GERAÇÃO DE BASE CARTOGRÁFICA A PARTIR DE...

II Simpósio Brasileiro de Geomática Presidente Prudente - SP, 24-27 de julho de 2007

V Colóquio Bras ileiro de Ciências Geodésicas ISSN 1981-6251, p. 291-299

F. A. Prado; H. A. Silva; G. G. B. Souza; L. Barbosa; L. A. Barbosa; J. C. Chaves; J. K. Hasegawa; M. M. S. Decanini

GERAÇÃO DE BASE CARTOGRÁFICA A PARTIR DE FOTOGRAFIAS AÉREAS DIGITALIZADAS

FERNANDA DE ALMEIDA PRADO

HELOÍSA ALVES DA SILVA GABRIEL GUSTAVO BARROS DE SOUZA

LEANDRO BARBOSA LUCIANO APARECIDO BARBOSA

JOÃO CARLOS CHAVES JÚLIO KIYOSHI HASEGAWA

MÔNICA MODESTA SANTOS DECANINI

Universidade Estadual Paulista - Unesp Faculdade de Ciências e Tecnologia - FCT

Departamento de Cartografia, Presidente Prudente - SP {prado_fernanda, heloh2o, gabriel_cart, leandro_pp, lucianounesp_pp}@yahoo.com.br,

{jcchaves, hasegawa, monca}@fct.unesp.br

RESUMO - A utilização de um produto cartográfico (planta, carta ou mapa) proporciona inúmeras vantagens ao usuário, tais como: planejamento, auxílio à tomada de decisões, localização, navegação, e outras. Assim, a procura por este tipo de informação tem se tornado cada vez mais comum. Dentro disso, o objetivo desse trabalho foi gerar uma base cartográfica a partir de fotografias aéreas na escala 1:8.000 digitalizadas. Para tanto, foi elaborado um projeto cartográfico, no qual foram definidos os elementos da composição geral, e também o projeto gráfico (área geográfica, formato, escala, datum, projeção, Padrão de Exatidão Cartográfica, projeto de símbolos cartográficos, layout etc.). Este trabalho foi executado por meio de técnicas geodésicas, fotogramétricas e cartográficas. Como resultado, foi elaborada uma base cartográfica atualizada da área geográfica, na escala 1:2.000, a qual compreende o campus da Faculdade de Ciências e Tecnologia (FCT/Unesp) e bairros adjacentes. ABSTRACT - The use of a cartographic product (plant or map) provides several advantages to the user, such as: planning, support to decision making, location, navigation, and others. Thus, the search for this type of information has turned more and more common. Thus, the purpose of this paper was to generate a base map by using digitalized aerial photographies in the 1:8.000 scale. In order to do so, a cartographic project was elaborated, in which the elements of the general composition were defined, as well as the graphic design (geographical area, format, scale, datum, projection, Standard of Cartographic Accuracy, cartographic symbols design, layout etc.). This paper was carried out through geodesic, photogrammetric and cartographic techniques. As result it was produced an updated base map of the geographical area, in the 1:2.000 scale, which includes the campus of University of Sciences and Technology (FCT/Unesp) and neighborhoods.

1 INTRODUÇÃO

O produto cartográfico (planta, carta ou mapa) pode ser utilizado para inúmeros propósitos, tais como: planejamento, auxílio à tomada de decisões, localização, navegação etc. Assim, a procura por este tipo de informação tem se tornado cada vez mais comum. Os usuários desejam uma informação confiável, na qual possam tomar suas decisões de maneira rápida e segura, com base em questões como: “Onde estou? Para onde vou? Qual a distância do meu destino?”. As necessidades são inúmeras e abrangem uma gama muito variada de usuários, sejam estudantes, profissionais, empresários, gestores, entre outros. Há uma demanda por produtos

cartográficos no mercado, tanto analógicos quanto digitais.

Entretanto, mesmo ainda que se tenha esta produção cartográfica atualizada e disseminada em diferentes mídias, nota-se que o clássico mapa representado em papel ainda tem grande importância como produto cartográfico, pois permite o contato mais rápido com a geo-informação, sem a necessidade do uso de computadores ou softwares. Além disso, no Brasil, há a necessidade de produtos cartográficos, em escala grande, atualizados sistematicamente.

As diversas pesquisas realizadas para a atualização de produtos cartográficos têm sido de suma importância. Soma-se a isto os avanços tecnológicos nas áreas de


V Colóquio Brasileiro de Ciências Geodésicas


Cartografia, Sensoriamento Remoto e Fotogrametria, possibilitando, dentre outros propósitos, a elaboração de mapas a partir de fotografias aéreas analógicas (digitalizadas) e digitais.

Dentro desse contexto, o presente trabalho teve por finalidade gerar uma base cartográfica atualizada da região que abrange a Faculdade de Ciências e Tecnologia (FCT/Unesp – Presidente Prudente, SP) e bairros adjacentes, através da restituição de fotografias aéreas digitalizadas. 2 FUNDAMENTAÇÃO 2.1 Projeto e produção cartográfica

O projeto cartográfico está ligado à representação gráfica da informação contida no mapa, ressalta Dent (1993). A função do mapa é comunicar esta informação efetivamente ao usuário, considerando todas as condições que afetam este processo: o que o usuário requer, o nível antecipado de entendimento, as circunstâncias de uso, a complexidade da informação, as técnicas possíveis e seus custos, e assim por diante.

Keates (1989) afirma que as fontes de informação variam amplamente em qualidade e tipo. As fontes primárias são obtidas pela realização de uma operação de levantamento especificamente para obter os dados requeridos para o mapa. Já as informações secundárias envolvem uma grande quantidade de dados acerca do meio físico e humano para propósitos de administração federal e local, planejamento e investigação dos recursos e estudos científicos.

Keates (1989) salienta que a informação no mapa pode ter efeito sobre o usuário somente se a estrutura do mapa e os métodos de representação são entendidos, e o significado dos símbolos do mapa conhecido. Estes proporcionam as mínimas condições dentro das quais o usuário tem de operar. Assim, a função do cartógrafo é decidir a correta estrutura do mapa para um tema ou propósito particular: encontrar meios de representação apropriada para as características do fenômeno de interesse e a informação disponível.

Além disso, antes que a produção de qualquer mapa possa começar, Keates (1989) afirma que deve-se decidir sobre a sua forma básica e conteúdo, envolvendo quatro fatores básicos: a área geográfica, o nível de informação, a escala e o formato.

A definição do conteúdo básico dos documentos cartográficos, com base no uso que deles será feito, é determinado por normas técnicas adequadas a cada escala, nas quais serão estipuladas as condições ideais a serem atingidas no produto cartográfico final, conforme Bochicchio et al. (1979). Também deverão ser inseridas no projeto as informações marginais, obrigatórias a qualquer trabalho cartográfico, sendo essas: sistema de projeção, datum horizontal e vertical, escala gráfica e numérica, valores de declinação magnética e de convergência meridiana, dentre outras.

Oliveira (1993) aponta que a diversidade dos símbolos cartográficos varia de acordo com a área geográfica mapeada e esta diversidade está sujeita aos seguintes fatores: a) o objetivo principal ao qual o documento se destina; b) a própria natureza do mapa (se é especial, temático etc.); c) a configuração do terreno (urbana, rural, plana, montanhosa, desértica etc.); e d) a escala. Bochicchio et al. (1979) afirmam que na representação de cada elemento procura-se assemelhar às suas características essenciais, a fim de facilitar seu imediato reconhecimento.

Com o objetivo da busca de um equilíbrio entre quantidade e qualidade, surgiu a inspeção denominada controle de qualidade, que pode ser aplicada em todas as áreas, inclusive na Cartografia. O controle de qualidade utiliza a Probabilidade e a Estatística como instrumentos principais para o cumprimento dos objetivos. Segundo Galo e Camargo (1994), o procedimento de análise da exatidão de um produto cartográfico baseia-se nas discrepâncias entre as coordenadas de pontos na carta e as coordenadas de pontos homólogos obtidos a partir de observações medidas em campo, consideradas como referência. Na medição dos pontos de referência devem ser utilizados procedimentos que garantam a tolerância exigida.

O tipo de produto oferecido, as necessidades que o originaram e o próprio usuário, impõem a necessidade de que seja alcançado um elevado nível de confiança do material resultante do processo cartográfico, o que só é possível através da utilização de um processo de controle de qualidade, ressalta Ishikawa (2001). A qualidade a ser alcançada dependerá de vários fatores, dentre os quais pode-se citar o mercado para o qual o produto é destinado, o profissional que o produz, o recurso disponível para a produção, o tipo de administração e os materiais, máquinas e métodos empregados.

2.2 Técnicas geodésicas

Atualmente, os levantamentos geodésicos têm sido realizados utilizando o GNSS (Global Navigation

Satellite System), o qual engloba o GPS (Global

Positioning System), o GLONASS e o GALILEO. Conforme Monico (2000), posicionamento está

relacionado à determinação da posição de objetos com relação a um referencial. O posicionamento com GPS pode ser do tipo absoluto (quando as coordenadas estão associadas diretamente ao geocentro) ou relativo (quando as coordenadas são determinadas com relação a um referencial materializado por um ou mais vértices com coordenadas conhecidas).

No contexto de posicionamento relativo com GPS, utilizam-se, em geral, as duplas diferenças de fase como observáveis fundamentais (MONICO, 2000).

O sistema de referência do GPS, quando se utilizam efemérides transmitidas, é o WGS-84 (World

Geodetic System 1984), o qual coincide com o CTRS (Conventional Terrestrial Reference System), cuja origem




é o centro de massa da Terra (sistema geocêntrico), conforme Monico (2005).

Atualmente, o Sistema Geodésico Brasileiro (SGB) consiste dos seguintes sistemas geodésicos de referência: South American Datum (SAD-69) e Sistema de Referência para as Américas (SIRGAS2000). A coexistência entre estes sistemas tem por finalidade oferecer à sociedade um período de transição antes da adoção do SIRGAS2000 em caráter exclusivo. Neste período de transição, não superior a dez anos, os usuários deverão adequar e ajustar suas bases de dados, métodos e procedimentos ao novo sistema (IBGE, 2005).

A determinação das coordenadas geodésicas, utilizando-se do sistema GPS, proporciona coordenadas retangulares (X, Y e Z) referenciadas ao sistema WGS-84. Estas são convertidas para um terno “local” (quase-geocêntrico), usado na Cartografia nacional, e transformadas em ϕ , λ e h , sendo as duas primeiras

coordenadas comuns, latitude e longitude geodésicas, e h a altura geométrica. No entanto, em mapeamento utiliza-se a altitude ortométrica ( H ), ao invés da geométrica, a qual pode ser determinada a partir do valor da ondulação geoidal ( N ) e da altura geométrica, conforme a Equação 1:

N ≅ h – H. (1) 2.3 Técnicas fotogramétricas

Segundo Silva (1999), a Fotogrametria Digital é a área da Fotogrametria que trata dos aspectos geométricos do uso de fotografias com a finalidade de obter valores precisos de comprimentos, alturas e formas, baseando-se em imagens digitais armazenadas em meio magnético na forma de pixels.

A Fotogrametria Digital, além de permitir a restituição convencional e a geração de diversos produtos fotogramétricos, tais como mosaicos, ortofotos, MDT’s (Modelo Digital do Terreno), que eram comuns nos restituidores analógicos e analíticos, também permite o processamento analítico de imagens de sensores orbitais.

Uma das técnicas fotogramétricas mais relevantes é a fototriangulação, a qual permite a determinação de coordenadas de pontos num referencial específico. Wolf (2000) afirma que a fototriangulação é o processo fotogramétrico de extensão ou densificação de coordenadas no espaço objeto, garantindo estabilidade e precisão entre as faixas ou blocos fotogramétricos. Por se tratar de um processo com influência no custo para o produto final, a fototriangulação substitui outros métodos de levantamento para densificação de pontos de controle.

Dentre os produtos gerados com técnicas fotogramétricas digitais, o MDT consiste em uma representação da porção da superfície terrestre em estudo, desprezando as edificações nela existentes, conforme Linder (2003). É utilizado para a obtenção das informações da superfície de estudo, sem a necessidade de se trabalhar diretamente com a superfície real (FELGUEIRAS, 1987).

Uma ortofoto é uma imagem onde as feições de diferentes objetos imageados são apresentadas em posições corrigidas do efeito de deslocamento devido ao relevo e à inclinação da câmara. Este produto fotogramétrico é considerado geometricamente equivalente às cartas e mapas, sendo adequado para a medição de áreas, distâncias e ângulos. Enquanto nas cartas e mapas são utilizados símbolos e linhas, as ortofotos valem-se da própria imagem do objeto mapeado (MIKHAIL et al., 2001).

3 PROJETO E PRODUÇÃO DA CARTA CADASTRAL 1:2.000 3.1 Projeto cartográfico

O projeto de uma carta envolve a definição dos elementos que irão compô-la, tais como: conteúdo da informação geográfica, área geográfica, formato, escala, datum, projeção, Padrão de Exatidão Cartográfica (PEC), projeto de símbolos cartográficos, layout, entre outros. Estes elementos essenciais e indispensáveis a uma carta podem definir o sucesso ou o fracasso da produção cartográfica.

O conteúdo da informação geográfica refere-se exatamente ao tipo de informação, feições e outros elementos que estarão contidos na carta e que o contratante (usuário) julgue necessário para a sua necessidade, tais como: quadras, lotes, postes, árvores, córregos etc.

Neste trabalho foram utilizadas fotografias aéreas digitalizadas, cedidas pela empresa Engemap (Engenharia e Mapeamento Ltda), cuja escala é 1:8.000, a distância focal calibrada é 153,158 mm e o tamanho do pixel (calculado) é de 0,021 mm. A partir destas fotografias, definiu-se a escala da carta equivalente a 1:2.000, devido à qualidade das fotografias que permite realizar a restituição das feições com alto grau de detalhamento. Adotou-se, neste trabalho, o datum planimétrico SIRGAS2000 (embora o SAD-69 ainda seja usado), por ser o datum oficial do Brasil, recomendado pelo IBGE e compatível com as necessidades do trabalho, e o datum altimétrico Imbituba (SC). A projeção escolhida para representar a carta foi Universal Transversa de Mercator (UTM), por ser uma projeção padrão adotada em projetos cartográficos no Brasil. Com relação ao PEC, decidiu-se gerar o melhor produto possível, buscando atingir PEC classe A tanto para a planimetria quanto para a altimetria.

A área geográfica abrangeu a região da FCT/Unesp e bairros adjacentes, correspondendo às seguintes coordenadas: ϕ1=-22º08’07,5”; λ1=-51º25’00”; ϕ2=-22°06’15”; λ2=-51º23’45”. A Figura 1 ilustra o retângulo envolvente que engloba a área geográfica escolhida neste trabalho e também o polígono que compreende área da FCT/Unesp.




Figura 1 – Área geográfica na cidade de Presidente

Prudente A representação da área geográfica foi feita em

uma base cartográfica digital e, a partir desta, foram elaboradas quatro cartas analógicas, na escala 1:2.000, em um formato intermediário entre o A0 (841 x 1189 mm) e o A1 (594 x 841 mm), medindo 665 mm x 950 mm.

A articulação de cada uma das quatro folhas analógicas, em 1:2.000, pode ser vista na Figura 2, sendo mostradas a partir das folhas em 1:10.000. A definição da nomenclatura das cartas foi feita a partir da Folha 1:1.000.000 (Carta Internacional ao Milionésimo – CIM), realizando as consecutivas subdivisões até atingir a escala cadastral 1:2.000.

Figura 2 – Articulação das folhas na escala 1:2.000 mostradas a partir das folhas em 1:10.000

A partir das coordenadas (E, N) do centro de cada

folha e de informações sobre a data do levantamento, foram calculadas a convergência meridiana (ângulo entre a tangente ao meridiano passante pelo ponto e o norte da quadrícula), a declinação magnética (ângulo formado

entre o norte magnético e o norte verdadeiro) e a variação da declinação magnética, utilizando o software

Topograph. O projeto dos símbolos cartográficos baseou-se

num padrão de símbolos aceito e utilizado pela empresa Engemap e nas normas da ABNT. Para tanto, foi criada uma biblioteca de símbolos no aplicativo MicroStation V8, visando a melhor representação possível das feições mapeadas. Na biblioteca de símbolos, cada um deles foi criado em um nível específico, definindo as características dos mesmos, tais como: cor, geometria, forma do traço, espessura, tamanho do texto e espaçamento da hachura, se necessário.

Considerando a escala do produto a ser gerado (1:2.000) foram definidas as seguintes feições cartográficas: curva de nível intermediária; curva de nível mestra; lago/lagoa; curso d’água perene; curso d’água intermitente; via pavimentada com meio fio; via não-pavimentada com meio fio; via não-pavimentada sem meio fio; lote/muro; quadra; prédios notáveis; caminho/trilha; cerca (alambrado ou gradil); cerca viva; jardim/praça; mata/reserva; campo/pastagem; poste/luminária; árvore; caixa d’água/tanque/reservatório. A Tabela 1 apresenta dois exemplos dos símbolos definidos para este projeto cartográfico e as suas respectivas especificações. A tabela completa, com todas as especificações, pode ser vista em Prado et al. (2006).

Tabela 1 – Exemplos de símbolos do projeto cartográfico Especificações Exemplos de Símbolos

Nível 20 11

Descrição Campo/Pastagem Via não-

pavimentada sem meio fio

Cor R/G/B Verde – 0/160/0 Marrom - 100/0/0

Geometria Área Linha Forma do

traço 0 4

Espessura 1 1 Tamanho do

texto 1 2

Espaçamento da hachura

2 -

Exemplo

A informação marginal foi dividida em máscara fixa e máscara variável. A primeira é composta pelas informações do layout que não variam de uma carta para outra (executor, contratante, convenções cartográficas, projeção, datum, escala etc.). Ao contrário, a máscara variável é composta pelos elementos variáveis, por exemplo, as coordenadas de canto das folhas, o meridiano central e a convergência meridiana, dentre outros, que irão diferir de acordo com a área geográfica. Além disso, a quadrícula foi gerada com espaçamento de 200 m x 200m.




3.2 Produção cartográfica

Ao definir o projeto cartográfico pôde-se iniciar o processo de produção da carta, o que implica na execução prática das etapas definidas no planejamento, as quais compõem um conjunto de atividades programadas de acordo com o cronograma do trabalho, previamente estabelecido. 3.2.1 Escolha e reconhecimento dos pontos

De posse das fotografias aéreas (10 imagens), inicialmente foi elaborado um foto-índice (Figura 3), a fim de auxiliar na escolha da melhor região para a coleta dos pontos GPS, os quais foram usados como apoio e checagem.

Figura 3 – Foto-índice

Os pontos foram selecionados com base no bloco

fotogramétrico, dando maior ênfase na área de restituição da base cartográfica e de maneira que a geometria entre eles garantisse a qualidade do bloco fototriangulado. Assim, os pontos de controle foram inseridos nas extremidades das fotografias; os pontos de checagem foram inseridos principalmente na área de restituição; e os pontos de enlace foram adicionados em todas as fotografias, sendo que as fotos nas extremidades das faixas receberam no mínimo seis pontos cada e as restantes receberam aproximadamente nove pontos.

Os pontos de apoio são indispensáveis à etapa da fototriangulação, permitindo a materialização do referencial com que se deseja trabalhar. Já os pontos de checagem permitem realizar o controle da precisão externa, sendo usados também na etapa de controle de qualidade da carta. Além disso, os pontos de enlace são utilizados para conectar os modelos e as faixas do bloco fotogramétrico. 3.2.2 Apoio geodésico

No levantamento dos pontos foram utilizados dois receptores de simples freqüência da marca Trimble (4600 LS) e dois receptores de dupla freqüência da marca Topcon (Hiper – GGD).

Inicialmente, foram calculadas as precisões esperadas para o trabalho, a fim de atender ao PEC classe A. Para tanto, adotou-se a metade (1/2) da precisão na restituição, um quarto (1/4) do PEC na fototriangulação (processo fotogramétrico anterior) e um oitavo (1/8) no levantamento de pontos de apoio, como mostra a Tabela 2.

Tabela 2 – Precisões esperadas para o trabalho

Durante o processo de coleta dos dados foram levantados 43 pontos de apoio e de checagem. Adotou-se o posicionamento relativo estático, por ser o mais recomendado para este tipo de projeto e para garantir a precisão esperada, definiu-se taxa de coleta de 15 segundos, máscara de elevação de 15º e tempo de coleta equivalente a 40 minutos, em média, podendo ter uma melhor solução das ambigüidades no processamento das linhas de base.

Para realizar o processamento dos dados GPS foram utilizados os softwares TGOffice (Trimble

Geomatic Office) e Topcon Tools. O processamento e o ajustamento dos dados foram realizados no software da Trimble, e a conversão dos arquivos para o formato RINEX foi feita no software da Topcon. Para o processamento das linhas de base, a estação PPTE da RBMC (Rede Brasileira de Monitoramento Contínuo), localizada na FCT/Unesp, foi utilizada como ponto base. Os dados da estação PPTE são disponibilizados na página do IBGE <http://www.ibge.gov.br/geodesia/geociencias> em formato RINEX.

O processamento dos pontos foi realizado utilizando 1σ e considerando-se somente as linhas de base independentes. O resultado do processamento indicou que para a grande maioria dos pontos obteve-se a solução L1-fixa, utilizando-se efemérides transmitidas. 3.2.3 Determinação das coordenadas geodésicas e ondulação geoidal

Para o cálculo da ondulação geoidal, foi determinada uma única altura geométrica para a região de abrangência das fotos. Isto foi possível, pois o ponto mais




distante usado no apoio para a fototriangulação estava localizado a aproximadamente 3 km. Para a determinação da altura geométrica foi utilizado o posicionamento relativo estático. No caso, um receptor Hiper – Topcon L1/L2 foi posicionado em uma estação de referência de nível (RN UNESP 01B), localizada no campus da Unesp – Presidente Prudente (SP).

Como esta RN não foi homologada pelo IBGE, foi necessário estimar sua altitude ortométrica. Para tanto foi realizado um ajustamento a partir de dados de desníveis entre as estações UNESP01B, EP_UNESP_01 e a RN1527B. Estes desníveis foram obtidos a partir de um nivelamento realizado pelo IBGE em 1988. No caso, a altitude ortométrica da RN1527B foi obtida através do site do IBGE, já que esta foi homologada pelo mesmo. Assim, através de um ajustamento pelo método dos mínimos quadrados (GEMAEL, 1994) foi possível calcular o valor da altitude ortométrica da estação UNESP01B, denominada a partir de então de RN_UNESP01B. A Figura 4 (sem escala) mostra a configuração da rede de nivelamento.

Figura 4 – Configuração da rede de nivelamento

Os valores das altitudes ortométricas dos pontos

EP_UNESP_01 e RN_UNESP01B e a matriz de covariância, após o ajustamento pelo Método dos Mínimos Quadrados (MMQ), são:

mBUNESPRN

UNESPEP

H

H

=

1889,444

6243,441

01__

01__

257,2285,1

285,1285,110 6

m

H

⋅=Σ − .

O próximo passo consistiu na determinação da

altura geométrica da estação RN_UNESP01B. Para tanto, o receptor Hiper – Topcon L1/L2 foi posicionado sobre a RN_UNESP01B e a coleta foi realizada por um período de 1 hora, com taxa de coleta de 15 segundos.

No processamento dos dados utilizaram-se as estações da RBMC (Rede Brasileira de Monitoramento Contínuo), localizadas em Curitiba (PR), Varginha (MG), Rio de Janeiro (RJ) e Viçosa (ES). Foram utilizadas efemérides precisas e o resultado obtido no processamento de todas as linhas de base foi a solução fixa livre de ionosfera (Fix IonFree).

Após o processamento dos dados, realizou-se o ajustamento da rede considerando-se apenas as linhas de base independentes (vetores independentes), e o resultado do ajustamento para o valor da altura geométrica da RN_UNESP01B foi de 439,1944 m, com uma precisão de ±0,0130 m.

Dessa forma, através da diferença entre o valor da altura geométrica e o valor da altitude ortométrica da RN (Equação 1), foi possível determinar o valor da ondulação geoidal (N = -4,9945 m) e considerar esse valor como o da ondulação do geóide para os demais pontos de apoio levantados. Portanto, foram determinados os valores das altitudes ortométricas de todos os pontos levantados por GPS, uma vez que a variação da ondulação para os demais pontos seria muito pequena em relação à obtida no levantamento da RN_UNESP01B.

Além disso, foi feita a transformação de coordenadas geodésicas curvilíneas para coordenadas UTM, através do software TCGeo, elaborado e disponibilizado pelo IBGE.

Ao final do processamento, a precisão dos pontos apresentou uma média de ±2 mm em latitude e ±4 mm em longitude e altura, respectivamente. 3.2.4 Fototriangulação

Para a realização da fototriangulação, inicialmente foram importadas as imagens para um projeto criado no ambiente do aplicativo LPS (Leica Photogrammetric

Suite), uma estação fotogramétrica digital, e posteriormente realizada a pirâmide dessas imagens.

Em seguida, realizou-se a orientação interior das imagens, utilizando os parâmetros de calibração da câmara fotogramétrica, disponíveis no certificado de calibração, cedido pela empresa Engemap, responsável pelo vôo.

Além disso, foi necessário inserir no projeto as coordenadas aproximadas dos centros perspectivos (CP’s) das fotografias. Neste caso, as coordenadas foram obtidas a partir de uma base cartográfica, utilizada pelo DAEE (Departamento de Água e Energia Elétrica). A coordenada Z (altitude de vôo) é obtida pela altura de vôo somada à altitude média do terreno.

Na seqüência, fez-se a medição das marcas fiduciais em todas as fotografias, obtendo ao término do processo um erro de 0,3 pixel em média.

Foram adicionadas ao projeto todas as coordenadas dos pontos levantadas em campo, obtidas com GPS (geodésicas) e transformadas para o sistema UTM, previamente definido e adotado no projeto. Realizou-se as medidas nas imagens correspondentes aos pontos levantados, ou seja, foram medidos nas fotografias aéreas todos os pontos (de apoio, de checagem e de enlace) pré-definidos no levantamento.

Concluída a medição dos pontos, pôde-se processar a fototriangulação do bloco fotogramétrico. O erro médio quadrático obtido na fototriangulação do projeto ficou em tornou de 0,59 pixel (ou 12,4 cm), em planimetria, uma margem de erro bastante confiável,




tendo em vista que a precisão da fototriangulação deve ser inferior a ±15 cm, conforme a Tabela 2. Além disso, é importante também analisar os resíduos obtidos para os pontos de checagem, disponíveis no relatório da fototriangulação, como ilustra a Tabela 3.

Tabela 3 – Resíduos dos pontos de checagem

Id. Ponto rX (m) rY (m) rZ (m) 33 -0,0075 0,0269 0,2527 73 -0,0014 0,0945 0,0198 19 -0,0230 0,1365 0,2435 23 0,0284 -0,1176 0,2728 30 -0,2184 -0,1667 0,2109 31 0,0793 -0,0439 0,0459 34 0,0642 0,2408 0,1340 9 0,1638 0,2496 -0,0650

28 -0,0722 -0,0644 0,2655 77 0,0597 -0,0027 0,0165

Verifica-se, na Tabela 3, os resíduos dos pontos de

controle das coordenadas X, Y e Z, identificados, respectivamente, por rX, rY e rZ. É possível notar que todos os resíduos foram inferiores a 30 cm, sendo o resíduo máximo obtido igual a 27 cm, na coordenada Z, referente ao ponto 23. 3.2.5 Restituição e geração de MDT e ortofotos

A restituição foi realizada com base na biblioteca de símbolos criada neste trabalho, a qual contém todas as especificações das feições restituídas (tipo de linha, espessura, cor etc).

Para a geração do MDT foram utilizadas as coordenadas dos pontos de apoio, de checagem e de enlace, bem como as coordenadas de algumas feições restituídas, tais como: meio fio, quadras, cursos d’água e caminhos. Além disso, foi gerada também uma malha de pontos irregular (TIN), com espaçamento de 3 mm na escala da carta, o que corresponde a 6 m na escala 1:2.000.

Com relação às curvas de nível, estas foram geradas automaticamente com eqüidistância de 2 m, considerando a escala das cartas em 1:2.000.

Além disso, foram geradas também as ortofotos da área geográfica. 3.2.6 Elaboração final da carta e controle de qualidade

Com o término da restituição das feições de interesse para a base cartográfica, foi possível elaborar quatro cartas impressas, na escala 1:2.000. Na Figura 6 pode ser vista uma ilustração do resultado final de uma das cartas, a qual corresponde à nomenclatura SF-22-Y-B-III-1-NO-F-III-6.

Figura 6 – Carta analógica gerada, correspondente à nomenclatura SF-22-Y-B-III-1-NO-F-III-6

A etapa do controle de qualidade consistiu,

inicialmente, em uma análise da qualidade obtida em meio digital, considerando toda a base cartográfica. Neste caso, é importante frisar que desconsiderou-se o erro de impressão existente na plotagem das cartas. Além disso, foi feito também o controle para a carta SF-22-Y-B-III-1-NO-F-III-6.

3.2.6.1 Controle de qualidade da base cartográfica digital

Para o controle de qualidade planimétrico da base

cartográfica, inicialmente foi feita a análise de tendência utilizando as discrepâncias obtidas entre as coordenadas (E, N) de referência (coletadas em campo com GPS e referentes aos pontos de checagem) e as coordenadas medidas na base cartográfica em meio digital no software MicroStation V8. Ao todo foram consideradas as coordenadas de 10 pontos para a execução do controle de qualidade, sendo estes os pontos disponíveis de melhor qualidade.

Foram calculados a média e o desvio-padrão das discrepâncias, tanto para a coordenada E quanto para a coordenada N. Em seguida, obteve-se o valor tabelado t-student e calculou-se o valor de t amostral. O valor

limite )2,1( α−n

t foi determinado através da tabela t de

student para um nível de confiança (1-α). O intervalo de confiança é dado por | tcalculado | < t(n-1;α/2), ou seja, o valor de t amostral calculado deve ser menor que o valor de t tabelado para que o produto cartográfico seja considerado livre de tendências significativas para as coordenadas testadas.

Para a análise de precisão foi feita a comparação do desvio-padrão das discrepâncias das coordenadas com o erro padrão (EP) esperado. Foi aplicado o teste de hipótese formulado com base na distribuição qui-quadrado e, para tanto, calculou-se o valor de χ2 da amostra, que foi comparado com o valor de χ2 da tabela. O resultado é aceito para uma dada classe do PEC se χ2

calculado < χ2(n-1;α), caso contrário este é rejeitado.




A Tabela 4 mostra o resultado do controle de qualidade planimétrico da base cartográfica. Tabela 4 – Resultado do controle de qualidade planimétrico da base cartográfica

O mesmo procedimento foi realizado para fazer o

controle de qualidade altimétrico da base cartográfica, contudo, considerando as discrepâncias obtidas entre as coordenadas da altitude ortométrica (H) coletadas com GPS e as coordenadas (H’) obtidas na base em meio digital. O resultado obtido é mostrado na Tabela 5. Tabela 5 – Resultado do controle de qualidade altimétrico da base cartográfica

É possível verificar através das Tabelas 4 e 5 que a análise com o teste t de student indicou que a base cartográfica está livre de tendência em planimetria (E, N) e em altimetria (H). Além disso, os resultados obtidos com o teste qui-quadrado indicaram que a base foi aceita no PEC classe A, tanto em planimetria quanto em altimetria. 3.2.6.2 Controle de qualidade da carta impressa SF-22-Y-B-III-1-NO-F-III-6

De forma análoga, foi feito o controle de qualidade

da carta impressa SF-22-Y-B-III-1-NO-F-III-6, considerando as discrepâncias obtidas entre as coordenadas (E, N) de referência (coletadas em campo com GPS) e as coordenadas medidas na carta impressa.

Para realizar este controle foram utilizados 4 pontos existentes na carta. O resultado do controle de qualidade planimétrico é mostrado na Tabela 6, e do controle de qualidade altimétrico na Tabela 7.

Tabela 6 – Resultado do controle de qualidade planimétrico da carta elaborada em 1:2.000

Tabela 7 – Resultado do controle de qualidade altimétrico da carta elaborada em 1:2.000

Através das Tabelas 6 e 7 é possível notar que os resultados dos testes aplicados indicaram que o produto cartográfico gerado está livre de tendência em planimetria e altimetria, bem como foi aceito no PEC classe A. No entanto, é importante ressaltar que a quantidade de pontos utilizada no controle de qualidade da carta em papel foi pequena (4 pontos). Para obter um resultado mais confiável, seria necessária uma maior quantidade de pontos para a realização do controle de qualidade. 4 CONCLUSÕES

Várias são as vantagens do uso de uma base cartográfica atualizada, dentre as quais como instrumento para planejamento e na tomada de decisões. Neste sentido, o presente trabalho apresentou todo o processo envolvido na geração de uma base cartográfica a partir de fotografias aéreas digitalizadas.

A elaboração inicial do projeto cartográfico permitiu definir todos os elementos necessários à geração da base cartográfica. A correta definição de tais elementos




é essencial para que as etapas posteriores sejam bem sucedidas.

Na etapa da produção cartográfica, o planejamento do levantamento dos pontos de apoio foi fundamental para minimizar o tempo gasto na elaboração da base cartográfica. As fotografias aéreas auxiliaram decisivamente na escolha da localização dos pontos, a partir da montagem do foto-índice.

A realização da fototriangulação, bem como da restituição foram as etapas mais demoradas do trabalho. Pôde-se verificar a importância de se obter as coordenadas dos pontos de apoio com o maior rigor possível, a fim de que os resultados pudessem ser satisfatórios, de acordo com o que foi definido para o trabalho (PEC classe A).

Ressalta-se ainda que é fundamental que a base cartográfica gerada passe pelo processo de controle de qualidade, a fim de verificar se o produto gerado é confiável. Assim, para alcançar PEC classe A, deve-se realizar o controle em todas as etapas anteriores, verificando se os resultados obtidos são satisfatórios.

Destaca-se também que uma base cartográfica digital tem a vantagem de possibilitar a sua constante atualização, através da inserção de novas informações conforme as mudanças geográficas na área contemplada. Mas, por outro lado, a disponibilização também das cartas impressas permite o fácil acesso e manipulação deste produto cartográfico.

Dessa forma, através de técnicas geodésicas, fotogramétricas e cartográficas, gerou-se uma base cartográfica que abrangeu a região da Faculdade de Ciências e Tecnologia (FCT/Unesp – Presidente Prudente, SP) e bairros próximos, constituindo-se em um produto confiável e disponível à consulta dos usuários. AGRADECIMENTOS

Os autores agradecem à Faculdade de Ciências e Tecnologia da Unesp, onde a presente metodologia descrita foi aplicada. Agradecem, também, a empresa Engemap (Engenharia e Mapeamento Ltda.), pelo fornecimento das fotografias aéreas, e ao IBGE, pelo fornecimento dos dados geodésicos. REFERÊNCIAS BOCHICCHIO, V. R; ONOFRIO, J. C. F; JÚNIOR, H. V. et al. Normas técnicas para cartografia regional e urbana. Brasília: IPEA, 1979. DENT, B. Cartography: thematic map design. USA: WCB, 1993. FELGUEIRAS, C. A. Desenvolvimento de um sistema de modelagem digital de terreno para microcomputadores. 1987. 243 f. Dissertação (Mestrado em Computação Aplicada) – Instituto de Pesquisas Espaciais, São José dos Campos.

GALO, M.; CAMARGO, P. O. Utilização do GPS no controle de qualidade de cartas. In: CONGRESSO BRASILEIRO DE CADASTRO TÉCNICO MULTIFINALITÁRIO, 1., 1994, Florianópolis. Anais... Florianópolis: Universidade Federal de Santa Catarina, 1994. GEMAEL, C. Introdução ao ajustamento de observações: aplicações geodésicas. Curitiba: UFPR, 1994. IBGE. Fundação Instituto Brasileiro de Geografia e Estatística. Resolução do Presidente. Altera a caracterização do Sistema Geodésico Brasileiro. Rio de Janeiro, 2005. ISHIKAWA, M. I. Potencialidades de uso das imagens IKONOS/GEO para aplicações em áreas urbanas. 2001. 82 f. Dissertação (Mestrado em Ciências Cartográficas) – Faculdade de Ciências e Tecnologia, Universidade Estadual Paulista, Presidente Prudente. KEATES, J. S. Cartographic design and production. 2.ed. London: Longman, 1989. LINDER, W. Digital Photogrammetry: theory and applications. Berlin: Spring Verlag, 2003. MIKHAIL, E. M.; BETHEL, J. S.; McGLONE, J. C. Introduction to modern Photogrammetry. New York: John Wiley & Sons, 2001. MONICO, J. F. G. Posicionamento pelo NAVSTAR-GPS: descrição, fundamentos e aplicações. São Paulo: Unesp, 2000. MONICO J. F. G. Ajustamento das observáveis GPS no contexto de posicionamento geodésico. 2005. Tese de Livre Docência. Faculdade de Ciências e Tecnologia, Universidade Estadual Paulista, Presidente Prudente. OLIVEIRA, C. Curso de cartografia moderna. 2.ed. Rio de Janeiro: IBGE, 1993. PRADO, F. A.; SOUZA, G. G. B.; SILVA, H. A.; BARBOSA, L.; BARBOSA, L. A. Geração de base cartográfica a partir de fotografias aéreas digitalizadas. 2006. Trabalho de conclusão de curso (Graduação em Engenharia Cartográfica) - Faculdade de Ciências e Tecnologia, Universidade Estadual Paulista, Presidente Prudente-SP, 2006. SILVA, I. Curso de Fotogrametria Digital. Departamento de Transportes da Escola de Engenharia de São Carlos, USP; ExpoGEO; 1999. WOLF, P. R. Elements of Photogrammetry with applications in GIS. Boston: McGrawHill, 2000.

GERAÇÃO DE BASE CARTOGRÁFICA A PARTIR DE...

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