AVALIAÇÃO DA QUALIDADE DAS MEDIÇÕES REALIZADAS NO MÓDULO ESTEREOPLOTER DA VERSÃO INTEGRADA DO SOFTWARE LIVRE E-FOTO

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1 p AVALIAÇÃO DA QUALIDADE DAS MEDIÇÕES REALIZADAS NO MÓDULO ESTEREOPLOTER DA VERSÃO INTEGRADA DO SOFTWARE LIVRE E-FOTO NATÁLIA VARGAS LENGRUBER 1 JOÃO GONÇALVES BAHIA 2 LUIZ GUIMARÃES BARBOSA 2 MARCELO SALES MOFFATI 2 1 Discente o Curso e Engenharia e Agrimensura natalialengruber@gmail.com 2 UFRRJ / IT Instituto e Tecnologia Departamento e Engenharia {jbahia, luizgb, mmoffati}@ufrrj.br RESUMO - Este trabalho teve o objetivo e avaliar a qualiae as meições efetuaas no móulo estereoplotter versão 1.64 o E-FOTO, tomano como base meias realizaas em campo. O E-FOTO é uma estação fotogramétrica igital esenvolvia sobre o paraigma e software livre com fins acaêmicos. Devio ao fato o software estar em constante aprimoramento, necessita-se frequentemente a realização e testes que verifiquem se os resultaos obtios possam ser consieraos satisfatórios aos resultaos esperaos na execução e um mapeamento aerofotogramétrico igital. Recentemente foi lançaa a versão integraa o E-FOTO (isponível em: que permite a criação e um projeto e mapeamento aerofotogramétrico igital e qualquer região o planeta, isponibilizano aos interessaos na área a fotogrametria igital uma ferramenta muito eficiente na realização o autoaprenizao através as práticas necessárias ao esenvolvimento e um projeto e mapeamento aerofotogramétrico igital. A partir este estuo verificou-se que as meições as feições o tipo: ponto, linha e área e também na estimativa o volume realizaa no estereoplotter a versão integraa o E- FOTO são precisas e poem ser consieraas equivalentes às meições obtias no terreno. ABSTRACT - This work ha the objective of evaluate the quality of the measurements mae in the estereoplotter moule of the 1.64 version of the E-FOTO, taking as basis fiel measurements. The E- FOTO is a photogrammetric igital station evelope uner the free software paraigm, with acaemic purposes. Due to the fact that the software is in constant upgraing, it often requires the realization of tests that verify if the obtaine results may be consiere satisfactory to the expecte results of a igital aero photogrammetric mapping. Recently has been release the integrate version of the E-FOTO (available in: which allows the creation of a igital aero photogrammetric mapping project in any region of the planet, proviing to the intereste in the igital photogrammetric area a very efficient tool in the achievement of self-learning trough the practices neee to evelop a project of igital aero photogrammetric mapping. From this stuy, it has been verifie that the measurements of features like ot, line an area, an also in the volume estimation mae in the estereoplotter of the integrate version of the E-FOTO are precise an can be consiere equivalent to the measurements obtaine in the fiel. 1 INTRODUÇÃO Antes a invenção a fotografia, a elaboração e mapas exigia um trabalho áruo e lento, pois para representar uma superfície triimensional (terreno) em uma biimensional (planta), era necessário à realização e iversas meias em campo, a fim e eterminar à posição planialtimétrica as feições e interesse. Nesta tarefa aina gasta-se elevao tempo, principalmente no mapeamento e granes áreas, através a topografia clássica.

2 p Com o avento a fotogrametria, tornou-se possível registrar instantaneamente, em perspectiva, um conjunto e feições o terreno (Anrae, 1998). Com o aumento a memória os computaores, foi possível o esenvolvimento as estações fotogramétricas igitais, que permite o armazenamento, processamento e gerenciamento e granes volumes e aos. As iversas etapas necessárias para a execução e um projeto e mapeamento aerofotogramétrico igital poe ser realizaa atualmente por uma única estação e trabalho. No laboratório e fotogrametria a Universiae o Estao o Rio e Janeiro, vem seno esenvolvio ese 2004 o projeto E-FOTO, que consiste em uma estação fotogramétrica igital eucacional livre, baseaa em ois pilares: gratuiae e auto-aprenizao. Inicialmente sua organização era em móulos inepenentes, porém após as evoluções ocorrias no software, foi isponibilizaa em julho e 2011, a versão integraa o E-FOTO. Esta versão permite a criação e um projeto e mapeamento aerofotogramétrico igital e qualquer região o planeta, ese que estejam isponíveis as imagens igitais, o certificao e calibração a câmara fotogramétrica e as coorenaas os pontos e controle no espaço-objeto. Este trabalho consiste na avaliação a qualiae as meições realizaas na versão integraa o E-FOTO, as seguintes feições: ponto, linha, área e também na estimativa o volume no móulo estereoplotter versão As meias foram realizaas no estereoplotter utilizano o métoo a separação espacial e comparaas com as meias obtias em campo. 2 MATERIAIS E MÉTODOS 2.1 Materiais utilizaos Área e estuo Para a realização este trabalho foram utilizaas fotografias aéreas verticais o voo sobre o município e Seropéica-RJ, one se localiza o Campus a Universiae Feeral Rural o Rio e Janeiro. O município e Seropéica encontra-se a oeste a baixaa fluminense, com área aproximaa e 283,7 km 2 e coorenaas geográficas e Sul o Equaor e 43º42 28 Oeste o Meriiano Gw, altitue e 26,0 m, istano em torno e 75,0 km a capital Rio e Janeiro (Figura 1). Figura 1 - Croqui e localização o município e Seropéica - RJ. Fonte: IBGE, Mapas e localização o Brasil e estao o Rio e Janeiro Imagens igitais e certificao e calibração As imagens utilizaas foram obtias a partir e fotografias aéreas verticais na escala aproximaa e 1:30.000, igitalizaas com uma resolução espacial e pi, e um sobrevoo o município e Seropéica-RJ, o ano e As imagens igitais juntamente com o certificao e calibração a câmara aerofotogramétrica, foram ceios pelo IBGE. A Figura 2 apresenta o bloco e fotografias utilizaas (fotografias: 1853, 1854 e 1855), com a inicação a linha e voo.

3 p Metoologia Figura 2 - Bloco e fotografias aéreas verticais com a inicação a linha e voo Meição os pontos e controle e e verificação Inicialmente no escritório foi realizao um estuo sobre à istribuição os pontos e controle a serem meios em campo. Observa-se na figura 2, a istribuição os pontos e controle e e verificação meios. As coorenaas no espaço-objeto os pontos selecionaos foram obtias por tecnologia e posicionamento por satélites, utilizano o equipamento a marca Topcon moelo Hiper, com receptor GNSS RTK e upla freqüência (L1+L2) integrao (receptor, antena, ráio, bateria e carregaor), com 40 canais universais, capaz e rastrear sinais e satélites GPS e GLONASS. Possui precisão horizontal e ±(3mm + 0,5 ppm x D) e vertical e ±(5mm + 0,5 ppm x D), seno D o comprimento o vetor. Foram meios um total e 37 pontos no terreno, entre eles 5 são pontos e controle e 32 pontos e verificação, além esse total foram utilizaos 3 pontos e controle fornecios pelo IBGE, totalizano assim, 8 pontos e controle. Na eterminação as coorenaas os pontos meios por tecnologia e posicionamento por satélites, foi realizao um irraiamento geoésico, utilizano-se a Estação Geoésica SAT (IBGE) e coorenaas UTM (SIRGAS 2000): E = ,454 m, N = ,048 m e H = 22,71 m. O processamento os aos foi executao no software Topcon Tools v A altitue ortométrica os pontos meios foram obtias após a eterminação a onulação geoial no MAPGEO Criação o projeto e mapeamento aerofotogramétrico na versão integraa o E-FOTO O fluxo e trabalho na versão integraa o E-FOTO, consistiu inicialmente na criação o projeto e mapeamento aerofotogramétrico igital, utilizano o móulo e gerenciaor e projetos, one foram inserias as informações o terreno, os aos o sensor utilizao na obtenção as imagens, informações estas contias no certificao e calibração a câmara fotogramétrica (istância focal calibraa, coorenaas o ponto principal, coeficientes e istorção raial simétrica e escentraa) e as coorenaas planas UTM em SIRGAS 2000 os pontos e controle. Na Figura 3, poe-se observar as coorenaas fotogramétricas as 8 marcas fiuciais (certificao e calibração) no sistema métrico analógico.

4 p Figura 3 - Coorenaas fotogramétricas as 8 marcas fiuciais no sistema métrico analógico Execução a orientação interior Entene-se por orientação interior a reconstrução o feixe perspectivo, ou seja, o referenciamento a imagem em relação à câmara (Coelho e Brito, 2002). Este processo foi realizao com as três imagens separaamente, imeiatamente após a criação o projeto no respectivo móulo, seno necessário a meição as coorenaas as marcas fiuciais no espaço-imagem (linha e coluna). Através a transformação afim são obtios os parâmetros a orientação interior (a0, a1, a2, b0, b1 e b2) para caa fotografia, e moo a permitir que toos os pontos meios na imagem tenham suas coorenaas convertias para o sistema fotogramétrico analógico (ξ e η) Execução a orientação exterior Após a orientação interior, realizou-se a orientação exterior, relacionano caa imagem ao sistema e coorenaas o espaço-objeto (terreno). A orientação exterior no E-FOTO é realizaa através o algoritmo a ressecção espacial, e maneira iterativa, a fim e eterminar a atitue o sensor no momento a tomaa a fotografia (Omega, Phi e Kappa) e as coorenaas (E 0, N 0 e H 0 ) no espaço-objeto o centro e perspectiva (CP) a camara. Os parâmetros a orientação exterior obtios (E 0, N 0, H 0, Omega, Phi e Kappa) para caa fotografia são salvos em um arquivo para ser utilizao no móulo estereoplotter Meia e feições no móulo estereoplotter versão 1.64 o E-FOTO Para a restituição fotogramétrica é necessário que o moelo estereoscópico esteja eviamente orientao em relação ao referencial e coorenaas triimensionais o espaço-objeto (orientação exterior). Na restituição as feições e interesse, o programa isponibiliza 3 primitivas gráficas: Ponto, Linha e Polígono. Neste trabalho foram criaas 10 linhas e 10 polígonos, a partir as coorenaas no espaço-objeto os pontos obtios por tecnologia e posicionamento por satélites, pontos esses ientificaos e meios três vezes no moelo estereoscópico no móulo estereoplotter versão 1.64, para eterminação as precisões e suas meias. Na Figura 4, são apresentaas as feições polígono e linha. Figura 4 - Feições polígono e linha, formaas a partir as coorenaas obtias com o GNSS. Para avaliar se as meias realizaas no móulo estereoplotter versão 1.64 o E-FOTO são equivalentes as realizaas no terreno, foi utilizao o software AutoCAD 2010, executano as meições corresponentes as feições e terreno, seno essas a verae e campo e comparano com as meias obtias no E-FOTO. Para saber se as meias realizaas no móulo estereoplotter versão 1.64 o E-FOTO possam ser consieraas equivalentes as meias o terreno, os resultaos foram analisaas pelo métoo e inferência estatística pelo teste e hipóteses t e Stuent (Gemael, 1994) com nível e significância e 5%. As hipóteses testaas foram: Hipótese nula (H 0 ) H 0 : µ = 0

5 p Hipótese alternativa (H 1 ) H 1 : µ 0 Conição para passar no teste t x < t( n 1,1 α One: t x - valor e t calculao; - méia as iferenças os parâmetros nos ois softwares; µ - méia populacional as iferenças; S - erro parão a méia as iferenças; n - número e iferenças os parâmetros testaos; α - nível e significância. O erro parão a méia é calculao pela fórmula abaixo. µ t x = < t( n 1,1 α (1) S S σ = (2) n One: σ n - esvio parão; - tamanho a amostra. Também foi possível fazer uma estimativa o volume e 5 préios a Universiae Feeral Rural o Rio e Janeiro, a fim e saber se a estimativa e volumes com o E-FOTO se equivale ao campo. O volume os préios no móulo estereoplotter foram obtios utilizano a primitiva polígono, para a eterminação a área o préio e em seguia meia a altura através a iferença entre a altitue o topo e a base. Fazeno-se a área vezes a altura, estimou-se o volume o objeto. No campo utilizano-se uma trena para a meição o comprimento e largura o préio e uma mira para meir a altura, foi possível eterminar o volume o objeto. Na Figura 5, estaca-se o móulo estereoplotter versão 1.64 o E-FOTO, com a inicação os préios que foram meios por separação espacial, com intuito e estimar seus respectivos volumes. Figura 5 - Os préios meios por separação espacial no móulo estereoplotter versão 1.64 o E-FOTO. 3 RESULTADOS OBTIDOS E DISCUSSÕES

6 p Avaliação a qualiae as meias a feição ponto A precisão as meias a feição ponto no móulo estereoplotter versão 1.64 o E-FOTO foi obtia através o esvio parão méio a amostra (30 pontos), seno caa ponto meio com uma série e 3 repetições no móulo estereoplotter versão 1.64 o E-FOTO conforme Tabela 1. Tabela 1 - Precisão pontual no móulo estereoploter versão 1.64 o E-FOTO. COORDENADAS PRECISÃO E-FOTO E N H +/- 0,453 m +/- 0,521 m +/- 0,983 m A equivalência as meias foi eterminaa através o teste estatístico t e Stuent, com nível e 5% e significância e grau e liberae 29. Obteno-se os seguintes resultaos (Tabela 2). Tabela 2 - Resultao o teste t e Stuent (feição ponto) E (m) N (m) H (m) 0,489 0,247 0,860 S 0,216 0,283 0,374 t x 1,925 0,873 2,303 t tabelao t x = 2,050 < t( n 1,1 α 3.2 Avaliação a qualiae as meias a feição linha Para esta avaliação a precisão a meia linear foram meias 10 linhas, seno que 5 linhas no moelo estereoscópio formao pelas fotografias 1853 e 1854 e 5 linhas no moelo estereoscópico formao pelas fotografias 1854 e A Tabela 3 apresenta a precisão méia obtias nas meias e comprimento os ois moelos. Tabela 3 - Precisão méia para meia linear no E-FOTO. PRECISÃO E-FOTO Distância (m) +/- 0,747 m A equivalência entre as meias foi eterminaa através o teste t e Stuent com nível e 5% e significância e grau e liberae 9, essa forma foram obtios os seguintes valores a Tabela 4. Tabela 4 - Resultao o teste t e stuent (comprimento). DISTÂNCIA (m) 0,542 S 0,573 t x 0,946 t tabelao t x < t n = 2,260 1,1 ( α 3.3 Avaliação a qualiae as meias a feição polígono A precisão as meições a feição polígono foi obtia a partir a eterminação a área e o perímetro e 10 polígonos istribuíos igualmente nos ois moelos, cujos vértices se referem às coorenaas obtias com tecnologia e posicionamento por satélites. A Tabela 5 apresenta os resultaos a precisão no cálculo a área e o perímetro. Tabela 5 - Precisão na meia e perímetro e área no E-FOTO.

7 p FEIÇÃO PRECISÃO E-FOTO ÁREA +/- 1,974 m 2 PERÍMETRO +/- 0,603 m A Tabela 6 apresenta as iscrepâncias entre as meias a área e o perímetro realizaas no móulo estereoplotter versão 1.64 com as meias obtias por tecnologia e posicionamento por satélites. Tabela 6 - Discrepância entre as observações no E-FOTO e no CAD. DISCREPÂNCIA ENTRE AS MEDIDAS POLÍGONO PERÍMETRO (m) ÁREA (m²) 1-2, , , , , , , , , , , , , , , , , , , ,500 A equivalência entre as meias foi eterminaa através o teste t e Stuent com nível e significância e 5% e grau e liberae 9, essa forma foram obtios os seguintes valores a Tabela 7. Tabela 7 - t calculao para o perímetro e área. PERÍMETRO (m) ÁREA (m²) 5, ,962 S 6, ,584 t x 0,841 0,990 t tabelao t x < t n = 2,260 1,1 Observano a tabela as iscrepâncias essa feição é possível notar que apesar o cálculo e área realizao pelo software ter passao no teste e t Stuent, as iferenças em relação às meias realizaas no CAD foram muito altas, inicano um problema na eterminação biimensional pelo software. Assim, embora o cálculo e perímetro tenha resultao valores totalmente coerentes, a meia e área não obteve o mesmo sucesso, inicano que as coorenaas os vértices que ligam os polígonos estão corretas, mas que o algoritmo para cálculo e área está inuzino a valores aproximaamente o obro a realiae. Para comprovar este fato foram realizaas três séries as meias os polígonos no AutoCAD com as coorenaas os vértices formaores essas feições mensuraas pelo E-FOTO. O valor méio essas observações é ao pela Tabela 8. ( α Tabela 8 - Meições realizaas no CAD com as coorenaas E-FOTO. VALORES MÉDIOS CAD COM COORDENADAS E - foto POLÍGONO PERÍMETRO (m) ÁREA (m²) , , , , , , , , , ,525

8 p , , , , , , , , , ,453 Agora para avaliar qual a iferença está ocorreno nas meições, foi calculaa a iscrepância entre os valores e área calculaos pelo E-FOTO com coorenaas E-FOTO e os valores obtios no AutoCAD também com coorenaas E-FOTO (Tabela 9). Tabela 9 - Discrepância entre as meias realizaas no CAD e no E-FOTO ambos com coorenas E e N obtias no E- FOTO. DISCREPÂNCIA ENTRE AS MEDIDAS ( CAD_E-FOTO) POLÍGONO PERÍMETRO (m) ÁREA (m²) 1 2,8360-0, , , , , , , ,2517 4, ,8530-0, ,4186-2, , , , , , ,471 Com esses aos é possível observar que a iscrepância entre as meias iminuíram consieravelmente, apesar e algumas aina terem permanecio altas. 3.4 Avaliação a qualiae as meias a feição volume O cálculo o volume estimao através as primitivas ponto e polígono no móulo estereoploter versão 1.64 o E-FOTO, são apresentaas na Tabela 10. Tabela 10 - Meias obtias no E-FOTO para o cálculo e volume. VOLUMES (E-FOTO) PRÉDIOS ALTURA (m) ÁREA (m²) VOLUME (m³) BIBLIOTECA 10,04 971, ,882 PITÁGORAS 4,08 923, ,214 PREFEITURA 4,65 817, ,026 IZ 6, , ,456 IE 3,86 599, ,155 Assim, os resultaos as iscrepâncias obtios pela iferença entre as meias e campo com as realizaas no móulo estereoplotter versão 1.64 o E-FOTO, são apresentaas na Tabela 11. Tabela 11: Discrepância volumétrica entre o E-FOTO e as meias e campo. EDIFICAÇÃO DISCREPÂNCIAS (m³) BIBLIOTECA -0,882

9 p PITÁGORAS -3,463 PREFEITURA 0,432 IZ 1,726 IE 1,619 Na Tabela 12 são apresentaos os valores t calculao para as observações realizaas. Tabela 12 - t calculao para o volume. VOLUME (m³) 5,643 S 6,712 t x 0,841 t tabelao t x < t n = 2,776 1,1 Tais resultaos emonstram que na comparação as observações realizaas em campo, o E-FOTO apresentou observações equivalentes às realizaas com o sistema e posicionamento por satélite. ( α 4 CONCLUSÃO A partir este estuo, conclui-se que: As meições realizaas no móulo estereoplotter versão 1.64 o E-FOTO, tiveram precisões méias pontuais para as coorenaas planialtimétricas e: N= ±0,453m, E= ±0,520m e H= ±0,983m. Poe-se concluir que tais coorenaas são equivalentes às meições realizaas com tecnologia e posicionamento por satélites, com exceção a altitue. Poe ter ocorrio erro humano, pelo fato a altitue o ponto ser calculaa no software através o algoritmo a intersecção espacial, epeneno iretamente a qualiae na meição os pontos homólogos no espaço-imagem. Quanto às meias e comprimento, chegou-se à precisão méia e ±0,747m e relativa e 1/1444. Poe-se concluir que as meias se equivalem às realizaas com tecnologia e posicionamento por satélite; Para a meição e área foi obtia a precisão méia e ±1,974m e relativa e 1/ Para a mesma feição, também foi meio o perímetro, obteno-se ±0,603m para a precisão méia e 1/7152 para a precisão relativa. Ambos os parâmetros passaram no teste t e Stuent poeno ser consieraas equivalentes às meias realizaas com tecnologia e posicionamento por satélites. Na estimativa o volume, as meições realizaas no E-FOTO, poem ser consieraas equivalentes às observações e campo, com nível e significância e 5%. AGRADECIMENTOS Os autores agraecem ao IBGE pela seção as imagens o sobrevoo a região e Seropéica-RJ e o certificao e calibração a câmara fotogramétrica utilizaos na realização este trabalho e também a equipe o projeto E-FOTO. REFERÊNCIAS ANDRADE, J. B.; Fotogrametria. 2. e. SBEE, p. BRITO, J. L. N. S.; FILHO, L. C. T. C. Fotogrametria Digital. Euerj, Rio e Janeiro, Brasil, p. GEMAEL, C. Introução ao ajustamento e observações: aplicações geoésicas. Curitiba: Eitora UFPR, p. Tutorial o submóulo e gerenciamento e projetos fotogramétricos a versão integraa o e-foto (Versão Eucacional). Disponível em: ( Acesso em: 15 out Tutorial o submóulo e orientação interior e-foto. Disponível em: ( Acesso em: 15 out

10 p Tutorial e orientação exterior por ressecção especial no software livre e-foto. Disponível em: ( Acesso em: 15 out Tutorial e estereoplotter o software livre e-foto. Disponível em: ( Acesso em: 15 out