avaliação da correlação entre modelo digital de elevação aster e ...

ufpe.br

avaliação da correlação entre modelo digital de elevação aster e ...

III Simpósio Brasileiro de Ciências Geodésicas e Tecnologias da Geoinformação Recife - PE, 27-30 de Julho de 2010

p. 000-000

AVALIAÇÃO DA CORRELAÇÃO ENTRE MODELO DIGITAL DE

ELEVAÇÃO ASTER E CARTA TOPOGRÁFICA PARA A REGIÃO DE

MARABÁ – ESTADO DO PARÁ

O. Marques, Fuckner, M.

ORLENO MARQUES DA SILVA JUNIOR

MARCUS ANDRÉ FUCKNER

Sistema de Proteção da Amazônia

Centro Regional de Belém – CR/BE

Av. Júlio César 7060 – Val de Cans

{orleno.silva, marcus.fuckner@sipam.gov.br

ABSTRACT -

The topography is a physical component of remarkable importance for the study the urban environment.

Among applications of variables derived from topography and slope, determining areas for human

settlements, areas of risk, etc. The letters from the Department of the Army Geographic Service (DSG) at

1:100,000 scale have long been the most data used to working with survey data, with the advent of

satellites as in the case of the ASTER is possible to generate digital elevation models (DEM). This study

examined the correlation between the DEM ASTER data with the letters of the DDG. The DEM was

made with a resolution of 30 meters. Aiming to compare the ASTER DEM with other sources of

topographic data used to DSG topographic map of 1:100,000, 1984 corresponding to the study area

Marabá Sheet (MI 873). The letter was scanned and then, and co-registered with the DEM. For the

statistical analysis used the Pearson correlation. The DEM showed high correlation with the topographic

official (0.8958), due to its finer scale DEM ASTER is best suited for jobs that require greater detail.

1 INTRODUÇÃO

A topografia é um componente físico de notável

relevância para o estudo do ambiente urbano. Dentre as

aplicações de variáveis derivadas de dados topográficos

como declividade, orientação das vertentes, etc., nos

estudos urbanos, podem ser citadas a determinação de

áreas propícias aos assentamentos humanos, áreas de risco

de movimentos de massa, mapeamento da declividade, de

potencial erosivo e estudo de processos geomorfológicos

de natureza endógena e exógena. No campo da pesquisa

ambiental urbana, a topografia é importante para a

caracterização do clima urbano e para o estudo de padrões

de uso e ocupação do solo, associados as vantagens

locacionais e facilidade de deslocamento.

O sensoriamento remoto é indispensável aos

estudos envolvendo topografia, desde o trabalho de

restituição fotogramétrica com vistas ao mapeamento

altimétrico em diferentes escalas, apoiado nos princípios

da estereoscopia, até a obtenção de modelos digitais de

elevação. O MDE é uma representação digital de uma

seção da superfície, dada por uma matriz de pixels com

coordenadas planimétricas (x,y) e um valor de intensidade

do pixel, correspondente à elevação.

A bordo do satélite Terra, lançado em

dezembro de 1999 como parte do Earth Observing

System (EOS) da NASA, o ASTER (Advanced

Spaceborne Thermal Emission Reflection Radiometer) é

constituído por três sub-sistemas de imageamento

independentes, os quais coletam dados em várias

porções do espectro eletromagnético: a região do

espectro visível (VIS) a infravermelho próximo (IVP) e

coberta com 3 bandas espectrais, na resolução espacial de

15 m; a região do espectro infravermelho de ondas

curtas com 6 bandas, na resolução de 30 m; e a

região do espectro infravermelho termal (IVT) com

5 bandas, na resolução de 90 m..

Entre os trabalhos experimentais já publicados que

empregaram dados ASTER para a obtenção de modelos digitais de


III Simpósio Brasileiro de Ciências Geodésicas e Tecnologias da Geoinformação Recife - PE, 27-30 de Julho de 2010

p. 000-000

elevação, pode ser citado o de Parma (2007), que teve como objetivo

analisar a aplicabilidade do modelo para Cartografia, o de Godoy e

Diáz (2007), para o estudo da Geomorfologia, o de Melgaço et al.

(2005), que comparou modelos extraídos a partir de dados ASTER e

SRTM, e o de Oliveira (2005). Este último autor comparou a

adequação dos MDEs gerados a partir de imagens ASTER,

RADARSAT-1 e SRTM aos padrões de exatidão cartográfica

estabelecidos pela legislação nacional. Seus resultados apontaram para

a adequação dos MDEs ASTER à exatidão recomendada para a

escala 1:100.000. Como o objetivo deste trabalho foi gerar e avaliar a

altimetria de modelos digitais de elevação extraídos de imagens

ASTER em áreas da cidade de Marabá para verificar as possíveis

aplicações de MDE para estudos hidrológicos, sobretudo ligados

questão de ameaça a enchente que a cidade anualmente enfrenta.

2 MATERIAL E MÉTODOS

O MDE foi confeccionado, a partir da cena do dia

27 de junho de 2004, usando o software ASTER DTM e

tem resolução de 30 metros (Figura1). Buscando-se

comparar o MDE ASTER com outras fontes de dados

topográficos utilizou-se a carta topográfica da DSG na

escala 1:100.000 de 1984 correspondente a Folha Marabá

(M.I 873) (Figura 2). Após digitalização, a carta foi

gerreferenciada e co-registradas com o MDE. Para o

georreferenciamento foram utilizados cerca de 50 pontos,

e o RMSE foi inferior a 3 m (Figura 3).

Para a visualização dos mapas hipsométricos

finais aplicou-se uma filtragem passa-baixa no MDE,

utilizando uma janela de 9x9 pixels. Em seguida foram

elaborados, no software ArcGis 9.2 mapas hipsométricos,

classificando os MDEs por faixas de altitude (Figuras 5).

Figura 1- Modelo de elevação com detalhe para a área de

estudo

O. Marques, Fuckner, M.

Figura 2 - Carta topográfica da área de estudo. No

detalhe, exemplo de ponto cotado.

Figura 3 - Carta DSG e MDE ASTER com os pontos

cotados amostrados.

Para a análise da relação estatística entre as

variáveis foi utilizado o coeficiente de correlação linear

de Pearson (r) (Neter et al., 1996), visando ajustar os

valores de altitude obtidos pelos MDEs a uma referência

conhecida. A análise de correlação proporciona um meio

de se verificar o grau de associação entre duas ou mais

variáveis. O coeficiente de correlação de Pearson calcula-

se segundo as fórmulas (1) (2) e (3). Para o cálculo das

estatísticas foi usado o software BioStat 4.0.

onde x1 , x2 , ..., xn e y1 , y2 , ..., yn são os valores medidos

de ambas as variáveis. Para além disso são as médias

aritméticas de ambas as variáveis.

(1)


III Simpósio Brasileiro de Ciências Geodésicas e Tecnologias da Geoinformação Recife - PE, 27-30 de Julho de 2010

p. 000-000

e

O. Marques, Fuckner, M.

(2)

(3)

A correlação linear de Pearson é um teste de largo

emprego onde os valores das variáveis X e Y são

mensurados a nível intervalar ou de razões. O coeficiente

de Pearson –r- pode variar de -1 a +1, e quanto mais

próximo desses valores, mais forte a associação das

variáveis em exame. O valor zero desse coeficiente indica

ausência de correlação. O valor r= 1 significa uma

correlação perfeita positiva entre as duas variáveis.

3 RESULTADOS E DISCUSSÃO

Segundo Abrams (1999) os MDEs relativos

(elaborados sem pontos de controle) do ASTER podem

ser gerados com valores de RMSE de até 10 m.

No trabalho desenvolvido por Fuckner (2007), a

análise dos resultados em faixas de altitude mostrou que

para o Rio de Janeiro e para São Paulo parece ser grande a

diferença entre os MDEs e os registros das cartas

topográficas, tendo sido detectado uma subestimação da

ordem de 20 metros nos dois casos.

A correção entre o MDE e a carta foi de 0,8958

(Figura 4), valor considerado alto, esse resultado difere do

trabalho de Fuckner (2007) onde o índice de correlação

obtido entre o MDE e a Carta foi de 0,9841 para São

Paulo, 0,9780 para a imagem de 2003 do Rio de Janeiro e

0,9781 para a imagem de 2004, importante ressaltar que

essas duas regiões são de topografia distintas as

apresentadas por Marabá.

Figura 4 - Diagrama de dispersão

O mapa hipsométrico gerado a partir do MDE

ASTER mostra que o território onde está localizada a

cidade de Marabá tem topografia próxima a cota do rio

Tocantins (em verde claro), as áreas com as cores mais

escuras (tons de marrons) são as áreas de maior altitude,

são áreas próximas a duas grandes rodovias a BR-230

(Transamazônica) e BR-2222 (Figura 5).

Figura 5- Mapa hipsométrico da área de estudo

4 CONCLUSÃO

Para a região amazônica, dados topográficos de

alta precisão só são disponíveis a partir de trabalho de

campo, os dados públicos existentes são provenientes do

projeto RADAM da década de 70, limitados a escala

1:250.000 e 1: 100.000, com eqüidistância de 50 metros

entre as curvas de níveis, e mais recentemente a partir do

ano 2002 provenientes da missão SRTM com 90 metros

de resolução espacial, limitados a escala 1:100.000. Com

o advento de sensores a bordo de satélite de maior

resolução espacial como o ASTER, que no modo AVNIR


III Simpósio Brasileiro de Ciências Geodésicas e Tecnologias da Geoinformação Recife - PE, 27-30 de Julho de 2010

p. 000-000

alcança até 15 metros de resolução, houve um OLIVEIRA, C. Avaliação de modelos digitais de

enriquecimento em trabalhos que sejam necessários

elevação gerados a partir de sensores remotos orbitais

óptico (ASTER) e radar (RADARSAT-1, SRTM).

maiores detalhamento, por exemplo, na análise de áreas 2005. 184p. Dissertação (Mestrado em Sensoriamento

urbanas.

É importante citar que a interferometria pode levar

Remoto) – Instituto Nacional de Pesquisas Espaciais

(INPE), São José dos Campos, 2005.

a melhores resultados do que a estereoscopia. Por outro

PARMA, G. Processamento de imagem ASTER para

obtenção do MDE e da imagem ortorretificada do

lado, a vantagem dos dados ASTER em relação a dados município de Palhoça, SC, Brasil. In: SIMPÓSIO

como os das cartas do DSG e outros dados espaciais como

BRASILEIRO DE SENSORIAMENTO REMOTO, 13,

2007, Florianópolis. Anais... São José dos Campos: INPE,

o SRTM está na maior resolução espacial. Os resultados 2007. p. 6019-6026.

ainda são preliminares e novos testes deverão ser

efetuados, inclusive no intuito de efetuar uma avaliação

planimétrica do MDE. Além disso, poderão ser extraídos

MDEs para a mesma área de estudo efetuando o

processamento de imagens de outros sensores, respeitadas

na avaliação as diferenças em função da resolução

espacial.

As informações do mapa hipsométrico podem ser

utilizadas para direcionar as políticas de ordenamento

territorial da cidade e minimizar a ocupação de áreas de

baixa altitude o que potencializa o efeito das enchentes.

5 REFERÊNCIAS

DIRETORIA DE SERVIÇO GEOGRÁFICO DO

EXÉRCITO (DSG). Vila Militar. 1. ed. Rio de Janeiro:

DSG, 1963, Folha MI (873). Escala 1: 100.000.

FUCKNER, M.; FLORENZANO, T. e MORAES, B.

Avaliação altimétrica de modelos digitais de elevação

extraídos de imagens ASTER em áreas com

configuração topográfica distinta. XIV Simpósio

Brasileiro de Sensoriamento Remoto, Natal, 2009.

GODOY, S.; DIAZ, E. Aplicación del modelo digital de

elevaciones de ASTER en geomorfología. In:

SIMPÓSIO BRASILEIRO DE SENSORIAMENTO

REMOTO, 13, 2007, Florianópolis. Anais... São José dos

Campos: INPE, 2007. p. 2405-2412.

MELGAÇO, L.; SOUZA FILHO, C.; Steinmeyer, M.

Comparação entre modelos digitais de elevação

gerados por sensores ópticos e por radar. In:

SIMPÓSIO BRASILEIRO DE SENSORIAMENTO

REMOTO, 12, 2005, Goiânia. Anais... São José dos

Campos: INPE, 2005. p. 1215-1220.

NETER, J.; KUTNER, M.; NACHTSSHEIM, C.;

WASSERMAN, W. Applied linear statistical models.

4th ed. Boston:WCB/McGraw-Hill, 1996. 791 p.

O. Marques, Fuckner, M.

More magazines by this user
Similar magazines