CLUSTER ANALYSIS FOR LANDSCAPE TYPOLOGY

Abstract

This paper deals with the classification of landscapes by means of cluster analysis, having as a theoretical basis a typology of landscapes, through the notion of zonality by L. S. Berg and the theory of geosystems by V. B. Sochava. Firstly landscape mapping was performed using geoprocessing techniques resulting in 272 landscape units for the municipality of Mineiros (Goiás State, Brazil). This units were defined by union of different elements of morphostructures, lithology, landforms, altitude, slope degree, drainage density, soils and land use. The objective of this work is to compare different forms of grouping to establish the typology of landscapes using an upscaling/bottom-up approach. The similarity coefficient Jaccard, Euclidean Distance metric and k-means algorithm were evaluated. Even though the field validations and statistical tests point to a different scenario, it was considered that the Jaccard and Euclidean Distance metrics presented satisfactory scenarios for the representation of the landscapes. The grouping was important in the optimization of processes, although there is a need to differentiate between statistical and spatial significance. Therefore, the relevance of this technique is in the collaboration to group and redefine a large amount of information that, by means of manual analysis and spatial regrouping, would present excessive delay.

Keywords: Geosystems; Landscape taxonomy; Landscape mapping; Geoinformation, Cluster. 

Author Biographies

Adalto Moreira Braz, Federal University of Goiás, Jataí (GO), Brazil

Geographer and Master in Geography (Federal University of Mato Grosso do Sul/CPTL).

PhD Student in Geography (Federal University of Goiás/REJ).

Ivanilton José de Oliveira, Federal University of Goiás, Goiânia (GO), Brazil

Professor Associado do Instituto de Estudos Socioambientais (IESA) da Universidade Federal de Goiás (UFG).  Doutor e Mestre em Geografia (USP).

Lucas Costa de Souza Cavalcanti, Federal University of Pernambuco, Recife (PE), Brazil

Professor Adjunto no Departamento de Ciências Geográficas (DCG) na Universidade Federal de Pernambuco (UFPE). Mestre e Doutor em Geografia (UFPE).

António Campar de Almeida, University of Coimbra, Coimbra, Portugal.

Professor Associado da Faculdade de Letras (FLUC) na Universidade de Coimbra (UC). Doutor em Geografia (UC).

Eduardo Salinas Chávez, Universidad de La Habana (UH), La Habana, Cuba.

Doutor em GEOGRAFIA pela Universidade de Havana(1991) e pós-doutorado pela Universidade Federal da Grande Dourados(2018). Atualmente é professor titular da Universidad de La Habana, Profesor de postgrado da Universidad de Buenos Aires, profesor de la Pós-Graduação en Geografía Fís da Universidade de São Paulo, Profesor del Master Oficial en Gestión y Pla da Universitat de Girona, profesor en el Master Oficial en Dirección y da Universidad de Alicante, Membro de corpo editorial da Annals of Tourism Research en español, Membro de corpo editorial da Cuadernos Geograficos Universidad de Granada España, Membro de corpo editorial da Revista de Geografia de la USP, Membro de corpo editorial da Revista Instituto Florestal de Sao Paulo, Membro de corpo editorial da Ciencias de la Tierra y el Espacio La Habana Cuba, Membro de corpo editorial do Percurso da UniCuritiba, Membro de corpo editorial da Cuadernos de Vivienda y Urbanismo Universidad Javeriana de, Revisor de periódico da Proyección Instituto CIFOT Universidad de Cuyo, Revisor de periódico da Cuadernos de Geografía Universidad Nacional de Colombia, Revisor de periódico da Investigación Ambiental Ciencia y Política Mexico, Revisor de periódico da Geofocus (Madrid), Revisor de periódico da Investigaciones Marinas Universidad de La Habana, Revisor de periódico da Journal of Latin American Geography, Revisor de periódico do Turismo y Sociedad Colombia, Revisor de periódico da Ciudad y Territorio, Estudios Territoriales, Revisor de periódico da Rosa dos Ventos, Revisor de periódico da Anales de Geografía de la Universidad Complutense, Revisor de periódico da Élisée - Revista de Geografia da UEG, Revisor de periódico da Quehacer Científico en Chiapas, Professor Visitante Estrangeiro da Universidade Federal de Mato Grosso do Sul, da Universidad Nacional de Lujan, Membro de corpo editorial da REVISTA DA ANPEGE, Membro de corpo editorial da Revista Investigación & Gestión Organizacional, Membro de corpo editorial da Ravista Geonorte, Revisor de periódico da Revista Minerìa y Geologìa, Revisor de periódico da Revista de Biologia Tropical, Revisor de periódico da REVISTA DE GEOGRAFÍA NORTE GRANDE (IMPRESA), Revisor de periódico do FORMAÇÃO (ONLINE), Revisor de periódico da Revista Formação (Online), Revisor de periódico da revista del Instituto de Investigaciones Geográficas (INIGEO), Revisor de periódico da revista Elisee, Revisor de periódico da Revista Percurso, Revisor de periódico da Revista Physic Terrae e Revisor de periódico da Revista Científica Diversidad Biológica y su Gestión Integrada.

References

ALEKSANDROVA, T. D. Statistical methods of study of natural complexes. Moscow: Nauka, 1975. (Em russo)
BAYANDINOVA, S.; MAMUTOV, Z.; ISSANOVA, G. Man-made ecology of East Kazakhstan. Singapore: Springer Nature, 2018.
BERUTCHACHVILI, N.; BERTRAND, G. Le géosystème ou «système territorial naturel». Revue géographique des Pyrénées et du Sud-Ouest, Toulouse, vol. 49, n. 2, p. 167-180, 1978.
BOLÒS i CAPDEVILA, M. Problemática actual de los estudios de paisaje integrado. Revista de Geografía, Barcelona; v. 15, n. 1-2, p. 45-68, jan./dez., 1981.
BRAZ, A. M.; OLIVEIRA, I. J.; SALINAS CHÁVEZ, E. Agrupamento estatístico (cluster) para a determinação hierárquica de unidades tipológicas de paisagens. In: ENCONTRO NACIONAL DA ANPEGE, 13., 2019, São Paulo. Anais... São Paulo: ANPEGE; USP, 2019. p. 1-14.
CASTRO, I. E. O problema da escala. In: CASTRO, I. E.; GOMES, P. C. C.; CORRÊA, R. L. Geografia: conceitos e temas. 2. ed. Rio de Janeiro: Bertrand Brasil, 2000. p. 117-140).
CAVALCANTI, L. C. S.; CORRÊA, A. C. B. Problemas de hierarquização espacial e funcional na ecologia da paisagem: uma avaliação a partir da abordagem geossistêmica. Geosul, Florianópolis, v. 28, n. 55, p 143-162, jan./jun. 2013.
GATH, I.; GEVA, A. B. Unsupervised optimal fuzzy clustering. IEEE Transactions Pattern Analysis and Machine Intelligence, Toronto, vol.11, n. 7, p. 773-781, jul. 1989.
ISACHENKO, A. G. Principles of landscape science and physical geographic regionalization.Melbourne: Melbourne University Press, 1973.
ISACHENKO, A. G. Ciência da paisagem e regionalização físico-geográfica. Moscou: Vyshaya Shkola. 1991. 370p. (Em russo).
ISACHENKO, G. A.; REZNIKOV, A. I. Landscape-dynamical scenarios simulation and mapping in geographic information systems. In: INTERNATIONAL CARTOGRAPHIC CONFERENCE, 17., 1995, Barcelona. Proceedings... Barcelona: International Cartographic Association, 1995. p. 800-804.
HAMMER, Ø. PAST – PAleontological STatistics: reference manual version 3.25. Oslo: Natural History Museum, University of Oslo, 2019.
JACCARD, P. Étude comparative de la distribution florale dans une portion des Alpes et des Jura. Bulletin de la Societé Vaudoise des Sciencies Naturelles, Lausanne, vol. 37, p. 547-579, 1901.
KLIJN, J. A. Hierarchical concepts in landscape ecology and its underlying disciplines. Report 100. Wageningen: DLO WinandStaring Centre, 1995.
KUPRIANOVA, T. P. Principles and methods of physical geographical computerized regionalization.Moscow: Nauka, 1977. (Em russo).
LEGENDRE, P.; LEGENDRE, L. Numerical Ecology. 3. ed. 2012.
LINDEN, R. Técnicas de agrupamento. Revista de Sistemas de Informação da FSMA, Visconde de Araújo, n. 4, p. 18-36, jul./dez., 2009.
MACHADO, R. L. Desenvolvimento de um algoritmo imunológico para agrupamento de dados. 2011. 122 f. Monografia (Bacharelado em Ciência da Computação) – Universidade de Caxias do Sul, Caxias do Sul. 2011.
MACQUEEN, J. B. Some Methods for classification and Analysis of Multivariate Observations. In: BERKELEY SYMPOSIUM ON MATHEMATICAL STATISTICS AND PROBABILITY, 5., 1967, Berkeley. Proceedings…Berkeley: University of California, 1967. p. 281-297.
MARQUES NETO, R. Geomorfologia e geossistemas: influências do relevo na definição de unidades de paisagem no maciço alcalino do Itatiaia (MG/RJ). Revista Brasileira de Geomorfologia, São Paulo, vol. 17, n. 4, p. 729-742, out./dez., 2016.
MATA OLMO, R. El Atlas das Paisaxes de España, In. DÍAZ FIERROS, F. y LÓPEZ SILVESTRE, F. (Coord.). Olladas críticas sobre a paisaxe. Santiago de Compostela: Consello da Cultura Galega, 2009. p.137-171.
METZ, J. Interpretação de clusters gerados por algoritmos de clustering hierárquico. 2006. 126 f. Dissertação (Mestrado em Ciências de Computação e Matemática Computacional) do Programa de Pós-Graduação em Ciências de Computação e Matemática Computacional – Instituto de Ciências Matemáticas e de Computação. Universidade de São Paulo (USP), São Carlos, 2006.
MEYER, A. S. Comparação de coeficientes de similaridade usados em análise de agrupamento com dados de marcadores moleculares dominantes.2002. 106 f. Dissertação (Mestrado em Agronomia) – Escola Superior de Agricultura “Luiz de Queiroz”, Universidade de São Paulo, São Paulo. 2002.
PREOBRAZHENSKIY, V. S. Geosystem as an object of landscape study. GeoJournal, vol. 7, n. 2, p. 131-134, 1983.
RODRÍGUEZ, J. M. M.; SILVA, E. V. A classificação de paisagens a partir de uma visão geossistêmica. Mercator, Fortaleza, v. 1, n. 1, p. 95-112, 2002.
RODRÍGUEZ, J. M. M.; SILVA, E. V. Teoria dos Geossistemas - o legado de V.B. Sochava: Volume 1 Fundamentos Teórico-metodológicos. Fortaleza: Edições UFC, 2019.
SALINAS CHÁVEZ, E.; RAMÓN PUEBLA, A. M. Propuesta metodológica para la delimitacion semiautomátizada de unidades de paisaje de nível local. Revista do Departamento de Geografia – USP, São Paulo, vol. 25, p. 1-19, 2013.
SALINAS, CHÁVEZ, E.; RODRIGUEZ J. M. M.; CAVALCANTI, L. C. S.; BRAZ, A. M. Cartografía de los Paisajes: teoría y aplicación. Physis Terrae, Guimarães, vol. 1, n. 1, p. 7-29, 2019.
SERRANO GINÉ, D.; GARCÍA ROMERO, A.; GARCÍA SÁNCHEZ, L. A.; SALINAS CHÁVEZ, E. Un nuevo método e cartografía del paisaje para altas montañas tropicales, Cuadernos Geograficos, Granada, vol. 58, n. 1, p. 83-100, 2019. DOI: http://dx.doi.org/10.30827/cuadgeo.v58i1.6517
SILVA, L. R. S.; GOMIDE, F. Um estudo comparativo entre as funções de validação para agrupamento nebuloso de dados. In: CONGRESSO BRASILEIRO DE COMPUTAÇÃO (CBComp), 4., 2004, Itajaí. Anais... Itajaí: Univali, 2004. p. 266-270.
SOCHAVA, V. B. Introdução à teoria dos geossistemas. Novosibirsk: Nauka, 1978a. (Em russo).
SOCHAVA, V. B. Por uma teoria de classificação dos geossistemas de vida terrestre. Biogeografia, São Paulo, n. 14, p. 1-24, 1978b.
SOLNTSEV, N. A. Sobre morfologia de paisagens naturais. Boletim de Geografia (Geographgis), v. 16, p. 61-86, 1949. (Em Russo).
SOLNTSEV, N. A. What is the difference between facies and biogeocenosis. Series Geography. n. 2. 1967. (Em russo). Disponivel em: http://www.landscape.edu.ru/book/book_solncev_2001_184.shtml. acesso em 08 nov
2016.
SOLNETSEV, N.A. The natural geographic landscape and some of its general rules. In: WIENS, J. A. et al. Foundation papers in landscapeecology. Columbia: Columbia University Press. 2006. p.19-27.
ZACHARIAS, A. A. As categorias de análise da cartografia no mapeamento e síntese da paisagem. Revista Geografia e Pesquisa, vol. 2, n. 1, p. 33-56, jan./jun., 2008.
ZHENG, D.; KAINZ, W. Fuzzy rule extraction from GIS data with a neural fuzzy system for decision making. In: ACM INTERNATIONAL SYMPOSIUM ON ADVANCES IN GEOGRAPHIC INFORMATION SYSTEMS, 7., 1999, Kansas City. Proceedings… Kansas City: ACM, 1999. p. 79-84.
Published
12/05/2020
How to Cite
BRAZ, Adalto Moreira et al. CLUSTER ANALYSIS FOR LANDSCAPE TYPOLOGY. Mercator, Fortaleza, v. 19, may 2020. ISSN 1984-2201. Available at: <http://www.mercator.ufc.br/mercator/article/view/e19011>. Date accessed: 06 mar. 2021. doi: https://doi.org/10.4215/rm2020.e19011.
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