Semi-automatic classification of satellite images and their implications in modeling direct runoff in urban watersheds

A modelagem hidrológica quando associada aos recursos do sensoriamento remoto e do geoprocessamento torna-se uma ferramenta importante, pois é capaz de estabelecer diferentes cenários da cobertura e do uso da terra e suas implicações na drenagem urbana, auxiliando no planejamento urbano. Entretanto, a relação entre o modelo chuva x vazão e tais técnicas, com finalidade de avaliar classificadores de imagens a partir de hidrogramas de cheia não foi encontrada na literatura, tornando esse o objetivo principal desta tese. Para isso, foram utilizadas três imagens de satélite de diferentes resoluções espaciais (0,5m, 5m e 15m) e três algoritmos classificadores (Máxima Verossimilhança, Máquinas Vetores Suporte e Análise Orientada a Objeto) e formados conjuntos denominado \"classificador-imagem\" para classificação da cobertura e do uso da terra. As áreas das classes dos usos da terra de cada conjunto \"classificador-imagem\" e os valores de Curve Number foram os principais dados de entrada do modelo chuva-vazão NRCS, que permitiu gerar os hidrogramas de cheia para cada caso. Os hidrogramas simulados foram comparados aos hidrogramas observados na bacia e avaliados, quanto a sua representatividade, pelo coeficiente de Nash Sutcliffe. As classificações do uso da terra foram avaliadas pelo Índice Kappa, com valores de 0,58 a 0,99 e pela Exatidão Global, com valores de 0,64 a 0,99. Para as vazões, o coeficiente de Nash Sutcliffe foi considerado satisfatório (NS<0,50) em duas simulações e, nas demais simulações, considerado muito bom (NS>0,75). Para fornecer subsídio a tomada de decisão, foi realizada uma análise multicritério dos conjuntos classificador-imagem, que permitiu classificar os conjuntos com maior desempenho: 1°) o classificador SVM e a imagem Landsat-8; 2°) o classificador MaxVer e a imagem WordView-II; 3°) o classificador NN e a imagem RapidEye.Hydrological modeling when associated with remote sensing and geoprocessing resources becomes an important tool, because it is able to establish different land use scenarios and its implications for urban drainage, assisting in urban planning. However, the relationship between the routing model and such techniques, for purpose to evaluate images classifiers from the runoff hydrograph was not found in the literature, making this the main objective of this thesis. Thereunto, three satellite images were used in different spatial resolutions (0.5m, 5m and 15m) and three algorithms classifiers (Maximum Likelihood, Support Vector Machine and Oriented Object Analysis) and composed sets called \"classifier-image\" for the land use classification. The areas of the land use classes of each set \"classifier-image\" and the Curve Number values were the main input of the routing model NRCS, which allowed generating the runoff hydrograph for each case. The simulated hydrographs were compared to the observed hydrograph in the basin and evaluated their representativeness through the Nash Sutcliffe coefficient. Kappa Index was calculated to evaluate land use classifications, with values between 0.58 to 0.99 and Global accuracy between 0.64 to 0.99. Towards the flows rates, the Nash Sutcliffe coefficient was considered satisfactory for two simulations (NS<0,50) and, to other simulations, considered very good (NS>0,75). To provide subsidy to decision-making, it carried out a multi-criteria analysis of the classifier-image sets, that allowed to classify the set with higher performance: 1) SVM classifier and Landsat-8 image; 2) MaxVer classifier and WorldView-II image; 3) NN classifier and RapidEye image