SIMULAÇÃO ESPACIAL DE UMA PAISAGEM SOB O EFEITO BORDA

Este trabalho teve como objetivo compreender e analisar através das métricas de paisagem, a atual situação dos fragmentos florestais na Fazenda Experimental do Canguiri e sua sustentabilidade temporal na matriz paisagística, frente à simulação de diferentes intensidades do efeito borda. A área de estudo foi a Fazenda Experimental do Canguiri/UFPR, localizada no município de Pinhais (PR), que compreende uma área de 440 ha. Foram simuladas 3 intensidades do efeito borda, a 10, 30 e 50 metros, e para cada situação foram calculados 11 índices de paisagem. A definição das classes de fragilidade foi proporcionada pela análise de agrupamento, utilizando-se a distância euclidiana e o método de ward, a partir do índice FRAG. Assim, o efeito borda simulado provocou mudanças na paisagem, na qual o número de fragmentos passou de 14 no estágio atual, para 19 (10 m), 18 (30 m) e 9 (50 m). Os fragmentos foram classificados em três classes de fragilidade à fragmentação, pela análise de agrupamento. A simulação do efeito borda, juntamente com o cálculo dos índices de paisagem, auxiliou na determinação de fragmentos mais suscetíveis a fragmentação.This work had as objective to understand and to analyze the actual stage of the forest fragment from Canguiri Experimental Farm and its temporal sustainability in the landscape matrix through the landscape metrics, and under the different intensities of the edge effect simulation. The area of study was the Canguiri Experimental Farm located in Pinhais (PR), with an area of 440 ha. Three edge effect intensities were simulated the 10, 30 and 50 meters and for each scenery 11 landscape indexes were calculated. The fragility classes were determined by the cluster analysis using the ward method and Euclidean distance based on the FRAG index. The results showed that edge effect simulation promoted changing in the landscape, where the number of fragments was 14 in actual stage and it changed to 19 (10 m); 18 (30 m) and 9 (50 m). The fragments were classified in 3 classes of the fragmentation fragility by the cluster analysis. The edge effect simulation combined with the calculated landscape indexes guided to determine which fragments were more fragile to the fragmentation process

AN INTEGER LINEAR PROGRAMMING APPROACH APPLIED TO THE CERRADO (SAVANNA) MANAGEMENT

AbstractCerrado presents great potential for the use of its resources, whether timber or non-timber, as fruits, firewood and charcoal. Thus, this study aimed to test the use of forest regulation model type I in a remnant of cerrado, applying the integer linear programming. The studied area was a remnant of cerrado sensu stricto located in São Romão – MG. The type of forest management carried out was the strip cutting. with post regeneration conduction. The model type I was applied generating 8 scenarios considering 14 years of planning horizon. The tested scenarios considered the area control, volume control and also both controls in the same model, where the objective function was to maximize the present value of revenues (PVR). After data processing it was observed that scenario 5 was the best, because it obtained the lowest amplitude variation (425 – 575 ha/year) and volume (18.000 – 21.000 m3/year) of the exploited surface limits, presenting a PVR of R$4,004,561.58. It is possible to conclude that the developed models were able to regulate the volumetric yield in constant flows over the planning horizon, representing a promising alternative for the sustainable planning of the wood resources of the cerrado.Keywords: Mathematical programming; forest regulation; forest management. ResumoUma abordagem aplicada da programação linear inteira no manejo do cerrado. O cerrado apresenta um grande potencial de uso de seus recursos, sejam eles madeireiros ou não madeireiros, como frutos, lenha e carvão vegetal. Assim, o trabalho teve como objetivo testar o uso do modelo tipo I de regulação florestal em um remanescente de cerrado utilizando a programação linear inteira. A área de estudo foi um remanescente de cerrado sensu stricto localizado em São Romão – MG. O regime de manejo elaborado foi o corte em faixas com posterior condução da regeneração. O modelo tipo I foi aplicado gerando 8 cenários em um horizonte de planejamento de 14 anos. Os cenários testados consideraram o controle por área, por volume, bem como ambos no mesmo modelo, sendo a função objetivo o valor presente das receitas (VPR) a ser maximizado. Após o processamento dos modelos observou-se que o cenário 5 foi o melhor, possuindo limites de área explorada (425 – 575 ha/ano) e volumétricos (18.000 – 21.000 m3/ano) com menor variação de amplitude, apresentando R$4.004.561,58 de VPR. Pôde-se concluir que os modelos formulados foram capazes de regular a produção volumétrica em fluxos constantes ao longo do horizonte de planejamento, em sua grande maioria, constituindo-se de uma alternativa promissora ao planejamento sustentável dos recursos madeireiros do cerrado.Palavras-chave: Programação matemática; regulação florestal; manejo florestal.AbstractCerrado presents great potential for the use of its resources, whether timber or non-timber, as fruits, firewood and charcoal. Thus, this study aimed to test the use of forest regulation model type I in a remnant of cerrado, applying the integer linear programming. The studied area was a remnant of cerrado sensu stricto located in São Romão – MG. The type of forest management carried out was the strip cutting. with post regeneration conduction. The model type I was applied generating 8 scenarios considering 14 years of planning horizon. The tested scenarios considered the area control, volume control and also both controls in the same model, where the objective function was to maximize the present value of revenues (PVR). After data processing it was observed that scenario 5 was the best, because it obtained the lowest amplitude variation (425 – 575 ha/year) and volume (18.000 – 21.000 m3/year) of the exploited surface limits, presenting a PVR of R$4,004,561.58. It is possible to conclude that the developed models were able to regulate the volumetric yield in constant flows over the planning horizon, representing a promising alternative for the sustainable planning of the wood resources of the cerrado.Keywords: Mathematical programming; forest regulation; forest management

Spatial adjacency constraints effect in optimized forest planning

O objetivo do estudo foi aplicar restrições espaciais de adjacência no agendamento da colheita florestal em um modelo tradicional de planejamento florestal. Foi analisado e comparado o impacto no VPL (valor presente líquido) e na produção volumétrica de madeira. A área de estudo foi composta por 52 talhões de eucalipto. Foram simuladas 254 alternativas de manejo, sendo então criados 4 cenários de agendamento da colheita florestal envolvendo o uso da programação linear inteira, seguindo a formulação pelo modelo tipo I com maximização do VPL e um horizonte de planejamento de 7 anos. O cenário 1 não considerou a adjacência, enquanto que os cenários 2 (URM), 3 (ARM50) e 4 (ARM70) continham restrições de adjacência. Os resultados demonstraram que as restrições de adjacência reduzem o VPL em 3,74%, 2,24% e 2,10%, e a produção volumétrica em 2,92%, 1,79% e 1,73%, nos cenários 2, 3 e 4 respectivamente. Porém, os cenários 2, 3 e 4 obtiveram sucesso no controle de corte de talhões adjacentes, segundo suas restrições, e impedindo a formação de extensas áreas contiguas como encontrado no cenário 1 (153,25 ha).Palavras-chave: Programação linear inteira; restrição URM; restrição ARM. AbstractSpatial adjacency constraints effect in optimized forest planning. The objective of the study was to apply the spatial adjacency constraints in the forest harvest scheduling when using the traditional forest planning model. It was analyzed and compared the impact on NPV (Net Present Value) and the volumetric production of wood. The area of study was formed by 52 stands of eucalyptus. A total of 254 forest management alternatives were simulated, where 4 forest harvest scheduling scenarios contained the integer linear programming were created, following the model type I and the maximization of the NPV for 7 years of the horizon planning. Spatial adjacency constraints were applied to scenarios 2 (URM), 3 (ARM50) and 4 (ARM70) but not to scenario 1. The results showed that the spatial adjacency constraints reduced NPV in 3,74%, 2,24% and 2,10%, and the volumetric production in 2,92%, 1,79% e 1,73% through the scenarios 2, 3, and 4, respectively. Therefore, the scenarios 2, 3, and 4 obtained success in controlling the adjacent harvested stands, according to their restrictions, and avoiding the creation of large and continuous areas such as observed in the scenario 1 (153,25ha).Keywords: Integer linear programming; URM constraint; ARM constraint.The objective of the study was to apply the spatial adjacency constraints in the forest harvest scheduling when using the traditional forest planning model. It was analyzed and compared the impact on NPV (Net Present Value) and the volumetric production of wood. The area of study was formed by 52 stands of eucalyptus. A total of 254 forest management alternatives were simulated, where 4 forest harvest scheduling scenarios contained the integer linear programming were created, following the model type I and the maximization of the NPV for 7 years of the horizon planning. Spatial adjacency constraints were applied to scenarios 2 (URM), 3 (ARM50) and 4 (ARM70) but not to scenario 1. The results showed that the spatial adjacency constraints reduced NPV in 3,74%, 2,24% and 2,10%, and the volumetric production in 2,92%, 1,79% e 1,73% through the scenarios 2, 3, and 4, respectively. Therefore, the scenarios 2, 3, and 4 obtained success in controlling the adjacent harvested stands, according to their restrictions, and avoiding the creation of large and continuous areas such as observed in the scenario 1 (153,25ha)

Comparação entre a meta-heurística simulated annealing e a programação linear inteira no agendamento da colheita florestal com restrições de adjacência

http://dx.doi.org/10.5902/198050989289The impacts on the landscape after forest harvesting in reforestation are visible, but the cutting is a necessary process to ensure a sustained yield and introduce new technologies. An alternative of control is to use the adjacency constraints in the mathematical models. Thus, the aim of the study was to assess the ability of the metaheuristic SA to solve mathematical models with adjacency constraints type URM, and to check its action with the increasing of the problem complexity. The study was conducted in a forest project containing 52 stands, and created 8 scenarios, where the Johnson and Scheurmann (1977) model I was used as reference. The adjacency constraint type URM was used to control the cutting of adjacent stands. The models were solved by the ILP and metaheuristic SA, which was sued 100 times per scenario. The results showed that the scenario 8 has consumed 137.530 seconds via PLI, which represented 2.023,09 times more than the average time processing of the SA metaheuristic (67,98 seconds). The best solutions were 4.71% (scenario 1) to 11.40% (scenario 8) far from the optimal (ILP). The metaheuristic SA is capable to solve the forest problem, meeting the targets in the most cases. The increasing of complexity produced a higher deviation from the optimal. Concludes that the metaheuristic SA should not be processed a single time, because there are hazards in obtain inferior solutions, but doing it is recommended to increase the stop criterion.http://dx.doi.org/10.5902/198050989289Os impactos gerados na paisagem após a colheita florestal em reflorestamentos são visíveis, porém, o corte raso é um processo necessário para garantir uma produção sustentada e introduzir novas tecnologias. Uma alternativa de controle é utilizar restrições de adjacência nos modelos matemáticos. Assim, o objetivo do estudo foi avaliar a capacidade da meta-heurística SA na resolução de modelos matemáticos com restrições de adjacência do tipo URM, e observar sua ação com o aumento da complexidade do problema. O estudo foi conduzido em um projeto florestal contendo 52 talhões, sendo criados 8 cenários, onde o modelo I de Johnson e Scheurmann (1977) foi usado como referência. A restrição de adjacência do tipo URM foi usada para controlar o corte de talhões adjacentes. Os modelos foram resolvidos pela PLI e meta-heurística SA, no qual foi processada 100 vezes/cenário. Os resultados mostraram que o cenário 8 consumiu 137.530 segundos via PLI, gastando um tempo de 2.023,09 vezes a mais que o tempo médio de processamento da meta-heurística SA (67,98 segundos). As melhores soluções ficaram 4,71 % (cenário 1) a 11,40 % (cenário 8) distante do ótimo (PLI). A meta-heurística SA é capaz de resolver o problema florestal, atendendo às metas na maioria das vezes. O aumento da complexidade produz um maior desvio em relação ao ótimo. Conclui-se que a meta-heurística SA não deve ser processada uma única vez, pois há riscos de se obter soluções inferiores, caso seja feita, deve-se aumentar o tempo de parada

ANÁLISE DAS ESTRUTURAS DIAMÉTRICA E HIPSOMÉTRICA DE FRAGMENTOS FLORESTAIS LOCALIZADOS NA BACIA DO RIO SÃO FRANCISCO, EM MINAS GERAIS, BRASIL

The objectives of this research were: (a) to establish the pattern of the diametric and hypsometric frequency distribution; (b) to analyze the distribution adherence (diameter and height), by the Kolmogorov-Smirnov test; (c) to verify the existence of the structural similarity among fragments, when analyze the diameter and height frequency distributions for the watershed as a whole and among physiognomic groups. This study was carried out in 20 native forest fragments localized in riparian permanent preservation areas along the São Francisco river watershed - Minas Gerais. The groups that showed higher floristic homogeneity have more equilibrium for the diametric and hypsometric distribution pattern. Considering the watershed as a whole the 190 combinations formed it was verified that 8,95% of the combinations were equal for the diametric and hypsometric distributions. Therefore, the same diametric distribution was just 25,26% and 12,10% only for hypsometric distribution, and the majority (53,68%) were not equal for both distributions.Os objetivos desta pesquisa foram: (a) estabelecer o padrão de distribuição da frequência diamétrica e hipsométrica; (b) realizar inferências sobre a aderência de distribuições (diâmetro e altura), pelo teste de Kolmogorov-Smirnov; (c) verificar a existência de similaridade estrutural entre fragmentos, quando se analisa a distribuição de frequência em diâmetro e altura, na bacia como um todo e dentro de cada grupo fisionômico. A área de estudo compreendeu 20 fragmentos localizados nas áreas ripárias de preservação permanente, distribuídos ao longo da bacia do rio São Francisco, em Minas Gerais. A partir dos resultados encontrados, verificou-se que os grupos mais homogêneos florísticamente apresentaram um maior equilíbrio no padrão da distribuição diamétrica e hipsométrica. Considerando a bacia como um todo e todas as 190 combinações geradas, percebeu-se que 8,95% das combinações estabeleceram igualdades tanto na distribuição diamétrica como na hipsométrica. Entretanto, apenas 25,26% estabeleceram igualdade em diâmetro e 12,10% em altura; a maioria (53,68%) não estabeleceu nenhuma igualdade de distribuição nas combinações

Landscape evaluation of a sector of the PR-340 road, located in Antonina County, Paraná State, Brazil

O estudo teve como objetivo compreender os agentes que compõem uma porção da paisagem na Área Particular Protegida Morro da Mina, e discutir o padrão visual paisagístico de um trecho da rodovia PR- 340, na região de Antonina – PR. Utilizou-se o método direto de análise da paisagem com as seguintes variáveis: vegetação, conservação do solo, relevo, ação antrópica e singularidade. Foram amostrados 20 pontos amostrais, com 3 repetições por ponto, distantes 200 metros entre si, sendo avaliados o lado direito e esquerdo da rodovia. No processamento das informações contou-se com as técnicas de análise de componente principal e a análise de agrupamento, para discriminar as áreas de grande interesse visual paisagístico e a variação paisagística. Constatou-se que a vegetação foi a variável mais representativa no percurso, independente do lado que se trafega. A qualidade da paisagem no lado esquerdo da rodovia foi influenciada pela vegetação e conservação do solo. O mapa de qualidade visual paisagística do trecho foi formado com três classes. Conclui-se que a predominância da paisagem do trecho da rodovia PR -340 tem a classe média de qualidade visual. Comparando os dois lados do trecho analisado, verificou-se que o lado esquerdo apresentou melhor conjunto de qualidades visuais paisagísticas.Palavras-chave: Paisagem; RPPN; análise multivariada. AbstractLandscape evaluation of a sector of the PR-340 road, located in Antonina County, Paraná State, Brazil. The objective of this study was to understand the agents that compose a portion of the landscape from the “Protected Private Area Morro da Mina”, and to discuss the landscape visual standard of a PR-340 road sector, in the region of Antonina, PR. The direct method of landscape analysis, with the following variables was used: vegetation, soil conservation, relief, anthropic action, and singularity. Twenty observation points were sampled, with 3 repetitions for point, 200 meters distant from each other. Both sides of the road were evaluated. In the information process the principal components technique analysis and the grouping analysis, with the intention to discriminate areas of great visual interest, as well as explaining the landscape variation, were used. It was evidenced that the vegetation was the most representative variable in the analyzed sector, regardless the traffic direction. The road left side was influenced by the vegetation and soil conservation. The landscape visual map was composed by three groups. It was concluded that the analyzed sector was classified as an intermediate visual quality landscape. Comparing the two edges of the analyzed road sector, it was observed that the left side presented, as a whole, higher landscape visual qualities.Keywords: Landscape; conservation unit; multivariate analysis.The objective of this study was to understand the agents that compose a portion of the landscape from the “Protected Private Area Morro da Mina”, and to discuss the landscape visual standard of a PR-340 road sector, in the region of Antonina, PR. The direct method of landscape analysis, with the following variables was used: vegetation, soil conservation, relief, anthropic action, and singularity. Twenty observation points were sampled, with 3 repetitions for point, 200 meters distant from each other. Both sides of the road were evaluated. In the information process the principal components technique analysis and the grouping analysis, with the intention to discriminate areas of great visual interest, as well as explaining the landscape variation, were used. It was evidenced that the vegetation was the most representative variable in the analyzed sector, regardless the traffic direction. The road left side was influenced by the vegetation and soil conservation. The landscape visual map was composed by three groups. It was concluded that the analyzed sector was classified as an intermediate visual quality landscape. Comparing the two edges of the analyzed road sector, it was observed that the left side presented, as a whole, higher landscape visual qualities

Mineração de dados aplicada a métodos de seleção de variáveis para a modelagem de estoque de carbono acima do solo

The objective of this work was to apply the random forest (RF) algorithm to the modelling of the aboveground carbon (AGC) stock of a tropical forest by testing three feature selection procedures – recursive removal and the uniobjective and multiobjective genetic algorithms (GAs). The used database covered 1,007 plots sampled in the Rio Grande watershed, in the state of Minas Gerais state, Brazil, and 114 environmental variables (climatic, edaphic, geographic, terrain, and spectral). The best feature selection strategy – RF with multiobjective GA – reaches the minor root-square error of 17.75 Mg ha-1 with only four spectral variables – normalized difference moisture index, normalized burn ratio 2 correlation texture, treecover, and latent heat flux –, which represents a reduction of 96.5% in the size of the database. Feature selection strategies assist in obtaining a better RF performance, by improving the accuracy and reducing the volume of the data. Although the recursive removal and multiobjective GA showed a similar performance as feature selection strategies, the latter presents the smallest subset of variables, with the highest accuracy. The findings of this study highlight the importance of using near infrared, short wavelengths, and derived vegetation indices for the remote-sense-based estimation of AGC. The MODIS products show a significant relationship with the AGC stock and should be further explored by the scientific community for the modelling of this stock.O objetivo deste trabalho foi aplicar o algoritmo “random forest” (RF) à modelagem do estoque de carbono acima do solo (CAS) de uma floresta tropical, por meio da testagem de três procedimentos de seleção de variáveis: remoção recursiva e algoritmos genéticos (AGs) uniobjetivo e multiobjetivo. Os dados utilizados abrangeram 1.007 parcelas amostradas na bacia hidrográfica do Rio Grande, no estado de Minas Gerais, Brasil, e 114 variáveis ambientais (climáticas, edáficas, geográficas, de terreno e espectrais). A melhor estratégia de seleção de variáveis – a RF com AG multiobjetivo – chega ao menor erro quadrático de 17,75 Mg ha-1 com apenas quatro variáveis espectrais – índice de umidade por diferença normalizada, textura de correlação do índice de queimada por razão normalizada 2, cobertura arbórea e fluxo de calor latente –, o que representa redução de 96,5% no tamanho do banco de dados. As estratégias de seleção de variáveis ajudam a obter melhor desempenho da RF, ao melhorar a acurácia e reduzir o volume dos dados. Embora a remoção recursiva e o AG multiobjetivo mostrem desempenho semelhante como estratégias de seleção de variáveis, esta último apresenta menor subconjunto de variáveis, com maior precisão. As descobertas deste trabalho destacam a importância do uso de infravermelho próximo, comprimentos de onda curtos e índices de vegetação derivados para a estimativa de CAS baseada em sensoriamento remoto. Os produtos MODIS mostram relação significativa com o estoque de CAS e precisam ser melhor explorados pela comunidade científica para a modelagem deste estoque

AHP APPROACH APPLIED TO MULTI-CRITERIA DECISIONS IN ENVIRONMENTAL FRAGILITY MAPPING

Geographic Information System tools, combined with mathematical methods for complex geospatial scientific investigations, are essential for environmental zoning. Among these tools, environmental fragility models evaluate criteria related to the physical attributes of the landscape to ensure multi-disciplinarity of the information plans used in a study. However, questions are raised on the priority allotted to each criterion or environmental factor within a multi-criteria analysis model. In this sense, the analytic hierarchy process is another mathematical model that is used in decision theory, which sorts criteria hierarchically. This study aims to use the AHP method as a tool to support multi-criteria decision making as applied to environmental fragility mapping, using the Jequitinhonha River Basin, Minas Gerais, Brazil, as a case study. The application of the AHP method provided a hierarchy of five important environmental criteria for the environmental fragility mapping. The use of AHP allowed the modeling of empirical evaluations in mathematically consistent results, to provide better conciseness in geospatial processes. Therefore, it is an adequate method to minimize subjectivity in environmental and territorial planning. It can also help the management of priority zones for conservation, preservation, or ecological restoration

DETECÇÃO DA EXPANSÃO DA ÁREA MINERADA NO QUADRILÁTERO FERRÍFERO, MINAS GERAIS, NO PERÍODO DE 1985 A 2011 ATRAVÉS DE TÉCNICAS DE SENSORIAMENTO REMOTO

O objetivo deste estudo foi analisar a evolução da área minerada no QuadriláteroFerrífero (QF), Minas Gerais, e quantificar a área coberta com vegetação florestalnativa que foi suprimida por esta atividade durante os últimos 26 anos. Foramutilizadas imagens TM/Landsat 5 correspondente a área de estudo nos anos de 1985,1989, 2000 e 2011. Para cada ano de análise, utilizando técnicas de interpretaçãovisual de imagens, foram criados polígonos identificando e delimitando as áreasmineradas. Para a análise da supressão da vegetação florestal nativa pela mineração,as imagens de 1985 foram classificadas gerando um mapa temático de uso ecobertura do solo do QF. Em seguida, os polígonos de mineração identificados emcada ano de análise foram sobrepostos ao mapa da vegetação nativa possibilitando ocálculo da área de vegetação florestal nativa suprimida pela expansão da mineração.Entre os anos de 1985 a 2011, observou-se aumento de 213% na área minerada noQF. As áreas suprimidas de vegetação florestal nativa entre os anos de 1985 a 1989, 1989 a 2000 e 2000 a 2011 corresponderam respectivamente a 324,42 ha, 948,98 hae 1989,68 ha, com uma perda total de vegetação nativa de 3.263,07 h