66ª Reunião Anual da SBPC

Resumo aceito para apresentação na 66ª Reunião Anual da SBPC pela(o): SBGeo - Sociedade Brasileira de Geologia

A. Ciências Exatas e da Terra - 6. Geociências - 1. Geociências

MODELAGEM 3D DO TERRENO USANDO PAR ESTEREOSCÓPICO DE IMAGENS DE ALTA RESOLUÇÃO ESPACIAL SENSORIADAS EM NÍVEL ORBITAL – ESTUDO DE CASO: REGIÃO METROPOLITANA DO RIO DE JANEIRO

Marcel Emanuelli Rotunno - Estudante do curso de Engenharia Cartográfica - UERJ Guilherme Lucio Abelha Mota - Prof. Dr. / Orientador – Instituto de Matemática e Estatística - UERJ Jorge Luís Nunes e Silva Brito - Prof. Ph.D. / Orientador – Departamento de Engenharia Cartográfica - UERJ

INTRODUÇÃO:

O reconhecimento de que é necessário integrar estudos ambientais, medições in situ e imagens de satélite de alta resolução é crescente. Uma vez que a compreensão da dinâmica de muitos fenômenos físicos demanda o suporte de modelos digitais de superfície e do mapeamento de variáveis geofísicas e suas inter-relações com o espaço geográfico, o presente trabalho objetiva avaliar a precisão do mapeamento topográfico obtido com o uso de um par estereoscópico de imagens pancromáticas de alta resolução sensoriadas em nível orbital que abrange parte da região metropolitana do Rio de Janeiro (RMRJ). A motivação para a pesquisa é a redução do custo de mapeamento em relação aos aerolevantamentos. Neste contexto, uma das principais diferenças entre a fotogrametria aérea e orbital é o desconhecimento do modelo físico do sensor por parte do usuário de imagens orbitais. Assim, é empregado um modelo de funções racionais (MFR), cujos coeficientes são fornecidos junto às imagens. Contudo o MFR fornecido pode conter imprecisões que demandem um ajustamento posterior com base em pontos de controle, cujas coordenadas geodésicas foram determinadas em campo. Este trabalho compara as precisões dos resultados obtidos com base no MFR usando os coeficientes originais e ajustados.

OBJETIVO DO TRABALHO:

O presente trabalho avalia o emprego do modelo de funções racionais para o cálculo das coordenadas planimétricas e altimétricas do terreno em um par estereoscópico de imagens de alta resolução espacial da região metropolitana do Rio de Janeiro sensoriadas pelo satélite WorldView-2.

MÉTODOS:

O estudo abrange o cálculo da interseção espacial aplicado a um par estereoscópico de imagens, via modelo de funções racionais (MFR). A partir dos coeficientes polinomiais racionais (CPRs) fornecidos pelo provedor de imagens, que permitem identificar as coordenadas geodésicas dos pontos homólogos contidos no par de imagens, aplica-se o método para o refinamento dos CPRs com o suporte de coordenadas geodésicas de pontos de controle de campo. Esse refinamento decorre da aplicação de um referencial matemático-estatístico de minimização do erro com base em uma transformação afim obtida pelo método dos mínimos quadrados. Adicionalmente, definem-se, para esses pontos de controle, as coordenadas linha e coluna em cada imagem do par estereoscópico através de medição manual realizada por meio computacional. As funções racionais permitem, além do procedimento da interseção espacial, calcular as coordenadas-imagem de pontos homólogos a partir de coordenadas geodésicas de um ponto no terreno. Propõe-se, então, a divisão do experimento em duas partes: (i) experimento 1 – cálculo dos erros no espaço-imagem; (ii) experimento 2 - cálculo dos erros no espaço-objeto, ou seja, no terreno.

RESULTADOS E DISCUSSÃO:

Os resultados são provenientes de imagens pancromáticas do sensor WorldView-2, que cobrem parte da RMRJ, com o apoio de um conjunto de 18 pontos de controle de campo com coordenadas geodésicas definidas por equipamento GNSS (Global Navigation Satellite System). Os experimentos computacionais que geram os resultados foram concebidos com base em sorteios aleatórios de subconjuntos dos 18 pontos de controle, com mínimo de 4 pontos e máximo de 18 pontos, de forma a avaliar diferenças entre as coordenadas obtidas pelo MFR e as coordenadas definidas manualmente (experimento 1 – espaço-imagem), bem como diferenças entre as coordenadas geradas pelo MFR e aquelas medidas no campo (experimento 2 - espaço-objeto). Os resultados evidenciaram o êxito do algoritmo de minimização de erros sistemáticos, com a melhora na identificação das coordenadas plani-altimétricas de terreno. Notou-se que 4 pontos de campo são suficientes para refinar o modelo e obter erros planialtimétricos menores. Também foi observado que, quanto mais pontos de controle de campo são utilizados para o refinamento, melhor tende a ser a precisão do modelo. Os erros planimétricos, calculados utilizando 4 pontos para o refinamento, ficam entre 2,5 e 3 metros, enquanto esses erros, calculados quando 10 pontos foram utilizados para o refinamento, situam-se abaixo de 1 metro. De forma semelhante, os erros altimétricos, calculados utilizando 4 pontos para o refinamento, situam-se entre 6 e 8 metros, enquanto esses erros, calculados quando 10 pontos foram utilizados para o refinamento, situam-se em torno de 2 metros.

CONCLUSÕES:

O trabalho demonstrou a possibilidade de calcular a interseção espacial pelo MFR para um par estereoscópico de imagens WorldView-2. Quanto à precisão adquirida por meio do MFR, verificou-se que o refinamento do modelo, através do recálculo dos CPRs, utilizando pontos de controle de campo, melhorou sua precisão; um mínimo de 4 pontos de campo foi necessário para introduzir uma melhora nas acurácias planimétrica e altimétrica para os experimentos realizados. Nesse trabalho, um número de 10 pontos de controle de campo utilizados para o refinamento do modelo possibilitou que os erros planimétricos ficassem, em média, menor que 1 metro, e os altimétricos ficassem, em média, aproximadamente igual a 2 metros. Por fim, sugere-se pesquisar aplicações diversas do modelo de funções racionais (MFR), como o georreferenciamento, a ortorretificação de imagens e a extração do modelo digital de superfície.

Palavras-chave: Modelo de Funções Racionais (MFR), Coeficientes de Polinômios Racionais (CPRs), Imagens de satélite de alta resolução WorldView-2.