Aqui apresentamos um resumo do método desenvolvido e aplicado no Monitor do Fogo do Brasil (a partir de 2019).

1. CARACTERÍSTICAS GERAIS

O Monitor do Fogo é a primeira versão do mapeamento mensal de cicatrizes de fogo para o Brasil, abrangendo o período a partir de 2019, baseado em mosaicos mensais de imagens multiespectrais do Sentinel 2 com resolução espacial de 10. Todo o processo foi realizado de forma colaborativa entre as instituições da rede MapBiomas e utilizando algoritmos de aprendizado de máquina (deep learning) por meio da plataforma Google Earth Engine e Google Cloud Storage que oferecem imensa capacidade de processamento computacional e em nuvem.
A classificação foi organizada por biomas e regiões, coletando amostras de áreas queimadas e não queimadas para treinamento do algoritmo por regiões. O método usado foi baseado na Coleção 1, respectivo artigo publicado por Alencar et al. 2022.

2. VISÃO GERAL DO MÉTODO

As rotinas de processamento e classificação de imagens de satélites utilizadas para mapear as áreas queimadas mensais no território brasileiro seguiram seis etapas, baseada no método segundo Alencar et al. 2022, que inclui: (1) definição das regiões de classificação por bioma, (2) construção de mosaicos mensais de qualidade de imagens Sentinel, (3) coleta de amostras de treinamento contendo assinaturas espectrais de áreas queimadas e não queimadas, (4) treinamento e desenvolvimento do modelo de predição de redes neurais profundas (DNN-Deep Neural Network), (5) uso de rotinas de pós-classificação com máscaras e filtros espaciais e (6) avaliação dos resultados.
O diagrama abaixo ilustra as principais etapas e plataformas utilizadas para classificar mensalmente as áreas queimadas nos biomas brasileiros.

2.1. DEFINIÇÃO DE REGIÕES POR BIOMA

Para cada bioma, foram definidas regiões para coletar amostras de treinamento e classificar as áreas queimadas por região para obter uma classificação mais precisa, com base em fatores edafoclimáticos e vegetação regional. As seguintes regiões foram definidas para cada bioma:

2.2. MOSAICOS MENSAIS SENTINEL

A classificação mensal de cicatrizes de fogo foi realizada usando mosaicos mensais Sentinel 2. Para remover os ruídos de nuvens foi usado uma coleção de probabilidade de nuvem do Sentinel 2 (“COPERNICUS/S2_CLOUD_PROBABILITY”), criada com a biblioteca sentinel2-cloud-detector (usando LightGBM), onde valores mais altos são mais propensos a ser nuvens ou superfícies altamente refletivas.
Para criação dos mosaicos mensais foi realizada a composição de todas as imagens disponíveis do mês em uma única imagem, usando o índice espectral mínimo NBR (Normalized Burn Ratio. Para a classificação mensal de cicatrizes de fogo também foi definida uma área potencial mensal para o mapeamento, a partir de um buffer de 5 km em torno dos focos de calor de todos os satélites disponíveis pelo INPE. 

2.3. COLETA DE AMOSTRAS

Esta etapa consiste na coleta de polígonos de amostras de treinamento de áreas queimadas e não queimadas nos mosaicos Sentinel para cada região dos biomas, para serem usadas no treinamento do modelo de classificação

2.4. CLASSIFICAÇÃO

O modelo de classificação utilizado foi o Rede Neurais Profundas (Deep Neural Network – DNN), que consiste de modelos computacionais baseados em cálculos matemáticos capazes de realizar deep learning e reconhecimento visual de padrões. A estrutura utilizada foi a Multi-Layer Perceptron Network (MLPN). Para este modelo DNN as camadas de entrada foram as bandas espectrais RED, NIR, SWIR1 e SWIR2, e as camadas de saída foram as classes queimadas e não queimadas.

2.5. PÓS-CLASSIFICAÇÃO

Após a avaliação dos resultados da classificação, também foram aplicadas máscaras de pós-classificação para reduzir a eventuais erros de comissão. Foram definidas regras por bioma para remover pixels que classificados como queimados nas distintas classes de cobertura e uso da terra da Coleção 7.0 do MapBiomas, conforme a seguir:

• Amazônia: Rios Lagos oceanos, Área urbanizada, Mineração;
• Caatinga: Rios Lagos oceanos, Aquicultura, Afloramento Rochoso;
• Cerrado: Rios Lagos oceanos, Aquicultura, Área urbanizada;
• Mata Atlântica: Rios Lagos oceanos, Aquicultura, Área urbanizada, Arroz, Mineração;
• Pampa: Rios Lagos oceanos, Aquicultura, Área urbanizada , Mosaico de Agricultura e Pastagem, Arroz, Soja, Outras Lavouras Temporárias;
• Pantanal: Rios Lagos oceanos, Soja, Outras Lavouras Temporárias.

2.6. AVALIAÇÃO DA CLASSIFICAÇÃO

As avaliações da classificação das cicatrizes mensais de queimadas foram realizadas com imagens Sentinel, com inspeção visual, estatísticas e relação com os dados de cobertura e uso da terra do MapBiomas, além da comparação com mapas de referência (MODIS, INPE, FIRMS, FireCCi, MapBiomas Coleção 1).

3. COMO ACESSAR OS DADOS

Os dados podem ser acessados na plataforma do MapBiomas (https://mapbiomas.org/) e do asset no Google Earth Engine (projects/mapbiomas-workspace/FOGO/MONITORAMENTO/collection-fire-monthly-sentinel2-v3).