Avaliação da precisão vertical do modelo SRTM ... - mtc-m17:80 - Inpe

mtc.m17.sid.inpe.br
  • No tags were found...

Avaliação da precisão vertical do modelo SRTM ... - mtc-m17:80 - Inpe

Anais 1º Simpósio de Geotecnologias no Pantanal, Campo Grande, Brasil, 11-15 novembro 2006,Embrapa Informática Agropecuária/INPE, p.834-840.Avaliação da precisão vertical do modelo SRTM para a bacia do rio Paraguai, noEstado de Mato Grosso do SulLeandro Tsuneki Higa 1Antonio Conceição Paranhos Filho 1Thais Gisele Torres 2Ayr Trevisanelli Salles 31 Departamento de Hidráulica e Transportes – CCET2 Programa de Pós-Graduação em Tecnologias AmbientaisUniversidade Federal de Mato Grosso do Sul – UFMSCidade Universitária s/n - Caixa Postal 549Campo Grande, MS, Brasilparanhos@nin.ufms.br3 Universidade Católica Dom Bosco - UCDBAv. Tamandaré 6.000 - Jd. Seminário – Laboratório de GeoprocessamentoCampo Grande, MS, Brasilayr_2@ucdb.brResumo: O presente estudo tem como objetivo a avaliação da precisão vertical do modelo digital de elevaçãoShuttle Radar Topography Mission (SRTM), na Bacia do Rio Paraguai, no Estado de Mato Grosso do Sul,avaliando as altitudes no modelo, com base nas alturas ortométricas dos marcos da Rede GPS do Estado ecomparando os resultados obtidos com o Padrão de Exatidão Cartográfica – PEC (BRASIL, 1984 e 2005),proporcionando assim informações a respeito da amplitude de aplicações do modelo. Os resultados mostraramque para a Bacia do Rio Paraguai, os dados SRTM atendem o PEC nas escalas 1:30.000 para a Classe “A”,1:25.000 para a Classe “B” e 1:20.000 para Classe “C”.Palavras-Chave: sensoriamento remoto, bacia do alto Paraguai, SRTM.834


Anais 1º Simpósio de Geotecnologias no Pantanal, Campo Grande, Brasil, 11-15 novembro 2006,Embrapa Informática Agropecuária/INPE, p.834-840.Abstract: The present study has as objective to evaluate de vertical precision of the digital elevation modelShuttle Radar Topography Mission (SRTM), at the Paraguay River Basin, at the Mato Grosso do Sul State(Brazil), evaluating the heights on the model, based on the standard marks orthometrical heights of the GPS netof the State and comparing the results obtained with the Brazilian Cartographic Accuracy Standard - PEC(BRAZIL, 1984 and 2005), providing information about the range of the model application. The results shownthat for the Paraguay River basin, SRTM data complies with the PEC, on the scale 1:30.000 for “A” Class,1:25.000 for “B” Class and 1:20.000 for “C” Class.Key-Words: remote sensing, alto Paraguay basin, SRTM.1. IntroduçãoA elaboração de Modelos Digitais de Elevação (MDE), através do uso de cartastopográficas, pode demandar muito tempo e em alguns casos pode tornar-se impossível pelafalta de material cartográfico/topográfico. A bacia do rio Paraguai, no Estado de Mato Grossodo Sul, inclui-se num destes casos, pois dispõe de informações escassas. Neste cenário osensoriamento remoto pode ser visto como uma poderosa ferramenta na análise da superfícieterrestre, assim como concordam Dent e Young (1981 apud Valeriano, 2004), poispossibilitariam a modelagem do terreno das áreas da bacia, com precisão adequada, de acordocom o uso dado.Um produto da aplicação do sensoriamento remoto é o da missão Shuttle RadarTopography Mission (SRTM), que como produto obteve um modelo digital de elevação quecobre 80% da superfície terrestre, possui acurácia vertical nominal de 16 metros e resoluçãoespacial para os EUA de 30 metros e para o resto do mundo de 90 metros (USGS, 2003).O SRTM utilizou a interferometria de radar de abertura sintética, na qual doisimageadores de radar adquirem imagens com diferenças sutis de localização. A diferençaentre essas imagens possibilita o cálculo da elevação. Para haver duas imagens comdiferenças pequenas, um mastro de 60 metros com um radar em sua extremidade foi acopladoao ônibus espacial e as imagens foram obtidas simultaneamente. USGS (2003).Assim a missão SRTM torna-se uma das mais preciosas informações topográficasdisponíveis para o território nacional e por conseqüência para a área da Bacia do Pantanal.Entretanto é importante lembrar que o modelo ainda possui falhas, apesar da NationalImagery and Mapping Agency (NIMA-EUA) ter aplicado operações de pós-tratamento, queincluem remoção de picos e sumidouros, ou seja, pixels com valores de altitude muitoexagerados, e sem preenchimento com valores altimétricos negativos, respectivamente.Valeriano (2004).Surge então a necessidade de se avaliar a precisão do modelo na bacia do Paraguai, deacordo com o Padrão de Exatidão Cartográfica – PEC, Decreto n° 89.817, de junho de 1984Brasil (1984) e Decreto n° 5.334 de janeiro de 2005 (Brasil, 2005), que determinam a precisãoaltimétrica com base na escala e classificam as cartas, de acordo com precisão, em classes A,B ou C, o que motivou a realização deste trabalho.2. ObjetivoO presente estudo procura avaliar a precisão vertical do modelo SRTM, utilizando para isto,os trinta e oito marcos Oficiais da rede GPS do Estado de Mato Grosso do Sul, localizados naBacia do rio Paraguai, avaliando sua precisão, com base no Padrão de Exatidão Cartográfica –PEC, Decreto n° 89.817, de junho de 1984 - Brasil (1984)- e Decreto n° 5.334 de janeiro de2005, -Brasil (2005)-, para altimetria, proporcionando assim informações a respeito daaplicabilidade e confiabilidade do modelo, uma vez que será conhecida a amplitude de835


Anais 1º Simpósio de Geotecnologias no Pantanal, Campo Grande, Brasil, 11-15 novembro 2006,Embrapa Informática Agropecuária/INPE, p.834-840.precisão. Considerando ainda a importância dos MDE’s para a região do Pantanal devido àescassez de informações sobre a altimetria da região.3. Materiais e MétodosA metodologia adotada foi desenvolvida nos seguintes passos:• Obtenção dos dados da rede geodésica, localizados na Bacia do Rio Paraguai no Estado deMato Grosso do Sul, segundo o divisor de águas do IBGE, compostos pelas coordenadasdos pontos e valores de altitude do terreno, corrigidos no MAPGEO - IBGE (2004) emSAD69, disponíveis na seção de dados geodésicos no sítio do IBGE:http://mapas.ibge.gov.br/website/geodesia2/viewer.htm, sendo os pontos obtidos: 93533(MS02), 93534 (MS03), 93535 (MS04), 93536 (MS05), 93537 (MS06), 93538 (MS07),93539 (MS08), 93540 (MS09), 93541 (MS10), 93542 (MS11), 93543 (MS12), 93544(MS13), 93545 (MS14), 93546 (MS15), 93560 (MS29), 93561 (MS30), 93573 (MS42),93592 (MS61), 93593 (MS62), 93594 (MS63), 93595 (MS64), 93596 (MS65), 93597(MS66), 93598 (MS67), 93599 (MS68), 93600 (MS69), 93601 (MS70), 93602 (MS71),93603 (MS72), 93604 (MS73), 93605 (MS74), 93606 (MS75), 93607 (MS76), 93608(MS77), 93609 (MS78), 93610 (MS79), 93611 (MS80), 93612 (MS81), conforme Figura1.Figura 1 - Marcos da Rede GPS do Estado de MS, na Bacia do Rio Paraguai (Divisor de ÁguasIBGE)836


Anais 1º Simpósio de Geotecnologias no Pantanal, Campo Grande, Brasil, 11-15 novembro 2006,Embrapa Informática Agropecuária/INPE, p.834-840.Deve-se ressaltar que uma das dificuldades encontradas na realização do trabalho foi aescolha da base de dados dos marcos, uma vez que a rede geodésica oficial do Estado de MatoGrosso do Sul, oficializada pelo Decreto-Lei número 11.504, de dezembro de 2003 - MS,(2003) e a base de dados do IBGE, para os mesmos marcos, apresentavam discrepâncias.Portanto optou-se pela utilização da base de dados do IBGE.• Obtenção dos dados SRTM, disponíveis em: ftp://e0srp01u.ecs.nasa.gov.• Tratamento dos dados SRTM: O tratamento dos dados SRTM compreende sua reprojeção,uma vez que o datum dos dados SRTM obtidos é o WGS84, para o datum SAD69, noqual estão os marcos do IBGE. E o tratamento para a fração onde se encontrava um pontovazio, utilizando-se um procedimento de interpolação, em ambiente PCI Geomatica 9.1(PCI, 2003).• Obtenção das alturas ortométricas de cada um dos 38 marcos localizados na Bacia do RioParaguai.• Com base das alturas dos marcos, avaliação da precisão vertical do modelo SRTM,através do cálculo da diferença entre altitude do marco e a obtida na coordenadacorrespondente no modelo digital de elevação SRTM.• Análise dos Resultados, que engloba: Cálculo da média, do desvio padrão, do máximo edo mínimo, com base nas diferenças entre as alturas dos marcos e SRTM, e avaliação dosresultados com base no Padrão de Exatidão Cartográfico – PEC, Decreto n° 89.817, dejunho de 1984 - Brasil (1984) e Decreto n° 5.334, de janeiro de 2005. Brasil (2005).• Conclusões.4. Resultados e DiscussãoA comparação dos dados da rede GPS do Estado de Mato Grosso do Sul, a partir dos marcosque se encontram bacia do Rio Paraguai com os dados SRTM, apresentou resultados muitocoerentes, não apresentando valores muito diferentes dos marcos, considerada a precisão domodelo, Figuras 2 e 3 . Sendo que apenas um ponto apresentou diferença altimétrica superiora esperada, que corresponde a dezesseis metros e outro se encontrava sobre um sumidouro,um pixel vazio, com valor de altitude negativo.Diferenças Absolutas entre as alturas ortométricas dos marcos e o MDE SRTMDiferença Absoluta (m)28.0027.0026.0025.0024.0023.0022.0021.0020.0019.0018.0017.0016.0015.0014.0013.0012.0011.0010.009.008.007.006.005.004.003.002.001.000.00MS02MS03MS04MS05MS06MS07MS08MS09MS10MS11MS12MS13MS14MS15MS29MS30MS42MS61MS62MarcosFigura 2 . Diferenças entre alturas marcos e alturas do MDE SRTM.837


Anais 1º Simpósio de Geotecnologias no Pantanal, Campo Grande, Brasil, 11-15 novembro 2006,Embrapa Informática Agropecuária/INPE, p.834-840.Diferenças Absolutas entre as alturas ortométricas dos marcos e o MDE SRTM28.0027.0026.0025.0024.0023.0022.0021.0020.0019.00Dif 18.00er 17.00en 16.00ça 15.00Ab 14.00sol 13.00ut 12.00a 11.0010.009.008.007.006.005.004.003.002.001.000.00MS02MS03MS04MS05MS06MS07MS08MS09MS10MS11MarcosMS12MS13MS14MS15MS29MS30MS42MS61MS62Figura 3. Diferenças entre alturas marcos e alturas do MDE SRTM (Continuação).O ponto que apresentou diferença altimétrica superior a esperada foi o ponto 93604(MS73), localizado no Município de Corumbá, mais precisamente, de acordo com o relatóriodo marco: “Destacamento do exército 3. Companhia de fronteira no forte Coimbra. Situado amargem direita do rio Paraguai, na encosta do morro, a cinco metros do lado esquerdo, nofinal da muralha de proteção do forte, no Município de Corumbá – MS”, Figura 4, a presençade feições tão diferentes altimétricamente, o rio e a encosta do morro, podem ter influenciadono aumento do erro, o deslocando para fora da amplitude esperada. Considerando aindaValeriano (2004): “Outra importante consideração no uso do modelo SRTM é o fato de que oscorpos d’água serão geralmente mal definidos, assim como as linhas de costa”.Figura 4. Morro onde se encontra o ponto 93604 (MS73) na carta “Mapa Geológico”, 1:1.000.000(RADAMBRASIL, 1982) (à esquerda) e o modelo SRTM (à direita). O círculo indica aposição do marco da rede GPS do Estado de MS.838


Anais 1º Simpósio de Geotecnologias no Pantanal, Campo Grande, Brasil, 11-15 novembro 2006,Embrapa Informática Agropecuária/INPE, p.834-840.No ponto que em que havia um sumidouro, 93605 (MS74), foi necessária interpolação departe do modelo para avaliação do valor do ponto, conforme ilustrado na Figura 5. Ainterpolação foi realizada pelo pacote Geomatica 9.1 (PCI, 2003).Figura 5. Recorte da imagem sem preenchimento (à esquerda) e interpolada (à direita). O círculoindica a posição do marco da rede GPS do Estado de MS.De modo geral, guardadas as considerações, os dados apresentaram diferenças, emrelação a altura ortométrica do marco e do modelo SRTM, muito sutis ou dentro do esperado,não ultrapassando, em média 2,75 metros, com desvio padrão de 4,53 metros. Sendo asdiferenças extremas dos pontos: 93543 (MS12) e 93604 (MS73) com 0,03 e 27,52 metros,respectivamente.O Padrão de Cartográfica (Brasil, 1984 e 2005) estabelece que 90 % dos pontos isoladosde altitude não devem apresentar erro superior ao PEC, determinado com base na escala dacarta e as eqüidistâncias entre as curvas de nível. Para as cartas de Classe “A”, conformeTabela 1:Tabela 1.Padrão de Exatidão Cartográfica – PEC (Brasil, 1984 e2005) para altimetriaClasse AESCALA EQÜIDISTÂNCIA (m) PEC (Eq.) PEC (m)1: 25.000 10 ½ 5.001: 30.000 12 ½ 6.001: 50.000 20 ½ 10.001: 100.000 50 ½ 25.001: 250.000 100 ½ 50.001: 1.000.000 100 ½ 50.00Os pontos do modelo SRTM para a Bacia do Rio Paraguai no Estado de Mato Grosso doSul, apresentaram os resultados apresentados na Tabela 2, de acordo com o PEC:Tabela 2.Enquadramento no PEC para cartas Classe "A".Classe AESCALA PEC (m) % Pontos < PEC % Pontos > PEC1: 25.000 5.00 89.47% 10.53%1: 30.000 6.00 92.11% 7.89%1: 50.000 10.00 97.37% 2.63%1: 100.000 25.00 97.37% 2.63%1: 250.000 50.00 100.00% 0.00%1: 1.000.000 50.00 100.00% 0.00%839


Anais 1º Simpósio de Geotecnologias no Pantanal, Campo Grande, Brasil, 11-15 novembro 2006,Embrapa Informática Agropecuária/INPE, p.834-840.A partir destas informações foi possível verificar que o modelo pode ser empregado paracartas classe “A”, a partir de 1:30.000, com nível de confiança de 95 %, conforme análiseestatística realizada. Sendo importante ressaltar que por menos de 1%, o modelo não pôdeatender ao PEC para cartas de escala 1:25.000 na mesma classe, e que para a classe “B”, talescala passa a ser atendida, com percentual de pontos menores que o PEC igual a 92.11%. Foipossível observar também que para a classe “C”, o MDE atende cartas na escala 1:20.000,com 92.11% dos pontos abaixo do PEC.O emprego do modelo para classe “A” na escala 1:30.000, oferece um nível de confiançade 95%É importante, entretanto, considerar que os marcos da Rede GPS do Estado de MatoGrosso do Sul, localizados na Bacia do Rio Paraguai, estão em áreas antropizadas(desmatadas) como: áreas urbanas, pastagens e sedes de fazendas e pistas de pouso, entreoutras localizações. Em decorrência destas restrições não foi possível verificar a influência davegetação no modelo, já que os imageadores não possuíam poder de penetração na vegetação,adquirindo informações apenas sobre a superfície de modo geral (Valeriano, 2004).5.ConclusãoApesar das restrições já mencionadas, o modelo digital de elevação SRTM pode fornecerexcelentes dados altimétricos a respeito da bacia do Rio Paraguai, visto a escassez deinformações sobre o terreno da Bacia, e sobretudo pela qualidade do produto disponibilizadopela NASA, que ainda deve ser testado, para resoluções espaciais maiores que 90 metros, oque possibilitará sua maior aplicabilidade e conseqüente uso. Visto que segundo o PEC -Brasil (1984 e 2005) -, os dados podem ser utilizados na forma em que se encontramdisponíveis, certamente, para escalas a partir de 1:30.000, atendendo a Classe “A”.Para a bacia do Rio Paraguai, mais especificamente no Pantanal sul-mato-grossense, noscasos em que não haja elevado rigor, e nem material topográfico necessário, torna-se possívela utilização do modelo SRTM, até mesmo na escala 1:25.000, guardadas as considerações.6.ReferênciasBrasil. Decreto nº 5.334 de 6 de janeiro de 2005.Disponível em: https://www.planalto.gov.br/ccivil_03/_Ato2004-2006/2005/Decreto/D5334.htm. Último acessoem 30 de agosto de 2006.Brasil. Decreto nº 89.817 de 20 de junho de 1984.Disponível em https://www.planalto.gov.br/ccivil_03/decreto/1980-1989/D89817.htm#art21. Ultimo acesso em30 de agosto de 2006.Estado de Mato Grosso do Sul. Decreto-Lei número 11.504, de dezembro de 2003. Disponível em:http://aacpdappls.net.ms.gov.br/appls/legislacao/secoge/govato.nsf/1b758e65922af3e904256b220050342a/f48651b2310a24ef04256dfa0047a930?OpenDocument&Highlight=2,11.504. Ultimo acesso em 03 de julho de 2006.Instituto Brasileiro de Geografia e Estatística - IBGE (2004). Relatórios de Estações Geodésicas.http://mapas.ibge.gov.br/website/geodesia2/viewer.htm. Último acesso em 10 de julho de 2006.National Aeronautics and Space Administration - NASA (2003). SRTM DATA. ftp://e0srp01u.ecs.nasa.gov/.Ultimo acesso em 05 de junho de 2006.PCI Geomatics. Geomatica Versão 9.1 for Windows. Ontário, Canadá. 16 de dezembro de 2003. 1 CD-ROM.United States Geological Survey – USGS. Shuttle Radar Topography Mission – Mission Summary. 2003.http://srtm.usgs.gov/Mission/missionsummary.html. Último acesso em 29 de março de 2006.Valeriano, M. de M. Modelo Digital de Elevação com dados SRTM disponíveis para América do Sul. SãoJosé dos Campos, 2004. Ministério da Ciência e Tecnologia – Instituto Nacional de Pesquisas Espaciais.Disponível em: iris.sid.inpe.br:1912/col/sid.inpe.br/ sergio/2004/06.30.10.57/doc/publicacao.pdf840

More magazines by this user
Similar magazines