ALISON GALDINO DE OLIVEIRA SILVA CARLOS HENRIQUE CAVALCANTE SILVA ANDRÉA DE SEIXAS

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1 ISSN , p UMA ABORDAGEM EMPÍRICA E METODOLÓGICA PARA UMA ANÁLISE COMPARATIVA DE ÁREAS DE FEIÇÕES URBANAS: UTILIZAÇÃO DE IMAGEM DE ALTA RESOLUÇÃO, BASE CARTOGRÁFICA, RECEPTOR GPS DE NAVEGAÇÃO E TOPOGRÁFICO ALISON GALDINO DE OLIVEIRA SILVA CARLOS HENRIQUE CAVALCANTE SILVA ANDRÉA DE SEIXAS Universidade Federal de Pernambuco - UFPE Centro de Tecnologia e Geociências - CTG Departamento de Engenharia Cartográfica, Recife - PE {alisongaldino,cahecasi}@hotmail.com {aseixas}@ufpe.br RESUMO: Este trabalho faz uma análise comparativa da precisão de feições urbanas obtidas a partir de uma imagem de alta resolução (sensor Quickbird) georreferenciada por meio de pontos idênticos determinados por um GPS de navegação (código C/A) modelo GARMIN MAP 76 e pelo emprego de dois receptores GPS Topográfico (L1 e C/A) modelo GTR-A. Como área teste foi escolhido um trecho do bairro da Várzea, localizado na zona Oeste da Cidade do Recife-PE. Esta área caracteriza-se por ser plana e possuir uma população pobre e de classe média. A metodologia consiste em georreferenciar a imagem Quickbird com os pontos de apoio obtidos pelos aparelhos GPS (GARMIN e GTR-A) coletados em campo e verificar as áreas de feições urbanas como quadras, por exemplo, obtidas por estes aparelhos, com uma base cartográfica e com esta imagem georreferenciada. Em seguida é feita uma análise da viabilidade de utilização de imagens de alta resolução na detecção de feições urbanas. O Sistema de Referência Geodésico adotado neste trabalho foi o Sistema de Referência Geocêntrico para as Américas (SIRGAS2000). ABSTRACT: This work make a comparative analysis of the precision of urban features got from a high resolution image (Quickbird sensor) georeferenced with control points determined by GPS (C/A Code) - GARMIN MAP 76 model and a pair GPS receivers (L1 and C/A Code) - GTR-A model. As test area was chosen a part of neighbor Várzea, located in the West Zone of Recife City. This area is characterized for being plain and to possess a poor population and of middle class. The methodology consists of georeferencing the Quickbird image with the control points got by devices GPS (GARMIN and GTR-A) collected in field and to verify the areas of urban features as square place, for example. After that an analysis of the viability of high resolution image is made for urban features detection. The Reference System adopted in this work was the Geocentric Reference System for America (SIRGAS2000). 1 INTRODUÇÃO Nos últimos anos os sensores remotos tiveram grandes avanços, principalmente em suas resoluções espaciais, o que facilitou bastante o planejamento urbano nas grandes cidades brasileiras. Existem diversos trabalhos que utilizam imagens de alta resolução para o planejamento urbano, a exemplo o de Pinho & Kux (2004) e o de Silva & Candeias (2004). Este trabalho faz uma análise quantitativa de feições urbanas (áreas e perímetros de quadras) numa imagem Quickbird (ano de 2003) georreferenciada a partir de pontos GPS (navegação e topográfico) e compara estas áreas e perímetros com as feições extraídas da Unibase da Cidade do Recife e dos pontos obtidos por GPS em campo. Em seguida é feita uma análise da viabilidade de utilização de imagens de alta resolução na detecção de feições urbanas. Como área teste foi escolhido um trecho do bairro da Várzea, zona oeste da cidade do Recife-PE. Esta área caracteriza-se por ser bastante plana e por ter uma população de classe média e pobre.

2 O sistema de referência geodésico adotado neste trabalho foi o Sistema de Referência Geocêntrico para as Américas (SIRGAS2000). 2 MATERIAIS E PROGRAMÁTICAS COMPUTACIONAIS Os materiais utilizados para a realização deste trabalho foram: Imagem Quickbird (2003) de um trecho do bairro da Várzea; Unibase da Cidade do Recife escala 1:2000; Um par de GPS Topográfico (L1 e C/A) modelo GTR-A (TeoTech); Um GPS de navegação (C/A) modelo GARMIN MAP 76. As programáticas computacionais utilizadas foram: 3 METODOLOGIA Primeiramente, fez-se o reconhecimento da área de estudo (Figura 02) para localizar onde seriam determinados os pontos por GPS. ArcGIS 9.1; Autocad Map2006; Grafnet. As características da imagem (bandas espectrais e resoluções espaciais) encontram-se indicadas na Tabela 01. Tabela 01 Bandas e resoluções do sensor Quickbird. Fonte: Bandas Espectrais Pancromática Resolução Espacial 0,61-0,72m Multiespectral 2,4 2,8m A Figura 01 mostra o tamanho do pixel - menor elemento da imagem. Este tamanho de pixel indica a resolução espacial da imagem (Centeno, 2004). Para a imagem Quickbird tem-se como resolução 0,67m. Figura 02 Localização da área de estudo. Logo após, determinou-se 06 (seis) pontos bem distribuídos com GPS de navegação e topográfico da área de estudo (Figura 03) campo de pontos de referência (Silva et al., 2006). Estes foram utilizados para georreferenciar a imagem. Para a análise quantitativa de feições urbanas foram determinados mais 06 (seis) pontos discretizadores de quadras campo de pontos-objeto. O método utilizado com o GPS Topográfico foi o estático, com um tempo de rastreio de 30 minutos. O passo seguinte foi processar os dados do GTR-A com a programática Grafnet e georreferenciar a imagem no SIRGAS2000. Figura 01 Resolução espacial da imagem. Figura 03 Pontos coletados em campo para o georreferenciamento da imagem (pontos de controle) em vermelho.

3 Como o sistema de referência da Unibase é o SAD- 69 (South American Datum 1969), foi necessário aplicar os parâmetros de transformação deste sistema para o SIRGAS2000, conforme Resolução Nº 01 de 25 de fevereiro de 2005 do Instituto Brasileiro de Geografia e Estatística IBGE, para dispor produtos cartográficos em um único sistema (neste caso o SIRGAS2000). De acordo com o IBGE, os parâmetros de transformação do SAD-69 para o SIRGAS2000 são os seguintes: ΔX = -67,35m (1) ΔY = +3,88 m (2) ΔZ = -38,22 m (3) Após aplicar as transformações, realizou-se o georreferenciamento da imagem, o cálculo das áreas das feições urbanas utilizando-se dados coletados pelo GPS de navegação, pelo GPS topográfico, da imagem Quickbird, procedendo-se, assim, a análise destas áreas. O georreferenciamento da imagem e a transformação dos sistemas de referência foram feitos utilizando a programática ArcGIS 9.1. O georreferenciamento da imagem foi obtida a partir da opção do polinômio do 1º Grau. Para o georreferenciamento da imagem utilizou-se o polinômio de 1º Grau. Como a área de estudo é bastante plana (área de várzea), de não possui grandes edificações, além da imagem ser tomada na posição nadiral, esta não necessitou ser ortorretificada. Para o cálculo das áreas das feições urbanas utilizou-se o Autocad Map Na Figura 04 mostra o fluxograma da metodologia utilizada neste trabalho. 4 RESULTADOS 4.1 ANÁLISE COMPARATIVA DAS COORDENADAS DOS PONTOS UTILIZADOS PARA O GEORREFERENCIAMENTO As coordenadas (UTM SIRGAS2000) dos pontos escolhidos para realizar o georreferenciamento da imagem com o GARMIN são mostradas na Tabela 02. Tabela 02 Coordenadas UTM-SIRGAS2000 obtidas com o GARMIN. Ponto Coordenadas E (m) N (m) As coordenadas (UTM SIRGAS2000) dos pontos para realizar o georreferenciamento da imagem com o GTR-A são mostradas na Tabela 03. Todos esses pontos tiveram uma precisão melhor que 10mm. Tabela 03 - Coordenadas UTM-SIRGAS2000 obtidas com o GTR-A. Ponto Coordenadas E (m) N (m) , , , , , , , , , , , ,56 A Tabela 04 mostra os valores das variações das coordenadas (E,N) dos pontos obtidos com o GTR-A e dos obtidos com o GARMIN. Figura 04 Fluxograma da metodologia utilizada. Tabela 04 Diferença de coordenadas (E,N) dos pontos obtidos com os receptores GPS. Ponto Variação das coordenadas ΔE (m) ΔN (m) 01 2,51 7, ,61 6, ,52 4, ,90 3, ,20 7, ,13 7,44

4 As coordenadas (UTM SIRGAS2000) dos pontos na Unibase são mostradas na Tabela 05. Nota-se um deslocamento considerável destes pontos com os obtidos com o GPS Topográfico (tabela 06). Tabela 05 - Coordenadas UTM-SIRGAS2000 obtidas com a Unibase. Ponto Coordenadas E (m) N (m) , , , , , , , , , , , ,98 Tabela 06 Diferença de coordenadas (E,N) dos pontos obtidos com o GTR-A e a Unibase. Ponto Variação das coordenadas ΔE (m) ΔN (m) 01 5,25 3, ,43 3, ,75 1, ,39 3, ,42 2, ,77 4,42 Figura 05 Carta imagem da Várzea utilizando o GARMIN. 4.2 GEORREFERENCIAMENTO DA IMAGEM E CARTAS-IMAGENS DERIVADAS O Erro Médio Quadrático (EMQ) obtido no georreferenciamento da imagem fornecido pela programática ArcGIS 9.1 foi de 3,87m com o GPS de navegação e de aproximadamente 0,21m com o GPS topográfico, este último abaixo da resolução da imagem (0,67m). As Figuras 05 e 06 mostram uma carta imagem da área de estudo com coordenadas obtidas a partir dos equipamentos GPS de navegação e topográfico, respectivamente. Figura 06 Carta imagem da Várzea utilizando o GTR- A. 4.3 COMPARAÇÃO GRÁFICA ENTRE AS CARTAS-IMAGENS E A UNIBASE Comparou-se o resultado do georreferenciamento das imagens com a Unibase. Para isso, fez-se a sobreposição da Unibase na imagem. Os resultados podem ser observados nas Figuras 07, 08, 09 e 10. Na Figura 08 pode-se notar um erro considerável entre as coordenadas da Unibase com a imagem. Já na Figura 09 nota-se um pequeno deslocamento da Unibase.

5 Figura 07 Sobreposição da Unibase na imagem georreferenciada com o GARMIN. Figura 10 Detalhe da sobreposição da Unibase na imagem georreferenciada com o GTR-A. 4.4 ANÁLISE COMPARATIVA DE ÁREAS DE FEIÇÕES URBANAS As Figuras 11, 12, 13, 14, 15 e 16 mostram as feições urbanas utilizadas para o cálculo das áreas pelo método de Gauss e dos perímetros utilizando as imagens georreferenciadas por meio de pontos de apoio retirados da Unibase, determinadas com o GARMIN e o GTR-A. Figura 08 Detalhe da sobreposição da Unibase na imagem georreferenciada com o GARMIN. Figura 11 Área e perímetro da feição urbana (A1) a partir do GTR-A. Figura 09 Sobreposição da Unibase na imagem georreferenciada com o GTR-A.

6 Figura 12 Área e perímetro da feição urbana (A2) a partir do GTR-A. Figura 15 Área e perímetro da feição urbana (A1) a partir da Unibase. Figura 13 Área e perímetro da feição urbana (A1) a partir do GARMIN. Figura 16 Área e perímetro da feição urbana (A2) a partir da Unibase. As áreas e os perímetros das feições encontram-se na Tabela 07. Tabela 07 Área e perímetro das quadras obtidas com o GTR-A, o GARMIN e a Unibase. Figura 14 Área e perímetro da feição urbana (A2) a partir do GARMIN. Área (m²) GTR-A A1 = 5523,64 A2 = 5860,43 GARMIN A1 = 5696,30 A2 = 5967,49 UNIBASE A1 = 5506,62 A2 = 5793,46 5 DISCUSSÕES Perímetro (m) P(A1) = 301,15 P(A2) = 313,08 P(A1) = 307,49 P(A2) = 315,57 P(A1) = 299,13 P(A2) = 312,25 Comparando-se as áreas e perímetros das quadras a partir do GPS Topográfico, da Unibase da Cidade do Recife e do GPS de navegação nota-se valores bastante discrepantes. A Unibase da Cidade do Recife, mesmo sendo considerada como de Padrão Classe A, mostrou-se deslocada quando comparada com os pontos levantados

7 em campo por GPS Topográfico. Para melhores esclarecimentos sobre as distorções das coordenadas da Unibase ver literatura de Carvalho (2003). Não deve ser utilizado de forma alguma GPS de navegação para fazer o registro de imagens de alta resolução e para detecção de feições urbanas, pois causa um erro bastante elevado. A imagem georreferenciada com GPS topográfico pode ser utilizada para implantação ou atualização de bases cartográficas numa escala de até 1:3500, o que ajudaria bastante no planejamento urbano. Porém, para Celestino et al (2007) um Padrão de Exatidão Cartográfica (PEC) de 0,90m da imagem Quickbird no modo pancromático ou fusionado pode ser utilizada uma escala de 1:1800 adequadamente, o que geraria um produto cartográfico de padrão classe A. Como o PEC da imagem georreferenciada a partir do GPS topográfico foi de 0,71m (bem menor que os 0,90m), pode-se utilizar esta imagem numa escala de 1:2000 de forma adequada (compatível com a escala da Unibase). 6 CONCLUSÕES A metodologia empregada neste trabalho mostrouse eficiente, pois se podem utilizar elementos geométricos (área e perímetro de quadras, assim como também coordenadas de pontos idênticos) como indicadores de qualidade para detecção de feições urbanas em imagens de alta resolução. Ressalta-se que seria necessário realizar mais medições de campo para serem obtidos melhores resultados. AGRADECIMENTOS À Prefeitura da Cidade do Recife por nos conceder a imagem Quickbird da área de estudo. REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS Empresa Brasileira de Pesquisa Agropecuária (EMBRAPA). Disponível em < Acesso: 20 de abril de Instituto Brasileiro de Geografia e Estatística (IBGE). Revista Ponto de Referência. Disponível em < ult.shtm>. Acesso: 20 de abril de Pinho, C. M. D.; Kux, H.J.H. Dados do Quickbird para subsidiar o planejamento urbano: uma proposta metodológica, município de São José dos Campos, São Paulo, Brasil. Anais do XI Simpósio Latinoamericano sobre percepción Remota y Systema de Información Espacial (SELPER). Santiago, Chile Silva, A.G.O; Azevedo, V.W.B; de Seixas, A. Métodos de levantamentos topográficos planimétricos para o georreferenciamento de imóveis rurais. Anais do I Simpósio de Geotecnologias no Pantanal. Campo Grande- MS Silva, M.V.; Candeias, A.L.B. Atualização cartográfica através de imagens de satélites e ortofotocartas digitalizadas. Anais do I Simpósio de Ciências Geodésicas e Tecnologias da Geoinformação. Recife-PE Carvalho, P.R.C. Estudo das Distorções do Sistema Geodésico de Referência da Região Metropolitana do Recife. Dissertação de Mestrado. Curso de Pós-graduação em Ciências Geodésicas e Tecnologias da Geoinformação Celestino, V.C.; Saldanha, D.L.; Rocha, R.S. Avaliação da qualidade de produtos gerados a partir de imagens Quickbird através do PEC brasileiro. Anais do XIII Simpósio Brasileiro de Sensoriamento Remoto (SBSR). Florianópolis, SC. Abril de Centeno, J.A.S. Sensoriamento remoto e processamento de imagens digitais. Editora Curso de Pós-graduação em Ciências Geodésicas. Universidade Federal do Paraná