UNIVERSIDADE DE SÃO PAULO INSTITUTO DE GEOCIÊNCIAS Uso de ferramentas livres e de código aberto para a automatização de processos e produtos, redução de custos e prazos em projetos de risco geológico DENILSON DE JESUS Dissertação apresentada ao Programa de Recursos Minerais e Hidrogeologia do Instituto de Geociências da Universidade de São Paulo para a obtenção do título de Mestre em Geociências Área de concentração: Recursos Minerais e Meio-Ambiente Orientador: Prof. Dr. Carlos Henrique Grohmann de Carvalho São Paulo 2023 ii Autorizo a reprodução e divulgação total ou parcial deste trabalho, por qualquer meio convencional ou eletrônico, para fins de estudo e pesquisa, desde que citada a fonte. Serviço de Biblioteca e Documentação do IGc/USP Ficha catalográfica gerada automaticamente com dados fornecidos pelo autor via programa desenvolvido pela Seção Técnica de Informática do ICMC/USP Bibliotecários responsáveis pela estrutura de catalogação da publicação: Sonia Regina Yole Guerra - CRB-8/4208 | Anderson de Santana - CRB-8/6658. JESUS, D. D., 2023, Uso de ferramentas livres e de código aberto para a automatização de processos e produtos, redução de custos e prazos em projetos de risco geológico [Dissertação de Mestrado], São Paulo, Instituto de Geociências, Universidade de São Paulo, 137 p. de Jesus, Denilson Uso de ferramentas livres e de código aberto para a automatização de processos e produtos, redução de custos e prazos em projetos de risco geológico / Denilson de Jesus; orientador Carlos Henrique Grohmann de Carvalho. -- São Paulo, 2023. 127 p. Dissertação (Mestrado - Programa de Pós-Graduação em Recursos Minerais e Hidrogeologia) -- Instituto de Geociências, Universidade de São Paulo, 2023. 1. risco geológico. 2. movimento de massa. 3. banco de dados. 4. prevenção de desastres. 5. QGIS. I. Henrique Grohmann de Carvalho, Carlos, orient. II. Título. iii UNIVERSIDADE DE SÃO PAULO INSTITUTO DE GEOCIÊNCIAS Uso de ferramentas livres e de código aberto para a automatização de processos e produtos, redução de custos e prazos em projetos de risco geológico DENILSON DE JESUS Orientador: Prof. Dr. Carlos Henrique Grohmann de Carvalho Dissertação de Mestrado Nº 901 COMISSÃO JULGADORA Dr. Carlos Henrique Grohmann de Carvalho Dra. Camila Duelis Viana Dra. Alessandra Cristina Corsi SÃO PAULO 2023 iv Dedico essa obra à minha família, em especial à minha esposa Luciane e a minhas filhas, Carolina e Laura. v AGRADECIMENTOS Ao meu orientador, Prof. Dr. Carlos Henrique Grohmann de Carvalho (Guano), por estar sempre à disposição e compartilhar seu conhecimento. Ao Serviço Geológico do Brasil - CPRM, empresa da qual me orgulho de fazer parte, por apoiar e financiar esta pesquisa. Gratidão aos colegas que me incentivaram neste desafio. Gratidão à minha Família e a Deus! vi RESUMO No Plano Nacional de Gestão de Riscos e Resposta a Desastres Naturais do Governo Federal, dentre os quatro eixos temáticos existentes - Mapeamento, Prevenção, Monitoramento e Alerta e Resposta, cabe ao Serviço Geológico do Brasil (SGB- CPRM) a incumbência de atuar no primeiro eixo, ou seja, na produção do conhecimento geológico-geotécnico em municípios com risco alto e muito alto de deslizamentos e inundações. Assim, a atuação do SGB-CPRM se desenvolveu em quatro linhas de ação: 1) Setorização de Riscos a Movimentos de Massa e Inundações; 2) Cartas Municipais de Suscetibilidade a Movimentos de Massa e Inundações; 3) Desenvolvimento e Implementação do Sistema de Cadastro de Deslizamentos e Inundações e 4) Cursos de Capacitação de Técnicos Municipais na Gestão de Riscos. Esta pesquisa se propõe a estudar, entender e avaliar os processos, as metodologias, tecnologias empregadas, prazos, qualidade e custos envolvidos nos processos necessários para a confecção dos produtos cartográficos que compõem a Setorização de Riscos a Movimentos de Massa e Inundações, além de propor alternativas de modernização, simplificação, inovação tecnológica e automatização dos processos atualmente utilizados, fazendo uso de ferramentas FOSS4G (Free and Open Source Software for GIS), em substituição às tecnologias proprietárias, refletindo no aumento de qualidade, na redução de custos e de prazos. Palavras-chave: risco geológico, movimento de massa, inundação, SIG, banco de dados, gestão territorial, prevenção de desastres, QGIS. vii ABSTRACT In the National Plan for Risk Management and Response to Natural Disasters of the Federal Government, among the four existing thematic axes - Mapping, Prevention, Monitoring and Alert and Response, it is up to the Geological Survey of Brazil (SGB- CPRM) to act in the first axis, that is, in the production of geological-geotechnical knowledge in municipalities with high and very high risk of landslides and floods. Thus, the performance of the SGB-CPRM was developed in four lines of action: 1) Sectorization of Risks to Mass Movements and Floods; 2) Municipal Charts of Susceptibility to Mass Movements and Floods; 3) Development and Implementation of Landslides and Floods Registration System and 4) Training Courses for Municipal Technicians in Risk Management. This research proposes to study, understand and evaluate the processes, methodologies, technologies employed, deadlines, quality and costs involved in the processes necessary for the manufacture of cartographic products that make up the Sectorization of Risks to Mass Movements and Floods, in addition to proposing alternatives for modernization, simplification, technological innovation and automation of the currently used processes, making use of FOSS4G tools (Free and Open Source Software for GIS), replacing proprietary technologies, reflecting in the increase of quality, in the reduction of costs and deadlines. Keywords: geological hazard, mass movement, flooding, GIS, database, land management, disaster prevention, QGIS. viii SUMÁRIO 1. INTRODUÇÃO ..................................................................................................... 1 2. OBJETIVOS ......................................................................................................... 3 3. JUSTIFICATIVAS ................................................................................................. 5 4. LEVANTAMENTO BIBLIOGRÁFICO ................................................................... 8 4.1. Definições de Movimentos de Massa .......................................................... 10 4.2. Classificação de Movimentos de Massa ...................................................... 10 4.2.1. Escorregamentos .................................................................................. 14 4.2.2. Escorregamentos Rotacionais .............................................................. 14 4.2.3. Escorregamentos Translacionais .......................................................... 16 4.2.4. Queda de Blocos ................................................................................... 17 4.2.5. Corridas................................................................................................. 18 4.2.6. Rastejos ................................................................................................ 20 4.2.7. Condicionantes dos Movimentos de Massa .......................................... 20 4.3. Processos hidrológicos ................................................................................ 22 4.3.1. Erosões hídricas ................................................................................... 23 4.3.2. Outros processos .................................................................................. 24 4.4. CODIFICAÇÃO BRASILEIRA DE DESASTRES ......................................... 25 4.5. REVISÃO TECNOLÓGICA .......................................................................... 27 4.5.1. SQL (Structure Query Language) ......................................................... 27 4.5.2. Padrões Open Geospatial Consortium - OGC ...................................... 27 4.5.3. OpenStreetMap (OSM) - Cartografia Voluntária ................................... 32 4.5.4. O Ambiente SIG .................................................................................... 33 4.5.5. Sensoriamento Remoto ........................................................................ 35 4.5.6. Ladrilhos vetoriais (Vector tile) .............................................................. 38 5. MUNICÍPIOS PARA PESQUISA DE CAMPO .................................................... 45 5.1. Município de Apiaí - SP ............................................................................... 47 5.1.1. Trabalho de campo - resultados obtidos ............................................... 47 5.2. Município de Espírito Santo do Pinhal – SP ................................................ 50 5.2.1. Trabalho de campo 01 - resultados obtidos .......................................... 50 5.2.2. Trabalho de campo 02 - resultados obtidos .......................................... 53 ix 6. MÉTODOS E PROCEDIMENTOS ADOTADOS ................................................. 56 6.1. Fase 1 – PRÉ-CAMPO - Fotointerpretação ................................................. 59 6.2. Fase 2 – LEVANTAMENTO DE CAMPO ..................................................... 60 6.2.1. Movimentos de massa ........................................................................... 62 6.2.2. Processos hidrológicos fluviais .............................................................. 63 6.2.3. Erosão hídrica........................................................................................ 64 6.2.4. Outros processos ................................................................................... 65 6.3. FASE 3 – PRODUÇÃO DE DADOS............................................................. 66 6.3.1. Produtos elaborados .............................................................................. 80 6.3.2. Ambiente SIG ........................................................................................ 93 6.3.3. Correções e ajustes ............................................................................... 96 6.4. Fase 4 – PUBLICAÇÃO ............................................................................... 97 6.4.1. Consolidação dos produtos ................................................................... 97 7. RESULTADOS ................................................................................................... 99 7.1. Disponibilidade dos dados que compõe o Projeto ..................................... 103 8. RECOMENDAÇÕES E SUGESTÕES .............................................................. 104 9. REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS ................................................................. 106 10. ANEXO A .......................................................................................................... 113 11. ANEXO B .......................................................................................................... 121 x LISTA DE FIGURAS FIGURA 1 – DESENHOS ESQUEMÁTICOS DOS TIPOS PRINCIPAIS DE MOVIMENTOS DE MASSA. (A) RASTEJO; (B) DESLIZAMENTOS: (B1) PLANAR, (B2) ROTACIONAL E (B3) EM CUNHA; (C) MOVIMENTOS COM BLOCOS ROCHOSOS: (C1) QUEDAS, (C2) TOMBAMENTOS, (C3) ROLAMENTOS E (C4) DESPLACAMENTOS; (D) FLUXO.. .............................................. 13 FIGURA 2 – PRINCIPAIS TIPOS DE ESCORREGAMENTOS.. ................................................. 14 FIGURA 3 – ESCORREGAMENTO ROTACIONAL COM AS NOMENCLATURAS USUAIS A PARTIR DO ESTABELECIDO INTERNACIONALMENTE.. .................................................................. 15 FIGURA 4 – ESCORREGAMENTO ROTACIONAL EM CARAGUATATUBA – SP. ....................... 15 FIGURA 5 – MODELO DE ESCORREGAMENTO PLANAR.. ................................................... 16 FIGURA 6 – CICATRIZ DE ESCORREGAMENTO TRANSLACIONAL, CONDICIONADO POR AÇÃO ANTRÓPICA DE DESMATAMENTO, CORTES E ATERROS, INDUZINDO A CONCENTRAÇÃO DE ÁGUA EM SUPERFÍCIE, NO TOPO DA CICATRIZ. BAIRRO ITABERABA II, DISTRITO ANHANGUERA, SÃO PAULO, SP.. ........................................................................... 17 FIGURA 7 – (A) ESQUEMA E (B) FOTO DE QUEDA DE BLOCOS.. ......................................... 18 FIGURA 8 – EXEMPLO DE ROLAMENTO DE BLOCOS EM NOVA FRIBURGO – RJ.. ................. 18 FIGURA 9 – CORRIDA DE MASSA EM ITAÓCA COM BLOCOS ROLADOS DE GRANDE PORTE – SP.. .................................................................................................................... 19 FIGURA 10 – PARTE SUPERIOR DA BACIA DO RIO GUARDA-MÃO. AO FUNDO, COM DESLIZAMENTOS DE SOLO E ROCHA, EM PRIMEIRO PLANO, A ÁREA DE DEPOSIÇÃO DO FLUXO OCORRIDO EM 2010. ITAÓCA, SP.. ............................................................... 19 FIGURA 11 – PROCESSO DE RASTEJO NA VERTENTE DE UM MORRO BAIXO EM IPEÚNA – SP, COM EVIDÊNCIAS DE TRINCAS E DEGRAUS DE ABATIMENTO.. ..................................... 20 FIGURA 12 - ILUSTRAÇÃO DO NÍVEL DE ZOOM 0 NO SISTEMA DE MAPEAMENTO DA WEB BASEADO EM BLOCOS.. .......................................................................................... 41 FIGURA 13 - ILUSTRAÇÃO DO NÍVEL DE ZOOM 1 NO SISTEMA DE MAPEAMENTO DA WEB BASEADO EM BLOCOS.. .......................................................................................... 41 FIGURA 14 –COMPARAÇÃO ENTRE RASTER TILE (A), FORMATO PNG E VECTOR TILE (B), FORMATO GEOJSON.. .......................................................................................... 42 FIGURA 15 - MAPA DE LOCALIZAÇÃO DOS MUNICÍPIOS DE APIAÍ E ESPÍRITO SANTO DO PINHAL - SP. ........................................................................................................ 46 FIGURA 16 - PRANCHA DE MAPEAMENTO DO SETOR 06 NO MUNICÍPIO DE APIAÍ-SP. .......... 49 FIGURA 17 - PRANCHA DE MAPEAMENTO DO SETOR 06 EM ESPÍRITO SANTO DO PINHAL-SP. ........................................................................................................................... 52 FIGURA 18 – MAPA ÍNDICE QUE MOSTRA TODOS OS SETORES DE RISCO DELIMITADOS EM CAMPO. ................................................................................................................ 54 FIGURA 19 – SETOR 03 – ATUALIZADO EM CAMPO E COM LEIAUTE REDEFINIDO. ................ 55 FIGURA 20 - FLUXOGRAMA CONCEITUAL DO PROCESSO. ................................................. 57 FIGURA 21 - FLUXOGRAMA OPERACIONAL DO PROCESSO COM ESTIMATIVA DE PRAZOS MÉDIOS (EM DIAS) PARA EXECUÇÃO. ....................................................................... 58 FIGURA 22 - VOÇOROCA COM MARGENS HABITADAS IDENTIFICADA NA ETAPA DE FOTOINTERPRETAÇÃO. .......................................................................................... 60 xi FIGURA 23 - LEVANTAMENTO DE CAMPO DURANTE A SETORIZAÇÃO DE ÁREAS DE RISCO GEOLÓGICO. AS FOTOS A E B APRESENTAM ÁREA DE INSTABILIDADE (ESCORREGAMENTO), A FOTO C ILUSTRA O MÉTODO DE OBSERVAÇÃO E MAPEAMENTO E (D) INUNDAÇÃO.. ................................................................................................... 61 FIGURA 24 - DELIMITAÇÃO DE UM SETOR DE RISCO (PONTOS/FOTOS DE CAMPO EM VERMELHO). .......................................................................................................... 66 FIGURA 25 - DEFINIÇÃO DE RISCO DE DESASTRES. .......................................................... 67 FIGURA 26 - CRIAÇÃO DE CAMADA VIRTUAL NO AMBIENTE DO PROJETO DO QGIS. ............. 71 FIGURA 27 – CRIAÇÃO DE CAMPO EXPRESSÃO OU CAMPOS VIRTUAIS. .............................. 74 FIGURA 28 – VISUALIZAÇÃO DE CAMPO EXPRESSÃO OU CAMPOS VIRTUAIS NAS PROPRIEDADES DA CAMADA .................................................................................... 76 FIGURA 29 - PROPRIEDADE QUE PERMITE CUSTOMIZAR OS FORMULÁRIOS NO QGIS .......... 79 FIGURA 30 - ELEMENTOS QUE CONSTITUEM O MAPA ÍNDICE. ............................................ 82 FIGURA 31 - ELEMENTOS DE AUTOMATIZAÇÃO DO MAPA ÍNDICE. ....................................... 83 FIGURA 32 – ELEMENTOS QUE CONSTITUEM A PRANCHA. ................................................ 88 FIGURA 33 - ELEMENTOS DE AUTOMATIZAÇÃO DO MAPA DE SETOR (PRANCHA).. ............... 89 FIGURA 34 - DETALHE DO MENU PARA ENQUADRAMENTO AUTOMÁTICO DO MAPA. .............. 91 FIGURA 35 - AMBIENTE QGIS. ...................................................................................... 94 FIGURA 36 – DETALHAMENTO DA ESTRUTURA E CONTEÚDO DO BANCO DE DADOS ............. 96 FIGURA 37 - FLUXOGRAMA ORIGINAL DO PROCESSO DE CONFECÇÃO DE PRODUTOS CARTOGRÁFICOS DE RISCO................................................................................... 101 FIGURA 38 - FLUXO DO PROCESSO DESENVOLVIDO ....................................................... 101 FIGURA 39 – GRÁFICO COM COMPARAÇÃO DE TEMPO DE EXECUÇÃO DE CADA FASE ........ 102 xii LISTA DE TABELAS TABELA 1 - TERMOS BÁSICOS UTILIZADOS EM REDUÇÃO DO RISCO DE DESASTRES. ............. 9 TABELA 2 - COMPARAÇÃO ENTRE AS PROPOSTAS DE CLASSIFICAÇÃO DE MOVIMENTOS GRAVITACIONAIS DE MASSA MAIS USADAS NO BRASIL. .............................................. 11 TABELA 3 - CLASSIFICAÇÃO DOS MOVIMENTOS DE MASSA. MODIFICADO DE AUGUSTO FILHO (1992). ................................................................................................................ 11 TABELA 4 - CLASSIFICAÇÃO DOS PROCESSOS HIDROLÓGICOS ......................................... 23 TABELA 5 - CLASSIFICAÇÃO DAS EROSÕES HÍDRICAS. ..................................................... 24 TABELA 6 - CLASSIFICAÇÃO DOS PROCESSOS DE SUBSIDÊNCIA OU SOLAPAMENTO, COLAPSO, EXPANSÃO E CONTRAÇÃO DE ARGILAS E MOVIMENTO DE DUNAS. ............................... 24 TABELA 7 - CODIFICAÇÃO BRASILEIRA DE DESASTRES (COBRADE). RESUMO APLICADO À SETORIZAÇÃO DE RISCO GEOLÓGICO. ..................................................................... 26 TABELA 8 – CLASSIFICAÇÃO DOS GRAUS DE RISCO DE MOVIMENTOS DE MASSA, EROSÕES, SUBSIDÊNCIA, SOLAPAMENTO OU COLAPSO, MOVIMENTAÇÃO DE DUNAS, EXPANSÃO E CONTRAÇÃO DE ARGILAS. ...................................................................................... 68 TABELA 9 - CLASSIFICAÇÃO DOS GRAUS DE RISCO DE PROCESSOS HÍDRICOS. .................. 69 TABELA 10 - TABELA DE ATRIBUTOS DA CAMADA SETORES. .......................................... 114 TABELA 11 - TABELA DE ATRIBUTOS DA CAMADA FOTOS. .............................................. 118 TABELA 12 - TABELA DE ATRIBUTOS DAS FEIÇÕES TRINCAS, SENTIDO DO MOVIMENTO DE MASSA, DRENAGEM, DEGRAU DE ABATIMENTO E BORDA EROSIVA. .......................... 118 TABELA 13 - TABELA DE ATRIBUTOS DA FEIÇÃO RIOS. ................................................... 119 TABELA 14 - TABELA DE ATRIBUTOS DA CAMADA ESTADO_ANALISADO_VW E ESTADOS_BRASILEIROS. ...................................................................................... 119 TABELA 15 - TABELA DE ATRIBUTOS DA CAMADA LIMITE MULTIESCALA. .......................... 119 TABELA 16 - TABELA DE ATRIBUTOS DA CAMADA TABELA_CONTROLE. ........................... 120 xiii LISTA DE SIGLAS E ABREVIAÇÕES ACID Atomicidade, Consistência, Isolamento e Durabilidade ABGE Associação Brasileira de Geologia de Engenharia e Ambiental ALOS Satélite Avançado de Observação Terrestre / Advanced Land Observing Satellite APAN Área de Proteção do Ambiente Natural APP Área de Proteção Permanente ARG Área de Restrição Geotécnica ASI Agência Espacial Italiana / Agenzia Spaziale Italiana ASTER Radiômetro de Reflexão e Emissão Térmica Espacial Avançado / Advanced Spaceborne Thermal Emission and Reflection Radiometer AW3D30 ALOS World 3D – 30 metros COBRADE Codificação Brasileira de Desastres CONAMA Conselho Nacional do Meio Ambiente CPRM Companhia de Pesquisa de Recursos Minerais CRED Centro para Pesquisa sobre Epidemiologia de Desastres DEGET Departamento de Gestão Territorial DER Departamento de Estradas e Rodagem DICART Divisão de Cartografia DIGEOP Divisão de Geoprocessamento EM-DAT Banco de Dados Internacional de Desastres DLR Agência Espacial Alemã / Deutsches Zentrum für Luft- und Raumfahrt EMDB Empresa Municipal de Desenvolvimento de Brotas EGM96 Modelo Gravitacional da Terra / Earth Gravitational Model 1996 FIDE Formulário de Identificação de Desastres FOSS4G Software livre e de código aberto para SIG / Free and Open Source Software for GIS GDAL Biblioteca de abstração de dados geoespaciais / Geospatial Data Abstraction Library GDEM Mapa Digital Global de Elevação / Global Digital Elevation Map GeoJSON Notação Geográfica de Objeto JavaScript / Geographic JavaScript Object Notation GPS Sistema de Posicionamento Global / Global Positioning System GNU Licença Pública Geral IBGE Instituto Brasileiro de Geografia e Estatística IG Instituto Geológico do Estado de São Paulo INPE Instituto Nacional de Pesquisas Espaciais IPT Instituto de Pesquisas Tecnológicas ISO Organização Internacional para Padronização / International Organization for Standardization JAXA Agência de Exploração Aeroespacial do Japão / Japan Aerospace Exploration Agency JPL Laboratório de Propulsão a Jato / Jet Propulsion Laboratory MDE Modelo Digital de Elevação LiDAR Detecção de luz e alcance / Light Detection and Ranging https://pt.wikipedia.org/wiki/JSON https://pt.wikipedia.org/wiki/JSON xiv MDS Modelo Digital de Superfície NASA Administração Nacional Aeronáutica e Espaço / National Aeronautics and Space Administration NIMA Agência Nacional de Imagens e Mapeamento / National Imagery and Mapping Agency OGC Consórcio Geoespacial Aberto / Open Geospatial Consortium OMS Organização Mundial de Saúde OSGEO Fundação geoespacial de código aberto / Open Source Geospatial Foundation OSM Open Street Map PALSAR Radar de Abertura Sintética de Banda L - arranjo em fases / Phased Array L-band Synthetic Aperture Radar PRISM Instrumento de sensoriamento remoto pancromático para mapeamento estéreo / Panchromatic Remote-Sensing Instrument for Stereo Mapping REM Energia eletromagnética ou radiação eletromagnética SAR Radar de Abertura Sintética / Synthetic Aperture Radar SCDI Sistema de Cadastro de Deslizamentos e Inundações SFSQL Recursos simples para SQL / Simple Features for SQL SGB Serviço Geológico do Brasil SGBDR Sistema Gerenciador de Banco de Dados Relacional SIG Sistemas de Informações Geográficas SIRGAS Sistema de Referência Geodésico para as Américas SQL Linguagem de consulta estruturada / Structured Query Language SR Sensoriamento Remoto SRTM Shuttle Radar Topography Mission TanDEM TerraSAR-X – Complemento para Medição de Elevação Digital / TerraSAR-X add-on for Digital Elevation Measurement UTM Sistema Universal Transversa de Mercator / Universal Transversal Mercartor WMTS Serviço de bloco de mapa da web / Web Map Tile Service 1 1. INTRODUÇÃO Os desastres naturais podem ocorrer em qualquer país, devido aos fenômenos naturais que os desencadeiam, como tempestades, terremotos, vulcões ou em função da vulnerabilidade do sistema social. Estudos indicaram que a maioria dos desastres ocorre em países em desenvolvimento e, em grande parte, são motivados pelo adensamento populacional em áreas de risco (CPRM, 2017). No Brasil, a frequência e a intensidade de desastres naturais vêm sofrendo um aumento nas últimas décadas. Esse aumento pode ser explicado pelos seguintes fatores: crescimento populacional, ocupação desordenada, intensificação da urbanização e industrialização, além das precipitações intensas e concentradas nas regiões serranas (CPRM, 2019). Por esse motivo, é necessária a realização de estudo geológico-geotécnico de mapeamento para subsidiar o planejamento do uso do solo (Planos Diretores Municipais), de modo a fornecer informações e orientações geotécnicas do meio físico para os mapeamentos de risco nos municípios suscetíveis a processos de instabilidade de encostas e de cheias, bem como oferecer subsídios a outras intervenções (CPRM, 2019). A Setorização de Áreas de Risco Geológico consiste na identificação e caracterização das porções urbanizadas do território municipal sujeitas a sofrerem perdas ou danos causados por eventos adversos de natureza geológica e objetiva subsidiar a tomada de decisões assertivas relacionadas às políticas de ordenamento territorial e prevenção de desastres, constituem instrumentos de grande importância para o ordenamento territorial e prevenção de desastres. Entretanto, sua utilização inadequada pode induzir a erros de planejamento e provocar consequências desagradáveis para gestores e para a população de maneira geral. Dessa forma, é importante que o usuário conheça as principais aplicabilidades e limitações de uso do trabalho (Lana et al., 2021). A utilização de ferramentas FOSS4G (Free and Open Source Software for GIS), tais como QGIS, GeoPackage, SQL, entre outras, é o meio e o desafio para que 2 empresas, instituições de ensino, alunos e profissionais da área possam ter acesso a soluções eficientes e gratuitas na área das geotecnologias (QGIS Project, 2019). Em vista disso, a presente pesquisa teve como desafio apontar e criar soluções lowcode inovadoras na área das geotecnologias, fazendo uso de ferramentas abertas e gratuitas, com a finalidade de automatizar procedimentos de banco de dados e de geração de leiautes utilizados para a representação de cartas e mapas de Setorização de Áreas de Risco Geológico, destinados à prevenção de desastres naturais. 3 2. OBJETIVOS O objetivo desta pesquisa consiste em avaliar a relação do tripé custo x qualidade x prazo das tecnologias atualmente utilizadas no Serviço Geológico do Brasil, para a elaboração dos produtos cartográficos relacionados ao mapeamento de risco geológico. Além disso, foram propostas melhorias e inovações para acelerar, baratear e prover mais qualidade aos processos e produtos gerados, como o mapa de Índice, o mapa (prancha) para cada um dos setores mapeados e o relatório para o município atendido no mapeamento de risco geológico. Para isso, este estudo foi desenvolvido em três blocos principais:  Avaliar processos, metodologias, tecnologias empregadas, prazos, qualidade e custos envolvidos nos processos necessários para a confecção dos produtos;  Propor alternativas de modernização, simplificação, inovação tecnológica e automatização dos processos utilizados, fazendo uso de ferramentas Open Source, a fim de obter aumento de qualidade e redução de custos e prazos.  Executar em fases:  Automatização dos leiautes das pranchas;  Automatização dos processos de obtenção dos dados e produção cartográfica e  Avaliar os dois itens acima em ambiente integrado. Note-se que o foco foi mantido para atender a seguintes premissas:  Abrangência nacional;  Replicação em diferentes regiões do país;  Escala de variável;  Superação da escassez de dados de entrada e  Atendimento a metas e cronogramas. 4 5 3. JUSTIFICATIVAS Considerando o cenário brasileiro de riscos e vulnerabilidades em meio à ocorrência de extremos climáticos, faz-se necessária a pesquisa contínua nos temas correlatos. A gestão dos riscos passa pela identificação, caracterização e análise de processos adversos, incluindo a pesquisa em novas tecnologias que podem ser aplicadas nestas ações (CPRM, 2013). Milhões de reais são investidos anualmente em licenças de softwares de SIG, de banco de dados e de sensoriamento remoto, bem como em hardware. Por outro lado, é fato que as ferramentas FOSS4G estão se aprimorando rapidamente, propiciando um novo caminho a ser percorrido para desenvolvimentos dos projetos com diversas vantagens, dentre elas, o acesso economicamente viável para qualquer usuário que tenha a necessidade ou interesse em utilizá-las (QGIS Project, 2019). Nesse contexto de evolução das dinâmicas tecnológicas e das necessidades do Estado em prover soluções frente aos problemas associados a movimentos de massa e inundações, iniciaram em 2011 e, ainda em 2012, foram incluídas nas metas do então recém-lançado Plano Nacional de Gestão de Riscos e Resposta a Desastres Naturais (PNGRRDN), o qual se estruturava em quatro eixos de ações focadas na atuação organizada das instituições integrantes (Lana et al., 2021):  Mapeamento;  Monitoramento e Alerta;  Prevenção e  Resposta a desastres. O Serviço Geológico do Brasil (SGB-CPRM) recebeu a incumbência de atuar no primeiro eixo, ou seja, na produção do conhecimento geológico-geotécnico em municípios com risco de deslizamentos e inundações considerado alto e muito alto. Assim, a atuação do SGB-CPRM se desenvolveu em quatro linhas de ação (CPRM, 2013): 1) Setorização de Riscos a Movimentos de Massa e Inundações; 2) Cartas Municipais de Suscetibilidade a Movimentos de Massa e Inundações; 6 3) Desenvolvimento e Implementação do Sistema de Cadastro de Deslizamentos e Inundações, e 4) Cursos de Capacitação de Técnicos Municipais na Gestão de Riscos. A metodologia utilizada pelos órgãos de pesquisa e mapeamento do Brasil, no que diz respeito à tecnologia de geoprocessamento empregada para a confecção de cartas e mapas voltados para a prevenção de desastres naturais, passa, basicamente, por alguns processos manuais, com o uso de vários tipos de ferramentas que se complementam. Dentro dos passos executados, tem-se:  Traçar setores no Google Earth, gerando kml;  Exportar imagens de cada setor traçado no Google Earth, como imagem tif;  Elaborar as pranchas manualmente;  Converter arquivos, por exemplo, kml para elaborar a shapefile;  Preencher as tabelas de atributos no Excel e  Fazer as descrições de cada setor de risco no Word e transferir para o Excel, Corel Draw e Arcmap. As principais desvantagens desse método são:  Processo manual com dificuldade de padronização;  Maioria dos campos de dados do Sistemas de Informações Geográficas (SIG) com preenchimento manual, acarretando diversos erros na base de dados;  Retrabalho para elaborar descrições para a prancha e para o SIG;  Leiautes não são georreferenciados;  Utilização de software de desenho para elaborar um documento cartográfico;  Tempo exigido para a produção dos resultados e  Mais horas de trabalho para finalizar as atividades. Como se trata de um projeto que se dá em nível nacional e é executado anualmente, produzindo informações voltadas à sociedade, é importante a uniformização, simplicidade e rapidez na apresentação dos resultados. Com isso, os 7 dados podem ser usados pelo poder público para tomar as decisões necessárias para salvaguardar vidas. Esta pesquisa leva ao aprendizado e à disseminação de novas técnicas de uso tecnológico, com aplicação em vários ramos das Geociências. Tal conhecimento será utilizado no Serviço Geológico do Brasil (SGB-CPRM), bem como em qualquer setor da sociedade, podendo ser replicado para Estados, Municípios e Universidades. Em sintonia com as linhas de pesquisa em geociências, destacam-se os seguintes itens: Geoprocessamento:  Coleta de dados para SIG;  Análise de dados espaciais;  Modelagem de dados geográficos com SIG;  Criação e manutenção de bancos de dados geográficos e  Gerenciamento de SIG. Cartografia:  Sistema de Informações Geográficas;  Sensoriamento Remoto Aplicado e  Banco de Dados Espacial. Gestão Territorial:  Setorização das áreas de riscos e perigo geológico e  Aprofundamento do conhecimento e desenvolvimento de novas técnicas para incremento da qualidade e otimização do tempo de execução dos mapeamentos de riscos geológicos. 8 4. LEVANTAMENTO BIBLIOGRÁFICO A elaboração de mapas geotécnicos é fundamentada na base conceitual da Geologia de Engenharia, que, segundo preceitos da Associação Brasileira de Geologia de Engenharia e Ambiental (ABGE, 1990; apud Tominga, 2007), é definida como: [...] ciência dedicada à investigação, estudo e solução de problemas de engenharia e meio ambiente, decorrentes da interação entre geologia e os trabalhos e atividades do homem, bem como à previsão e desenvolvimento de medidas preventivas ou reparadoras de acidentes geológicos (Tominaga, 2007). No Brasil, as denominações cartografia geotécnica e mapeamento geotécnico são utilizadas como equivalentes (Zuquette e Nakazawa, 1998). Entretanto, Zuquette e Gandolfi (2004) ressaltam que o termo cartografia geotécnica se refere à elaboração do produto cartográfico, enquanto o mapeamento geotécnico envolve todas as fases do processo de obtenção, análise, tratamento e representação dos dados. A metodologia desenvolvida busca a aplicabilidade dos conhecimentos do meio físico na otimização das ações de uso planejado do território e no enfrentamento de situações de risco. Essa atividade tem como premissa que as cartas geotécnicas deveriam ser consideradas como expressão prática do conhecimento geológico aplicado ao enfrentamento dos problemas postos pelo uso e pela ocupação do solo (Prandini et al., 1995; Tominaga, 2007). Para a compreensão dos conceitos básicos envolvidos nos processos de elaboração das setorizações de áreas de risco geológico, são apresentadas, a seguir, algumas definições dos termos utilizados direta ou indiretamente no processo de mapeamento, baseadas nos entendimentos de Ellison (1948), Augusto Filho (1992), Merritt et al. (2003), Morgan (2005), IPT e Ministério das Cidades (2007), Fell et al. 2008, UNISDR (2009), Julien (2010), ISDR (1998), Bitar (2014) e Lana et al. (2021). 9 Tabela 1 - Termos básicos utilizados em redução do risco de desastres. TERMO DEFINIÇÃO Degradação ambiental Processos induzidos pela atividade humana que causam danos aos recursos naturais ou que alteram adversamente os processos naturais ou os ecossistemas. Seus efeitos podem contribuir para o aumento da vulnerabilidade e a frequência e intensidade dos perigos naturais. Exemplos: degradação do solo, desmatamento, desertificação, poluição do solo, do ar e da água, perda da biodiversidade, entre outros. Desastre Uma grave perturbação do funcionamento de uma comunidade ou sociedade envolvendo amplo impacto e perdas humanas, materiais, econômicas ou ambientais, que excedem a capacidade de gerenciamento próprio por parte da comunidade ou sociedade afetada. Erosão No âmbito das geociências, a erosão é entendida como um processo bifásico que compreende a remoção de partículas de um determinado meio e seu transporte até que não haja mais energia suficiente para tal. Movimentos de massa Deslocamento descendente de solo, rocha ou detritos sob ação da força da gravidade. Perigo Condição com potencial para causar consequência indesejável em um intervalo de tempo. Deve incluir o local, a área de deflagração e atingimento, velocidade e probabilidade de ocorrência em um dado período. Perigos naturais Processos ou fenômenos naturais que ocorrem na biosfera e que podem gerar um evento danoso. Os perigos naturais podem ser classificados, quanto à origem, em geológicos, hidrometeorológicos e biológicos. Processo geológico Conjunto de ações derivadas da dinâmica natural do planeta Terra, que promovem modificações na superfície e subsuperfície, mesmo quando sua deflagração seja impulsionada por ações antrópicas. Processos hidrológicos fluviais Processos de elevação temporária do nível da água que escoa pelos canais fluviais. Risco Probabilidade de ocorrência e severidade de um efeito adverso à saúde, à propriedade ou ao meio ambiente. Risco geológico Relação entre à probabilidade de ocorrência de um evento adverso de natureza geológica e a magnitude de suas consequências socioeconômicas. Setorização de áreas de risco geológico Divisão do terreno em áreas ou domínios homogêneos e sua classificação de acordo com os graus de risco. Suscetibili- dade Em geociências, o termo suscetibilidade está relacionado à propensão ou potencialidade natural de ocorrer um evento do meio físico em uma determinada área. Talude de corte e aterro Superfície inclinada decorrente da ação antrópica (escavação ou aterro). Talude natural Superfície natural inclinada, sem alterações em sua geometria provocadas pela ação humana. Vulnerabili- dade Grau de perda de um dado elemento ou grupo de elementos em uma área afetada por um evento adverso. Em geral, quanto maior a vulnerabilidade, maior o risco. 10 4.1. Definições de Movimentos de Massa Na literatura, são encontradas várias definições sobre os termos movimentos de massa e deslizamentos. Sharpe (1938) definiu deslizamento como queda perceptível ou movimento descendente de uma massa relativamente seca de solo, rocha ou ambos. Cruden (1991) define movimento de massa como movimento de um composto de solo, rocha ou detritos ao longo de uma encosta. Diante disso, surgiram diversas classificações que contemplam a combinação de critérios básicos, como direção, velocidade e recorrência dos deslocamentos, geometria das massas movimentadas, modalidade de deformação do movimento e o tipo do material instabilizado (Augusto Filho e Virgili, 1998). Para Fernandes e Amaral (2010) e Tominaga (2009), os escorregamentos podem ser subdivididos em três tipos, levando em consideração a velocidade, geometria e o mecanismo do movimento:  Escorregamentos rotacionais ou circulares;  Escorregamentos translacionais ou planares e  Escorregamentos em cunha. De acordo com Carvalho e Galvão (2006), os principais fenômenos relacionados a desastres naturais no Brasil são os escorregamentos e as inundações, que estão associados a eventos de chuvas intensas e prolongadas. 4.2. Classificação de Movimentos de Massa Das classificações brasileiras, o Sistema de Classificação de Freire (1965 apud Guidicini e Nieble, 1984) corresponde a uma síntese dos aspectos naturais ou geológicos dos movimentos de massa (Tominaga, 2009). Dentre as classificações de movimentos de massa de autores brasileiros, as mais utilizadas são as de Freire (1965), Guidicini e Nieble (1984), IPT (1991) e 11 Augusto Filho (1992). Na Tabela 2, encontra-se uma síntese comparativa dessas propostas (Tominaga, 2009). Tabela 2 - Comparação entre as propostas de classificação de movimentos gravitacionais de massa mais usadas no Brasil. Freire (1965) Guidicini e Nieble (1984) IPT (1991) / Augusto Filho (1992) Escoamentos Rastejos e Corridas Escoamentos Rastejos e Corridas Rastejos Corridas de Massa Escorregamentos Rotacionais e Translacionais Escorregamentos Rotacionais Translacionais, Queda de Blocos e Queda de Detritos Escorregamentos Subsidências e Desabamentos Subsidências Recalques e Desabamentos Forma de Transição Movimentos Complexos Quedas / Tombamentos Fonte: Fernandes e Amaral (1996). Nas setorizações de áreas de risco geológico é adotada a classificação proposta por Augusto Filho (1992), a qual é apresentada na Tabela 3 e abrange, de maneira direta e simplificada, os principais tipos de movimentos de massa deflagrados no território brasileiro (Lana et al., 2021). Tabela 3 - Classificação dos movimentos de massa. Modificado de Augusto Filho (1992). PROCESSOS CARACTERÍSTICAS DO MOVIMENTO, MATERIAL E GEOMETRIA Rastejo Vários planos de deslocamento (internos); Velocidades muito baixas (cm/ano) a baixas e decrescentes com a profundidade; Movimentos constantes, sazonais ou intermitentes; Solo, depósitos, rocha alterada/fraturada e Geometria indefinida. Deslizamentos Poucos planos de deslocamento (externos); Velocidades de médias (m/h) a altas (m/s); Pequenos a grandes volumes de material; Geometria e materiais variáveis; Planares: solos pouco espessos, solos e rochas com um plano de fraqueza; Circulares ou rotacionais: solos espessos homogêneos e rochas muito fraturadas e Em cunha: solos e rochas com dois planos de fraqueza. 12 Quedas Sem planos de deslocamento; Movimentos tipo queda livre ou em plano inclinado; Velocidades muito altas (vários m/s); Material rochoso; Pequenos a médios volumes; Geometria variável: lascas, placas, blocos, entre outros; Rolamento de matacão e Tombamento. Corridas Muitas superfícies de deslocamento (internas e externas à massa em movimentação); Movimento semelhante ao de um líquido viscoso; Desenvolvimento ao longo das drenagens; Velocidades médias a altas; Mobilização de solo, rocha, detritos e água; Grandes volumes de material e Extenso raio de alcance, mesmo em áreas planas. Fonte: modificado por Lana et al. (2021). A Figura 1, a seguir, ilustra didaticamente os principais tipos de movimentos massa. 13 Figura 1 – Desenhos esquemáticos dos tipos principais de movimentos de massa. (A) rastejo; (B) deslizamentos: (B1) planar, (B2) rotacional e (B3) em cunha; (C) movimentos com blocos rochosos: (C1) quedas, (C2) tombamentos, (C3) rolamentos e (C4) desplacamentos; (D) fluxo. Fonte: Varnes (1978), Reis (2001) e Santos (2020). 14 4.2.1. Escorregamentos Os escorregamentos são classificados com base na forma do plano de ruptura e no tipo de material movimentado. Quanto à forma do plano de ruptura, os escorregamentos dividem-se em rotacionais e translacionais; o material mobilizado pode ser constituído por solo, por rocha, por uma mistura de solo e rocha, ou até mesmo por lixo doméstico (Fernandes e Amaral, 1996). Levando em consideração a geometria e a natureza dos materiais instabilizados, os escorregamentos podem ser subdivididos em três tipos: escorregamentos translacionais ou planares, escorregamentos rotacionais ou circulares e escorregamentos em cunha (Figura 2) (Tominaga, 2009). Figura 2 – Principais tipos de escorregamentos. Fonte: Tominaga (2009). 4.2.2. Escorregamentos Rotacionais A ocorrência desses movimentos está associada geralmente à existência de solos espessos e homogêneos, como os decorrentes da alteração de rochas argilosas 15 (Figura 3 e 4). O início do movimento muitas vezes é provocado pela execução de cortes na base desses materiais, como na implantação de uma estrada ou pela erosão fluvial no sopé da vertente (Fernandes e Amaral, 1996). Figura 3 – Escorregamento rotacional com as nomenclaturas usuais a partir do estabelecido internacionalmente. Fonte: modificado de Varnes (1978) e Santos (2020). . Figura 4 – Escorregamento rotacional em Caraguatatuba – SP. Fonte: Antonelli (2018). 16 4.2.3. Escorregamentos Translacionais Os escorregamentos translacionais são os mais frequentes entre todos os tipos de movimentos de massa. Tais processos formam superfícies de ruptura planar associadas a anisotropias acentuadas presentes nos solos e/ou rochas que, em geral, representam descontinuidades mecânicas e/ou hidrológicas derivadas de processos geológicos, geomorfológicos ou pedológicos. A morfologia dos escorregamentos translacionais é caracterizada pelo caráter raso, com o plano de ruptura, na maioria das vezes, a 0,5 a 5,0 m de profundidade e com maiores extensões no comprimento (Fernandes e Amaral, 1996). Figura 5 – Modelo de escorregamento planar. Fonte: Infante Junior e Fornasari Filho (1998). 17 Figura 6 – Cicatriz de escorregamento translacional, condicionado por ação antrópica de desmatamento, cortes e aterros, induzindo a concentração de água em superfície, no topo da cicatriz. Bairro Itaberaba II, Distrito Anhanguera, São Paulo, SP. Fonte: Santos (2020). 4.2.4. Queda de Blocos Define-se uma queda de blocos como uma ação de queda livre a partir de uma elevação, com ausência de superfície de movimentação. Nos penhascos ou taludes íngremes, blocos e/ou lascas dos maciços rochosos, deslocados pelo intemperismo, caem pela ação da gravidade (Figuras 7 e 8). A queda pode estar associada a outros movimentos, como saltação, rolamento dos blocos e fragmentação no impacto com o substrato. As causas das quedas de blocos são diversas: alternância de congelamento e degelo ao longo de fraturas e juntas em regiões frias, variação térmica do maciço rochoso, perda de sustentação dos blocos por ação erosiva da água, desconfinamento lateral do maciço rochoso devido a entalhes recentes, alívio de tensões de origem tectônica, vibrações e outras (Guidicini e Nieble, 1984). 18 Figura 7 – (a) Esquema e (b) foto de queda de blocos. Fonte: Tominaga (2009). Figura 8 – Exemplo de rolamento de blocos em Nova Friburgo – RJ. Fonte: Antonelli (2018). 4.2.5. Corridas As corridas são movimentos de alta dissipação de energia, alta velocidade e têm caráter essencialmente hidrodinâmico, sendo ocasionadas pela perda de atrito interno, em virtude da destruição da estrutura do solo, por conta da presença de 19 excesso de água. Esses movimentos formam um fluido de elevada densidade e viscosidade, que pode atingir grandes áreas, muitas vezes transportando blocos de escalas decamétricas; sendo, portanto, potencialmente destrutivos (Antonelli, 2018). Figura 9 – Corrida de massa em Itaóca com blocos rolados de grande porte – SP. Fonte: Antonelli (2018). Figura 10 – Parte superior da bacia do rio Guarda-Mão. Ao fundo, com deslizamentos de solo e rocha, em primeiro plano, a área de deposição do fluxo ocorrido em 2010. Itaóca, SP. Fonte: Santos (2020). 20 4.2.6. Rastejos Os rastejos (Figura 11), segundo Guidicini e Nieble (1976), são definidos como movimentos lentos (com velocidade de deslocamento em cm/ano) e contínuos de material de encostas com limites indefinidos. Os rastejos são provocados pela ação da gravidade ou por variações de temperatura e umidade que acarretam a expansão e contração do material e, por consequência, sua ruptura. Atividades como o pisoteio de gado podem ser correlacionadas com a deflagração de rastejos em encostas. Em superfície, o rastejo pode ser identificado por árvores, postes, cercas ou muros inclinados (Antonelli, 2018). Figura 11 – Processo de rastejo na vertente de um morro baixo em Ipeúna – SP, com evidências de trincas e degraus de abatimento. Fonte: Antonelli (2018). 4.2.7. Condicionantes dos Movimentos de Massa Esse tipo de condicionante corresponde aos elementos do meio físico, e, de forma secundaria, do meio biótico, que contribuem para o desencadeamento do processo. Verifica-se que os principais condicionantes desses processos são os relacionados com a geologia, geomorfologia, aspectos climáticos e hidrológicos, 21 vegetação e ação antrópica relativa às formas de uso e ocupação do solo (Tominaga, 2009). 4.2.7.1. Condicionantes Geológicos e Geomorfológicos Dentre os condicionantes geológicos, considera-se a composição mineralógica ou físico-química das diferentes litologias, suas propriedades mecânicas, estruturas geológicas e grau de intemperismo como importantes fatores no desencadeamento de movimentos de massa. Segundo Fernandes e Amaral (1996), as fraturas e falhas representam importantes descontinuidades, tanto em termos mecânicos quanto hidráulicos. Quanto aos condicionantes geomorfológicos, inúmeros trabalhos tratam da relação dos processos de movimentos de massa com os fatores geomorfológicos ou parâmetros topográficos, tais como declividade, forma da vertente (em planta e em perfil), orientação das vertentes, espessura do solo, amplitude da vertente, elevação e depósitos de vertentes (tálus/colúvios) (Fernandes e Amaral, 1996; Augusto Filho, 2001; Fernandes et al., 2001, entre outros). 4.2.7.2. Clima e Pluviosidade Na região tropical úmida brasileira, a associação dos escorregamentos à estação das chuvas e às chuvas intensas já é de conhecimento generalizado. Essas chuvas, muitas vezes, deflagram escorregamentos que, não raro, podem se tornar catastróficos (Guidicini e Nieble, 1984). 4.2.7.3. Vegetação De um modo geral, a cobertura de floresta reduz a intensidade dos agentes do clima. De acordo com Prandini et al. (1976), a ação específica dos componentes da cobertura florestal se dá em três níveis (Tominaga, 2009). 22 4.2.7.4. Ação Antrópica Segundo Tominaga (2009), a ação do homem como agente modificador da dinâmica natural do relevo e, por conseguinte, da estabilidade das vertentes é estudada pelos mais diversos autores, tais como Varnes (1978); Oliveira (1990); Nakazawa e Cerri (1990); Cerri (1993); Augusto Filho e Virgili (1998), entre outros. As principais alterações decorrentes da ação antrópica na ocupação das vertentes consideradas por Augusto Filho e Virgili (1998) como indutoras de escorregamentos são as seguintes: remoção da cobertura vegetal; lançamento e concentração das águas servidas; vazamento na rede de abastecimento, esgoto e presença de fossas; execução de cortes com geometria inadequada quanto à altura e inclinação; execução de aterros de modo inadequado quanto à compactação, geometria e fundação (lançamento de lixo e entulho nas encostas); vibrações produzidas por tráfego pesado, explosões, entre outras ações (Tominaga, 2009). 4.3. Processos hidrológicos Os processos hidrológicos considerados na setorização de risco geológico são os causados pela elevação natural do volume de água nos cursos d’água com eventual aumento da energia de escoamento. Esses aspectos integram a dinâmica fluvial natural e se referem às enchentes, inundações e enxurradas (Tabela 4), que são causadas durante eventos pluviométricos episódicos ou contínuos e podem ser intensificadas por ações humanas inadequadas (Lana et al., 2021). Também estão incluídos, dentre os processos analisados, os alagamentos naturais, que são entendidos como o acúmulo momentâneo de água em regiões topograficamente mais baixas que as imediações ou em áreas sob influência direta do afloramento das águas subsuperficiais. São comuns em áreas edificadas sobre mangues, lagoas de cheia, canais fluviais soterrados, dolinas, dentre outras (Lana et al., 2021). 23 Tem-se, a seguir, na Tabela 4, as características específicas de cada um dos processos hidrológicos abordados: Tabela 4 - Classificação dos processos hidrológicos PROCESSOS CARACTERÍSTICAS Enchente Elevação gradativa e temporária do nível d’água em um canal de drenagem, devido ao aumento da vazão ou descarga e O nível d’água se limita ao leito maior dos canais fluviais; Inundação Elevação gradativa e temporária do nível d’água em um canal de drenagem, devido ao aumento da vazão ou descarga; Ocorre o extravasamento das águas do canal fluvial principal; A água atinge a planície fluvial; Em geral, decorre da evolução da enchente e Em áreas litorâneas, tende a ocorrer sob influência regular de marés. Enxurrada Enchente ou inundação brusca e de curta duração; Caracteriza-se por alta energia de transporte e alto potencial destrutivo e Frequentemente associada com o processo de erosão de margem fluvial. Alagamento Acúmulo momentâneo de água em regiões topograficamente mais baixas que as imediações; Comum em regiões edificadas sobre mangues, lagoas de cheia, canais fluviais soterrados e dolinas; Pode não ter relação direta com os eventos de enchente, inundação e enxurrada, e Pode ser causado pelo afloramento do nível freático. Fonte: modificado de Lana et al. (2021). 4.3.1. Erosões hídricas Apesar das erosões serem causadas por agentes erosivos, como o gelo e o vento, normalmente, as erosões provocadas pela água são as únicas associadas às áreas de risco geológico no Brasil. Dessa forma, nas setorizações de risco geológico, é considerado apenas esse grupo de processos e forma (Lana et al., 2021). Estão incluídas no grupo das erosões hídricas as formas e processos sintetizados na Tabela 5. 24 Tabela 5 - Classificação das erosões hídricas. PROCESSOS E FORMAS CARACTERÍSTICAS Erosão marinha Provocada pelo impacto e percolação da água do mar; Ocorre em regiões litorâneas ao longo da linha de costa; Processo influenciado pelo regime de marés e Pode deflagrar deslizamentos e quedas de blocos em falésias. Erosão de margem fluvial Provocada pelas águas dos rios; Caracterizada pela remoção de material dos taludes marginais de canais fluviais; Ocorre normalmente de forma localizada e Processo influenciado pela variação sazonal do volume e energia do fluxo de água. Terras caídas Provocada pelas águas dos rios; Caracterizada pela remoção de material dos taludes marginais de canais fluviais; Processo típico da região amazônica; Normalmente afeta grandes áreas e Processo influenciado pela variação sazonal do volume e energia do fluxo de água. Erosão laminar Processo superficial; Ocorre a remoção das camadas mais rasas do solo e Causada por escoamento superficial não concentrado (difuso). Ravinas Causadas pelo fluxo superficial concentrado; Caracterizadas por incisão linear no solo; Pode ser facilmente estabilizada naturalmente ou obliterada por equipamentos agrícolas e Não têm associação com o nível de base local ou lençol freático. Voçorocas Causadas pelo fluxo superficial concentrado; Pode ocorrer erosão subsuperficial associada (piping); Caracterizadas por incisão linear no solo; Podem alcançar grandes profundidades; Forma erosiva de difícil estabilização; Podem ter associação com o nível de base local ou lençol freático e Podem ter associação com o sistema de drenagem local. Fonte: modificado de Lana et al. (2021). 4.3.2. Outros processos É importante reconhecer que, em algumas regiões do Brasil, as áreas de risco geológico comumente estão associadas a processos de abrangência local, os quais são elencados na Tabela 6 (Lana et al., 2021). Tabela 6 - Classificação dos processos de subsidência ou solapamento, colapso, expansão e contração de argilas e movimento de dunas. 25 PROCESSOS E FORMAS CARACTERÍSTICAS Subsidência ou Solapamento Comumente associado a regiões de rochas solúveis (Rochas carbonáticas e evaporíticas, por exemplo); Caracterizado pelo abatimento de uma porção do território em decorrência da existência de cavidades subterrâneas e Pode evoluir para um colapso. Colapso Comumente associado a regiões de rochas solúveis (Rochas carbonáticas e evaporíticas, por exemplo) e Caracterizado pelo abatimento do teto de uma cavidade subterrânea, com abertura de cavidade na superfície. Expansão e contração de argilas Comumente associadas a regiões contendo argilas de alta atividade (argilas 2:1); Podem estar relacionadas a solos orgânicos e Caracterizadas pela abertura de trincas no terreno, que podem causar comprometimento de fundações. Movimento de dunas Processo exclusivo de regiões litorâneas; Processo natural de migração de dunas eólicas e Pode ocorrer o soterramento de edificações. Fonte: modificado de Lana et al. (2021). 4.4. CODIFICAÇÃO BRASILEIRA DE DESASTRES A Codificação Brasileira de Desastres (COBRADE, s. d.) foi elaborada a partir da classificação utilizada pelo Banco de Dados Internacional de Desastres (EM-DAT) do Centro para Pesquisa sobre Epidemiologia de Desastres (CRED) e da Organização Mundial de Saúde (OMS/ONU), com o propósito de adequar a classificação brasileira às normas internacionais (Lana et al., 2021). A codificação é estruturada em duas categorias de desastres: natural e tecnológico. A categoria natural inclui os desastres causados por eventos geológicos, hidrológicos, meteorológicos, climatológicos e biológicos; a categoria tecnológico engloba os desastres relacionados a substâncias radioativas, produtos perigosos, incêndios urbanos, obras civis e transportes de passageiros e cargas não perigosas (Ministério da Integração e do Desenvolvimento Regional, 2022). Elas estão estruturadas da seguinte forma: CATEGORIA  GRUPO  SUBGRUPO  TIPO  SUBTIPO 26 Na CPRM, são considerados, nas setorizações de áreas de risco geológico, os processos relacionados nos grupos geológico e hidrológico, além de alguns outros mecanismos, como expansão e contração de argilas e movimento de dunas, que não estão englobados na codificação internacional (Lana et al., 2021). A Codificação Brasileira de Desastres é apresentada parcialmente na Tabela 7, no qual estão incluídos somente os processos aplicados pela setorização de risco da CPRM. Tabela 7 - Codificação Brasileira de Desastres (COBRADE). Resumo aplicado à setorização de risco geológico. CATEGORIA GRUPO SUBGRUPO TIPO SUBTIPO COBRADE 1. NATURAL 1. GEOLÓGICO 1. Terremoto 1. Tremor de terra 0 1.1.1.1.0 2. Tsunami 0 1.1.1.2.0 2. Emanação vulcânica 0 0 1.1.2.0.0 3. Movimento de massa 1. Quedas, Tombamentos e rolamentos 1. Blocos 1.1.3.1.1 2. Lascas 1.1.3.1.2 3. Matacões 1.1.3.1.3 4. Lajes 1.1.3.1.4 2. Deslizamentos 1. Deslizamentos de solo e ou rocha 1.1.3.2.1 3. Corridas de Massa 1. Solo/Lama 1.1.3.3.1 2. Rocha/Detrito 1.1.3.3.2 4. Subsidências e colapsos 0 1.1.3.4.0 4. Erosão 1. Erosão Costeira/Marinha 0 1.1.4.1.0 2. Erosão de Margem Fluvial 0 1.1.4.2.0 3. Erosão Continental 1. Laminar 1.1.4.3.1 2. Ravinas 1.1.4.3.2 3. Voçorocas 1.1.4.3.3 2. HIDROLÓGICO 1. Inundação 0 0 1.2.1.0.0 2. Enxurrada 0 0 1.2.2.0.0 3. Alagamento 0 0 1.2.3.0.0 Fonte: Lana et al. (2021). 27 4.5. REVISÃO TECNOLÓGICA 4.5.1. SQL (Structure Query Language) SQL é a sigla inglesa de Structured Query Language, uma linguagem de consulta padrão de gerenciamento de dados que interage com os principais bancos de dados baseados no modelo relacional. Ela foi desenvolvida nos laboratórios da IBM como interface para o Sistema Gerenciador de Banco de Dados Relacional (SGBDR) (CDTC, 2017; SQLITE, 2019). Alguns dos principais comandos SQL para a manipulação de dados são: INSERT (inserção), SELECT (consulta), UPDATE (atualização), DELETE (exclusão). O SQL possibilita, ainda, a criação de relações entre tabelas e o controle do acesso aos dados. Por meio de instruções SQL, é possível construir visualizações de tabelas e/ou conjunto de tabelas, o que permite automatizar inúmeros procedimentos dentro de um SIG. Também é possível desenvolver gatilhos dentro do gerenciador de banco de dados, o que faz com que determinadas ações nas tabelas sejam executadas a partir de ordem emitidas (CDTC, 2017; SQLITE, 2019). 4.5.2. Padrões Open Geospatial Consortium - OGC Em 1994, foi criado o consórcio internacional Open Geospatial Consortium (OGC) (https://www.ogc.org/). Ele possui a missão de desenvolver especificações para interfaces espaciais, que serão disponibilizadas livremente para uso geral, de modo a garantir a interoperabilidade de software por meio da padronização das funções que tratam dados espaciais e permitem que os softwares de SIG troquem dados entre si (OGC, 2022). Outro fator interessante dos padrões OGC é que, ao trabalhar nesses formatos, o usuário torna-se independente do software, o que garante vida útil e longa para os seus projetos. Os padrões OGC começaram a ganhar maturidade no mesmo período 28 em que projetos de softwares livres começaram a surgir para o setor de Geoprocessamento (CDTC, 2017; OGC, 2022). Os sistemas proprietários implementam alguns padrões OGC; porém, são os softwares livres que aderiram a eles mais rapidamente, tornando a escolha dos softwares livres a ideal para criar uma arquitetura seguindo os padrões abertos OGC (CDTC, 2017). 4.5.2.1. Banco de dados espaciais para uso na pesquisa Os bancos de dados espaciais são bancos de dados relacionais, ou seja, são do tipo que modelam os dados de maneira que estes sejam apresentados como tabelas, representando as relações entre eles (IBGE, 2018). Tais bancos de dados se destacam por conter, além da estrutura tradicional de um banco de dados, informações de caráter espacial, por meio do suporte a feições geométricas em suas tabelas. Os bancos de dados livres a serem comentados são:  SpatiaLite – extensão espacial do SQLite;  PostGIS – extensão espacial do PostgreSQL e  GeoPackage. O SpatiaLite é uma biblioteca livre que estende o banco SQLite, tornando-o capaz de suportar capacidades espaciais avançadas. Ele não necessita de arquiteturas cliente/servidor complexas, não tem limite de tamanho para arquivos, além de ter grande interoperabilidade e não precisar de instalação ou configuração (SQLITE, 2019). O uso do SQLite é recomendado nos casos em que a simplicidade da administração, implementação e manutenção são mais importantes que os recursos fornecidos pelo Sistema Gerenciador de Banco de Dados (SGBD), mais voltados para aplicações complexas. A seguir destaca-se as características, usos e em quais circunstâncias não é recomendado (SQLITE, 2019). O SQLite se caracteriza por: 29  Ser um Software Livre e multiplataforma;  Ser um mecanismo de armazenamento seguro;  Não necessitar de instalação, configuração ou administração;  Implementar a maioria do SQL92 (terceira revisão da linguagem de consulta de banco de dados SQL);  Permitir guardar o banco de dados em um único arquivo;  Suportar bases de dados abaixo de 2 terabytes e  Não ter dependências externas. Usos do SQLite:  Sites com menos de cem mil requisições por dia;  Dispositivos e sistemas embarcados;  Aplicações desktop;  Ferramentas estatísticas e de análise;  Aprendizado de banco de dados e  Implementação de novas extensões de SQL. Não se recomenda o uso do SQLite com:  Grandes quantidades de dados (talvez maiores que algumas dúzias de gigabytes);  Sistemas com grande concorrência e  Aplicações cliente/servidor. O PostgreSQL tornou-se o SGBD preferencial de muitos desenvolvedores empresariais, pesquisadores e startups, dando suporte aos principais aplicativos (Morales, 2017). PostGIS é um extensor de banco de dados espacial de código aberto, disponível gratuitamente para o Sistema de Gerenciamento de Banco de Dados PostgreSQL. O extensor acrescenta compatibilidade com objetos geográficos, permitindo executar consultas de localização para processamento na linguagem SQL (Morales, 2017). O PostGIS adiciona funções espaciais, como distância, área, união, interseção e tipos de dados de geometria especial para PostgreSQL. Os bancos de dados https://pt.wikipedia.org/wiki/Software_Livre https://pt.wikipedia.org/wiki/SQL https://en.wikipedia.org/wiki/Query_language https://en.wikipedia.org/wiki/Query_language https://en.wikipedia.org/wiki/SQL https://pt.wikipedia.org/wiki/Terabyte https://pt.wikipedia.org/wiki/Desktop https://aws.amazon.com/pt/rds/postgresql/what-is-postgresql/ 30 espaciais armazenam e manipulam objetos espaciais como qualquer outro objeto no banco de dados (Morales, 2017). No PostGIS, está incluído o suporte para todas as funcionalidades e objetos definidos na especificação Simple Features for SQL do padrão OGC. Nele, são definidas funções que permitem consultas e manipulações de dados espaciais por meio de comandos SQL no PostgreSQL (CDTC, 2017). Esse extensor apresenta conceitos básicos que associam dados espaciais a um banco de dados. Combinados, eles fornecem uma estrutura flexível para desempenho e análise otimizados (CDTC, 2017):  Tipos de dados espaciais, como ponto, linha e polígono. Familiarizado com a maioria dos que trabalham com dados espaciais;  A indexação espacial multidimensional é usada para processamento eficiente de operações espaciais e  As funções espaciais, colocadas em SQL, são para consultar propriedades e relacionamentos espaciais. O GeoPackage (GeoPackage, 2019) é um formato aberto, baseado em padrões, independente de plataforma, portátil e compacto para transferência de informações geoespaciais, com base no SQLite, publicado pelo OGC, para compartilhar e transferir dados espaciais vetoriais e raster. Trata-se de uma alternativa aos formatos raster, como GeoTIFF, e formatos vetoriais, como o shapefile. Sua especificação descreve um conjunto de convenções que permite o armazenamento dos seguintes elementos em um banco de dados (GeoPackage, 2019):  Entidades vetoriais;  Uma série de blocos de imagens e mapas raster em diferentes escalas;  Atributos alfanuméricos;  Metadados e  Extensões. Essas convenções incluem definições de tabela, asserções de integridade, limitações de formato e restrições de conteúdo. http://www.geopackage.org/ https://www.sqlite.org/ http://mappinggis.com/2015/12/los-formatos-gis-raster-mas-populares/#2_GeoTIFF https://mappinggis.com/2013/11/los-formatos-gis-vectoriales-mas-populares/#1_Shapefile 31 Como o GeoPackage é um contêiner de banco de dados, ele suporta o uso direto. Isso significa que os dados podem ser acessados e atualizados em um formato de armazenamento "nativo", sem traduções de formato intermediário. Os GeoPackages que atendem aos requisitos do padrão e não implementam extensões específicas do fornecedor são interoperáveis em todos os ambientes de computação pessoal e empresarial (GeoPackage, 2019). Essa ferramenta é particularmente útil em dispositivos móveis, como telefones celulares e tablets, em ambientes de comunicação nos quais há conectividade e largura de banda limitadas. Os usuários de dispositivos móveis que requerem serviços de mapas/aplicativos geoespaciais e operam em ambientes de conectividade de rede desconectados ou limitados são desafiados pela capacidade de armazenamento limitada e pela falta de dados geoespaciais de formato aberto para dar suporte a esses aplicativos (GeoPackage, 2019). Um GeoPackage pode estar "vazio" (não conter tabela(s) de dados do usuário para características vetoriais, atributos não espaciais e/ou pirâmides de matriz de blocos sem conteúdo de registro de linha) ou conter um ou mais registros de tipo de característica vetorial e/ou uma ou muitas imagens de ladrilhos de pirâmide de matriz de ladrilhos (GeoPackage, 2019; QGIS. S. d., 2022). Os metadados do GeoPackage podem descrever o conteúdo dos dados do GeoPackage e identificar fontes e destinos externos de sincronização de dados. Um GeoPackage pode conter índices espaciais em geometrias de recursos, tabelas virtuais e gatilhos SQL para manter índices e impor restrições de conteúdo (GeoPackage, 2019; QGIS. S. d., 2022). O GeoPackage caracteriza-se por:  Ser interoperável em todos os ambientes de computação;  Possuir índices espaciais;  Permitir a criação de visualização (views) de tabelas e de gatilhos (triggers) a partir de interface SQL direta;  Ser um único arquivo (.gpkg), tornando-o ideal para a transferência de informações geoespaciais; 32  Poder armazenar muitos tipos de geometrias no mesmo arquivo (.gpkg): Point, Line, Polygon, MultiPoint, MultiLine, MultiPolygon, CompoundCurve, CurvedPolygon, MultiCurve e MultiSurface;  Ser flexível, podendo substituir o formato shapefile. Foi projetado para armazenar dados complexos e grandes (até 140 TB). Além disso, os atributos de geometria podem conter nomes muito longos;  Haver suporte a entidades GeoPackage por parte da biblioteca de código aberto GDAL (Geospatial Data Abstraction Library). Ser usado para converter formatos de dados, sendo a biblioteca mais usada;  Ter a vantagem de quase todo software SIG ser capaz de ler e escrever arquivos GeoPackage e  É particularmente útil em dispositivos móveis e em ambientes de comunicação onde há conectividade e largura de banda limitadas. Nesta pesquisa, o uso do GeoPackage é o alicerce para a automatização de processos em ambiente computacional desktop individual, ou seja, deve funcionar mesmo se o computador estiver sem acesso à internet ou rede, transformando muitas operações normalmente executadas manualmente e repetidamente em funções automáticas, transparentes aos usuários, além de fazer uso dos recursos que viabilizam o trabalho standalone, sem dependência de servidores. 4.5.3. OpenStreetMap (OSM) - Cartografia Voluntária A Web privilegia a usabilidade, interoperabilidade e o surgimento de projetos colaborativos de contribuição remota que puderam ser estabelecidos (IBGE, 2018). Nesse contexto, também se insere a cartografia, pois diversas iniciativas já reúnem milhões de pessoas e uma quantidade gigantesca de dados voluntariamente trabalhados. Dentre as iniciativas de cartografia colaborativa, está o OpenStreetMap (https://www.openstreetmap.org.br/), que é um projeto de mapeamento colaborativo para criar um mapa livre e editável do mundo, inspirado por sites como a Wikipédia, fornecendo dados a centenas de sites na internet, aplicações desktop, cliente/servidor, de celular e outros dispositivos (OSM, 2021). https://mappinggis.com/2016/05/gdal-libreria-oculta/ https://pt.wikipedia.org/wiki/Mapeamento_colaborativo https://pt.wikipedia.org/wiki/Mapa https://pt.wikipedia.org/wiki/Copyleft https://pt.wikipedia.org/wiki/Mundo https://pt.wikipedia.org/wiki/Wikip%C3%A9dia 33 Os mapas são mantidos pela comunidade voluntária, que insere e revisa dados de receptores GPS, fotografias aéreas, imagens de satélite e outras fontes livres. Com seu conhecimento local, os voluntários editam os mapas com softwares abertos. A comunidade, de forma mais ampla, também confere e confirma os dados pela interface do próprio site (OSM, 2021). Os mapas, dados descritivos e metadados ofertados pelo OSM são dados abertos, disponíveis sob a licença Open Database License. Eles são formalmente operados pela OpenStreetMap Foundation (OSMF), em nome da comunidade de mapeadores (OSM, 2021). Esta pesquisa explora e incentiva o uso dos dados provenientes do OSM, contribuindo com a atualização das bases cartográficas nas quais são executados os levantamentos de risco de movimentos de massas e inundações. Os dados são utilizados como base cartográfica de referência na geração dos leiautes automáticos, fazendo uso dos geoserviços no formato vector tile, que propicia grande interação com os dados disponibilizados. 4.5.4. O Ambiente SIG O Sistema de Informação Geográfica (SIG) é um campo relativamente novo: começou na década de 1970. Estava disponível apenas para empresas e universidades que possuíam equipamentos de informática caros. Com o tempo, os aplicativos SIG se tornaram mais amigáveis, com melhor interface, maior acesso a documentação/tutoriais. Antes disso, o uso do sistema costumava exigir muito treinamento para usar um aplicativo SIG. Agora, é mais fácil começar, mesmo para iniciantes e usuários casuais. O SIG é mais do que apenas software, ele se refere a todos os aspectos do gerenciamento e uso de dados geográficos digitais (IBGE, 2018; QGIS Project. QGIS. 2019a). Assim como um processador de texto é usado para escrever documentos e lidar com palavras, pode-se usar um aplicativo SIG para lidar com informações espaciais. https://pt.wikipedia.org/wiki/GPS https://pt.wikipedia.org/wiki/Aerofotografia https://pt.wikipedia.org/wiki/Dados_abertos https://pt.wikipedia.org/wiki/Dados_abertos https://pt.wikipedia.org/wiki/Open_Database_License 34 Um SIG consiste em:  Dados digitais: as informações geográficas a serem visualizadas e analisadas usando hardware e software de computador;  Hardware: computadores usados para armazenar, exibir e processar dados, e  Software: programas de computador executados no hardware do computador e que permitem trabalhar com dados digitais. O QGIS (https://qgis.org/en/site/) é um SIG de Código Aberto, licenciado segundo a Licença Pública Geral GNU. É um projeto oficial da Open Source Geospatial Foundation (OSGeo). Pode ser utilizado nas plataformas Linux, Unix, Mac OSX, Windows e Android, e utiliza tanto dados vetoriais quanto formatos matriciais, de modo que apresenta diversas funcionalidades básicas e extensões, conhecidas como plug-ins. Por meio desse programa, é possível visualizar, criar, editar, analisar dados geoespaciais e compor mapas para impressão (IBGE, 2018; QGIS Project. QGIS. 2019a). Similarmente ao OSM, esse é um projeto impulsionado por voluntários, que participam na forma de contribuições de código, correções de bugs, relatórios de bugs, contribuições com documentação, promoção e apoio a outros usuários. O ambiente QGIS se mostra adequado tanto a finalidades acadêmicas quanto na produção de dados geoespaciais, acesso e uso de informações espaciais pela sociedade. Além de ser uma ferramenta SIG completa, suas funcionalidades estão em constante desenvolvimento, disponibilizando centenas de complementos (plug- ins) que atendem a diversas ramificações da área de geociências e afins. O sistema foi desenvolvido para ser interoperável e sua arquitetura de complementos permite que novos recursos e funções sejam implementados no programa, de modo que este se torne ainda mais funcional. Os complementos podem ser desenvolvidos e publicados gratuitamente por qualquer pessoa, sendo o Python a linguagem de programação utilizada para isso (IBGE, 2018; QGIS Project. QGIS. 2019a). https://qgis.org/en/site/ 35 4.5.5. Sensoriamento Remoto A seguir, são apresentadas algumas características do sensoriamento remoto e suas aplicações para os objetivos do mapeamento de Risco Geológico. Segundo Novo (1989), o sensoriamento remoto consiste na utilização de sensores para a aquisição de informações sobre objetos ou fenômenos sem que haja contato direto entre eles. Segundo Rosa (1995), o sensoriamento remoto é uma forma de se obter informações de um objeto ou alvo, sem que haja contato físico com ele. Segundo Florenzano (2002), sensoriamento remoto é a tecnologia que permite obter imagens e outros tipos de dados da superfície terrestre, através da captação e do registro da energia refletida ou emitida pela superfície. O termo sensoriamento refere-se à obtenção dos dados, enquanto remoto significa distante. Essa denominação se deve ao fato de a obtenção ser feita à distância, ou seja, sem contato físico entre o sensor e a superfície terrestre. Por fim, veja-se uma definição clássica: Sensoriamento Remoto é a ciência e a arte que objetiva, através de um sensor, a obtenção de imagens e informações da superfície terrestre, a distância, por meio da detecção e medição das respostas da interação da energia eletromagnética ou radiação eletromagnética (REM) de um objeto (alvo), área ou fenômeno. É uma das tecnologias de coleta de dados bem- sucedidas para levantamento e monitoramento de recursos naturais, sendo utilizada em suscetibilidade a movimento de massas (Meneses e Almeida, 2012). Os sensores de SR são comumente divididos em três: (1) sensores ópticos, os que utilizam a energia eletromagnética solar; (2) sensores termais, que utilizam a energia emitida pela Terra e (3) sensores ativos, como os radares imageadores e os sensores LiDAR (Light Detection And Ranging), que utilizam fontes artificiais de energia eletromagnética (Meneses e Almeida, 2012; IBGE, 2018). Imagens de sensoriamento remoto são insumos tanto para mapeamento de referência, quanto para mapeamento temático de setorização de Risco Geológico. 36 4.5.5.1. Mapa Base (Base Map) No Mapeamento de Risco geológico executado pelo Serviço Geológico do Brasil – CPRM, são utilizados basicamente dois produtos provenientes do sensoriamento remoto: o primeiro é o mapa base de imagens do Google Maps, que fornece imagens de alta definição na maioria das regiões brasileiras. Ele foi escolhido pela sua abrangência nacional, alta disponibilidade do serviço para o público leigo em geral, pela qualidade temporal e de resolução espacial frente a outros mapas bases disponíveis, além de ser considerado o mais popular junto à comunidade usuária dos produtos de risco geológico. Assim, todas as imagens já estão prontas e disponíveis para uso, tanto em ambiente desktop como em aplicativos mobile. Esses mapas bases são disponibilizados por meio de geoserviços, que representam para a CPRM um novo conceito de acesso e manipulação de dados geoespaciais em SIG, tanto na estrutura vetorial, quanto na estrutura matricial. Essa abordagem surgiu da necessidade de acessar dados de diversas fontes e dos mais diversos formatos. O segundo produto utilizado como subsídio é Modelo Digital de Elevação – MDE, que representa as altitudes da superfície topográfica, agregadas aos elementos geográficos existentes sobre ela, como cobertura vegetal e edificações. Um MDE clássico que muitos usam é o MDE SRTM (Shuttle Radar Topography Mission), resultado do projeto cooperativo entre a NASA (National Aeronautics and Space Administration), a NIMA (National Imagery and Mapping Agency), o Departamento de Defesas (DoD) dos Estados Unidos, a Agência Espacial Alemã (DLR - Deutsches Zentrum für Luft- und Raumfahrt) e a italiana (ASI – Agenzia Spazionale Italiana). Os dados SRTM foram adquiridos por sobrevoo com o ônibus espacial Endeavour, que ocorreu no período de 11 a 22 de fevereiro de 2000 e foram processados por interferometria de radar de abertura sintética (InSAR) com base na banda C, para obter um MDE, pela NASA-JPL (Cremon, 2019; Valeriano, 2010). 37 Outras iniciativas de elaboração e disponibilização de MDEs globais surgiram depois da SRTM, tais como o ASTER GDEM, ALOS AW3D30 e TanDEM-X. Todos os MDEs fornecidos por eles têm tamanho de pixel entre 3 e 1 segundo de arco (~90 a ~30 m), os quais serão resumidos a seguir. O que há de mais novo advindo do satélite ALOS, do sensor PRISM, é o MDE chamado de AW3D30 (ALOS World 3D – 30 m (AW3D30) Version 3.1), com 30 m de tamanho de pixel derivado de fotogrametria orbital. O sensor PRISM, a bordo do ALOS, possui uma banda pancromática com capacidade estereoscópica e resolução espacial ao nadir de 2,5 m. Com ele, foi gerado um MDE com 5 m de resolução espacial pela Agência Espacial Japonesa (JAXA); entretanto, para seu acesso gratuito, a JAXA reamostrou os dados para 1 segundo de arco (~30 m). O MDE AW3D30 foi elaborado a partir de imageamentos entre 2006 e 2011 (Cremon, 2019; Valeriano, 2010). Assim como o AW3D30, outro MDE global gratuito oriundo de fotogrametria orbital é o ASTER GDEM. A partir das bandas do infravermelho próximo, com capacidade estereoscópica e resolução espacial de 15 m, foi elaborado um MDE global dos dados ASTER, denominado GDEM (Global Digital Elevation Map) de 1 segundo de arco (~30 m). O ASTER GDEM é derivado de imageamentos entre o ano de 2000 e 2013 (Cremon, 2019). Outro MDE global é o TanDEM-X 90. Esse produto, assim como o MDE SRTM, é baseado em interferometria SAR, mas foi realizada por meio de sensores a bordo de satélites, em lugar daqueles alocados em ônibus espacial, e com sensores operando na banda X. O dado TanDEM-X global gratuito se tornou acessível a partir de setembro de 2018 e é oriundo de MDE de 0,4 segundos de arco (~12 m), reamostrado para 3 segundos de arco (~90 m). Os dados são referentes a imageamentos entre os anos 2011 e 2015 (Cremon, 2019). A CPRM vem utilizando, nos projetos de suscetibilidade a movimento de massa e inundação, o MDE SRTM reamostrado para 12,5 metros e com a altitude ortométrica dada pelo modelo geoidal EGM96, convertida para altitude elipsoidal WGS84 (ASF engineering, 2015) para áreas que abrangem a América do Sul. 38 Esse MDE é disponibilizado principalmente para que usuários de imagens do sensor PALSAR (a bordo do satélite ALOS) possam fazer as correções de terreno e ortorretificação das imagens desse sensor de radar de abertura sintética (SAR). Essa correção do terreno visa amenizar os efeitos de sombreamento, relevo invertido e encurtamento de rampa, que são inerentes ao imageamento SAR, principalmente em áreas com terreno mais acidentado (Cremon, 2019). A combinação dos geoserviços do mapa base do Google Maps com dados de MDE, fazendo uso das ferramentas propostas, permitem a geração dinâmica de fusão de dados entre os produtos raster e vetoriais, a geração de relevos sombreados, bem como curvas de nível, além dos produtos tradicionais, como a carta de declividade e hipsometria. 4.5.6. Ladrilhos vetoriais (Vector tile) Os ladrilhos vetoriais são pacotes de dados geográficos, empacotados em "ladrilhos" pré-definidos de formato quadrado para transferência pela Web. Trata-se de um método emergente para entregar mapas da Web estilizados, combinando certos benefícios de blocos de mapas raster pré-renderizados com dados de mapas vetoriais (Antoniou et al., 2009; Gaffuri, 2012; Shang, 2015). De maneira similar ao que acontece com os mapas rasters na Web, amplamente conhecidos e utilizados, os mapas são solicitados por um cliente como um conjunto de "blocos" correspondentes a áreas quadradas de terreno de localização e tamanho predefinidos. No entanto, diferentemente dos mapas em mosaico raster, o servidor retorna dados de mapa vetorial, recortados nos limites de cada bloco, em vez de uma imagem de mapa pré-renderizada (Shang, 2015). Essa abordagem apresenta várias vantagens. Em comparação com um mapa vetorial sem mosaico, ou seja, o dado completo, a transferência de dados é reduzida, porque apenas os dados na janela de visualização atual e no nível de zoom atual precisam ser transferidos. Todas as operações de recorte SIG podem ser realizadas com antecedência no servidor, pois os limites dos ladrilhos são predefinidos. Isso significa que os dados vetoriais agrupados podem ser empacotados e distribuídos, https://en.wikipedia.org/wiki/Web_mapping https://en.wikipedia.org/wiki/Vector_map https://en.wikipedia.org/wiki/Vector_map https://en.wikipedia.org/wiki/Tiled_web_map 39 sem a necessidade de nenhum tipo de sistema SIG disponível para servir os dados (Shang, 2015). Quando comparada com um mapa raster ladrilhado, a transferência de dados também é reduzida, pois os dados vetoriais são normalmente menores do que um bitmap renderizado. Assim, o estilo pode ser aplicado posteriormente no processo, permitindo maior flexibilidade na forma como os dados são apresentados. Também é fácil fornecer interatividade com recursos de mapa, como filtros por atributos, já que sua representação vetorial já existe no cliente. Outro benefício é que menos capacidade de processamento do servidor centralizado é necessária, uma vez que a rasterização pode ser realizada diretamente no cliente (Antoniou et al., 2009; Gaffuri, 2012; Shang, 2015). Segundo Shang (2015), os blocos vetoriais permitem downloads mais eficientes e atualizações de mapa mais rápidas, em comparação aos blocos raster. Quando ocorrem alterações na camada de base do banco de dados, em vez de esperar que um ladrilho de imagem seja redesenhado, apenas as coordenadas e as instruções de desenho para aquela drenagem ou rodovia em particular precisam ser atualizados. Dependendo da sintaxe da URL, os blocos de vetor podem retornar todos os dados, camadas individuais específicas ou combinações de camadas. Assim, a representação de dados vetoriais deve ser flexível o suficiente para atender aos requisitos de eficiência, a fim de ser capaz de entregar dinamicamente grandes volumes de dados vetoriais. Por causa de sua capacidade de permitir a interação direta entre usuários e objetos do mapa, as aplicações baseadas em mapas vetoriais têm sido consideradas o futuro do mapeamento da Web (Antoniou et al., 2009; Gaffuri, 2012). Antes de introduzir o vetor lado a lado, a seção a seguir discute dois conceitos importantes no mapeamento da Web com base em bloco de aplicações: níveis de tiling e zoom. 40 4.5.6.1. Ladrilhos (Tiling) e níveis de zoom Ladrilhos e níveis de zoom são dois conceitos-chave de construção de serviços de mapeamento da Web baseados em ladrilhos. Como introduzido por Sample et al. (2010), os sistemas de mapeamento baseados em blocos normalmente têm vários níveis de zoom e cada nível consiste em várias imagens de blocos. Os blocos são literalmente pequenos pedaços de dados (Gaffuri, 2012; Shang, 2015). Os níveis de zoom foram adotados para apresentar diferentes níveis de detalhes de dados em mapas. Mapas em níveis de zoom mais baixos têm tamanhos menores e mostram menos detalhes. Níveis de zoom mais altos aumentam o tamanho físico do mapa exibido, para incluir mais detalhes. Vários níveis de zoom representam várias visualizações de mapa. Por exemplo, ao aumentar ou diminuir o zoom de um mapa baseado em blocos, a quantidade de detalhes pode passar de rótulos de países para os de ruas e edifícios de cidades. Ladrilhos e níveis de zoom permitem que os usuários visualizem o mapa de forma mais integrada e uniforme no navegador (Sample et al., 2010). Em 2010, o OGC lançou o Web Map Tile Service (WMTS) como o protocolo padrão para aplicativos de mapeamento da Web baseados em blocos (Sample et al., 2010). Para organizar milhões de imagens de blocos, os mapas da Web usam um sistema de coordenadas simples. Cada bloco tem uma coordenada z como seu nível de zoom e as coordenadas de x e y como sua posição: z / x / y. Normalmente, o primeiro bloco no sistema de mapas da Web está em 0/0/0. O nível de zoom 0 (zero) cobre todo o globo (Sample et al., 2010; Shang, 2015). A seguir, a Figura 12 mostra o mapa no nível de zoom 0. 41 Figura 12 - Ilustração do nível de zoom 0 no sistema de mapeamento da Web baseado em blocos. Fonte: Shang (2015). Então, no nível de zoom 1, o mapa em z0 é dividido em quatro quadrados iguais, de forma que 1/0/0 e 1/1/0 cobrem a metade norte do globo, enquanto 1/0/1 e 1/1/1 cobrem a outra metade do globo (sul), conforme mostrado na Figura 13. Figura 13 - Ilustração do nível de zoom 1 no sistema de mapeamento da Web baseado em blocos. Fonte: Shang (2015). Esse processo é repetido quantas vezes forem necessárias para se chegar ao nível de zoom desejado. Dessa forma, o corte da área do mapa é chamado de pirâmide de imagens (Sample et al., 2010). Embora isso possa gerar muitos blocos 42 para um conjunto de dados grande e detalhado, as técnicas de armazenamento de dados são bastante desenvolvidas. Além disso, indexar arquivos raster é fácil e direto (Shang, 2015). A maioria dos mapas baseados em ladrilhos usam uma projeção Web Mercator. Essa projeção tornou-se popular depois de ser usada na primeira versão do Google Maps, em 2005, e agora é o padrão de fato em serviços de mapeamento da Web (Sample et al., 2010). Pegando emprestado o mesmo conceito de ladrilho raster, o ladrilho de vetor foi estudado por pesquisadores como uma forma de entregar dados vetoriais de grande porte e construir mapas vetoriais interativos na Web. Por exemplo, um bloco de vetor no formato GeoJSON (http://geojson.org/) pode incluir estradas como Linestrings e corpos d'água como polígonos (Sample et al., 2010; Shang, 2015). Portanto, o esquema de bloco de vetor adotou o esquema de bloco de forma semelhante à aplicada no serviço de bloco raster XYZ do Google Maps. Um esquema de serviço de bloco XYZ do Google Maps tem o seguinte padrão: “/ {nome da camada} / {zoom} / {coluna} / {linha}. {extensão}". Com base nesse esquema, um esquema de bloco raster seria “/ 5 /1234/5678.jpg”. Da mesma forma, um esquema de bloco de vetor seria “/ 5 /1234/5678.json”, conforme mostrado na Figura 14 (Shang, 2015). Figura 14 –Comparação entre Raster tile (A), formato PNG e Vector tile (B), formato GeoJSON. Fonte: Shang (2015). (A) (B) http://geojson.org/ 43 Concluindo, segundo Shang (2015), tem-se o seguinte resumo de prós e contras para cada método. Ladrilhos de vetor: Prós:  Menor tamanho de dados;  Menor consumo de largura de banda;  Tempo de geração mais rápido;  Melhor experiência do usuário - zoom suave;  Níveis de zoom - os usuários fazem zoom em todas as escalas;  Padrão móvel de fato e  Personalização (com um pequeno arquivo de texto, o usuário define a aparência do mapa, a fonte de texto a ser usada, o idioma para os rótulos e até mesmo o ocultamento elementos (filtros) específicos do mapa; tudo em tempo real). Contras:  O mapa está sendo renderizado no lado do cliente e requer um hardware um pouco mais poderoso e  Os dados são generalizados e, portanto, não adequados para edições diretas. Ladrilhos raster: Prós:  Adequado para dados raster, como imagens de satélite/aéreas;  Requisitos mais baixos para hardware de usuários finais e  Suporte ainda um pouco melhor em bibliotecas JavaScript da web e software SIG para desktop. Contras:  Tamanho maior de cada bloco e dos dados nos servidores;  Necessidade de mais tempo para a geração e 44  O carregamento mais lento atrapalha a experiência do usuário ao se mover pelo mapa. É possível misturar blocos raster com blocos vetoriais e fazer o melhor uso de ambos. Por exemplo, pode-se conjugar um mapa de satélite (blocos raster) com uma sobreposição de ruas com rótulos disponíveis em vários idiomas (blocos vetoriais). 45 5. MUNICÍPIOS PARA PESQUISA DE CAMPO As áreas de estudos de campo estão localizadas em dois municípios que já possuem a setorização de Riscos Geológicos, realizada pelo Serviço Geológico do Brasil com a metodologia cartográfica tradicional. A escolha dos municípios levou em consideração a agenda de campo planejada pelo Serviço Geológico do Brasil para os municípios, em relação ao fato de serem recorrentemente afetados por inundações, enxurradas e deslizamentos, ou por solicitação de órgãos públicos como, por exemplo, o Ministério Público. Isso torna possível, então, validar, atualizar e comparar os resultados obtidos pelos processos e ferramentas utilizados atualmente com o que é proposto nesta pesquisa. Os dois municípios visitados foram Apiaí e Espírito Santo do Pinhal, ambos localizados no estado de São Paulo, conforme a Figura 15. Em ambos os municípios, já havia levantamento de setorização de risco geológico; por isso, os dados dos levantamentos puderam se comparados entre si, permitindo avaliar os prazos necessários para a execução de cada uma das fases. 46 Figura 15 - Mapa de Localização dos Municípios de Apiaí e Espírito Santo do Pinhal - SP. 47 5.1. Município de Apiaí - SP Apiaí é um município da região do Vale do Ribeira, no estado de São Paulo. Localiza-se na latitude 24º30'35” sul e longitude 48º50'33” oeste, estando a uma altitude de 1.050 metros, com uma população estimada em 25.191 habitantes (IBGE, 2010). A comarca de Apiaí pertence à Região Administrativa de Itapeva. O município é formado pela sede e pelos distritos de Araçaíba, Lageado de Araçaíba e Palmitalzinho (IBGE, s. d.; Apiaí, s. d.). Atualmente, Apiaí é um município turístico, onde se destacam diversas esculturas em argila. Com relação ao seu relevo, possui vários morros, dentre eles, o Morro do Ouro, o mais famoso de todos. Cercado pela Mata Atlântica, além de ter clima frio, o município possui muitas grutas e cachoeiras, que fazem parte de roteiros turísticos. A região foi declarada pela Organização das Nações Unidas para a Educação, a Ciência e a Cultura (UNESCO) como "Reserva da Biosfera do Patrimônio Mundial". A região de Apiaí é o maior remanescente de Mata Atlântica do país, evidenciando uma riqueza paisagística composta de recursos naturais de rara beleza. A seguir, estão os dados do município (IBGE, s. d.; Apiaí, s. d.): Área Territorial: 974,322 km² [2019] População estimada: 24.226 pessoas [2020] Densidade demográfica: 25,85 hab/km² [2010] Índice de desenvolvimento humano municipal 0,710 [2010] Bioma: Mata Atlântica [2019] 5.1.1. Trabalho de campo - resultados obtidos Fazendo uso do relatório de campo da CPRM (Lima e Silveira, 2014), referente ao primeiro levantamento de campo executado pela CPRM, em 2014, são reproduzidos os resultados a seguir. Os problemas foram identificados em áreas onde predominou https://pt.wikipedia.org/wiki/Munic%C3%ADpio_(Brasil) https://pt.wikipedia.org/wiki/Vale_do_Ribeira https://pt.wikipedia.org/wiki/Unidades_federativas_do_Brasil https://pt.wikipedia.org/wiki/S%C3%A3o_Paulo_(estado) https://pt.wikipedia.org/wiki/Instituto_Brasileiro_de_Geografia_e_Estat%C3%ADstica https://pt.wikipedia.org/wiki/2009 https://pt.wikipedia.org/wiki/Comarca https://pt.wikipedia.org/wiki/Regi%C3%A3o_Administrativa_de_Itapeva https://pt.wikipedia.org/wiki/Ara%C3%A7a%C3%ADba https://pt.wikipedia.org/wiki/Lageado_de_Ara%C3%A7a%C3%ADba https://pt.wikipedia.org/wiki/Palmitalzinho https://pt.wikipedia.org/wiki/Turismo https://pt.wikipedia.org/wiki/Mata_Atl%C3%A2ntica https://pt.wikipedia.org/wiki/Gruta https://pt.wikipedia.org/wiki/Queda_de_%C3%A1gua https://pt.wikipedia.org/wiki/Organiza%C3%A7%C3%A3o_das_Na%C3%A7%C3%B5es_Unidas_para_a_Educa%C3%A7%C3%A3o,_a_Ci%C3%AAncia_e_a_Cultura https://pt.wikipedia.org/wiki/Organiza%C3%A7%C3%A3o_das_Na%C3%A7%C3%B5es_Unidas_para_a_Educa%C3%A7%C3%A3o,_a_Ci%C3%AAncia_e_a_Cultura https://pt.wikipedia.org/wiki/Reserva_da_Biosfera 48 a ocupação desordenada e irregular, muitas vezes, com encostas naturais escavadas e obras sem o tratamento do talude de corte. No bairro Gurutuba, devido a evento pluviométrico intenso, inúmeros deslizamentos planares ocorreram a montante do Rio Palmital e os sedimentos foram transportados até a rede de drenagem, que não comportou a carga de sedimentos. Além disso, restos de vegetação e uma enorme quantidade de blocos causaram uma enxurrada, que foi responsável por óbito. Na Figura 16, a seguir, é apresentada a carta/prancha do setor 06, como exemplo de apresentação dos setores mapeados, num total de 21 setores. 49 Figura 16 - Prancha de mapeamento do setor 06 no município de Apiaí-SP. 50 A experiência deste primeiro levantamento serviu como referência para a segunda vista técnica, que teve como objetivo a execução de treinamento de campo, a fim de entender a metodologia usada no processo tradicional, avaliar a realidade de campo, o tempo de levantamento e de processamento dos produtos, enfim, para gerar o conhecimento necessário para iniciar os testes com as ferramentas FOSS4G, bem como para começar a produzir os códigos necessários para otimizar o uso das ferramentas. 5.2. Município de Espírito Santo do Pinhal – SP Localiza-se na latitude 22º11'27" sul e na longitude 46º44'27" oeste, estando a uma altitude de 870 metros. Sua população, conforme estimativas do IBGE de 2020, era de 44.471 habitantes, resultando em uma densidade demográfica de 107,61 hab/km². O município foi oficialmente denominado Pinhal de 1938 a 1974. A seguir, estão os dados (IBGE, s. d.; Espírito Santo do Pinhal, s. d.): Área Territorial: 389,235 km² [2019] População estimada: 44.471 pessoas [2020] Densidade demográfica: 107,61 hab/km² [2010] Índice de desenvolvimento humano municipal 0,787 [2010] Bioma: Mata Atlântica [2019] 5.2.1. Trabalho de campo 01 - resultados obtidos No relatório de campo da CPRM (Pinho e Silveira, 2015), os principais tipos de risco constatado no município foram: inundações, enchentes rápidas, solapamento, assoreamento, deslizamentos planares induzidos e queda de blocos. Historicamente, existem registros de inundação e atingimento de moradias às margens dos Córregos Maria Joaquina e Sertãozinho. https://pt.wikipedia.org/wiki/Latitude https://pt.wikipedia.org/wiki/Sul https://pt.wikipedia.org/wiki/Longitude https://pt.wikipedia.org/wiki/Oeste 51 Nos trabalhos de campo, os problemas mais graves foram identificados em áreas onde predominou a ocupação antiga e não adequada das margens de córregos e rios, responsáveis por intervenções não geotecnicamente apropriadas em encostas naturais. A despeito da ação contínua da fiscalização, pessoas insistem em ocupar de forma indevida essas áreas, sem o devido licenciamento e análise de risco do local. Na Figura 17, a seguir, é apresentada a carta/prancha do setor 02, como exemplo de apresentação dos setores mapeados, num total de 3 setores. 52 Figura 17 - Prancha de mapeamento do setor 06 em Espírito Santo do Pinhal-SP. 53 Com a experiência dos dois primeiros levantamentos de campo realizados no Município de Apiaí, somada ao uso dos dados do primeiro levantamento de campo no Munícipio de Espírito Santo do Pinhal, foi possível produzir uma versão de testes/protótipo para validação em campo, apresentada no item 5.2.2. 5.2.2. Trabalho de campo 02 - resultados obtidos Segundo o relatório de campo da CPRM (Lana et al., 2021), foi realizada a atualização (revisita) do mapeamento no município. Os levantamentos de campo foram executados após reunião inicial, realizada na prefeitura municipal. As avaliações de campo foram guiadas e acompanhadas pela Defesa Civil e identificaram 4 setores de risco geológico alto na área urbana do município, os quais englobam 33 edificações e 132 pessoas. Além da atualização dos setores de risco, iniciou-se a reavaliação dos métodos de representação do leiaute cartográfico e dos processos, com a redefinição de vários itens que serão detalhados em outro capítulo, como, por exemplo, a Figura 18, que mostra o Mapa índice criado de forma totalmente automática. A Figura 19 mostra o setor 03, que foi revisitado e passou por uma atualização de sua abrangência geográfica, já representada em um novo modelo de prancha. Note- se que o resultado obtido foi muito promissor, uma vez que cada uma das cartas/prancha dos setores foi gerada automaticamente. 54 Figura 18 – Mapa Índice que mostra todos os setores de risco delimitados em campo. 55 Figura 19 – Setor 03 – atualizado em campo e com leiaute redefinido. 56 6. MÉTODOS E PROCEDIMENTOS ADOTADOS Os métodos e procedimentos avaliam a relação entre custo, qualidade e prazo da produção, fazendo uso das tecnologias atuais dos produtos cartográficos, e investem em melhorias e inovações para automatizar,