Aplicações CBERS na Universidade Federal do Rio Grande do Sul

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1 Aplicações CBERS na Universidade Federal do Rio Grande do Sul

2 Pesquisas CBERS - UFRGS 2001: Início do projeto Participantes: - PPG-SR / CEPSRM - Instituto de Geociências Geodésia Geografia Geologia - Faculdade de Agronomia Agrometeorologia Ciência do Solo

3 Alguns trabalhos Análise de Processamento e Georreferenciamento em Imagens do Satélite CBERS-1 Geração e Controle de Qualidade de MDT Extraído de Par Estereoscópico do Satélite CBERS-2 Evaluation and use of CBERS-2 digital data for glacier inventories Técnicas de Avaliação da Precisão das Distâncias em Estradas de Rodagem em Imagens CBERS Comparação entre Resultados de Classificação de Imagens Landsat e CBERS para Estimativa de Área Cultivada com Soja no Planalto do Rio Grande do Sul Aplicação Comparativa dos Produtos dos Sensores TM Landsat 5, CCD CBERS-2 e Aster-Terra, no Mapeamento Geológico na Região do Platô - Ramada, RS Utilização de Imagens CBERS-2 no Estudo Comparativo da Cobertura Vegetal da Região dos Campos de Cima da Serra - Município de Vacaria/Rs Utilização de Imagens CBERS-2 na Observação dos Efeitos da Estiagem Sobre a Biomassa no Rio Grande do Sul Ortorretificação de Imagens CBERS-2 Através da Transformação DLT e do Modelo APM Alternativas para o Georreferenciamento de Imagens do Satélite CBERS-1

4 ANÁLISE DE PROCESSAMENTO E GEORREFERENCIAMENTO EM IMAGENS DO SATÉLITE CBERS-1 Carlos Aluisio Mesquita de Almeida Cláudio Bielenki Júnior Rafael Pereira Zanardi Silvia Beatriz Alves Rolim

5 1. Objetivos Aplicar técnicas de processamento digital de imagens (PDI) adequadas às características dos produtos gerados pelo CBERS Testar a viabilidade do uso de GPS diferencial na coleta de pontos para o georreferenciamento Analisar diferentes métodos de transformação para o georreferenciamento Efetuar testes para quantificar erros no georreferenciamento

6 2. O Programa CBERS 1988: Programa de cooperação entre Brasil e China Necessidades comuns nas áreas de gerenciamento de recursos terrestres, monitoramento de florestas, geologia, hidrologia, etc., além de um sistema de monitoramento ambiental Dois satélites lançados: CBERS-1 (1999) e CBERS-2 (2003) Mais três previstos: CBERS-2b (2007), CBERS-3 (2009) e CBERS-4 (2011)

7 CBERS-1 3 Sensores: HR CCD (20 m), WFI (260 m), IRMSS (80 m) Características do Sensor HR CCD: 0,51-0,73 µm (pan) 0,45-0,52 µm (azul) Bandas espectrais: 0,52-0,59 µm (verde) 0,63-0,69 µm (vermelho) 0,77-0,89 µm (infravermelho próximo) Resolução temporal: 26 dias: vis. vert. 3 dias: vis. lat. Campo de Visada: 8,3º Resolução espacial: 19,57 m Largura da faixa imageada: 113 km Capacidade de apontamento do espelho: ±32º

8 3.Área de Estudo Região Metropolitana de Porto Alegre, RS. - Cartas 1: Pontos medidos com GPS

9 Imagem utilizada Cena CBERS do módulo CCD, órbita/ponto 157/134 3 de Janeiro de 2001

10 4. Metodologia - Processamento digital da imagem: Aplicação de realce no domínio da freqüência da imagem, com base na análise do espectro de Fourier (seleção manual das máscaras - desempenho seletivo). Aplicação de filtro passa alta com matriz 3x3 (domínio espacial) para destacar ainda mais as feições de alta freqüência contidas na imagem.

11 4. Metodologia - Processamento digital da imagem: Aplicação de realce no domínio da freqüência da imagem, com base na análise do espectro de Fourier (seleção manual das máscaras - desempenho seletivo). Aplicação de filtro passa alta com matriz 3x3 (domínio espacial) para destacar ainda mais as feições de alta freqüência contidas na imagem.

12 4. Metodologia - Georreferenciamento: Coleta de 44 pontos de controle em campo com receptores GPS topográficos no modo estático-rápido, em seções de 10 minutos para um pós-processamento submétrico. Geração de 12 imagens a partir de diferentes métodos de Transformação Geométrica, Reamostragem, escolha dos pontos de controle. - Análise do georreferenciamento: As diferenças nas direções Leste e Norte ( E e N) entre as coordenadas lidas na imagem georreferenciada e as coletadas em campo com o receptor GPS foram consideradas os resíduos para o cálculo do erro.

13 5. Resultados

14 5. Resultados Imagem georreferenciada com a utilização dos parâmetros que apresentaram melhor resultado: - 30 pontos de apoio bem distribuídos - Transformação geométrica polinomial de grau 1 - Reamostragem por interpolação utilizando o método do Vizinho Mais Próximo.

15 6. Considerações Finais - Necessidade de melhorias gerais nas imagens CBERS-1 para uso comercial; - Inviabilidade do uso da banda 1, devido ao ruído em larga escala. Falhas de improvável correção com as técnicas atuais de PDI. A banda de melhor aparência foi a 3. - A aplicação de filtros não fornece o aspecto mais desejável à imagem, mas melhora a acuidade visual para a detecção de alvos (pontos de apoio para georreferenciamento). - O filtro da Transformada de Fourier se mostrou o mais indicado para as imagens CBERS-1, pois permite preservar ao máximo as características naturais da imagem. - Além da importância da precisão na coleta dos pontos com GPS, também foi imprescindível a escolha de pontos bem distribuídos na cena. - O melhor valor de erro médio encontrado nos georreferenciamentos foi de 18,52 m, valor aceitável, considerando a resolução espacial de 20m.

16 GERAÇÃO E CONTROLE DE QUALIDADE DE MDT EXTRAÍDO DE PAR ESTEREOSCÓPICO DO SATÉLITE CBERS-2 Rafael Pereira Zanardi Silvia Beatriz Alves Rolim Sérgio Florêncio de Souza

17 1. Objetivos Emprego de técnicas de fotogrametria digital para extração de Modelo Digital de Terreno (MDT), utilizando diferentes métodos de interpolação, de um par estereoscópico de imagens do sensor HR-CCD do CBERS-2 Análise estatística da qualidade das informações altimétricas extraídas desse par estereoscópico Definição de escala máxima para utilização dessas informações altimétricas Classificação do modelo gerado de acordo com o Decreto Lei de 20 de junho de 1984 Padrão de Exatidão Cartográfica

18 2. CBERS-2 3 Sensores: HR CCD (20 m), WFI (260 m), IRMSS (80 m) Características do Sensor HR CCD: 0,51-0,73 µm (pan) 0,45-0,52 µm (azul) Bandas espectrais: 0,52-0,59 µm (verde) 0,63-0,69 µm (vermelho) 0,77-0,89 µm (infravermelho próximo) Resolução temporal: 26 dias: vis. vert. 3 dias: vis. lat. Campo de Visada: 8,3º Resolução espacial: 19,57 m Largura da faixa imageada: 113 km Capacidade de apontamento do espelho: ±32º

19 3.Área de Estudo Região de Estrela do Sul, entre os municípios de Catalão-GO e Perdizes-MG. - Cartas até 1: Fotografias aéreas 1:35000 (10) - Pontos medidos com GPS (4) Localizada na bacia do Paranaíba, apresenta relevo predominantemente ondulado a montanhoso, com altitudes variando entre 600 e 1100 metros.

20 Par Estereoscópico Órbita-Ponto: de Junho de 2004 (Incl.18,6 para E): 1 o de Julho de 2004 (Incl. 17,03 para W): 98,04%

21 4. Metodologia Geração dos MDTs (LPS): - Configuração dos parâmetros do sensor utilizado: Categoria da geometria do modelo - Polynomial-based Pushbroom. Tipo de geometria do modelo - Generic Pushbroom. - Definição do sistema de coordenadas de referência: Superfície de referência: Elipsóide Internacional de 1967 (UGGI 1967). Datum Horizontal: SAD69 (South American Datum, 1969). Sistema de coordenadas plano-retangulares UTM Zona Orientação Interior: Fornecimento de parâmetros encontrados nos arquivos de metadados. Configuração de um sensor para cada imagem do par. Mesmas informações de distância focal (520mm), resolução espacial (19,57m) e eixo cartesiano da órbita do satélite (y). Diferença: inclinação dos espelhos em -18,6 e +17,03.

22 4. Metodologia Geração dos MDTs: - Orientação Exterior: 4 pontos de controle de campo medidos por GPS e 10 pontos fotogramétricos. 256 pontos homólogos localizados automaticamente por correlação entre pixels (verificação manual), com coordenadas calculadas por triangulação. Transformação geométrica: Polinomial de grau 2 Reamostragem: Vizinho mais próximo

23 MDT Gerado CBERS-2 SRTM

24 4. Metodologia Controle de Qualidade: - A área coberta pelas 16 cartas (1:25000) é de aproximadamente 2900 km 2. - Foram selecionados 20 pontos para uma análise a priori. - Com os valores de µ e σ dessa amostra, calculou-se o número de pontos amostrais necessários para a análise. - Aplicação de testes estatísticos para análise da exatidão e da precisão das informações altimétricas interpoladas no MDT. - Classificação da utilização desse produto cartográfico de acordo com os requisitos altimétricos do PEC.

25 4. Metodologia Decreto-Lei de 24 de junho de 1984 (PEC) Altimetria: 90% dos pontos - Classe A: erro < 1/2 da eqüidistância das curvas de níveln σ < 1/3 da eqüidistância das curvas de níveln - Classe B: erro < 3/5 da eqüidistância das curvas de nível σ < 2/5 da eqüidistância das curvas de nível - Classe C: erro < 3/4 da eqüidistância das curvas de nível σ < 1/2 da eqüidistância das curvas de nível

26 5. Resultados e Discussões Análise Estatística: stica: (Leal e Dalmolin, 1999; Itame, 2001; Rocha, 2002) - Definição do número n de pontos amostrais: Amostra inicial (20 pontos) Z carta - Z CBERS Erro CBERS Z SRTM - Z CBERS µ -39,14 42,99-33,94 σ 30,26 24,15 30,08

27 5. Resultados e Discussões Análise Estatística: stica: - Definição do número n de pontos amostrais: Intervalo de confiança de 95% (Z = 1,96) Erro amostral (ε = 8 metros) µ = 42,99 σ = 24,15 γ = 56,2% N = (Rocha, 2002)

28 5. Resultados e Discussões Análise Estatística: stica: - Coleta de mais 16 pontos de verificação: Amostra de 36 pontos Z carta - Z CBERS Erro CBERS Z SRTM - Z CBERS µ -38,88 46,86-37,16 σ 37,82 26,95 33,94 * Valores compatíveis com o definido para classe A na escala 1:

29 5. Resultados e Discussões Análise Estatística: stica: - Análise da Exatidão (µ) - Análise da Precisão (σ)

30 5. Resultados e Discussões Análise Estatística: stica: Valores calculados pelo CBERS-2 maiores do que os das cartas => Erro sistemático? - Análise de Tendência (µ = 38m?)

31 5. Resultados e Discussões Análise Estatística: stica: - Análise de Tendência: Z carta - (Z CBERS - 38) Erro CBERS - 38 Z SRTM - (Z CBERS - 38) µ -0,21 27,03 1,51 - Definição da escala máxima m para Classe A: 1: (equidistância das curvas: 100m)

32 6. Considerações Finais Geração de Modelos: - A fotogrametria digital se mostrou satisfatória na geração de MDTs utilizando as imagens do CBERS-2. - Apesar das nuvens, MDT s com boa coerência visual em relação ao MDT do SRTM. - Sistema de aquisição de pares estereoscópicos cross-track não é o mais eficiente.

33 6. Considerações Finais - Dificuldades de acesso à área de estudo para levantamento de mais pontos de controle. - Excessiva cobertura de nuvens e oscilação do espelho na tomada dos pares estereoscópicos. - Valores de erro dentro do esperado no MDT, compatíveis para utilização em escalas até 1: Suspeita de erro sistemático equivalente a 38 metros, o que melhorou significativamente os resultados.

34 GERAÇÃO E CONTROLE DE QUALIDADE DE MDT EXTRAÍDO DE PAR ESTEREOSCÓPICO DO SATÉLITE CBERS-2

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