Por Álvaro Martins Duarte Silva, Kelly Dayse de Sousa Fonseca, Marina Stefany Menezes Duarte, Raquel Rodrigues dos Santos Novais, Claúdia Constantina Saltarelli Saraiva
Apesar da demanda crescente de produtos geoprocessados que vem sendo amplamente empregados devido à necessidade de utilização dos SIG’s (Sistema de Informação Geográfica) ainda existe pouca preocupação com a qualidade posicional desses materiais. Os profissionais relacionados a área da Agrimensura sabem que uma base de confiança é imprescindível para a qualidade do projeto final. Dessa forma além de se obter o produto bruto para criação de um SIG (seja ele uma Ortofoto, imagem satélite ou mesmo um vetor) ainda é importante comprovar se a acurácia resultante desse material está compatível com a escala informada nos seus metadados.
Se tratando de bases cartográficas, o conjunto de normas cartográficas vigentes que estabelecem a qualidade das Ortofotos no Brasil é o PEC estabelecido pelo Decreto-Lei nº 89.817 de 20 de junho de 1984. Dessa forma este artigo visou estabelecer uma metodologia de procedimentos de conferência da qualidade posicional, que se iniciam com a coleta de pontos de controle em campo. A extração de coordenadas do ortofotomosaico e aplicação de testes estatísticos com a ajuda do software GeoPEC v3.2, para conhecer o Padrão de Exatidão Cartográfico do município de Belo Horizonte.
Desta forma o objetivo geral deste artigo é determinar qual é o Padrão de Exatidão Cartográfico do mosaico de ortofotos na escala 1:10.000 com resolução espacial de 0,40 metros que abrangem o município de Belo Horizonte segundo o Decreto nº 89.817/84.
Já os objetivos específicos foram definidos como:
– Extrair as coordenadas referentes aos pontos de verificação do município de Belo Horizonte das Ortofotos do acervo do IGTEC;
– Análise da acurácia posicional planimétrica e altimétrica através da comparação das coordenadas dos pontos de controle retiradas em campo e processadas com as coletadas nas Ortofotos com a utilização do software GeoPEC;
– Determinar a Classe do Ortofotomosaico para a escala proposta segundo o Padrão de Exatidão Cartográfico – PEC;
Esse trabalho tem como justificativa a ausência de uma metodologia de avaliação da qualidade posicional por municípios, pois, o órgão responsável pelo ordenamento territorial do Estado de Minas Gerais o IGTEC (Instituto de Geoinformação e Tecnologia), buscando obedecer a sua atribuição legal, adquiriu ortofotos, em escala 1:10.000, da área sul da RMBH (Região Metropolitana de Belo Horizonte), e verificou a qualidade desse ortofotomosaico através da coleta de pontos de verificação em campo e de testes estatísticos que permitiram avaliar o PEC (Padrão de Exatidão Cartográfica) das mesmas.
Entretanto, em uma relação “custo X benefício”, o órgão desenvolveu uma metodologia que permitisse avaliar o PEC do ortofotomosaico de toda a área, esses testes foram realizados através da obtenção de 120 pontos de verificação distribuídos em toda a área estudada. Porém, por não fazer parte da necessidade do órgão o PEC não foi avaliado em municípios isolados. Este estudo do órgão atendeu aos pré-requisitos da sua atribuição.
Este valioso material cuidadosamente obtido e geoprocessado que apresenta escala maior que as presentes nas cartas topográficas do mapeamento sistemático do Brasil estará em breve disponível aos usuários comuns para os trabalhos relacionados à engenharia de agrimensura. Porém, para sua utilização é fundamental que a verificação do PEC seja realizada em setores menos abrangentes.
Assim, tendo o trabalho total realizado pelo órgão produzido um acervo de 606 ortofotos que abrangem uma área total de 4.800km2 da área sul da RMBH, o presente estudo visa reproduzir de forma semelhante à metodologia do órgão estadual se aprofundando no município de Belo Horizonte, que é coberto em todos os seus 330,23km2 de extensão por 59 ortofotos desse acervo do IGTEC. Adensando os pontos de verificação na região e averiguando o comportamento dessas ortofotos nesse município específico.
Os fundamentos para o desenvolvimento dessa metodologia foram baseados nos conceitos e definições de Controle de Qualidade dos autores: Simone Sato, Marcelo Nero e Evilásio da Mota Leal, da Teoria dos Erros do professor Camil Gemael e dos conceitos de tendência, exatidão, acurácia e precisão do professor Afonso de Paula, as diretrizes do CONCAR-EB e do Decreto-lei 89.817 de 20 junho de 1984.
Materiais e Métodos
2.1 Materiais
a) Computador:
Os requisitos para manejo das ortofotos e dos softwares envolvidos neste estudo são acessíveis, sendo necessário apenas um computador padrão do mercado; no caso deste projeto foram utilizados:
01 Notebook DELL Inspiron 14 N4030, com as seguintes características:
– Processador Intel ® Core ™ i3 CPU M380 @ 2,53GHz
– Memória (RAM) de 4,00GB
– Monitor LCD DELL 14 Polegadas
– Sistema Operacional de 64Bits
– Windows 7 Enterprise
b) Softwares:
– AutoCad Civil 3D 2015
– GeoPEC v3.2.1.
– Notepad++ v6.5.5
c) Ortofotos:
O Projeto IGTEC/FAPEMIG DEG 1321/08 e o Convênio SEDRU 396/2008, executados por meio do Contrato IGTEC/ Hipparkhos 005/229, de 14/05/2009, em conjunto com o projeto IGTEC/FOTOTERRA ATIVIDADES AEROLEVANTAMENTOS LTDA (Contrato 092/2013, de 14/10/2013), gerou as ortofotos em escala 1:10.000 a serem utilizadas neste estudo. O acervo total de posse do IGTEC é composto por 606 ortofotos com resolução espacial de 0,4 m, articuladas em imagens correspondendo a uma dimensão territorial de 3,0 X 3,0 km cada que recobrem uma área de 4.800km2 da área sul da RMBH, abrangendo os municípios de Belo Horizonte, Betim, Brumadinho, Caeté, Contagem, Florestal, Ibirité, Igarapé, Itatiaiuçu, Juatuba, Mário Campos, Mateus Leme, Nova Lima, Raposos, Rio Acima, Rio Manso e Sabará.
2.2. Área de Trabalho
A área de estudo conforme mostra a FIGURA 1, é compreendida pelo município de Belo Horizonte – MG. Situado em uma região montanhosa, Belo Horizonte tem como municípios limítrofes os municípios de Vespasiano e Santa Luzia ao norte, Sabará a leste, Nova Lima a sudeste, Brumadinho ao sul, Ibirité a sudoeste, Contagem a oeste, Ribeirão das Neves a noroeste. As rodovias de acesso ao município são a BR-040, BR-262, BR-381.
A área foi escolhida devido a facilidade de acesso a pontos da região em caso de necessidade de coleta de mais pontos de verificação e devido principalmente a possibilidade de obtenção de outros pontos de verificação que servirão para adensar a amostra referente ao município e torna-la significativa, além de existirem outras bases cartográficas em escalas iguais ou maiores do que a escala 1:10000 presente nas ortofotos desse projeto possibilitando uma sobreposição das imagens com os vetores dessas bases.
Para compor toda a área do município de Belo Horizonte, área de trabalho deste projeto, foram cedidas pelo IGTEC um total de 59 ortofotos desse acervo. Sendo elas:
5977787, 5977790, 6007781, 6007784, 6007787, 6007790, 6007793, 6007796, 6007799, 6007802, 6007805, 6037781, 6037784, 6037787, 6037790, 6037793, 6037796, 6037799, 6037802, 6037805, 6037808, 6037811, 6067784, 6067787, 6067790, 6067793, 6067796, 6067799, 6067802, 6067805, 6067808, 6067811, 6097787, 6097790, 6097793, 6097796, 6097799, 6097802, 6097805, 6097808, 6097811, 6127790, 6127793, 6127796, 6127799, 6127802, 6127805, 6127808, 6157793, 6157796, 6157799, 6157802, 6157805, 6157808, 6187793, 6187796, 6187802, 6187805, 6187808.
Os arquivos digitais das ortofotos são nomeados pelas suas coordenadas E (Este) e N (Norte) do canto inferior esquerdo das mesmas, conforme denominação dada por Huguet (2010). Os três primeiros números compõem a coordenada E do ponto e os quatro últimos a coordenada N do mesmo. Por exemplo: a ortofoto de nome “5977787” está georreferenciada em seu canto inferior esquerdo a coordenada E=597000 e N=7787000. Assim, estão todas elas referenciadas ao sistema UTM e em SIRGAS2000. Vide figura 2 e 3.
2.3. Pontos de Verificação
Por não haver definição no Decreto-Lei nº 89.817 sobre o tamanho amostral para análise de acurácia posicional em produtos cartográficos, não se chegou a um numero de amostras para a área de estudo. Desta forma estabeleceu-se a utilização dos 6 pontos de verificação existentes no município de Belo Horizonte, objeto deste estudo, parte do acervo do IGTEC e cedidos pelo órgão para execução deste trabalho de conclusão de curso. Que estão relacionados ao projeto IGTEC / ISO Engenharia que estabeleceu a coleta de 120 pontos geodésicos para checagem do padrão de exatidão de produto cartográfico em toda a área sul da RMBH que compõem os 4.800km2 já citados anteriormente. Além destes 6 pontos, foram obtidos também as monografias de mais 28 pontos de verificação do acervo do IGTEC que serão utilizados para adensar o numero de amostras e torna-las mais significativas.
Os pontos de verificação disponíveis na área de estudo a serem utilizados foram escolhidos visando à obtenção de uma distribuição espaçada em todo município de Belo Horizonte para melhorar a análise estatística dos mesmos. E que também estivessem localizados de modo a permitir a sua identificação nas ortofotos, como normalmente ocorre com pontos coletados em quinas de piscina, cruzamento de vias, esquinas e pistas de aeroportos.
2.3.1 Características dos Pontos de Verificação
Segundo a empresa ISO Engenharia e o IGTEC a coleta dos pontos foi realizada através de GPS de dupla frequência, usando bases transportada da RBMC (Bases homologadas pelo IBGE), com distância máxima de 20km, ficando a base no mínimo 4 horas e o rover 30 minutos. Estes foram descarregados e processados em escritório em softwares próprios dos equipamentos utilizados. O ajustamento foi realizado pelo Método dos Minímos Quadrados – MMQ, com precisão de 1σ (1 sigma) – equivalente a 68,27% de nível de confiança. As coordenadas foram calculadas no sistema UTM – SIRGAS (2000,4). E o cálculo da ondulação geoidal foi realizado utilizando o software MAPGEO.
Vértices de origem RBMC (Planimetria e Altimetria):
* MGBH – Vértice da Rede Brasileira de Monitoramento Contínuo do IBGE, situado em Belo Horizonte – MG.
* VICO – Vértice da Rede Brasileira de Monitoramento Contínuo do IBGE, situado em Viçosa – MG.
2.3.2 Listagem de Pontos de Verificação:
Neste artigo foram utilizados os seguintes pontos de checagem:
Acervo ISO
PCH_BH01, PCH_BH02, PCH_BH03, PCH_BH04, PCH_BH05 e PCH_BH06 além das monografias dos vértices RBMC, MGBH e Viço e o vértice da BASE ISO.
Acervo IGTEC
P_35831, P_35872, P_35911, P_37951, P_50431, P_50462, P_50511, P_50581, P_52752, P_52781, P_52841, P_52872, P_52931, P_53382, P_53502, P_54241, P_54312, P_54371, P_54881, P_54942, P_70121, P_70641, P_71231, P_71311, P_772332, P_779892, P_787402.
2.4 Avaliação da Acurácia Absoluta
A avaliação da acurácia absoluta das ortofotos será dada através da analise da comparação das coordenadas dos pontos de verificação descritos no item 2.3.2 coletadas em campo com as suas homólogas selecionadas no mosaico de ortofotos dá área.
2.4.1 Coleta das coordenadas dos pontos de verificação nas Ortofotos
No mosaico de ortofotos, a coleta das coordenadas dos pontos homólogos aos pontos de verificação levantados em campo foi realizada no software AutoCad Civil 3D 2015. Para facilitar o trabalho foram lançadas sobre as ortofotos as coordenadas dos pontos obtidos em campo. E através da análise dos croquis e monografias dos mesmos identificou-se a posição e determinaram-se as suas coordenadas na ortofoto.
A maior dificuldade encontrada na identificação dos pontos de controle no ortofotomosaico é relativa às informações coletadas de cada ponto. Os 6 pontos de checagem obtidos pela empresa ISO Engenharia apresentaram uma imagem aérea relacionada a localização de cada ponto e uma fotografia terrestre retirada no momento do Levantamento dos pontos pelo responsável, sendo possível assim uma rápida e precisa identificação dos mesmos. Porém, os 28 pontos obtidos no acervo do IGTEC possuem somente o croqui dos pontos de checagem, assim, a falta de identificação na fotografia aérea dificulta o posicionamento do ponto de checagem na ortofoto.
A figura 6 demonstra uma situação de dúvida aonde o ponto levantado encontra-se mais próximo a quina inferior esquerda da edificação no levantamento de campo, porém segundo o croqui, ele seria referente a quina superior esquerda da edificação. Nesta situação de dúvida obedeceu-se a informação fornecida no croqui executado pelo profissional do IGTEC, porém, devido a esta situação de ambiguidade e risco de erro grosseiro por parte do técnico responsável, este ponto poderá ser retirado das análises estatísticas em caso de interferência nos resultados.
2.4.2 Coleta das altitudes dos pontos de verificação no MDS
Foram extraídas por meio de interpolação no software AutoCad Civil 3D 2015 as altitudes dos pontos de verificação a partir dos arquivos de MDS (Modelo Digital de Superfície) da área fornecidos pelo IGTEC.
2.5 Avaliação do PEC através do software GeoPEC v3.2.1
A metodologia de avaliação da PEC teve início com a criação de um projeto dentro do software GeoPEC v3.2.1 e a partir da ferramenta de “Entrada de Dados”, na opção “Importar dados de um arquivo”, foi importada uma tabela modelo American Standard Code for Information Interchange (ASCII), contendo as coordenadas dos pontos de verificação levantados em campo denominados pontos de referência e as coordenadas dos pontos obtidos com a retirada do ortofotomosaico (analise planimétrica) e do modelo digital de superfície (análise altimétrica) denominados pontos de teste. Padrão para análise do PEC através do Decreto-Lei 89.817.
Por permitir a inserção de tabelas com varias opções de Caractere separador de campo e varias opções de Estrutura para o arquivo que será importado utilizou-se no presente estudo a tabulação (TAB) como caractere separador de campo e a Estrutura do arquivo foi composta pela sequencia descrita na TABELA2.
Seguindo a referida estrutura, e através da utilização do software livre de edição de textos, Notepad++ v6.5.5, gerou-se a tabela ASCII para entrada de dados no software conforme figura 7.
O processamento planimétrico da acurácia posicional utilizando o Decreto-lei 89.817/84 foi realizado empregando a escala de 1:10.000 do ortofotomosaico e os 330,23km2 que compõem a área de estudo composta pelo município de Belo Horizonte.
2.5.1 Análise dos resultados
a) Avaliação Planimétrica da acurácia posicional
Para aprovação de um produto cartográfico o Decreto-lei 89.817 de 20 de junho de 1984, parte integrante deste trabalho como ANEXO A, exige o cumprimento de duas condições, estando o produto rejeitado para a classe no descumprimento de alguma delas, são elas:
1°) 90% das discrepâncias posicionais magnéticas devem ser menores ou iguais ao PEC para a escala que está sendo testada ( %di(abs) < PEC ).
2º) O RMS da sua discrepância posicional dessa amostra de conjunto de pontos, tem que ser menor que o EP para a classe e escala testada (RMS < EP).
Dessa forma, visando avaliar as condições do Decreto-lei 89.817/84 utilizou-se o Software GeoPEC v3.2.1. para processamento da acurácia posicional dos dados.
Entre as opções de configurações permitidas pelo software para o processamento da acurácia posicional, foi considerada apenas as condições do Decreto-lei 89.817/84, o estilo de processamento utilizado considerou a tolerância para a resultante posicional e a medida de Dispersão dos dados foi determinada por RMS (fator menos permissivo que o Desvio-padrão). O Nível de Confiança utilizado tanto para os testes estatísticos de tendência através do t de Student quanto para o Teste de normalidade de Bowman-shelton foi de 90%. Com relação aos Outliers, foram considerados como tal, as amostras que tiveram mais de 3x o Erro Padrão (EP) da Classe de referência A.
O software apresenta a tabela de estatísticas básicas para as coordenadas Este, Norte e Posicional. Ao ser examinado apenas pelo Decreto-lei 89.817/84, considera-se apenas o Posicional.
Fórmulas:
Discrep. E(m) ΔE(m) = E (Orto) – E(Referencia)
Discrep. N(m) ΔN(m) = N (Orto) – N(Referencia)
Discrep. Resultante ΔR = √ΔE2 + ΔN2
A probabilidade de 90% das discrepâncias posicionais magnéticas que devem ser menores ou iguais ao PEC para escala que está sendo testada é definida segundo o Decreto-lei 89.817/84 correspondendo a 1,6449 vezes o Erro padrão (PEC = 1,6449 x EP). Pode-se verificar os padrões do Decreto-lei 89.817/84 inseridos no software e já calculados para a escala de projeto 1:10.000, através da FIGURA 09:
Pode-se verificar que inicialmente foram testadas pelo software a Classe “A+” (classe proposta pelo CONCAR-EB) e “A”, ambas sendo reprovadas nas condições impostas pelo Decreto-lei 89.817/84. Ao testar a Classe “B” o software identificou que 100,00% das discrepâncias são menores que o PEC de 8m da escala para essa classe, valor acima dos 90% exigidos pelo Decreto-lei 89.817/84.
As amostras também foram aprovadas para a Classe B com relação ao RMS da discrepância posicional das mesmas que é de 3,0858m, valor menor que o EP da escala para essa classe que é de 5m.
Portanto, o resultado da análise final da classificação que o software executou apenas pelo Decreto-lei 89.817/84 foi a Classe B na escala 1:10.000.
b) Avaliação Altimétrica da acurácia posicional
Para a avaliação da acurácia posicional Altimétrica segundo o Decreto-lei 89.817/84 o valor da equidistância entre as Curvas de Nível inserido no software segue as diretrizes de DOMINGUES (1979), que estipula a equidistância vertical das curvas de nível de acordo com a escala da planta, sendo recomendados os valores conforme TABELA 3, dessa forma adotou-se a equidistância de 10m para a escala de 1:10.000 e a altitude utilizada nos pontos avaliados foi a Ortométrica.
Segundo o Decreto-lei 89.817/84 o PEC Altimétrico é definido pela metade da equidistância entre as Curvas de Nível, sendo de um terço desta equidistância o Erro-Padrão correspondente. Dessa forma, com a definição da equidistância de 10m foram estabelecidos os limites máximos de erro para PEC “Classe A” em 5m e o Erro-padrão em 3,33 metros. Verificou-se que mais de 90% das discrepâncias estão dentro dos limites do PEC, e o RMS de 2,3285 é menor do que o EP da escala para essa classe. Assim os MDS’s podem ser classificados como “Classe A” para utilização em escala 1:10000 ou menor.
2.6. Sugestões para estudos futuros
Foi constatada a necessidade de um estudo mais aprofundado para estabelecimento de um padrão na escolha do número amostral dos pontos de verificação, que aperfeiçoe a fórmula de amostragem probabilística levando em consideração fatores importantes para avaliação da acurácia posicional em produtos cartográficos como: o tamanho da área verificada, o tipo de solo e o relevo utilizado.
Conclusão
Este estudo buscou analisar através das diretrizes do Padrão de Exatidão Cartográfica – PEC, estabelecido pelo decreto-lei nº 89.817 de 20 de junho de 1984, o comportamento do ortofotomosaico que abrange a área do município de Belo Horizonte. Estabelecendo uma metodologia de avaliação da qualidade de posicional de produtos cartográficos através da utilização do software GeoPEC v3.2.1.
Entre as dificuldades encontradas podem-se citar:
– A não apresentação de metodologia específica para a conferência do PEC pelo decreto-lei nº 89.817/84, que regulamenta as normas cartográficas brasileiras, o que gera interpretações ambíguas.
– A escolha das amostras do dado espacial na tentativa de se obter um padrão disperso e adensado de pontos de verificação.
Observou-se que o software livre GeoPEC é uma poderosa ferramenta de análise estatística, sendo a sua utilização indicada para controle da qualidade posicional em diversos produtos cartográficos. Podendo ser uma solução para a necessidade do mercado, que apesar de obter a cada dia um volume maior de dados geoespaciais tem dificuldade em avaliar a qualidade dos mesmos, ficando em inconformidade com a lei. Através da sua utilização, foi verificado o Padrão de Exatidão Cartográfico das ortofotos na escala 1:10.000 com resolução espacial de 0,40 metros que abrangem o município de Belo Horizonte, o relatório contendo os resultados das análises planimétrica e altimétrica pode ser observado no APÊNDICE A deste artigo. Cabe ressaltar que o software permite não só avaliar as condições do Decreto-lei nº 89.817/84, situação demonstrada neste artigo, mas também é capaz de executar análises estatísticas mais rigorosas como: Distribuição Espacial, Tendência, Teste de Normalidade e Acurácia. Permitindo avaliações mais aprofundadas relacionadas ao controle da qualidade posicional dos produtos cartográficos testados.
O resultado obtido para a análise Planimétrica do produto avaliado através da utilização do Decreto-lei n. 89.817 de 20 de junho de 1984, estabeleceu que o mesmo foi classificado com Padrão de Exatidão Cartográfica “Classe B”, na escala 1:10.000. Já para a análise Altimétrica o resultado obtido através da equidistância vertical de 10 metros, foi “Classe A”.
Referências Bibliográficas
NERO, Marcelo Antônio. Propostas para Controle de Qualidade de Bases Cartográficas com Ênfase na Componente Posicional. Disponível em:Acesso em: 01 OUTUBRO 2015.
LEAL, Evilázio da Mota. Análise Da Qualidade Posicional Em Bases Cartográficas Geradas Em Cad. Disponível em: http://dspace.c3sl.ufpr.br:8080/dspace/bitstream/handle/1884/32988/D%20-%20EVILAZIO%20DA%20MOTA%20LEAL.pdf?sequence=1&isAllowed=y> Acesso em: 09 SETEMBRO 2015.
BRASIL. Decreto Lei 89.817, de 20 de Junho de 1984. Estabelece as instruções reguladoras das normas técnicas da cartografia nacional. Brasília, 1984. Disponível em:. Acesso em: 05 AGOSTO 2015.
SANTOS, Afonso de Paula dos. Controle de Qualidade Posicional em Dados Cartográficos. Universidade Federal de Viçosa. Viçosa, MG, 2014.
CONCAR – Comissão Nacional de Cartografia. Especificação Técnica para a Estruturação de Dados Geoespacias Vetoriais (ET-EDGV v2.01).
SATO, Simone Sayuri. Sistema De Controle De Qualidade Dos Processos Fotogramétricos Digitais Para Produção De Dados Espaciais. Escola de Engenharia de São Carlos da Universidade de São Paulo 2003.
DOMINGUES, F. A. A. Topografia e astronomia de posição para engenheiros e arquitetos. São Paulo, McGrawHill do Brasil, 1979. 403p.
IGTEC – Instituto de Geoinformação e Tecnologia
