USO DA NAVEGAÇÃO EM TEMPO REAL PARA O PLANEJAMENTO...

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

V Colóquio Brasileiro de Ciências Geodésicas ISSN 1981-6251, p. 936-941

C. Bielenki Jr., D. Almeida, J.P.Z. Janducci, L. K. Maeda, M. Mareco, M.C. Parizotto, R.R.Z.Tarpani

USO DA NAVEGAÇÃO EM TEMPO REAL PARA O PLANEJAMENTO E APOIO DE CAMPO PARA CLASSIFICAÇÃO DE IMAGENS DE

SENSORIAMENTO REMOTO

CLÁUDIO BIELENKI JÚNIOR P

1P

JOSÉ PEDRO ZUFFO JANDUCCI P

2P

LEONARDO KENJI MAEDA P

2P

MARCELO MARECO DA SILVA MARQUESP

2P

MATHEUS CARUSO PARIZOTTO P

2P

RAPHAEL RICARDO ZEPON TARPANI P

2P

P

1P Agência Nacional de Águas - ANA

Superintendência de Gestão da Informação Brasília – DF

[email protected]

P

2P EESC – USP

SHS – Engenharia Ambiental São Carlos - SP

{ zuffojanducci, jaka_amb, math_caruso, zepontarpani }@yahoo.com.br [email protected]

RESUMO – Neste artigo procuramos enfatizar os benefícios e as facilidades que a navegação em tempo real com o uso de equipamento de rastreio de satélites para o posicionamento sobre a superfície terrestre proporcionam para o planejamento e apoio de campo necessários à coleta de informações de verdades de campo para uso em classificações de imagens de sensoriamento remoto. A motivação deste trabalho surgiu de uma visita de campo com alunos da Engenharia Ambiental da Escola de Engenharia de São Carlos da USP à região da Bacia Hidrográfica do Ribeirão da Onça (São Carlos, Brotas e Itirapina). ABSTRACT - In this work we look for emphasize the benefits and the easiness that the navigation in real time with the equipment uses satellites for the positioning on the terrestrial surface provide for the necessary planning and support to collection information of truths sample for use in classifications of remote sensing images. The motivation of this work appeared of a visit with Environmental Engineering students of the São Carlos’s School of Engineering at USP to the region of the Ribeirão da Onça (São Carlos, Brotas e Itirapina) watershed.

1 INTRODUÇÃO

Ainda que a inovação tecnológica nos forneça soluções e equipamentos para posicionamento sobre as superfícies terrestres cada vez mais aprimorados e com técnicas capazes de obter uma posição com uma exatidão milimétrica, como os aparelhos geodésicos com tecnologia GNSS, muitas atividades de mapeamento e navegação não requerem toda esta sofisticação.

As aplicações em escalas menores, utilizadas para planejamentos com uma visão macro do meio não exigem mapeamentos com demasiado rigor, entretanto a espacialização de variáveis a serem analisadas continua sendo necessária.

Muitos dos trabalhos realizados no campo da Engenharia Ambiental se enquadram nesta situação, como as atividades de planejamento.

Em um estudo de um grupo de estudantes de Engenharia Ambiental na região do Ribeirão da Onça se utilizou para a visualização do meio, necessária à percepção do uso e ocupação do solo na bacia hidrográfica, técnicas de classificação de imagens de sensoriamento remoto.

Optou-se neste caso por um reconhecimento detalhado da região com coleta de amostras para servirem de verdade de campo como apoio à classificação.

A fim de facilitar a navegação na região, desconhecida dos participantes do estudo e orientar as escolhas dos locais a serem descritos, utilizou-se a integração de um receptor de sinal GPS com um notebook para realizar a navegação em tempo real.


V Colóquio Brasileiro de Ciências Geodésicas


2 A ÁREA DE ESTUDO

A bacia do Ribeirão da Onça encontra-se na região de São Carlos, Brotas e Itirapina, centro norte do Estado de São Paulo (22° 10’ a 22°15’ de latitude sul e 47°55’ a 48°00’ de longitude oeste).

Figura 1- Localização da bacia do Ribeirão da Onça

O Ribeirão da Onça é afluente do Jacaré-Guaçu, que deságua no rio Tiête pela margem direita.

Segundo caracterização de MATTOS, 1984, PRETO FILHO,1985; apud POMPÊO, 1990, foram obtidos os seguintes parâmetros fisiográficos:

- área de drenagem 65,50 Km² - perímetro 42,09 Km - comprimento axial 11,50 Km - extensão do curso d’água principal 16,00 Km - comprimento total de cursos d’água 55,66 Km - altitude máxima 840 m - altitude mínima 640 m - declividade média 7,6m/Km Segundo QUEIROZ, 1991, as características

físicas e hidráulicas do Ribeirão da Onça são próprias de um rio de pequeno porte.

Quanto à forma, a bacia possui coeficiente de compacidade kc = 1,55, que indica que a bacia não é sujeita a enchentes. Quanto ao sistema de drenagem, a bacia apresenta uma densidade de drenagem mediana: Dd = 0,95Km/Km² (POMPÊO, 1990).

A formação geológica predominante na bacia é o arenito Botucatu, que se desenvolve na maior parte do percurso do Ribeirão da Onça, com presença de complexo Botucatu-diabásio próximo ao exutório da bacia. Na maior parte da bacia, a Formação Pirambóia encontra-se a dezenas de metros abaixo da superfície do solo (PRETO FILHO, 1985).

Os solos da bacia são compostos basicamente por arenito desagregado com composição homogênea e quantidade representativa de argila somente próximo ao exutório.

A bacia se encontra em área rural, com presença de grupos pequenos e isolados de povoamento.

O uso da bacia é agrário e pecuário, não havendo vias pavimentadas expressivas e nenhuma área industrial. Quanto às culturas, prevalecem eucalipto, citros, cana-de-açúcar e pastagens.

A bacia hidrográfica possui clima subtropical úmido com chuvas de verão, apresentando variação para tropical úmido com inverno seco. A precipitação média anual é da ordem de 1300-1400 mm e a temperatura média anual de 20,5°C.

3 MATERIAIS UTILIZADOS Nesta seção são discriminados os meios necessários para a realização da navegação com o apoio de receptor de sinal GPS em tempo real. 3.1 O software GPS Trackmaker O software GPS Trackmaker (figura 2), de distribuição gratuita, tem a funcionalidade de trocar dados com pessoas que utilizam GPS, ou seja, necessitam de cálculo de área, transferência de dados em forma de tabelas para o Excel, exportação de dados para o AutoCad e também outros receptores de GPS de navegação.

Este software é indicado como ferramenta auxiliar a navegação.

O software permite a criação de trilhas e armanezamento de Waypoints para facilitar a posterior criação de mapas.

O GPS Trackmaker permite a inserção de imagens em diversos formatos possibilitando sobrepor o caminho percorrido com o GPS. A navegação sobre a imagem é total, podendo o usuário mover ou ampliar a imagem, além de definir os parâmetros de largura, altura e posição.

Figura 2 - Barra de Ferramentas do GPS Trackmaker 3.2 O receptor GPS Garmim Etrex Vista

O receptor GPS Garmim Etrex Vista é um receptor de navegação (handlered) com diversas aplicações, excetuando-se as que requerem um alto nível de precisão.

Baseia-se na solução de posicionamento por meio do código CA utilizado para o cálculo das pseudo-distâncias.

Possui 12 canais paralelos que rastreiam continuamente os satélites disponíveis no horizonte,




computando e atualizando sua posição. Isso facilita o funcionamento em locais com alguma dificuldade de captura de sinal como vegetação ou obstrução geográfica.

Sua bússola digital oferece informação de orientação (azimute) mesmo para um usuário parado. Ela possui precisão de 5 graus e resolução de 1 grau. O altímetro barométrico é sensível às variações de altitude, apesar da baixa precisão.

O eTrex Vista possui capacidade de memória interna de 24 megabytes, que permite ao equipamento aceitar dados de mapa, assim, seu database possui os mapas das Américas, contendo lagos, rios, cidades, divisas, auto-estradas, linhas costeiras.

A capacidade de armazenamento é de 500 waypoints, 2.000 trackpoints mais 10 memórias de trilhas, além de 20 rotas com 50 waypoints cada.

Possui o sistema TrackBack, que permite a criação automática de uma rota em cima de um caminho percorrido.

Atualmente, com a desativação do ruído AS (selective avaiable) a posição medida por este tipo de aparelho varia aproximadamente entre 5 a 15 metros.

Possui diversos Data com vários formatos de posição, incluindo Lat/Lon, UTM entre outras grades.

Figura 3 – Receptor GPS Garmim Etrex Vista 3.3 Integração Receptor x Notebook

Os dados do trajeto foram transferidos para um notebook Pentium M945 com 1 GHz RAM. A partir da saída serial do receptor GPS, os dados foram transportados através de um adaptador Serial/USB que foi conectado a uma porta USB de alta velocidade (2.0) do notebook.

O receptor foi alimentado por duas pilhas AA 2100mAh (autonomia de até 12 horas, no modo usual). Já para o notebook, por este possuir uma bateria de baixa autonomia (2 ½ horas), foi necessária a utilização de uma fonte auxiliar de energia. Para isso, foi usado um inversor de energia DC – AC de 150 Watt conectado à bateria do carro (12 volts) de modo a fornecer 110 V ao computador (figura 4).

Figura 4 – Equipamentos utilizados 4 O reconhecimento realizado

A ida a campo ocorreu no dia nove de março de 2007. Havia boas condições climáticas, o que permitiu uma visualização adequada da área. A saída a campo teve início aproximadamente às 13 horas e 30 minutos, tendo sido finalizada por volta das 17 horas.

Neste trabalho, foi digitalizada uma imagem no formato TIFF (carta do IBGE na escala 1:50.000, no sistema de coordenadas UTM) e inserida no programa. Assim, a posição em tempo real pôde ser visualizada na tela do computador, salvo as divergências presentes na carta devido a sua desatualização.

Figura 5 – Tela de navegação em tempo real

O objetivo foi o reconhecimento detalhado da região, para servir de verdade de campo, a fim de definir amostras a serem utilizadas na classificação de uma imagem de satélite da região quanto ao uso e ocupação do solo. Para tanto, é de grande valia que o trajeto realizado possibilite o acesso a áreas de especial interesse, ou seja, aquelas cujas informações obtidas na imagem do sensor CCD / CBERS 2 são inconclusivas.

Na imagem, foram identificadas áreas de resposta espectral semelhante e áreas de forma geométrica bem definida, correspondentes a áreas de diferentes classes de usos. A malha viária correspondente à bacia do Ribeirão do Onça foi verificada na carta do IBGE.

Ao cruzar as informações contidas na carta e na imagem, foi possível ter idéia de quais seriam os melhores




pontos para coleta de informações. Com isso foi determinado um percurso que compreende esses pontos chave para o esclarecimento das dúvidas surgidas durante a análise da imagem.

Esses (waypoints) foram escolhidos de modo a garantir a eficiência na classificação da imagem por sensoriamento remoto. Geralmente isso acontece nos locais onde são encontradas interfaces de diferentes padrões de ocupação do solo (ex: citros e eucalipto), privilegiando a visualização e localização desses na imagem.

Durante o percurso realizado, para cada parada (waypoints), as paisagens de cada lado do trajeto foram descritas, fotografadas e suas coordenadas UTM registradas. O resultado desse procedimento foi uma tabela com as descrições detalhadas de cada ponto e um plano de informação (layer) em formato vetorial e georreferenciado pelo GPS, contendo os waypoints e o trajeto percorrido.

A seguir alguns exemplos de amostras coletadas: Waypoint 3

Figura 6 – Solo preparado para cultura de Cana, com eucaliptos ao fundo

Figura 7 – Ocupação urbana No Waypoint 3 é identificado usos do solo bastante

diferentes, ideais para uma boa diferenciação do uso do solo na imagem de satélite. No lado direito do waypoint pode-se notar uma faixa de aproximadamente 125m de solo preparado (figura 6), com eucaliptos ao fundo. O lado esquerdo do waypoint 3 mostra uma ocupação do

solo não muito densa, porem facilmente identificável na imagem de satélite (figura 7).

Waypoint 2

Figura 8 – Pastagem (limite entre cerrado e pastagem)

Figura 9 – Pastagem e ocupação urbana ao fundo

O Waypoint 2 também permitiu uma fácil

identificação na imagem de satélite, pois apresenta a interface entre duas grandes áreas, além de ocupação urbana. No lado direito do waypoint nota-se claramente a transição em formato retilíneo de grande dimensão do cerradão para a pastagem (figura 8). A direita observa-se uma grande faixa de pastagem e ao fundo uma área de ocupação urbana (figura 9).

WayPoint 12

Figura 10 – Clareira entre eucaliptos




Figura 11 – Capim alto

Outro ponto de fácil identificação foi o Waypoint 12, pois alem de apresentar uma extensa faixa de capim alto, possuía também uma clareira relativamente extensa entre vastas áreas de eucalipto. Assim é observado no do lado direito (figura 10) uma extensa faixa de capim alto, facilmente identificável na imagem de satélite, com eucaliptos ao fundo. E no lado esquerdo do waypoint uma clareira de aproximadamente 50m entre duas grandes áreas de reflorestamento de eucaliptos (figura 11).

Figura 12 - Imagem do trajeto e waypoints sobre carta do IBGE 5 CONSIDERAÇÕES E RESULTADOS

A partir do levantamento de campo realizado com

navegação em tempo real, foi gerada uma tabela contendo as características de cada ponto levantado, abrangendo a ocupação de cada lado do trajeto (direito e esquerdo) e a localização geográfica. Além da tabela, foi gerado um arquivo contendo uma série de imagens obtidas por câmera fotográfica, associadas aos pontos levantados.

Feito o levantamento, os pontos levantados e o trajeto foram importados do Trackmaker para um sistema de informação geográfico (SPRING 4.3 - INPE) sendo sobrepostos sobre a imagem de satélite a ser classificada (figura 13).

Figura 13 - Imagem CCD /CBERS 2 com trajeto e pontos

Tendo em mãos as informações obtidas pelo

levantamento de campo, foi possível estabelecer a verdade de campo para diversas áreas homogêneas identificáveis na composição de imagem. Com isso, foi possível definir com clareza as amostras da imagem a serem utilizadas no treinamento do software para a classificação supervisionada (figura 14)

Figura 14 – Amostras escolhidas para a classificação supervisionada.




Figura 15 - Imagem classificada

6 CONCLUSÃO

Para o engenheiro do ambiente, é de extrema importância o acesso às informações sobre o meio em que irá atuar. A classificação do uso e ocupação do solo é uma das formas pelas quais esse engenheiro reunirá as informações para variáveis de espacialização necessária à elaboração do planejamento ambiental. Seja na área de recursos hídricos ou gestão ambiental.

Na análise de uma macroregião com auxílio de sensoriamento remoto, as imagens obtidas em satélites devem sempre que possível ser confirmadas com saídas de campo, para evitar que erros grosseiros sejam cometidos, vindos a comprometer a analise e o estudo do local. Geralmente são utilizadas escalas pequenas, onde precisões milimétricas são irrelevantes.

Portanto, a demanda por verdades de campo, criada pela necessidade de um detalhamento da região com coleta de amostras, pode ser suprida de forma eficiente pelo reconhecimento com auxílio de navegação em tempo real marcada por um receptor GPS. Essa eficiência está fundamentada principalmente na praticidade do método, e no alto grau de confiabilidade obtido em seus resultados.

Outro ponto a ser destacado é o fato da navegação em tempo real facilitar o encontro dos waypoints na ida a campo. A geração instantânea do traçado percorrido, visualizado na tela do computador, facilita a auto-localização durante o trajeto.

Disso decorre uma economia de tempo e encurtamento das distâncias percorridas a partir da racionalização do trajeto, que sofre contínua alteração com feedback de informações obtidas em tempo real.

Assim, a navegação em tempo real proporciona um melhor diminuição de custos com coleta de informações em campo, além de diminuir a chance de falta de informações relevantes, o que poderia ocasionar necessidade de uma nova visita à área.

A navegação em tempo real apresenta-se como uma técnica de baixo custo, entretanto vital para apoio a estudos que exijam um prévio planejamento para a espacialização de variáveis ambientais. REFERÊNCIAS BARRETO, C. E. A. G. (2006). Balanço Hídrico em

Zona de Afloramento do Sistema Aqüífero Guarani a partir de Monitoramento Hidrogeológico em Bacia

Representativa. Dissertação de Mestrado. SHS-EESC-USP. São Carlos. MATTOS, A., RIGHETTO, A. M., CONTIN NETO, D. e POMPÊO, C. A. (1984) – Relações Hidrológicas e

Hidrometeorológicas em Bacia Experimental na Região

de Afloramento do Aqüífero Botucatu. Departamento de Hidráulica e Saneamento, EESC-USP. Relatório apresentado à FAPESP. São Carlos. POMPÊO, C. A. (1990). Balanço Hídrico da Zona Não-

Saturada do Solo na Bacia do Ribeirão do Onça (SP). Tese de Doutorado. São Carlos, SHS-EESP-USP. PRETO FILHO, V. O. (1985) – Implantação de uma

Bacia Experimental para Estudos Hidrogeológicos e

Hidrometeorológicos. Departamento de Hidráulica e Saneamento, EESC-USP. Primeiro Relatório Semestral jan-ago., apresentado à FAPESP. 16p., São Carlos QUEIROZ, O. M. (1991). Propagação de Cheias:

aplicação do modelo de onda cinemática ao Ribeirão do

Onça – SP. Dissertação de Mestrado. São Carlos, SHS-EESC-USP. SEGANTINE, P. C. L., GPS: Sistema de Posicionamento Global, São Carlos, EESC USP, 2005, 381 p. Sítios acessados em 17 abril 2007: HTUhttps://buy.garmin.com/shop/shop.do?pID=163&locale=en_USUTH

HTUhttp://www.gpstm.com/index.php?lang=portUTH

USO DA NAVEGAÇÃO EM TEMPO REAL PARA O PLANEJAMENTO...

Documents

Transcript of USO DA NAVEGAÇÃO EM TEMPO REAL PARA O PLANEJAMENTO...