Sou formada em Biologia pela UFRJ e Analista Ambiental do ICMBio/CENAP. O uso da linguagem S (Software R) se tornou importante no CENAP, auxiliando na geração de melhores informações para elaboração de estratégias de conservação dos grupos sob nossa responsabilidade (Carnivora, Ungulados, Marsupiais e Roedores).

Página de exercícios resolvidos: exercícios

Função para análise dos dados do Programa Monitora do ICMBIO

O Programa de Monitoramento da Biodiversidade (Programa Monitora) coordenado pelo ICMBio em parceria com diversas instituições nacionais e internacionais tem como objetivos gerar informação qualificada para apoio à gestão das unidades de conservação federal (UCs) e estabelecer parâmetros ecológicos para avaliação da efetividade das UCs; Um dos protocolos estabelecidos segue o protocolo TEAM utilizando armadilhas fotográficas (camera trap). O Centro Nacional de Pesquisa e Conservação de Mamíferos Carnívoros (CENAP) coordena o programa para os mamíferos de médio e grande porte. A função irá permitir uma maior agilidade nas análises com excelente qualidade técnica, permitindo que o usuário escolha se análise será por ano de amostragem ou analise conjunta dos anos.

Os dados de entrada na função serão do dataframe de saída da identificação dos registros das armadilhas fotográficas, onde cada linha é um registro e as colunas, as variáveis. Esse dataframe é padrão para a grande maioria dos projetos com armadilhamento fotográfico (dados_monitora.csv - dados não publicados). Para a função os argumentos são referentes aos vetores das colunas: dados_monitora$bin = ID.spp, dados_monitora$Camera.Trap.Name = sampling.units e dados_monitora$Photo.Date = date.

Planejamento da função

Entrada: monitora(ID.spp, sampling.units, date, period=“all”, na.omit=T)

• ID.spp = vetor referente as identificações das espécies (classe=factor).
• sampling.units = vetor referente a unidade amostral (classe=factor).
• date = vetor referente a data do registro (classe=factor)
• period = o usuário poderá escolher o período da análise (“annual” ou “all”). Annual - análise por ano; All - análise conjunta de todos os anos de monitoramento.
• NA.omit = lógico, exclui os registros sem informação (NA).

Verificando os parâmetros:

• Todos os vetores de entrada devem ter o mesmo tamanho. Caso não tenha, a função não rodará e uma mensagem de erro aparecerá com a mensagem “os vetores não tem os mesmos comprimentos”.
• date = no formato %Y-%m-%d, se não, escreve mensagem de erro “data em formato incorreto”.
• period = “annual” ou “all”. se não, escreve “o period indicado não foi encontrado, o resultado apresentado será usando o padrão “all”.

Pseudo-código:

• #Controle de fluxo encaminha para period= “all”:
• #Cria um vetor com a contagem por ID.spp;
• #Cria objeto com contagem do número acumulado de ID.spp observado por sampling.units;
• #Cria objeto com o número total de ID.spp estimado por sampling.units;
• #Plota a curva acumulada de ID.spp observado e estimado por sampling.units, incluindo o intervalo de confiança;
• #Cria objeto com a estimativa de riqueza de ID.spp da area de estudo;
• #Plota a estimativa da riqueza de ID.spp para área de estudo.

• se period=“annual”
• Cria um dataframe com a contagem por ID.spp por ano;
• Cria um array[ID.spp, sampling.units, ano] com contagem do número acumulado de ID.spp observado por sampling.units por ano;
• Cria um array [ID.spp, sampling.units, ano] com o número total de ID.spp estimado por sampling.units por ano (vegan::specaccum())
• Plota a curva acumulada de ID.spp observado e estimado por ano (uma linha para cada ano) por sampling.units, incluindo o intervalo de confiança em cada linha;
• Cria objeto com a estimativa de riqueza de ID.spp por ano;
• Plota a estimativa da riqueza de ID.spp por ano para area de estudo.

Saída:

• se period=“all” a função irá resultar em uma lista contendo:
• vetor com contagem de ID.spp por sampling.units e um vetor com as 10 ID.spp mais registradas na área de estudo;
• Gráfico de acumulação de ID.spp observado e estimado;
• Gráfico da estimativa de riqueza de ID.spp para a area de estudo.

• se period=“annual” a função irá resultar:
• um array [ID.spp, sampling.units, ano] com a contagem por ID.spp por ano e por sampling.units;
• Gráfico de acumulação de ID.spp observado e estimado por ano com o intervalo de confiança;
• Gráfico da estimativa de riqueza de ID.spp para a area de estudo por ano.

A função permitirá avaliar o grau de sobreposição de habitat entre duas espécies simpátricas.

Entrada: sobrepor(sp1, sp2, dist)

• sp1 = dataframe com as coordenadas geográficas (graus decimais) da primeira espécie (dataframe com as colunas espécie, longitude, latitude)
• sp2 = dataframe com as coordenadas geográficas (graus decimais) da segunda espécie (dataframe com as colunas espécie, longitude, latitude)
• dist = definição da maior distancia para agrupar os vizinhos mais proximos (baseado na área de vida das espécies)

Verificação de parametros:

• sp1 e sp2 deverão estar em graus decimais(numericos). Se não, a função para e aparece a mensagem de erro “coordenadas geograficas em sistema diferente”

Pseudo-código:

• #criar objeto tabela com as informaçoes de long e lat das espécies, retirando os NA caso tenha
• #criar objeto que é uma matriz de distancia euclidiana, função spDist do pacote sp, para cada espécie
• # atribuir NA a diagonal para evitar os zeros que seria computados como menor distancia # diag(dist.mat) ← NA
• #criar vetor com minima distancia do vizinho mais proximo por espécie
• #Criar novas colunas de long e lat para cada espécie referente a posição do vizinho mais proximo de cada ponto
• #Criar poligono (menor poligono convexo) com os vizinhos mais proximos a uma distancia maxima definida em “dist”.
• #Avaliar a porcentagem de sobreposição entre os poligonos de cada espécie.

Saída:

• matriz com a informação da porcentagem de sobreposição referente a cada poligono da espécie.

monitora<- function(filedata=NULL, #dataframe com os dados
                    ID.spp=NULL, #colunas da variavel ID.spp, caso o nome da coluna esteja diferente do default, o usuário poderá informar
                    sampling.units=NULL, #coluna variavel da unidade amostral, caso o nome da coluna esteja diferente do default, o usuário poderá informar
                    date=NULL, #coluna variavel da data, caso o nome da coluna esteja diferente do default, o usuário poderá informar
                    period="all") #period (o usuário poderá configurara análise para o período todo ou por ano)
                
{   
  
  if("lubridate" %in% rownames(installed.packages()) == FALSE) {install.packages("lubridate")} #verifica se os pacotes necessarios estão instalados, se não os instala.  
 
 if("vegan" %in% rownames(installed.packages()) == FALSE) {install.packages("vegan")}#verifica se os pacotes necessarios estão instalados, se não os instala.
  
  if("ggplot2" %in% rownames(installed.packages()) == FALSE) {install.packages("ggplot2")}#verifica se os pacotes necessarios estão instalados, se não os instala.
  
   require("lubridate") #pacote que precisa ser chamado
   require("vegan")    #pacote que precisa ser chamado
   require("ggplot2")  #pacote que precisa ser chamado
   
   
  if(is.null(ID.spp)) #se o argumento não for informado pelo usuário
     {
      ID.spp=filedata[7] #associa o ID.spp a coluna do filedata na posição correta
     }
  if(is.null(sampling.units))#se o argumento não for informado pelo usuário
      {
      sampling.units=filedata[2] #associa o sampling.units a coluna do filedata na posição correta
      }
  if(is.null(date)) #se o argumento não for informado pelo usuário
     {
      date=filedata[3] #associa o date a coluna do filedata na posição correta
     }

dados<-data.frame(ID.spp,sampling.units,date) #cria o dataframe com as variaveis para analise
colnames(dados)<-c("ID.spp","sampling.units","date")
dados[dados==""] <-NA #incluir NA nos campos vazios
dados[,3]<-as.Date(dados$date, format="%d/%m/%Y") #converte o vetor referente ao argumento date em class date
dados$ano<- year(dados[,3]) #extrair os anos da data
years<- unique(dados$ano) #vetor com os valores unicos

 if(ifelse(sum(is.na(dados))!=0, TRUE,FALSE)) #verifica a ocorrencia de NA no dataframe e e avisa ao usuario que será excluido da analise
  {
  warning("Sua planilha contem celulas vazias cujos os registros serao omitidos da analise")
  dados<-na.omit(dados) #omissao dos NA dos dados
  }
 
  if(period!="all"& period!="annual") #conferindo se o usuario indicou o periodo corretamente, senão seguirá o default
   {
    warning("periodo informado não encontrado, analise seguirá o default period=all")
    period="all"
   }
    
  if(period=="all") #analise para o period=all
    {
    n.spp<-data.frame(sort(table(dados[,1]), decreasing = T)) #Cria um dataframe com a frequencia de registro por ID.spp
    colnames(n.spp)<- c("Especies", "Frequencia") #Nome das colunas
    #n.spp.10<-n.spp[1:10,] #extraindo as 10 especies mais frequentes
    sp.all <- with(dados, table(dados[,3],dados[,1])) #Cria objeto com contagem do numero acumulado de ID.spp observado por dia
    accum.sp<-specaccum(sp.all) # riqueza de especie e desvio padrao ao longo do esforco amostral
    accum.sp2 <- specaccum(sp.all, "random") #riqueza de especie estimada e desvio padrao ao longo do esforco amostral
    x11()
    plot(accum.sp, ci.type="poly", col="red", lwd=2, ci.lty=0, ci.col=rgb(1,0,0,0.2), ylab="Riqueza de Especies", xlab="Esforco amostral (dias)", main="Curva de Acumulacao de Especies") #grafico da curva de acumulacao observada
    par(new=TRUE) #permite que os gráficos sejam plotados uma sobre o outro para comparacao
    plot(accum.sp2, ci.type="poly", col="black", lwd=2, ci.lty=0, ci.col=rgb(0,0,0,0.2), xaxt="n", yaxt="n", xlab="", ylab="") # grafico da curva de acumulação estimada 
    legend (x=100, y=20, legend= c("Observada", "Estimada"), col= c(rgb(1,0,0,0.2),rgb(0,0,0,0.2)), bty="n", text.font=0.5, lwd=2) # legenda do gráfico
    savePlot("acumulacao.especies.jpg",  type= "jpg") #salva o grafico em jpg
    x11()
    ric.all<-specnumber(sp.all) #Cria objeto com a riqueza de especie por dia;
    hist(ric.all, main="", xlab="Riqueza de Especies observada", ylab="Frequencia", col="grey") # riqueza de espécies 
    savePlot("riqueza.especies.jpg",  type= "jpg") #salvar o grafico em jpg
    pool.all <- specpool(sp.all) #Estimativa da riqueza de especie para a area de estudo por diversos estimadores. 
   resultados<- list(total.Especies=n.spp, Estimadores.riqueza=summary(pool.all))
       #Grafico da estimativa de riqueza de ID.spp para a area de estudo.   
   }

 if(period=="annual") #para period="annual"
   {
    resultados<- list() # cria o objeto resultado como lista
    riqueza<-rep(NA, length(years))
    
    for( j in 1:length(years)) #for para inserir os resultados em lista
    {
    resultados[[j]]<- list(NA) #cria uma lista vazia
    names(resultados[[j]])<- paste0("ano.",years[j]) #nomeia cada posição da lista por ano de analise
    }  
    
    for(i in 1:length(years)) #for para realizar as analises por ano separadamente
    {
    dados.ano<- dados[dados$ano==years[i],]
    n.spp<-data.frame(sort(table(dados.ano[,1]), decreasing = T)) #Cria um dataframe com a frequencia de registro por ID.spp
    colnames(n.spp)<- c("Especies", "Frequencia") #Nome das colunas
    #n.spp.10<-n.spp[1:10,] #extraindo as 10 especies mais frequentes
    sp.all <- with(dados.ano, table(dados.ano[,3],dados.ano[,1])) #Cria objeto com contagem do numero acumulado de ID.spp observado por dia
    accum.sp<-specaccum(sp.all) # riqueza de especie e desvio padrao ao longo do esforco amostral
    accum.sp2 <- specaccum(sp.all, "random") #riqueza de especie estimada e desvio padrao ao longo do esforco amostral
    x11()
    plot(accum.sp, ci.type="poly", col="red", lwd=2, ci.lty=0, ci.col=rgb(1,0,0,0.2), ylab="Riqueza de Especies", xlab="Esforco amostral (dias)", main= paste0("Curva de Acumulacao de Especies.",years[i])) #grafico da curva de acumulacao observada 
    par(new=TRUE) #permite que os graficos sejam plotados uma sobre o outro para comparacao
    plot(accum.sp2, ci.type="poly", col="black", lwd=2, ci.lty=0, ci.col=rgb(0,0,0,0.2), xaxt="n", yaxt="n", xlab="", ylab="") # grafico da curva de acumulacao estimada 
    legend (x=40, y=15, legend= c("Observada", "Estimada"), col= c(rgb(1,0,0,0.2),rgb(0,0,0,0.2)), bty="n", text.font=0.5, lwd=2) # legenda do grafico
    savePlot(paste0("acumulacao.especies.",years[i],".jpg"),  type= "jpg") #salva o grafico em jpg
    ric.all<-specnumber(sp.all) #Cria objeto com a riqueza de especie por dia;
    x11()
    hist(ric.all, main= paste0("Riqueza de Especie.",years[i]), xlab="Riqueza de Especies observada", ylab="Frequencia", col="grey") # riqueza de especies 
    savePlot(paste0("riqueza.especies.",years[i],".jpg"),  type= "jpg") #salvar o grafico em jpg
    pool.all <- specpool(sp.all) #Estimativa da riqueza de especie para a area de estudo por diversos estimadores.
    resultados[[i]][[1]]<-n.spp #frequencia de ID.spp por ano
    resultados[[i]][[2]]<-summary(pool.all) #resultado dos estimadores de riqueza por ano
    names(resultados[[i]][[1]][,1])<- paste0("total.Especies.",years[i]) #renomeando os resultados
    names(resultados[[i]][[2]][,1])<- paste0("Estimadores.riqueza.",years[i]) #renomeando os resultados
    riqueza[i] <- as.numeric(sub("Mean   :", "" , x=resultados[[i]][[2]][4,4]))
     }
      riqueza
       years
       y <- data.frame(cbind(years,riqueza)) # criando o objeto para o grafico
       x11()
       plot(ggplot(data=y,aes(x=years,y=riqueza)) + #grafico de estimativa de riqueza por ano
       geom_line(size=2, alpha=0.5) +  #configuração do tamanho dos pontos
       geom_point(size=1.5, alpha=0.5) + #configuração do tamanho das linhas
       ylim(0,2*max(riqueza)) +  #configuração do limite do eixo y para a curva ficar localizada no meio da area do grafico
       scale_x_continuous(breaks=c(years)) + #configuração do limite do eixo x como numeros discretos
       theme(panel.background = element_blank(), axis.line = element_line(colour = "black")) + # configuração da area de plotagem 
       theme(axis.text=element_text(size=10),axis.title=element_text(size=10)) + 
       theme(axis.title.x = element_blank()) + 
       ylab("Estimativa Média de Riqueza de Especies (Jack1)"))
       savePlot("estimativa.riqueza.jpeg", type="jpeg")
    }    
      return(resultados)
}
 

monitora                package:nenhum             R Documentation

~~Estimativa de riqueza de espécie com dados de armadilhamento fotográfico ~~

Description:

     ~~ A funcao faz uma preliminar da comunidade de uma área de estudo baseada em levantamento de armadilhamento fotográfico, calculando o número e a riqueza de espécies em uma área, podendo ser feito separadamente para cada ano de monitoramento na área. Para essa função é importante a instalação de pacotes adicionais como "lubridate", "vegan" e "ggplot2". ~~

Usage:

     ~~ monitora(filedata=NULL, ID.spp=NULL, sampling.units=NULL, date=NULL, period="all") ~~

Arguments:

 ~~ 
  filedata         dataframe com os dados de armadilhamento fotográfico, 
                   com as identificação das espécies, data dos registros e 
                   informações da unidade amostral.
 
  ID.spp           vetor com a identificação das espécies por registros.
    
  sampling.units   vetor com os dados da unidade amostral
    
  date             vetor com as datas dos registros 

  period           definição do tipo de análise que será feita, "all" - análise conjunta de todos os anos; "annual" - análise por ano  
~~ 

Details:

     ~~ A Curva de Acumulação de Espécies é gerada para todo área de trabalho ou para cada ano de monitoramento, levando em consideração o total das espécies registradas nas armadilhas fotográficas e é um dos métodos utilizados para saber se a amostragem foi suficiente para obter um número de espécies próximo ao que existe realmente na área estudada.  A Riqueza de Espécie pode apresentar diferenças entre a observada e a estimada. Os estimadores de riqueza estimam a quantidade
de espécies que se pode encontrar em uma área, sem levar em consideração a quantidade de indivíduos por espécie (abundância). A função estima a riqueza por 4 diferentes estimadores, Chao, Jack1, Jack2, Boot, retornando as informações das médias e quantiles de cada um dos estimadores.A função considera a média de estimativa pelo Jackniffe1 para o gráfico de estimativa de riqueza entre os anos. 
    ~~

Value:

     ~ a funcao monitora retorna resultados diferentes dependendo das opções do argumento period. 

   Para o period = "all", retorna:

  n.spp :     um dataframe com a frequencia das espécies registradas em todos os anos de monitoramento

  plot:       um gráfico com curva de acumulação de espécie observada e estimada para a área de estudo nos anos de monitoramento

  pool.all :  um dataframe com as informações da riqueza das espécies (sumário) e estimativas de riqueza de 5 estimadores diferentes (sumário) 
 
  hist:       um histograma com a frequencia de espécies registradas na área de estudo

  Para o period = "annual", retorna:

  n.spp :     um dataframe com a frequencia das espécies registradas para cada ano de monitoramento

  plot:       um gráfico com curva de acumulação de espécie observada e estimada para cada ano de monitoramento

  pool.all :  um dataframe com as informações da riqueza das espécies (sumário) e estimativas de riqueza de 5 estimadores diferentes (sumário) para cada ano de monitoramento
 
  hist:       um histograma com a frequencia de espécies registradas para cada ano de monitoramento
  
     ...

Warning:

	Essa funcao retorna alertas se os seus dados tiverem NA. Faz-se necessário a omissão de NAs para o correto andamento da função.
        A função verifica se os pacotes necessários ("lubridate", "vegan" e "ggplot2") já estão instalados, caso não a função instala automaticamente.
     ....

Author(s):

     ~~ Livia de Almeida Rodrigues ~~

References:

     ~~Peroni, N & Hernández, M.I.M. (2011). Ecologia de populações e comunidades. CCB/EAD/UFSC - Florianopolis. ~~
    ~~ Dias, S.C.(2004). Planejando estudos de diversidade e riqueza: uma abordagem para estudantes de graduação. Acta Scientiarum Biological Sciences, 26(4): 373-379.~~


See Also:

    ~~~~

Examples:

##Teste da funcao com os dados reais, análise para todos os anos
     filedata <-read.table("http://ecologia.ib.usp.br/bie5782/lib/exe/fetch.php?media=bie5782:01_curso_atual:alunos:trabalho_final:livrodrigues:dados_monitora.csv", sep=";", header =TRUE)
     monitora(filedata, period="all")
     
##Teste da funcao com os dados reais, análise para cada ano separadamente
     filedata <-read.table("http://ecologia.ib.usp.br/bie5782/lib/exe/fetch.php?media=bie5782:01_curso_atual:alunos:trabalho_final:livrodrigues:dados_monitora.csv", sep=";", header =TRUE)
     monitora(filedata, period="annual")

##Teste da funcao com os dados reais, análise para cada ano separadamente inserindo os dados pelos argumentos em vetores
     filedata <-read.table("http://ecologia.ib.usp.br/bie5782/lib/exe/fetch.php?media=bie5782:01_curso_atual:alunos:trabalho_final:livrodrigues:dados_monitora.csv", sep=";", header =TRUE)
     monitora(ID.spp=filedata$bin, sampling.units=filedata$Camera.Name.Trap, date=filedata$Photo.Date, period="annual")