quadricula continha uma area de 6,25 km 2 , ou seja, um quadrado de

2,5 km x 2,5 km, procedeu-se a um estudo pars determinar o tamanho oti

mo do segmento amostral. Esse estudo foi feito com base no criterio de

maxima correlacao entre as variaveis X (dados do LANDSAT) e Y (dados

de fotografias aereas). Consideram-se 10 tamanhos diferentes de segmen

tos, conforme pode-se ver na Tabela 2.1.

Embora o tamanho 1,5 km x 7,5 km apresente o maior coefi

ciente de correlacao entre as variavei s X e Y (9410, a area em es

tudo apresenta um numero de segmentos amostrais relativamente pe

queno que inviabiliza uma amostragem estatistica. Devido a esta

limitacao, escolheu-se para este trabalho preliminar o segmento de' to

manho 2,5 km x 2,5 kin para a realizacao da amostragem em duas faces por

regressao (ver Cochran, 1963). A escolha dente tamanho de segmento pos

sibilita um estudo preliminar, embora • diminua a eficiencia da amostra

gem em duas fases devido ao menor coeficiente de correlacao (73%).

I

-7-

TABELA 2.1

TAMANHO, NOMERO DOS SEGMENTOS AMOSTRAIS E SEUS

PARAMETROS ESTATISTICOS

TAMANHO DOSSEGMENTOSAMOSTRAIS

NDMERO DESEG. AMOSTRAIS NAAREA DO EXPERIMENT-0

r ML DPL MA DPA

(km) (Ha) .(Ha)

2,5 x 2,5 170 0,73 235 183 233 167

2,5 x 5,0 85 0,81 444 348 441 320

2,5 x 1,5 56 0,82 666 473 661 410

2,5 x 10,0 42 0,86 799 663 793 602

5,0 x 5,0 42 0,85 888 648 882 578

5,0' x 7,5 28 0,84 1332 880 1322 731

5,0 x 10,0 21 0,93 1612 1225 1587 1113

7,5 x 7,5 18 0,94 1665 1432 1653 1229

7,5 x 10,0 14 0,94 2034 1908 1984 1778

10,0 x 10,0 10 0,93 2663 2281 2645 2130

r Correlagao entre as variaveis X (dados do LANDSAT) e Y (dados

das fotografias aereas).

ML Media da "area de cana-de-ag'ucar no segmento amostral obtido a

partir da identificagao de dados do LANDSAT.

DPL : Desvio padrao calculado a partir da media da area de cana-de-agu

car do segmento amostral, utilizando dados do LANDSAT.

MA Media da area de cana-de-agucar no segmento amostral obtido a

partir da identificagao de dados de fotografias aereas.

DPA : Desvio padrao calculado a partir da media da area de cana-de

-acucar dosegmento amostral, utilizando dados de fotogra

fias aereas.

r^

- 8 -

!2.4 - ANALISE ESTATTSTICA

0 numero de amostras, em cads fase, foi determinado atr a

ves do criterio de minimizaCio do custo total da estimativa, pars um

erro do maior que 5% a um coeficiente de confianCa de 95%.

i

Segundo Cappelletti et alii (1982) os valores de k - nu

mero de segmentos na primeira fase de amostragem sobre X, e n - numero

de segmentos na segunda fase da amostragem sobre Y, basearam-se na va

ria ncia de Y (s t y) a na correlacao (r) de X e Y. 0 calculo de k e n e

dos parametros estatisticos foram obtidos a partir dos valores de toda

a populacao que se tinha disponivel.

Obtidos k e n, simulou-se uma sequencia de 70 amostras

aleat"orias pars cads fase, das quais a am:ostra da segunda fase foi uma

subamostra aleatoria da primeira fase.

Com os dados da simulaca o, calculou-se uma sequencia de

valores de Y (estimador do total de cana-de-acucar) a de V(YR)(varian

cia do estimador), obtendo-se:

D - Y R -a,

onde a corresponde ao valor de 39.673 ha de cana-de-acucar de toda a

regiao em estudo, obtido atraves da interpretaCao de fotografias ae

reas. 0 valor de a foi tomado como verdade terrestre para a avaliaca-o

da estimativa da area plantada com cane-de-acucar, obtida atraves do

sistema de amostragem em duas faces.

3 - RESULTADOS

3.1 - OBTENCAO DAS AMOSTRAS

Para a determinacao dos numeros de segmentos amo strais

de imagens LANDSAT a fotografias aereas, faz-se necessario conhecer a

3

-9-

relaCno entre os custos.desses dois levantamentos (ver loestsch and

Haller, 1973). Essa relaCno foi conputada a partir dos custos das ima

gens LANDSAT, do levantamento aerofotogrifico, do ttinpo de interpreta

Cao a do trabalho de campo. Essa relaCno entre os custose especifica

Para essa area em estudo, uma vez que todos os custos tem uma variabi

lidade decorrente do tamanho da area que esta sendo estudada.

Tomando-se como base o coeficiente de correlacno

r - 0,725, o desvio padra`o s - 167, a relaCno entre os custos dos le

vantamentos com dados do LANDSAT a de fotografias aereas (C1/C2) que

foi de 1:4, a fixando-se um erro maximo na estimativa da ordem de 5%

com uma confianca de 95%, o numero de segmentos amostrais pars a pri

meira fase (variavel X, area obtida pelo LANDSAT) foi k - 77 a pars a

segunda fase (variavel Y, fotografias aereas) foi n -36. 0 custo to

tal foi de 221 unidades monetirias.

3.2 -'RESULTADOS DA AMOSTRAGEM

Con os dados das 70 amostras simuladas chegou-se aos se

guintes resultados:

a) 0 valor medio da sequencia de estimativas da area ocupada cam

can&-de-acucar foi de 39.515 ha. Tal valor correspondeu a 99,6%

do total obtido no levantamento feito atrave s de fotografias

aereas, o qual foi considerado como verdade terrestre. 0 des

vio padrao dessa estimativa foi de 225 ha, o que correspondeu

a um coeficiente de variacao de 0,6%.

b) 0 intervalo de confianca do total da a rea cultivada, pars um

coeficiente de confianca de 95%, foi: 38.675 ha; 40.355 hit, cu

Jos limiter, em ternos percentuais, correspondem a 97,5% e

101,1% do obtido atraves de fotografias aereas.

- 10 -

c) Comparando o valor obtido atrave"s das fotografias aereas (ver

dade terrestre), 39.673 ha, com a estimative amostrai, 39.515 ha,

pode-se observar que a diferenga absolute foi de 158 ha, com erro

padrao de 421 ha. 0 calculo do intervalo de confianga cam 95%

teve os limites de -684 ha a 1.000 ha.

d) A area total com cana-de-aC"car, obtida atraves da interpreta;"ao

visual de imagens LANDSAT, foi de 39.950 ha. Comparando este

resultado com aquele obtido atraves da amostragem em duas fases

por regressao, 39.515 ha, tem-se uma diferen;a absoluta de 435

ha.

e) No caso em que se utilizou um sistema de amostragem aleat5ria

simples, unicameate com dados do LANDSAT, foi calculada uma amos

tra de tamanho K = 145. A estimativa da area total com cana-de

-acucar foiX = 40.120 ha, que correspondeu a 101,10 da verdade

• terrestre.

f) A eficiencia do sistema de amostragem em duas fases, comparada

com o sistema de fase "unica, no qual se utilizaram somente da

dos de fotografias aereas, foi de 901V, o que significa que,para

cads unidade monetaria gast; na amostragem em duas fases, foi

necessa rio investir 0,90 unidades via amostragem simples.

3.3 - DISCU tAO DOS RESULTADOS

A Tabela 3.1 compara os resultados das estimativas da

area de cana-de-a4 kar,atraves dos metodos de amostragem em duas fases

e aleat5ria simples das imagens LANDSAT,com o valor da area de cana-de

-acucar obtido atraves de interpretagao de fotografias aereas.

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- 12 -

Como se pode observar na Tabela 3.1, ao se utilizar tan

to o (9todo de amostragem em duas fases, corgi o metodo de amostragem

aleatoria simples, os erros relativos cometidos foram de apenas 0,40%

e 1,13%, respectivamente. Tal fato parece ter explicaca o na grande ho

mogeneidade da area de estudo, em termos da distribuica'o espacial da

cana-de-ac6car, aliada a grande afinidade adquirida pelos fotointerpre

tes com esta area, atraves da analise das fotografias aereas, que lhes

permitiram estabelecer os padro'es espectrais para interpretacao das ima

gens LANDSAT.

4 - CONCLUSAO

Com base nos resultados alcancados no presente trabalho,

chegou-se is seguintes conclusoes:

1) A utilizacao de um sistema de amostragem em dual fases mostrou

-se mencs eficiente, porem com uma diferenca relativa muito pro

xima da amostragem aleatoria simples, que conduziu a uma preci

sao bastante elevada.

2) A homogeneidade, em termos de distribuicao espacial da cana-de

acucar na area de estudo, o conhecimento dessa distribuicao

espacial de cana pelns fotointerpretes, atraves da analise de

fotografias aereas, acrescido do pequeno tamanho da area de es

tudo, devem ter influenciado decisivamente os resultados quan

to a estimativa da area de cana, utilizando tanto o metodo de

amostragem em duas fases como o metodo de amostragem aleatoria

simples.

5 - COMENTARIO

Esse estudo conduziu aos resultados-preliminares sobre

a regiao ca-avieira de CAMPOS-RJ, podendo servir como dados para estu

dos posteriores em toda regiao canavieira do Rio de Janeiro.

- 13 -

A amostragem aleatoria simples dos dados levantados por

imagens do LANDSAT resultou mais eficiente em relaga o ao sistema de

duas fases devido a pequena diferenga entre os custos do levantamento

aerofotografico a do levantamento por imagens do LANDSAT, a ainda pe

la utilizagao, neste estudo, de unidades amostrais com coeficiente de

correlagao menor que a unidade amostral otima.

- 14 -

REFERENCIAS BIBLIOGRAFICAS

CAPPELLETTI, C.A.; MENDON^A, F.J.; LEE, D.C.L.; SHIMABUKURO, Y.E.

Estimation of the sugar cane cultivated area from LANDSAT images

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Jul. 1982. (INPE-2489-PRE/172).

COCHRAN, W.G. Sampling Techniques, 2 nd ed, New York, J. Wiley and

Sons, 413 p., 1963.

LOESTSCH, F.; HALLER, K.E. Forest Inventory, vol. II, 2 nd ed., BLV

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