UNIVERSIDADE DO ESTADO DO RIO DE JANEIRO CENTRO DE TECNOLOGIA E CIÊNCIAS FACULDADE DE ENGENHARIA DEPARTAMENTO DE ENGENHARIA CARTOGRÁFICA

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1 UNIVERSIDADE DO ESTADO DO RIO DE JANEIRO CENTRO DE TECNOLOGIA E CIÊNCIAS FACULDADE DE ENGENHARIA DEPARTAMENTO DE ENGENHARIA CARTOGRÁFICA PROJETO DE GRADUAÇÃO MAPEAMENTO DIGITAL DE ZONA URBANA EM TERESÓPOLIS (RJ), ADJACENTE AO PARQUE NACIONAL DA SERRA DOS ÓRGÃOS (PARNASO), A PARTIR DE IMAGENS IKONOS II Autor: MARCUS FELIPE MOURÃO PEREIRA Orientador: Prof. Dr. Gilberto Pessanha Ribeiro Julho 2008

2 MAPEAMENTO DIGITAL DE ZONA URBANA EM TERESÓPOLIS (RJ), ADJACENTE AO PARQUE NACIONAL DA SERRA DOS ÓRGÃOS (PARNASO), A PARTIR DE IMAGENS IKONOS II Marcus Felipe Mourão Pereira Monografia submetida ao corpo docente da Faculdade de Engenharia da Universidade do Estado do Rio de Janeiro UERJ, como parte dos requisitos necessários à obtenção do diploma de Engenheiro Cartógrafo. Orientador: Prof. Dr. Gilberto Pessanha Ribeiro Curso de Graduação em Engenharia Cartográfica Rio de Janeiro. RJ Julho I

3 PEREIRA, MARCUS FELIPE MOURÃO Mapeamento digital de zona urbana em Teresópolis (RJ), adjacente ao Parque Nacional da Serra dos Órgãos (PARNASO), a partir de imagens IKONOS II XIII, 69 p. 29,7 cm (FEN/UERJ, Curso de Engenharia Cartográfica) Monografia Universidade do Estado do Rio de Janeiro UERJ 1. Mapeamento Digital I. FEN/UERJ II. Título II

4 FOLHA DE JULGAMENTO Título: Mapeamento digital de zona urbana em Teresópolis (RJ), adjacente ao Parque Nacional da Serra dos Órgãos (PARNASO), a partir de imagens IKONOS II. Candidato: Marcus Felipe Mourão Pereira Curso: Engenharia Cartográfica Data da defesa: 16 de Julho de 2008 Aprovado por: Orientador: Gilberto Pessanha Ribeiro, Prof. Dr.,UERJ Mauro Pereira de Mello, Prof. M.Sc.,UERJ Jorge Luís Nunes e Silva Brito, Prof. Ph.D., UERJ Iris Pereira Escobar, Prof. Dr., UERJ III

5 Só existem dois dias no ano que nada pode ser feito. Um se chama ontem e o outro se chama amanhã, portanto hoje é o dia certo para amar, acreditar, fazer e principalmente viver. Dalai Lama IV

6 DEDICATÓRIA À Ângela Maria Mourão Pereira pela dedicação e esforço na criação de seus filhos. V

7 AGRADECIMENTOS Aos meus pais Ângela e Ronaldo, que começaram essa história no ano de Aos meus irmãos Paulo, Márcia e Mário, que sempre estiveram ao meu lado durante essa caminhada. Ao professor e amigo Gilberto Pessanha, pela atenção, motivação e incentivo durante o desenvolvimento desse projeto, possibilitando essa experiência e muitas outras em projetos de cartografia permitindo aplicação dos conhecimentos adquiridos durante a graduação. Ao professor Mauro Pereira Mello, por suas aulas, por sua dedicação e por suas indicações de leituras que me fizeram conhecer um pouco mais da história da cartografia. Ao corpo docente do departamento de Engenharia Cartográfica da UERJ, que mesmo com todas as dificuldades conseguiu transmitir o conhecimento que servirá, não somente para a futura profissão, mas também para a vida. Aos meus amigos Gustavo Gelelete e Krause Salles, com quem formei as imensas turmas de três alunos durante grande parte dessa jornada. Ao amigo Zargo Quaresma, que participou do primeiro momento deste trabalho e foi um grande companheiro nos estudos e investidas de campo. Aos alunos veteranos que sempre colaboraram passando as experiências já vividas nas matérias e execução dos trabalhos mais complicados. A todos meus amigos, que não estiveram presentes em sala de aula, mas fora dela desempenharam um papel de grande importância para que eu não desanimasse em momento algum. Aos meus companheiros de trabalho, que me apoiaram e incentivaram, e muitas vezes trabalharam por mim permitindo que eu me dedicasse aos estudos. Aos motoristas da UERJ que sempre ajudaram muito nas investidas de campo nos levando e trazendo sempre com segurança e presteza. Aos integrantes da banca por criticarem o trabalho me ajudando a construí-lo e permitindo uma maior experiência na execução de trabalhos semelhantes no futuro. VI

8 Resumo da monografia apresentada à FEN/UERJ como parte dos requisitos necessários para a obtenção do grau de Engenheiro Cartógrafo. MAPEAMENTO DIGITAL DE ZONA URBANA EM TERESÓPOLIS (RJ), ADJACENTE AO PARQUE NACIONAL DA SERRA DOS ÓRGÃOS (PARNASO), A PARTIR DE IMAGENS IKONOS II Marcus Felipe Mourão Pereira Julho / 2008 Orientador: Gilberto Pessanha Ribeiro, Prof. Dr., UERJ. Curso de Graduação em Engenharia Cartográfica A preservação ambiental e a conservação dos recursos naturais disponíveis são temas que têm preocupado o homem nas últimas décadas. Acompanhar o crescimento das cidades e dos centros urbanos se faz necessário como requisito básico para políticas públicas. Unidades de Conservação que se localizam próximas aos centros urbanos, ou até mesmo dentro de grandes cidades, merecem um cuidado especial. O município de Teresópolis, localizado na região serrana do Estado do Rio de Janeiro, foi escolhido como área de estudo, pois nele encontra-se parte do Parque Nacional da Serra dos Órgãos (PARNASO). O crescimento de sua área urbana esbarra com a existência do parque, gerando questões a serem analisadas no contexto de crises ambientais. A cartografia como ferramenta de apoio no monitoramento desses processos é de fundamental importância para a geração de subsídios que são necessários na gestão territorial dessas áreas de conflito. Os documentos produzidos, através desse e de outros trabalhos semelhantes, servem para apoiar a tomada de decisão, objetivando melhor direcionar ações integradas com a finalidade de minimizar os danos causados principalmente pela ocupação humana desordenada. O presente trabalho foi iniciado em gabinete com a aquisição de imagens sensoriais das plataformas do sistema IKONOS II, que foram devidamente tratadas com a utilização de sistemas computacionais especializados. Numa segunda etapa foram realizados levantamentos geodésicos de campo com o uso do Sistema de Posicionamento Global (GPS) e adquiridas bases vetoriais junto ao Instituto Brasileiro de Geografia e Estatística (IBGE) possibilitando apoio no georreferenciamento das imagens. Com essas etapas concluídas foi possível realizar o mapeamento digital temático de uso da Terra e cobertura vegetal da área em estudo com o auxílio dos sistemas computacionais SPRING e ASHTECH SOLUTIONS. Palavras-chave: Cartografia, processamento, GPS, Unidades de Conservação, Mapeamento digital. VII

9 Abstract of monograph presented to FEN/UERJ as a partial fulfillment of the requirement for the degree of Cartographic Engineer. DIGITAL MAPPING OF TERESÓPOLIS URBAN AREA IN RIO DE JANEIRO, ADJACENT TO THE NATIONAL PARK OF SERRA DOS ÓRGÃOS (PARNASO), USING IKONOS II IMAGES Marcus Felipe Mourão Pereira July / 2008 Adviser: Gilberto Pessanha Ribeiro, Prof. Dr., UERJ. Cartography Engineering degree The environment preservation and the conservation of the available natural resources are subjects that have worried the man in the last few decades. It is necessary following up the growth of the cities and the urban centers as a basic requisite for public politics. Conservation Units that are located next to the urban centers, or even inside of big cities deserve special care. The city of Teresópolis, located in the mountain area of Rio de Janeiro State, was chosen as study area because part of National Park of Serra dos Órgãos is located there, and the growth of its urban area faces the existence of the park, generating questions to be analyzed in the context of environmental crises. The cartography, as tool of support in the control of these processes, is important for the generation of subsidies that are necessary in the territorial management of these areas of conflict. The documents generated, through this and other similar works can be used as support in the management, with the object of reducing the actual damages mainly for the disordered human occupation. The present work was initiated indoors with the acquisition of sensorial images from the system IKONOS II platforms, which had been treated with the use of specialized computational systems. In one second stage geodesic surveys, with the use of the Global Positioning System (GPS), had been performed, and vectorial bases were acquired in the Brazilian Institute of Geography and Statistics (IBGE) allowing the correct georeferencing of the images. After these stages were concluded it was possible to perform the thematic digital mapping of the forest coverage and use of the Land with the aid of computational systems SPRING and ASHTECH SOLUTIONS. Key-words: cartography, processing, GPS, Conservation Units, digital mapping. VIII

10 SUMÁRIO LISTA DE FIGURAS... X LISTA DE TABELAS... XI LISTA DE SIGLAS... XIII 1 INTRODUÇÃO... ERRO! INDICADOR NÃO DEFINIDO CARACTERIZAÇÃO GEOGRÁFICA DA ÁREA DE TRABALHO... ERRO! INDICADOR NÃO DEFINIDO CONTEXTO HISTÓRICO DA CRIAÇÃO DAS UNIDADES DE CONSERVAÇÃO... ERRO! INDICADOR NÃO DEFINIDO PARQUE NACIONAL DA SERRA DOS ÓRGÃOS (PARNASO)... ERRO! INDICADOR NÃO DEFINIDO. 2 JUSTIFICATIVA E MOTIVAÇÃO... ERRO! INDICADOR NÃO DEFINIDO. 3 OBJETIVOS... ERRO! INDICADOR NÃO DEFINIDO GERAL... ERRO! INDICADOR NÃO DEFINIDO ESPECIFICOS... ERRO! INDICADOR NÃO DEFINIDO. 4 FUNDAMENTAÇÃO TEÓRICA... ERRO! INDICADOR NÃO DEFINIDO GEODÉSIA... ERRO! INDICADOR NÃO DEFINIDO Elipsóide de Referência... Erro! Indicador não definido Sistema de Coordenadas Geodésicas... Erro! Indicador não definido Sistema de Coordenadas UTM... Erro! Indicador não definido SENSORIAMENTO REMOTO... ERRO! INDICADOR NÃO DEFINIDO Espectro Eletromagnético... Erro! Indicador não definido Sensores remotos... Erro! Indicador não definido Características das imagens dos sensores... Erro! Indicador não definido IKONOS II... Erro! Indicador não definido ESPECIFICAÇÕES PARA OS LEVANTAMENTOS EXECUTADOS... ERRO! INDICADOR NÃO DEFINIDO GPS (Global Positioning System)... Erro! Indicador não definido SISTEMAS COMPUTACIONAIS... ERRO! INDICADOR NÃO DEFINIDO ArcGis... Erro! Indicador não definido SPRING (Sistema para Processamento de Informações Georreferenciadas)... Erro! Indicador não definido. 5 DESENVOLVIMENTO DO TRABALHO - METODOLOGIA... ERRO! INDICADOR NÃO DEFINIDO AQUISIÇÃO E EDIÇÃO DE DADOS... ERRO! INDICADOR NÃO DEFINIDO PLANEJAMENTO DE CAMPO... ERRO! INDICADOR NÃO DEFINIDO LEVANTAMENTO GEODÉSICO DE CAMPO... ERRO! INDICADOR NÃO DEFINIDO PROCESSAMENTO DOS DADOS GPS... ERRO! INDICADOR NÃO DEFINIDO GEORREFERENCIAMENTO DA IMAGEM... ERRO! INDICADOR NÃO DEFINIDO DELIMITAÇÃO DA ÁREA DE TRABALHO... ERRO! INDICADOR NÃO DEFINIDO CLASSIFICAÇÃO DA IMAGEM POR REGIÕES... ERRO! INDICADOR NÃO DEFINIDO Segmentação... Erro! Indicador não definido Classificação... Erro! Indicador não definido Mapeamento... Erro! Indicador não definido. 6 APRESENTAÇÃO DOS RESULTADOS... ERRO! INDICADOR NÃO DEFINIDO. 7 CONCLUSÕES... ERRO! INDICADOR NÃO DEFINIDO. 8 REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS... ERRO! INDICADOR NÃO DEFINIDO. 9 ANEXOS... ERRO! INDICADOR NÃO DEFINIDO CADERNETAS DE CAMPO... ERRO! INDICADOR NÃO DEFINIDO EXEMPLO DO RELATÓRIO DE MEDIÇAO... ERRO! INDICADOR NÃO DEFINIDO. IX

11 LISTA DE FIGURAS FIGURA 1: Localização do município de Teresópolis 2 FIGURA 2: Área de trabalho 3 FIGURA 3: Belezas naturais do PARNASO 5 FIGURA 4: Espectro Eletromagnético 13 FIGURA 5: Rastreadores GPS Promark 2 19 FIGURA 6: Visualização das bases do IBGE no ArcGIS 28 FIGURA 7: Criação do projeto no SPRING 29 FIGURA 8: Importação de arquivo no SPRING 30 FIGURA 9: Escolha dos pontos 31 FIGURA 10: Croquis de localização 32 FIGURA 11: Distribuição dos pontos do levantamento 32 FIGURA 12: Relatório de estação geodésica (RN-1004X) 33 FIGURA 13: Medição da distancia da base até um ponto rover 34 FIGURA 14: Ponto rover (CIEP) 35 FIGURA 15: Ponto rover (Conceição) 35 FIGURA 16: Processamento dos dados GPS 35 FIGURA 17: Definição dos parâmetros de transformação 36 X

12 FIGURA 18: Georreferenciamento no SPRING 38 FIGURA 19: Distribuição dos pontos de controle 38 FIGURA 20: Medição de distância no SPRING 40 FIGURA 21: Cálculo das áreas 41 FIGURA 22: Tempo de processamento da segmentação 30 / FIGURA 23: Polígonos formados na segmentação 30 / FIGURA 24: Segmentação em áreas menores nos limites do PARNASO 44 FIGURA 25: Polígonos formados na segmentação 10 / FIGURA 26: Seleção de amostras da classe área urbana 46 FIGURA 27: Seleção de amostras da classe vegetação densa 47 FIGURA 28: Classificação pelo algoritmo Battacharya 48 FIGURA 29: Edição das classes do mapeamento 49 FIGURA 30: Mapa de localização da área de trabalho 50 FIGURA 31: Mapa de uso da Terra e cobertura vegetal (segmentação 30/2000) 51 FIGURA 32: Localização das segmentações (10/400) das áreas menores 52 FIGURA 33: 1º Mapa de uso da Terra e cobertura vegetal (segmentação 10/400) 53 FIGURA 34: 2º Mapa de uso da Terra e cobertura vegetal (segmentação 10/400) 54 FIGURA 35: 3º Mapa de uso da Terra e cobertura vegetal (segmentação 10/400) 55 FIGURA 36: 4º Mapa de uso da Terra e cobertura vegetal (segmentação 10/400) 56 XI

13 LISTA DE TABELAS TABELA 1: CARACTERÍSTICAS DO SATÉLITE IKONOS II 18 TABELA 2: PRODUTOS IKONOS II 18 TABELA 3: FONTES E ERROS NAS OBSERVAÇÕES GPS 21 TABELA 4: TEMPOS DE RASTREIO E DISTÂNCIAS DA BASE 34 TABELA 5: DADOS DO LEVANTAMENTO GPS 37 TABELA 6: DISTÂNCIAS ENTRE OS GEORREFERENCIAMENTOS 39 TABELA 7: DISTÂNCIA ENTRE A BASE VETORIAL E A IMAGEM 39 XII

14 LISTA DE SIGLAS AS Anti-Spoofing C/A Coarse Aquisituion DDR2 double data rating DOP Diluition of Precision GPS Global Positioning System HDD hard disk driver IBGE Instituto Brasileiro de Geografia e Estatística INPE Instituto Nacional de Pesquisas Espaciais IFOV Instantaneous Field Of View MC Meridiano Central MS Multiespectral NAVISTAR Navigation Statellite with Time And Ranging PARNASO Parque nacional da Serra dos Órgãos PIXEL Picture element RJ Rio de Janeiro RMS Root Mean Square RN Referência de Nível SA Selective Availiability SAD-69 South American Datum 1969 SGB Sistema Geodésico Brasileiro SIG Sistema de Informações Geográficas SNUC Sistema Nacional de Unidades de Conservação da Natureza SPRING Sistema para Processamento de Informações Georreferenciadas TIFF Tagged Image File Format UC Unidades de Conservação UERJ Universidade do Estado do Rio de Janeiro UFRJ Universidade Federal do Rio de Janeiro UTM Universal Transversa de Mercator WGS 84 World Geodetic System 1984 XIII