Estão sendo desenvolvidos e lançados satélites com sensores capazes de produzirem imagens que possam substituir a tradicional fotogrametria aérea em algumas escalas. Ocorre que os produtos gerados até o momento atual vêm sendo aplicados de forma errônea em algumas atividades. Neste trabalho, procura-se esclarecer tal fato, fazendo uma comparação das coordenadas das imagens de Satélite IKONOS com as coordenadas do levantamento planimétrico com Global Positioning System (GPS). A correlação estabelecida entre as coordenadas da imagem de satélite IKONOS com as coordenadas do levantamento com Sistema GPS indica uma distorção do levantamento. Sendo assim, o objetivo deste trabalho é comparar a distorção das coordenadas e mostrar que com o levantamento realizado através do GPS conseguimos uma precisão exata.
Introdução
Agrimensura é a arte de medir, técnicas de levantamentos das medições da superfície terrestre e de objetos topográficos. Medir é determinar ou verificar a extensão ou grandeza do terreno.
Atuando nas obras de grande e pequeno porte, de infra-estrutura, nas demarcações de áreas urbanas e rurais, em projetos rodoviários, atualmente a Agrimensura está presente nos mais diversos ramos da engenharia. Na indústria pesada, agrimensura é uma das principais ferramentas de monitoramento de controle de grandes estruturas, de posicionamento preciso, de quantificação de
jazidas e acompanhamento de sua produção.
Com a popularização das tecnologias de posicionamento global via satélite e de geoprocessamento a agrimensura ganha maior visibilidade para o publico leigo, para um produto de consumo em massa. Mapas digitais e rastreadores GPS (aparelho que baseia-se na determinação da distância entre um ponto, o receptor e a outros de referência, os satélites) passaram a fazer parte do dia a dia das pessoas em seus carros, celulares, lazer, esportes, noticias que são acompanhadas pela localização da mídia, nas consultas pela internet, e em inúmeras outras aplicações.
Dentro da agrimensura trabalhamos com aparelhos como Estação Total, Teodolito, Distanciômetro, GPS, entre outros. Outro recurso de trabalho utilizado é a Imagem de Satélite.
Desde setembro de 1999, com o lançamento do satélite IKONOS pela empresa norte americana Space Imaging, é possível obter-se imagens de alta resolução. O que o diferencia dos demais satélites é que, ele possui um sensor remoto capaz de gerar imagens pancromáticas com resolução de 1 m e multispectrais de 4 m, que diminuem as imprecisões geradas pelos sensores remotos comuns.
Os satélites possuem a bordo Sensores Remotos, que são ferramentas fundamentais para o monitoramento de fenômenos dinâmicos e de mudanças produzidas no ambiente, estes transmitem informações que facilitam o trabalho dos planejadores, permitindo estabelecer estratégias para melhor gestão dos recursos. Com o avanço da tecnologia dos sensores e o surgimento do Sensoriamento Remoto de alta resolução espacial é possível a análise mais detalhada de objetos menores como casas, ruas e árvores, provocando, assim, a evolução nos processos de geração e manutenção de bases cartográficas.
As imagens de alta resolução podem ser utilizadas em âmbitos diversos, tais como mapeamento, agricultura de precisão, manejo florestal, serviços de infra-estrutura (energia, telecomunicações, saneamento, etc), cadastro urbano, cadastro rural, dentre outros.
Já o GPS, surgiu logo após a Segunda Guerra Mundial, quando os Estados Unidos precisavam encontrar uma solução para o problema do posicionamento global preciso, o que iria facilitar suas estratégias de guerra.
No inicio da década de 1960 o Departamento de Defesa dos EUA deu inicio ao "projeto NAVSTAR". Durante anos fizeram-se experiências com vários aparelhos, mas todos eram bem limitados. Até que na década de 70, surgiu o Global Positioning System (GPS), que é um sistema de radionavegação que consiste de 24 satélites, a 20.200 km de distância e que orbitam duas vezes por dia ao redor da Terra, emitindo sinais de rádio simultaneamente. Permite que qualquer pessoa de qualquer parte do mundo saiba sua localização, velocidade e tempo.
Neste trabalho vamos comparar as coordenadas do levantamento feito com GPS, e as coordenadas retiradas da imagem do satélite IKONOS.
Problema de pesquisa
As coordenadas geradas através da imagem do satélite IKONOS, possui a mesma precisão quando comparadas com as coordenadas adquiridas através do levantamento com sistema GPS?
Objetivos
– Objetivo geral
O objetivo geral deste trabalho é fazer um estudo sobre a imagem gerada pelo satélite IKONOS, para verificar e analisar as diferenças entre as coordenadas dos pontos extraídos dessas imagens e as coordenadas de pontos no terreno obtidas através do GPS, na elaboração de mapas.
– Objetivos específicos
• Comparar as coordenadas extraídas da imagem do satélite IKONOS e as coordenadas adquiridas em campo através do levantamento com o sistema GPS.
• Expor as vantagens e desvantagens de cada método.
Justificativa
O sistema GPS vem alterando os métodos geodésica, e encontrando aplicações nas mais diversas áreas, tais como Navegação, Agricultura, Controle ambiental, Transporte, etc. Essa multiplicidade de aplicações decorre da simplicidade operacional na utilização do sistema.
Já o levantamento obtido através das imagens do satélite IKONOS, pretende oferecer mais detalhamento. Este sensor possibilita novos usos para imagens de satélite, permitindo que os usuários façam as aplicações da imagem sem precisar ir ao campo, com isso, tendo melhor aproveitamento em aplicações como agricultura, recursos naturais, telecomunicações, mapeamento, planejamento urbano e dentre outros.
Este trabalho analisa e compara a aplicabilidade das coordenadas da imagem IKONOS em levantamentos planimétricos. Assim, utilizando-se do sistema de GPS, determina-se as coordenadas de pontos no terreno e as compara com as coordenadas extraídas da imagem IKONOS.
Metodologia
Para a realização deste trabalho, foi proposta uma metodologia baseada na utilização de técnicas de coleta e tratamento de informações. Foi escolhida uma área de estudo que tivesse as características compatíveis com o planejado para o trabalho a ser realizado, essa, na zona rural de Barão de Cocais, a aproximadamente 100km de Belo Horizonte – MG.
Foi realizado um transporte de marco, para que fosse usado como base. A realização do levantamento planimétrico da poligonal com GPS, utilizando o método de posicionamento estático, foi essencial para obtenção das coordenadas do terreno, pois é o mais adequado considerando-se a facilidade de aquisição, a coleta e a análise de informações.
Para o processamento dos dados coletados em campo foi utilizado o programa EZsurv. Para um trabalho completo a área rural deveria estar contida na imagem de satélite disponível. Em seguida, outro levantamento foi realizado, que constava de seis pontos para georeferenciamento da imagem onde também foi realizado o processamento dos dados no programa EZsurv.
Foi realizado o Georreferenciamento da Imagem com os seis pontos coletados em campo, no programa Spring (versão 5.1.5). Após o Georreferenciamento da Imagem foi exportada do Programa Spring para o AutoCAD Land2009, a fim de extrair as coordenadas necessárias. Neste último programa é que foi feito a comparação entre as coordenadas da poligonal levantada em campo e as coordenadas retira da imagem.
Desenvolvimento
– Área de estudo na imagem IKONOS
Considerando que o objetivo do trabalho é o uso de imagem de alta resolução (imagem IKONOS) como base no levantamento planimétrico, foi definida como área de estudo aquela contendo o perímetro rural na cidade de Barão de Cocais, MG.
Figura 1 – Localização da área de estudo (Fonte: Os Autores)
A imagem IKONOS (Figura 4) disponibilizada para estudo pancromática com 1,0 m de resolução espacial foi obtida em 13 de Março de 2009, abrangendo uma área de aproximadamente 7723706 km2.
Figura 2 – Imagen IKONOS da área levantada (Fonte: Hiparc Geotecnologia)
Coleta de dados GPS
– Levantamento e processamento dos dados de campo
Para fazer o Levantamento, utilizou tres dias, no primeiro dia foi feito o transporte e levantamento dos seis pontos para o geoprocessamento da imagem, no segundo e terceiro dia foi feito o levantamento da poligonal a ser comparada.
Foi feito o transporte de marco, para que fosse utilizado como base (figura 5) do levantamento da poligonal em campo. No local da pesquisa foi fixado um marco e instalado um GPS, o qual rastreou os satélites por aproximadamente 5 horas.
Figura 3 – Ponto Base (Fonte: Os Autores)
No primeiro dia após a instalação da base, foram levantados seis pontos, utilizando o método de posicionamento relativo estático rápido. Para a coleta dos dados foi gasto em média 30 minutos em cada ponto, para que com esses pontos fosse feito o geoprocessamento da Imagem. Para isso foram definidos na imagem locais comuns.
No segundo e terceiro dia foi feito o levantamento da poligonal totalizando 33 pontos, utilizando o mesmo método dos seis pontos, porem com um tempo médio de 20 minutos em cada um deles.
Após a coleta de dados, inicia-se o seu processamento. Para o processamento dos dados do marco utilizou-se o programa EZsurv que utilizando as bases de apoio de Belo Horizonte, Uberaba, Montes Claros e Viçosa, todas pertencentes a Minas Gerais, oferece coordenadas mais precisas. O marco transportado foi usado como base e, através dessa base foi feito o processamento de todos os
outros pontos coletados em campo.
Após todo o processamento dos dados coletados em campo, esta é a poligonal resultante do levantamento (figura 6).
Figura 4 – Poligonal levantada em campo (Fonte: Os Autores)
O Georreferenciamento de imagens é realizado através da observação de pontos que também podem ser vistos nas cartas topográficas, nas imagens ou em imagens previamente corrigidas, tendo assim a sua localização geografica.
A qualidade deste trabalho será diretamente ligada à precisão com que estes pontos foram obtidos, à quantidade de pontos , sua distribuição sobre a imagem e de sua marcação.
Antes da coleta dos pontos no campo, deve ser feito um planejamento com a intenção de definir uma prévia disposição dos pontos a serem utilizados, com uma análise detalhada para verificar se não existem obstáculos que possam prejudicar o rastreio. Na impossibilidade de poder ocupar o ponto pré definido deve-se procurar um ponto próximo, no qual a antena do GPS possa ser
colocada.
Os pontos identificados na imagem foram escolhidos a partir de uma analise visual. Para isso, selecionou-se cruzamentos e alguns limites de vegetação, ou seja características que pelo volume, formato e contraste, possam definidas de maneira correta no campo e perfeitamente identificáveis na imagem.
Para o georrefenciamento da imagem utiliza-se o software SPRING, um SIG (Sistema de Informações Geográficas) no estado-da-arte com funções de processamento de imagens, análise espacial, modelagem numérica de terreno e consulta a bancos de dados espaciais (Inpe, 2010),
Associado ao programa Spring, existe um programa chamado Impima que é usado para delimitar a área de trabalho. Este programa foi usado para recortar a área referente ao trabalho nas imagens.
Dentro do programa Spring, cria-se um banco de dados, abre o registro, na tela registro de imagem configura a projeção (escolhendo um sistema, o datum, zona e meridiano) e em seguida seleciona e carrega-se a imagem. Cria um ponto de controle e utiliza-se a aquisição teclado para a entrada da coordenada manualmente e em seguida na tela auxiliar ajusta o ponto para o local correto na imagem, este mesmo processo é realizado com todos os pontos coletados. É necessário o calculo do erro, que tem que ser menor que 0.5. Ocorre que algumas vezes o erro é maior que 0.5, para a correção é necessário recalcular, ajustar os pontos com maior erro e até mesmo extrair alguns. Feito isso, salva-se o trabalho. Já na tela principal do Spring, importa imagens registradas uma a
uma, e logo após seleciona-se a opção desenhar para carregar as imagens.
Após o Georreferenciamento da Imagem IKONOS, foi utilizado o programa AutoCAD land2009 no qual foi feito a importação da imagem e do levantamento, ambos georreferenciados, e o levantamento de campo foi sobreposto à imagem para localização da poligonal nesta
Figura 5 – Sobreposição do levantamento na imagem (Fonte: Os Autores)
Coleta de dados na imagem
– Marcação dos pontos na imagem
Para extração e locação das coordenadas na imagem também foi utilizado o programa AutoCAD land2009, considerando-se que os pontos utilizados no levantamento de campo foram os mesmos de referência na imagem (figura 8).
Figura 6 – Marcação dos pontos na imagem (Fonte: Os Autores)
Após a locação dos pontos na imagem, utilizando o programa AutoCAD land2009, segue a imagem da poligonal resultante (figura 9) e as coordenadas referentes a essa poligonal (Tabela 3).
Figura 7 – Poligonal resultante da imagem (Fonte: Os Autores)
Materias utilizados
– Equipamento utilizado em campo
O aparelho utilizado foi o receptor GPS TechGeo GTR-G². O GTR-G2 é um receptor de alto desempenho desenvolvido para aplicações de base e móvel, oferecendo flexibilidade na conectividade podendo ser Serial, USB, Ethernet ou Bluetooth.
Os dados coletados pela placa NovAtel OEM-V3 são gravados em um cartão de memória tipo CF de 64Mb, expansível até 4Gb. Este poderoso receptor GNSS de 72 canais está pronto para receber L2C, GLONASS, L5 e RTK*, além de receber correções de Banda L (OmniStar), tudo acondicionado num resistente estojo de alumínio totalmente à prova de água e quedas (IPX7). (CPE, 2010).
– Software utilizado para tratamento e georreferenciamento da imagem
Além do software SPRING, existem vários métodos que podem ser empregados na determinação da posição dos pontos na imagem. Estes métodos se referem a programas como Global Mapper, PCI Geomatics, Gismaps Viewer, entre outros.
Estes programas tem como objetivo fazer com que as imagens utilizadas tenha melhor qualidade,ou seja ,corrigir, retocar, ou ate mesmo remover imperfeições afim de obter uma imagem perfeita (sem distorções e com boa visibilidade) para utilização.
Figura 8 – Etapa do georreferenciamento da Imagem (Fonte: Os Autores)
– Software utilizado para sobreposição do levantamento planimétrico na imagem
O AutoCAD Land Desktop permite a criacao de mapas, modelos terrenos, execucao de alinhamentos, e definicoes de encomendas de forma rápida e fácil, podendo-se executar análises topográficas, utilizar sistemas de coordenadas do mundo real, e calcular o volume, geometria e trabalhar com precisão em imagens.
Figura 9 – Etapa da sobreposição da imagem (Fonte: Os Autores)
Coordenadas extraídas da imagem em comparação com as coordenadas levantadas pelo GPS
O programa Autocad Land fornece as coordenadas Norte e Este. Para encontrar as diferenças foram utilizadas as seguintes formulas:
Após o cálculo obtém-se os seguintes dados:
Figura 10 – Comparativo dos levantamentos (Fonte: Os Autores)
Resultados e discussão
Sabe-se que o sistema GPS permite que o usuário em qualquer local da superfície terrestre, ou próximo a ela tenha a sua disposição no mínimo quatro satélites para serem rastreados, esse número, permite que o usuário realize um posicionamento em tempo real. Para os usuários da área de geodésia, ciência que tem por objetivo determinar a forma e as dimensões da terra, uma característica muito importante da tecnologia GPS, em relação aos métodos de levantamentos convencionais, é a não necessidade de intervisibilidade entre as estações. Além disso, o GPS pode ser utilizado sob quaisquer condições climáticas, desde que os satélites estejam disponíveis
O exposto acima, não significa que a imagem IKONOS esteja errada, pois, ela sendo bem georreferenciada apresenta boa precisão, mesmo não sendo equivalente com a do levantamento com GPS. Vale ressaltar ainda que, a imagem IKONOS sai em vantagem em lugares de difícil acesso ou até mesmo em locais em que o GPS tem deficiência no rastreamento de satélites. Em levantamentos como demarcação de loteamento, acompanhamento da expansão urbana, áreas de desmatamento, entre outros, e positivo o uso da imagem Ikonos utilizando escalas menores.
Durante o levantamento e processamento dos dados de campo, algumas vezes o GPS não rastreou satélites suficientes, quando era necessário reiniciar o levantamento daquele ponto. Uma deficiência na execução do trabalho foi a falta de uma pessoa para acompanhar o GPS instalado na base, correndo o risco de acontecer algum acidente, como por exemplo um animal esbarrar ou ate mesmo a bateria acabar.
Ao realizar-se a sobreposição do levantamento com a imagem de satélite IKONOS verificou-se uma diferença entre as coordenadas de ambos.
De acordo com a tabela de comparativo das coordenadas obtivemos uma media de 12.484m de diferença para cada ponto, o que e considerada uma grande diferença quando utilizada uma escala de 1:1000, que foi a utilizada para a execução deste trabalho.
A media de erro encontrada em todos os pontos, em uma escala de 1:1000 não foi considerada exorbitante ,porem em uma escala menor como 1:50000 este erro se reduziria a “ zero”, ou seja, quanto menor a escala, menor o erro.
Analizando-se cada ponto separadamente percebemos diferenças relevantes. O ponto 6 apresentou uma diferença de 27,827metros. Essa diferenca pode-se justificar pelo fato de este ponto estar em local de difícil acesso com mata fechada, o que faz com que o sinal do GPS fique mais menor.
Ja o ponto 23 que apresentou a maior diferença, de 30,104m, estava em um local de fácil acesso e de pequena elevação. Supoe-se que esta diferença esteja ligada ao mau posicionamento do GPS e deslocamento da antena, não tendo outra justificativa para o mesmo.
O ponto 15 apresentou uma diferença de 3,338m. Este era de fácil acesso, e se encontrava próximo ao local onde estava instalada a base. Já os pontos 27 e 28 apresentaram menores valores de diferença porem, também encontravam-se em locais de fácil
No georreferenciamento da imagem, e importante utilizar as coordenadas geográficas, evitando-se assim, maiores erros. Deve-se primeiro realizar o registro para depois criar o projeto. Durante a criação dos pontos de controle tivemos dificuldade em localizar o pixel certo na imagem, onde não encontramos solução e excluímos o ponto PC5.
Conclusão
Nos últimos anos, diversos usuários de imagens de satélite de alta resolução desenvolvem vários tipos de trabalhos, inclusive para verificação. Muitos profissionais ainda não tem conhecimento da área de sensoriamento remoto, da sua utilidade no dia-a-dia e da sua precisão para realização de trabalhos, pois ainda trabalham somente com o ajuste de imagem e acreditam apenas na precisão do levantamento planimétrico que trata apenas das distancias e ângulos horizontais.
Com a imagem IKONOS corretamente georreferenciada não há a necessidade de se ir a campo para coleta de dados. Uma boa precisão não depende apenas do georreferenciamento e sim da escala a ser utilizada.
De acordo com a situação o levantamento planimétrico torna-se o método mais eficaz e preciso para um levantamento de dados e conclusão de um trabalho. Porém, considerando-se os pontos positivos e negativos de cada método utilizado na realização deste projeto de trabalho de conclusão de curso conclui-se que os resultados dos dois métodos são aceitos, levando-se em conta as margens de erro de cada um. Importante ressaltar ainda que o uso destes dois conciliados, a imagem IKONOS sempre será um ponto de apoio para o levantamento planimétrico.
Estão sendo desenvolvidos e lançados satélites com sensores capazes de produzirem imagens que possam substituir a tradicional fotogrametria aérea em algumas escalas. Ocorre que os produtos gerados até o momento atual vêm sendo aplicados de forma errônea em algumas atividades. Neste trabalho, procura-se esclarecer tal fato, fazendo uma comparação das coordenadas das imagens de
Satélite IKONOS com as coordenadas do levantamento planimétrico com Global Positioning System (GPS). A correlação estabelecida entre as coordenadas da imagem de satélite IKONOS com as coordenadas do levantamento com Sistema GPS indica uma distorção do levantamento. Sendo assim, o objetivo deste trabalho é comparar a distorção das coordenadas e mostrar que com o levantamento realizado através do GPS conseguimos uma precisão exata.
Agradecimentos
Ao nosso orientador professor Marckleuber Fagundes Costa pelo incentivo, aos colegas de classe pela alegria, as nossas famílias pela paciência em nossa ausência, e, não podemos esquecer, a Deus pela oportunidade e privilégio que nos foram dados em compartir de tamanha experiência.
Alexandre Silva Sanches de Paula
Karine Eliza Batista Dias
Leonardo Alexandre Reis Vital
Tiago da Mata Ferreira
Faculdade de Engenharia de Minas Gerais
Instituto Educacional Cândida de Souza
Referências
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