TUTORIAL – APOIO A TOMADA DE DECISÃO USANDO PROCESSO ANALÍTICO HIERÁRQUICO (AHP) NO QGIS
Dra. Daniela Polizeli Traficante Prof. Dr. Rodrigo Lilla Manzione (UNESP/Tupã)
1 - BAIXANDO E INSTALANDO O QGIS O QGIS é uma ferramenta SIG (Sistema de Informações Geográficas) da comunidade de softwares livres de código aberto (FOSS). O QGIS é um SIG de Código Aberto licenciado segundo a Licença Pública Geral GNU. O QGIS é um projeto oficial da Open Source Geospatial Foundation (OSGeo). O QGIS disponibiliza um número de funcionalidades em constante crescimento através das funções nativas e de complementos. O usuário pode visualizar, gerir, editar, analisar dados, e criar mapas para impressão a partir de bases de dados criadas ou já existentes. O QGIS está disponível em Linux, Unix, Mac OSX, Windows e Android e suporta inúmeros formatos de vetores, rasters e bases de dados e funcionalidades. O QGIS é um programa gratuito que pode ser baixado a partir do site: http://qgis.org/pt_BR/site/forusers/download.html
As versões utilizadas nesse tutorial são o QGIS 2.14.1 Essen, lançado em 26/02/2016, instalado em uma máquina com Processador Intel Core I5 3,0 GHz com 8,0 GB RAM e sistema operacional Windows 10 de 64 bits. Após baixar o programa, execute e instale o programa no seu computador (Figura 1).
Figura 1: Telas inicial (esquerda) e final (direita) do Assistente de Instalação do QGIS Essen 2.14.1.
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Uma vez bem-sucedida a instalação, abra o programa a partir do ícone criado na área de trabalho ‘QGIS Desktop 2.14.1’ e acompanhe a abertura (Figura 2) e a tela inicial (Figura 3).
Figura 2: Inicialização do QGIS Essen 2.14.1.
Figura 3: Tela inicial do QGIS Essen 2.14.1. 2 – AHP – Processo Analítico Hierárquico (Analytic Hierarchy Process) Quando temos diferentes fatores que contribuem para a nossa decisão, como fazer para determinar a contribuição relativa de cada um? O Processo Analítico Hierárquico (AHP – Analytic Hierarchy Process) é um método popularmente empregado em análises em ambiente SIG quando diversas variáveis são envolvidas em determinado estudo. AHP foi desenvolvido na década de 1970 baseado em matemática e psicologia pelo Prof. Thomas Saaty, então, na Escola Wharton da Universidade da Pensilvânia, para auxiliar as pessoas na tomada de 2
decisões teoricamente complexas e tem sido extensivamente estudado e refinado desde então. Mais do que determinar qual a decisão correta, o AHP ajuda as pessoas a escolher e a justificar a sua escolha (SAATY, 1990).
O AHP fornece um procedimento abrangente e racional para estruturar um problema, para representar e quantificar seus elementos, para relacionar estes elementos com as metas globais e para avaliar soluções alternativas. É utilizado pelo mundo todo em uma ampla variedade de situações de decisões, em campos como governo, negócios, indústria, saúde e educação (WIKIPEDIA, 2016).
Os usuários do AHP primeiramente devem decompor seu problema de decisão em uma hierarquia de subproblemas mais facilmente compreendidos, sendo que cada qual pode ser analisado independentemente. Os elementos da hierarquia podem relacionar-se com qualquer aspecto do problema de decisão – tangível ou intangível, ser medidos com precisão ou estimado grosseiramente, ser de boa ou de pobre compreensão – ou seja, qualquer coisa que se aplique à decisão.
Tabela 1: Escala de Valores AHP para Comparação Pareada Intensidade de importância 1 3 5 7 9 2, 4, 6, 8
Definição e Explicação Importância igual: os dois fatores contribuem igualmente para o objetivo Importância moderada: um fator é ligeiramente mais importante que o outro Importância essencial: um fator é claramente mais importante que o outro Importância demonstrada: um fator é fortemente favorecido e sua maior relevância foi demonstrada na prática Importância extrema: a evidência que diferencia os fatores é da maior ordem possível. Valores intermediários entre julgamentos: possibilidade de compromissos adicionais
Fonte: MOREIRA et al. (2001).
3 – Instalando o complemento ‘Easy AHP’ O AHP no QGIS é feito através do complemento ‘Easy AHP’. Este complemento não é um plugin core do QGIS, ou seja, ele não está instalado no seu programa, precisa ser baixado, instalado e habilitado. Click em Complementos -> Gerenciar e instalar complementos... (Figura 4).
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Figura 4: Gerenciando complementos. Na aba Tudo, digite AHP em Buscar e instale o complemento. Após instalado verifique na aba Instalados se o Easy AHP está habilitado com o “X” (Figura 5).
Figura 5: Habilitando o complemento ‘Easy AHP’. Habilitando o plugin Easy AHP, aparecerá uma nova barra de ferramentas que pode ser utilizado para iniciar o procedimento (Figura 6). O complemento também pode ser iniciado com click em Complementos -> Easy AHP -> Easy AHP 4
Figura 6: Complemento ‘Easy AHP’ pronto para ser utilizado.
4 – ANÁLISE AHP APLICADA A DADOS AMBIENTAIS A seguir serão demonstrados os passos para a análise AHP aplicada ao estudo de fragilidade ambiental da Fazenda Edgardia da FCA/UNESP-Botucatu realizada na tese de doutorado de TRAFICANTE (2016). Os dados vetoriais de solos e uso da terra em formato shapefile e matriciais de declividade em formato raster podem ser acessados no link: https://www.dropbox.com/sh/o8svpiv6iyfv0bt/AAAbGQ63ar64XcNEZwcLjpVua?dl=0 Antes de trabalharmos com dados ambientais no complemento ‘Easy AHP’, devemos seguir alguns passos importantes: 1) Primeiramente, deve-se ter o banco de dados pronto, ou seja, os PIs (Planos de Informação – mapas temáticos) que se pretende utilizar no processo, de acordo com o objetivo do estudo. No exemplo à seguir, utilizaremos o estudo da fragilidade ambiental de uma bacia hidrográfica, a partir dos PIs: Uso da terra, Pedologia (tipo de solos), e Declividade.
2) Estes PIs deverão receber as notas ou pesos (ponderação dos fatores), de acordo com cada classe de uso da terra, tipo de solo e classe de declividade segundo a metodologia proposta por Ross (1994) que propõe estudo de fragilidade ambiental. Acesso
ao
artigo:
http://www.revistas.usp.br/rdg/article/view/47327.
Esta
metodologia utiliza uma escala de pesos ou notas que varia de 1 (muito baixo) a 5 (muito alto) conforme Tabela 2. 5
Tabela 2: Pesos ou notas de acordo com a classe de fragilidade Pesos ou Notas
Grau de fragilidade
1
Muito baixo
2
Baixo
3
Médio
4
Alto
5
Muito alto
Fonte: Adaptado de Ross (1994).
3) Antes de começar a utilizar o plugin ‘Easy AHP’, é importante que todos os PIs estejam em formato raster (.rst), já com os pesos (notas), que é a extensão de arquivo suportada para este tipo de análise dentro do complemento. Desta forma, todos os fatores, que estão em formato vetorial, devem ser convertidos para o formato matricial (raster), através do processo denominado rasterização, no QGIS, atribuindo a cada pixel dos fatores, o tamanho de 30 metros de resolução espacial (padronização).
No ícone “Arquivo de entrada (shapefile)”, selecione o arquivo shape que você quer utilizar e click em “Selecione ...”; e depois no “Campo de atributo”, selecione “PESOS”;
No campo “Arquivo raster de saída para vetores rasterizados”, dê um nome para o arquivo (que será rasterizado) e escolha o local onde deseja salvá-lo;
E, no ícone “Resolução do raster em unidades do mapa por pixel”, preencha com o número 30 (que significa 30 m de resolução espacial - padronização);
Após a realização dos procedimentos acima, click em “OK” (Figuras 7, 8, 9 e 10);
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Figura 7: PI (Uso da terra) com os pesos de acordo com suas classes de uso pronto para ser rasterizado.
Figura 8: Processo de rasterização, seguido da Figura 9. 7
Figura 9: Preenchimento dos campos para conversão de vetor para raster.
Figura 10: Resultado do PI (uso da terra) rasterizado e pronto para ser usado no complemento “Easy AHP”.
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Seguindo os exemplos acima, deve-se realizar estes procedimentos para todos os PIs que serão utilizados. Lembrando que, para a atribuição dos pesos, é importante consultar uma equipe multidisciplinar e a literatura pertinente ao assunto, para ser o menos tendencioso possível. Feito o procedimento acima, é hora de usar o Easy AHP.
4.1 EXECUTANDO A ANÁLISE AHP Click em Complementos -> Easy AHP -> Easy AHP Na janela ‘Easy AHP’, click em Next (Figura 6): Na janela “Step 1”: Choose Input Layers (Parameters) são selecionadas as camadas a serem analisadas. Após a seleção (uma por vez), click em >>> para que as camadas sejam direcionadas para o “Input layers”. Após todas as camadas selecionadas estarem no campo “Input layers”, click em Next; (Figuras 11 e 12);
Na janela “Step 2”: Fill The Pairwise Matrix, que é a matriz de comparação pareada, você deverá preenchê-la de acordo com a importância dos fatores em relação aos outros, ou seja, os fatores devem ser ponderados de acordo com a sua importância frente à fragilidade ambiental. Para o preenchimento da matriz, siga os valores da Tabela 1. No caso do exemplo abaixo, quando comparamos o uso da terra com solos, preenchemos com o valor 2, pois, segundo a Tabela 1, o uso é moderadamente mais importante que o solo (valor intermediário). Porém, quando comparado à declividade, o uso recebe o valor 3, por ser ligeiramente mais importante, e assim prossegue o preenchimento da matriz. Nota-se: Na linha diagonal da matriz, sempre aparecerá o número 1, que significa o fator por ele mesmo. Caso deseje salvar a tabela, click no ícone “Save table” (será salva no formato .csv);
Após o preenchimento, click em “Calculate” para que sejam calculados os valores da matriz de comparação pareada. Aparecerão os valores de
λ (número de fatores
calculados) , CI (Índice de consistência) e CR (Razão de consistência). Na sequência, click em “Next” (e vá para o Step 3), (Figura 13);
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IMPORTANTE: Para que a matriz seja considerada consistente, segundo SAATY (1990), o valor de CR deve ser inferior a 0,1. Caso contrário, a matriz necessitará ser preenchida novamente.
Na janela “Step 3”: Weighted Linear Combination (WLC), aparecerá uma tabela com os valores de ponderação dos pesos atribuídos aos fatores (Uso da terra, Solos e Declividade) que foram preenchidos na Matriz. Em relação ao vetor de ponderação (pesos atribuídos aos fatores), no caso do exemplo utilizado neste tutorial, obtiveram-se como ordem de importância de contribuição, do maior para o menor, os seguintes fatores: uso da terra (52,5%), solos (33,4%) e declividade com (14,2%). Conforme a integração destes 3 fatores, será obtido o mapa de fragilidade final; No ícone “Output”, click em “Browse...” e escolha a pasta onde pretende salvar o mapa de fragilidade, e dê um nome ao arquivo. Depois, click em “Run”, espere até aparecer na tela o mapa de fragilidade (Figura 14); Pronto! Agora é só categorizar e editar seu mapa de fragilidade! (Figura 15); Mãos à obra e bom trabalho !!
Figura 11: Camadas ( em raster) a serem analisadas pelo complemento “Easy AHP” do QGIS. 10
Figura 12: Camadas selecionadas na janela “Input Layers”, seguindo o próximo passo (STEP 2) clicando em “Next”.
Figura 13: Preenchimento da matriz de comparação pareada. 11
Figura 14: Última etapa antes da elaboração do mapa de fragilidade ambiental.
Figura 15: Mapa de fragilidade ambiental com as classes (Muito baixo a Muito alto), realizado pelo complemento “Easy AHP” do QGIS. 12
Agradecemos a leitura deste tutorial e esperamos ter colaborado com seus estudos!
Para dúvidas nos contate pelos e-mails: Dra. Daniela Traffi –
[email protected] Prof. Dr. Rodrigo L. Manzione –
[email protected]
REFERENCIAS CONSULTADAS MOREIRA, F. R.; BARBOSA, C.; CÂMARA, G.; ALMEIDA FILHO, R. Inferência geográfica e suporte à decisão. In. CÂMARA, G. et al. Introdução à Ciência da Geoinformação. São José dos Campos: INPE, 2001. Acesso em 03 abr 2016. Disponível em http://www.dpi.inpe.br/gilberto/livro/ introd/cap9-inferencia.pdf.
ROSS, J. L. S. Análise Empírica da Fragilidade dos Ambientes Naturais e Antropizados. GEOUSP. São Paulo, v. 8, p. 63-74, 1994.
SAATY, T. L. An exposition of the AHP in reply to the paper ‘remarks on the analytic hierarchy process’. Management Science v.36, 259–268, 1990. TRAFICANTE, D. P. Fragilidade ambiental da APA Corumbataí-Botucatu-Tejupá (perímetro Botucatu, SP) na bacia hidrográfica do Rio Capivara. 107f. 2016. Tese (Doutorado em Agronomia/Energia na Agricultura) - Faculdade de Ciências Agronômicas, Universidade Estadual Paulista, Botucatu, 2016. WIKIPEDIA. Analytic Hierarchy Process, 2016. Acesso em 03 abr 2016. Disponível em https:// pt.wikipedia.org/wiki/Analytic_Hierarchy_Process.
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