Análise Fotogramétrica

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1 Análise Fotogramétrica Objectivo O objectivo principal deste trabalho é o de apresentar em relatório o trabalho das aulas práticas de Detecção Remota, sobre a Fotografia Aérea, nomeadamente, a análise fotogramétrica e interpretação da fotografia aérea. Introdução A fotografia aérea é tirada geralmente de aviões, com eixo de tomada de vista sensivelmente vertical. Esta é diferente de um plano, uma vez que este é, por definição, um projecção ortogonal do terreno sobre um plano horizontal, ao passo que a fotografia aérea é uma projecção cónica do terreno estando o centro da perspectiva no centro óptico da objectiva. Através da delimitação da superfície de terreno fotografado, na carta correspondente, é possível determinar a superfície coberta pela fotografia. Esta superfície é geralmente um quadrado, ou rectângulo, para uma fotografia vertical em terreno plano. Uma vez que o terreno quase nunca é plano, forma um quadrilátero de uma forma mais ou menos irregular. A extensão da área coberta é função da angular da lente utilizada na câmara e que depende, por sua vez, da distância focal da própria lente e das dimensões do filme. O conjunto das fotografias de um mesmo voo tem o nome de missão fotográfica. A área coberta por uma determinada missão é a soma das superfícies cobertas por todos os clichés dessa missão, ao qual corresponde um esquisso da sua organização na carta. Nas fotografias aéreas verticais, os clichés sucessivos de uma mesma banda ou fiada, isto é, de uma mesma linha de voo, têm uma sobreposição de 60% e de 20%, entre duas fiadas consecutivas. 1

2 Existem algumas deformações que afectam as figuras observáveis nas fotografias: as derivadas ao relevo e à não verticalidade do eixo de tomada de vista. A fotografia aérea pode ter várias utilizações, tais como, a fotogrametria (medições e construções gráficas com principal aplicação cartográfica) e a foto-interpretação (reconhecimento qualitativo). Para se ver em estereoscopia é necessário visão binocular e estereoscópica. A visão binocular depende: da convergência das linhas de fixação dos olhos, da acomodação dos cristalinos, do brilho dos objectos, entre outros. Ao fitar o mesmo objecto sob ângulos diferentes, as imagens que são registadas são sensivelmente diferentes. É a fusão dessas imagens que sobressai a sensação de relevo. Quando os olhos se encontram em paralelismo, a imagem do objecto da esquerda é registada pelo olho esquerdo e a da direita, pelo olho direito. Para ter a visão estereoscópica das fotografias aéreas, é necessário manter o paralelismo dos olhos, o que só é possível a olho nu, mediante grande ginástica ocular, que consiga separar a acomodação dos cristalinos da convergência dos mesmos. Utiliza-se para tal o estereoscópio, cuja principal função, é manter o paralelismo dos olhos, ou pelo menos facilitar a sua colocação em paralelismo. Pretende-se, baseado nestes princípios, realizar uma análise fotogramétrica e uma fotointerpretação de um par de fotografias aéreas correspondentes à zona de Assumar (Monforte). Caracterização sumária das fotografias em estudo As imagens fornecidas correspondem a duas fotografias aéreas de um voo efectuado em 1966, do rolo n º 13, fiada n º R. 2

3 As duas fotografias são representativas do quadrante superior esquerdo da Carta Militar nº 372 (Assumar). Corresponde a uma área relativamente bem irrigada com relevo que varia de moderado a acentuado. As cotas oscilam entre os 296 e 507 m tendo em conta a carta referida anteriormente. Em relação ao uso do solo, existem vários tipos de coberto, destacando-se a associação de sobreiro e azinho disperso com culturas arvenses de sequeiro. Também se nota a presença de olival como é possível verificar na Carta Agrícola e Florestal em anexo. Note-se que para a análise fotogramétrica e para a fotointerpretação, encontram-se em anexo os acetatos executados durante as aulas práticas, bem como uma cópia das fotografias aéreas utilizadas, das cartas militar e agrícola e florestal correspondente à mesma área. Determinação dos pontos principais Os pontos principais O 1 e O 2 resultam da intersecção das duas rectas traçadas a partir dos cortes marginais existentes na Fotografia Aérea (F.A.). Marcação da linha de voo Para traçar a linha de voo, marca-se na foto1 o detalhe do terreno correspondente ao ponto O 2, isto é, o homólogo O 2. Na foto 2 marca-se O 1, o homólogo de O 1. Unindo O 2 e O 1 obtém-se a linha de voo da foto 2. A linha de voo da foto 1 obtém-se pela união de O 1 e O 2. Ajustando a linha das duas fotografias obtemos a linha de voo do avião. 3

4 Orientação das fotos com o auxílio da carta militar correspondente Pretende-se a marcação do Norte na fotografia aérea com base na carta militar. Para tal, marcam-se dois pontos 1 e 2 na F.A. Na carta militar marcam-se os pontos correspondentes, 3 e 4, e mede-se o ângulo entre a recta formada pelos pontos e a direcção Norte (note-se que as linhas verticais na carta militar correspondem à direcção Norte). Transpondo esse ângulo para a F.A. a partir da recta formada pelos pontos 1 e 2, obtém-se a orientação das fotos. Determinação da escala média de cada F.A., através de três segmentos Para a determinação da escala média, traçam-se três segmentos de recta na F.A. e as rectas correspondentes na carta militar. Para cada segmento de recta aplica-se a seguinte fórmula: e = d/d* E em que: e - escala média da foto D - distância entre dois pontos na carta d - distância entre dois pontos na F.A. E - Denominador da escala da carta Os valores obtidos foram registados nas tabelas seguintes: Segmento de recta Foto 1 AB CD EF d (cm) D (cm) Escala Escala média Tabela 1. Valores de segmentos de rectas para determinar a escala da fotografia aérea 1 4

5 Segmento de recta Foto 2 GH IJ LM d (cm) D (cm) Escala Escala média ,9 Tabela 2. Valores de segmentos de rectas para determinar a escala da fotografia aérea 2 Determinação da escala do conjunto das fotos em estudo A escala média das duas fotografias é: e m = (1: : )/ 2 = 1: Determinação da altura de voo Para a determinação da altura de voo (H), recorreu-se à seguinte fórmula: 1/n = f / (H - h m ) H = [f / (1/n)] - h m H = (f. n) - h m em que: H altura de voo (m) f distância focal (m) 1/n escala média da fotografia h m altura média da fotografia Para determinar a altura média de cada fotografia (h m ), calcula-se o valor médio entre o ponto de maior altitude (cota mais alta) e o ponto de menor altitude (cota mais baixa), na carta militar, para a área correspondente na fotografia. Os valores da altura média são: 5

6 h m = (cota mais alta + cota mais baixa) / 2 = ( ) / 2 = m Assim, sendo a distância focal de mm, a altura de voo (H) é a seguinte: H = ( * ) H = m Determinação das fotocoordenadas Para determinar as fotocoordenadas e e f, é necessário determinar a altitude a que estas se encontram (h e e h f ). Para tal, utilizam-se as curvas de nível da carta militar e efectuamse medições directamente sobre a carta, aplicando-se depois as relações existentes entre as medidas efectuadas e a escala da carta militar, como se mostra de seguida na figura 1 representada: Figura 1. Coordenadas dos pontos na fotografia aérea e na carta militar para determinar as fotocoordenadas Na determinação das fotocoordenadas utilizaram-se as seguintes fórmulas: X e = [(H h a ) / f]. x e em que: X e Fotocoordenada e do eixo x 6

7 H altura de voo (m) H e altitude da fotocoordenada e (m) f distância focal (m) x e distância da fotocoordenada ao ponto principal da foto Y e = [(H h a ) / f]. y e em que: Y e Fotocoordenada e do eixo y H altura de voo (m) H e altitude da fotocoordenada e (m) f distância focal (m) y e distância da fotocoordenada ao ponto principal da foto (m) Para determinar a fotocoordenada f utilizaram-se as mesmas fórmulas, tendo-se substituído os valores correspondentes a e pelos valores relativos ao ponto f, obtendo-se assim X f e Y f. Note-se que x f = -6.6 cm e y f = -1.1 cm. Assim, as fotocoordenadas são: Xe = [( ) / ] * 0.07 X a = m Y e = [( ) / ] *( ) Y a = m X f = [( ) / ] * (-0.066) X b = m Y f = [( ) / ] * Y b = m 7

8 Determinação das distâncias com recurso às fotocoordenadas Para determinar as distâncias utilizou-se a seguinte fórmula: ef = [(X e -X f ) 2 + (Y e -Y f ) 2 ] Tendo-se obtido o seguinte valor: ef = [( ( )) 2 + (( )) 2 ] ef = m Caso se determinasse a distância directamente a partir da foto, sendo a distância do segmento de recta ef de cm, obteríamos: ef = 0,1455 m ef = m A diferença obtida entre a distância entre dois pontos no terreno e a distância determinada a partir das fotocoordenadas é justificada pelo facto de a foto não ter em conta a variação da altitude no terreno, apresentando por isso um valor mais pequeno m m = m Para calcular a orientação do segmento de recta de e para f, utiliza-se a seguinte relação: = tan -1 (X e X f )/ (Y e Y f ) = 56º 01` 8

9 Determinação da base aérea Para a determinação da base aérea (B) utiliza-se a seguinte fórmula: B = (b1.n1 +b2.n2) / 2 Em que: B- base aérea b1 base aérea 1 ou distância entre o ponto principal O 1 e O 2 (m) b2 base aérea 2 ou distância entre o ponto principal O 2 e O 1 (m) N1 denominador da escala da foto 1 N2 denominador da escala da foto 2 Assim, o valor da base aérea é: B = (0.086 * * ) / 2 B = m Determinação da diferença de cota entre dois pontos aleatórios recorrendo ao método da diferença de paralaxe Para determinar a altura de um ponto através do método da paralaxe, utilizou-se a seguinte fórmula: h p = H [(B. f) / P p ] onde: h p altura do ponto ( d e f ) H altura de voo B base aérea f distância focal (m) 9

10 P p paralaxe do ponto ( d e f ) Para utilizar a fórmula anterior é necessário determinar em primeiro lugar a paralaxe do ponto. Para tal foram escolhidos dois pontos previamente utilizados (d e f), presentes em ambas as fotografias. A paralaxe pode ser obtida através da subtracção da distância do ponto ao eixo dos yy (X d ), à distância do seu homólogo, também ao eixo dos yy (X d ). Do mesmo modo para o ponto b (X f e X f ). X d = 6.6 cm X d = cm X f = 3.7 cm X f = cm Assim, a paralaxe para o ponto d é a seguinte: P d = X d - X d = (-0.02) = m A paralaxe para o ponto f é a seguinte: P f = X f - X f = ( ) = m dados: Já é possível utilizar a fórmula para determinar a altura de um ponto, com os seguintes h p = H [(B. f) / P p ] f = 0,15219 m B = m P d m P f m 10

11 H m A altura do ponto d é a seguinte: H d = [( * 0,15219) / 0,086] = A altura do ponto f é a seguinte: H f = [( * ) / 0,088] = m Portanto, a diferença de cota entre os dois pontos será: H f h d = m m =94.75 m d. Tal significa que o ponto f se encontra localizado a uma cota de m superior ao ponto Contudo, pela observação da carta militar, verifica-se que o ponto d se encontra aproximadamente no nível dos 335 m, enquanto que o ponto f se encontra na curva de nível dos 343 m = 8 m Então, pela carta militar, o ponto f está 8 m acima do ponto d. 11

12 Interpretação da Fotografia Aérea Marcação da área útil A área útil de uma fotografia é a área que se consegue observar em estereoscopia, em cada fotografia aérea. Esta área não é muito extensa e corresponde a uma mesma zona presente em ambas as fotos. Coberto vegetal/uso do solo Refere-se à marcação das zonas arbóreas e das zonas sem árvores correspondentes à área útil da fotografia aérea. A legenda utilizada foi a seguinte: Culturas arvenses sequeiro Ca Culturas arvenses regadio Cr Olival - Ol Sobreiro - Sb Azinho - Az Pomar - P Mato - M Zonas Ripícolas - RP Áreas sociais - ASoc Hortas - H exemplo: Quando ocorrem associações, o coberto dominante vem escrito em primeiro lugar. Por Sb Az 12

13 Quando ocorrem associações mas, em forma de mosaico, vem escrito como mostra o exemplo seguinte: Sb + Az / Ca A análise que se realizou com o estereoscópio, pode observar-se em anexo. É de referir que a análise ao coberto vegetal/uso do solo efectuada estereoscopicamente não coincide totalmente com a carta agrícola e florestal apresentada também em anexo. Conclusão Com a realização deste trabalho, foi possível aplicar as técnicas de análise fotogramétrica e de interpretação de fotografia aérea, utilizadas em Detecção Remota. A área em análise corresponde à zona de Assumar (Monforte). A partir das fotografias aéreas desta zona chegaram-se às seguintes conclusões: A escala médias da fotografia aérea 1 é ligeiramente diferente da escala media da foto 2. Esta diferença não, contudo, muito significativa, sendo explicada por possíveis erros inerentes à captação das fotografias aéreas. É também de referir a dificuldade existente na marcação dos pontos de referência. No que respeita à altitude média de voo, o valor determinado foi de metros, sendo a base aérea, isto é, a zona captada pelas fotografias aéreas de metros. Na determinação da diferença de cota entre dois pontos, pelo método da paralaxe, verificou-se que o valor obtido através das fotos (94.75 metros) é muito superior ao valor real (considerando-se como real o valor observado na carta militar, que é de 8m). Esta diferença pode dever-se a possíveis erros do observador e por ter sido 13

14 utilizado um valor médio de altitude de voo (que por também ter sido determinado também está sujeito a erros). A área útil corresponde a uma zona em que o relevo varia de moderado a acentuado, sendo a cota máxima de 507 metros, enquanto que a mínima é de 296 metros. Relativamente ao coberto vegetal, observou-se a existência de zonas arbóreas (maioritariamente montados de azinho e sobro). Também se observa, associadas aos montados referidos, matos, culturas arvenses de sequeiro e regadio. Por fim, as áreas sociais não têm grande representatividade na área em estudo sendo o mesmo aplicável à rede viária. É de notar que não existe uma coerência entre a análise do coberto vegetal por nós realizada e a carta agrícola e florestal. Referencias Bibliográficas BATISTA, Teresa; 2001/2002; Fotocópias de Apoio às Aulas Práticas; Universidade de Évora; Évora. Carta Agrícola e Florestal de Portugal nº 372; 1966; Serviço de Reconhecimento e Ordenamento Agrário, Secretaria de Estado da Agricultura; escala 1: : Carta Militar de Portugal nº 372 Assumar (Monforte); 1970; Serviço Cartográfico do Exército; escala 14

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16 CARTA AGRÍCOLA E FLORESTAL nº 372 LEGENDA: Carta representativa da área de sobreposição estereoscópica em estudo das duas fotografias aéreas 16

17 ÍNDICE Análise Fotogramétrica... 1 Objectivo... 1 Introdução... 1 Caracterização sumária das fotografias em estudo... 2 Determinação dos pontos principais... 3 Marcação da linha de voo... 3 Orientação das fotos com o auxílio da carta militar correspondente... 4 Determinação da escala média de cada F.A., através de três segmentos... 4 Determinação da escala do conjunto das fotos em estudo... 5 Determinação da altura de voo... 5 Determinação das fotocoordenadas... 6 Determinação das distâncias com recurso às fotocoordenadas... 8 Determinação da base aérea... 9 Determinação da diferença de cota entre dois pontos aleatórios recorrendo ao método da diferença de paralaxe... 9 Interpretação da Fotografia Aérea...12 Marcação da área útil...12 Coberto vegetal/uso do solo...12 Conclusão...13 Referencias Bibliográficas...14 ANEXOS...15 CARTA AGRÍCOLA E FLORESTAL nº ÍNDICE