Artur Pantoja Marques 1 Tiago Lopes e Silva 1 Hélio Ricardo Silva 1

Transcrição

1 Embrapa Informática Agropecuária/INPE, p Análise do traçado viário considerando o cadastramento posicional obtido por meio de imagens orbitais e comparadas com o levantamento realizado por GPS geodésico. Artur Pantoja Marques 1 Tiago Lopes e Silva 1 Hélio Ricardo Silva 1 1 Universidade Estadual Paulista Júlio de Mesquita Filho UNESP Faculdade de Engenharia Campus de Ilha Solteira Avenida Brasil, 56 Centro Ilha Solteira - SP, Brasil artur@dec.feis.unesp.br tiago62077@aluno.feis.unesp.br hrsilva@agr.feis.unesp.br Resumo. Este artigo apresenta o resultado do cadastramento de estradas rurais realizado no município de Guaraçaí, SP de três formas diferentes: utilizando imagens obtidas do programa Google Earth e processadas pelo programa Elshayal, usando imagens orbitais do satélite CBERS-2B e processadas pelo programa Spring INPE e obtidas pelo levantamento de campo usando técnica de processamento preciso com GPS geodésico. Os cadastramentos realizados pelas imagens foram comparados com o realizado pelo GPS geodésico e foram obtidos resultados que apresentaram qualidade posicional média para os traçados da ordem de 15m. Esse resultado valida o cadastro considerando a qualidade posicional segundo critérios cartográficos, viabilizando a execução cadastral de feições viárias onde há disponibilidade de imagens de alta resolução do Google Earth. Palavras-chave: estrada vicinal, fotointerpretação, cadastramento viário. 994

2 Embrapa Informática Agropecuária/INPE, p Abstract. This article presents results of the registration of rural roads conducted at Guaraçaí, SP in three different ways: using images obtained from Google Earth programa and processed by programa Elshayal using orbital images from CBERS-2B satellite and processed by programa Spring obtained by INPE and field survey using processing technique with precise geodetic GPS. The registrations performed by the images were compared with that achieved by GPS and geodetic results were obtained that showed positional quality average for the traces of the order of 15m. This result validates the registration considering the positional quality criteria mapping, enabling the execution of cadastral features road where there is availability of high resolution images from Google Earth. Key-words: rural road, image processing, registration roads. 1. Introdução As imagens do globo terrestre são muito utilizadas atualmente por profissionais e instituições que buscam ter uma ampla visão de determinada região para realização de pesquisas, controles, cadastramentos, entre outros. Entre os sítios web alguns apresentam imagens através de modelagem como o programa Google Earth e o site do INPE (Instituto de Pesquisas Espaciais) que disponibiliza imagens orbitais de satélites, como as imagens do satélite CBERS-2B, usadas neste trabalho. O Google Earth é um programa de computador desenvolvido e distribuído pela empresa americana Google, que apresenta um modelo tridimensional do globo terrestre com a finalidade de oferecer mapas e imagens de satélite ou apenas apresentar um modelo simulado das diversas paisagens presentes no Planeta Terra, sem fins técnicos científicos. Com ele é possível identificar lugares, construções, cidades, paisagens, entre outros elementos. Com fins técnicos científicos o CBERS (China-Brazil Earth-Resources Satellite em português, Satélite Sino-Brasileiro de Recursos Terrestres) fornece imagens orbitais usadas para o controle do desmatamento e queimadas na Amazônia Legal, monitoramento de recursos hídricos, áreas agrícolas, crescimento urbano e ocupação do solo, além de ser fundamental para grandes projetos nacionais estratégicos, como o SIVAM e a ocupação de espaço definitivo em diversos programas ambientais. Segundo Beppler (2009), a maioria dos municípios do país não possui cadastramento com informações eficazes para um bom gerenciamento público, que evite o crescimento urbano desordenado. Mas atualmente as imagens de satélites fornecem informações eficazes e de baixo custo devido a uma melhoria de resolução, que permitem realização e atualização cadastral de feições facilmente identificadas como as vias de transportes de um município, e nesse caso especifico de analise de estradas vicinais. O Departamento de Estradas de Rodagem do Estado de São Paulo - DER-SP (2008) define as estradas vicinais como sendo, em geral, estradas municipais, pavimentadas ou não, de uma só pista e de padrão técnico modesto. Essas vias permitem o fluxo de mercadorias e serviços na zona rural dos municípios, em geral são oriundas de trilhas e caminhos existentes, condicionadas a um traçado geométrico carregado de fortes rampas e curvas acentuadas. Segundo Hax (2003), a variação na extensão das estradas de um município que não possui um cadastro atualizado e eficaz é da ordem de 30%, pois normalmente são obtidos de mapas viários desatualizados ou informações de servidores do setor sem comprovação técnica. Uma base cartográfica atualizada é indispensável para qualquer sistema de gestão e, sua informatização por meio do geoprocessamento amplia a qualidade e a velocidade 995

3 Embrapa Informática Agropecuária/INPE, p das tomadas de decisões. Nesse contexto é possível realizar estudos de demanda ou de fluxo de vias, identificação de pontos críticos de acidentes, zonas de conflito e necessidades de manutenção. O uso de imagens orbitais no geoprocessamento apresenta uma gama de aplicações, pois elas fornecem agilidade, qualidade e são de baixo custo. Também permitem a atualização do cadastro de forma rápida e com qualidade para os órgãos competentes tanto municipais quanto privados. 2. Objetivo Este trabalho teve como objetivo principal analisar a qualidade do cadastramento de estradas rurais realizados por meio da vetorização usando imagens do programa Google Earth e imagens do satélite CBERS no SPRING, comparando-as com o cadastramento preciso realizado por meio de GPS geodésico. Considerando as características próprias da região de estudo entende-se que essa metodologia pode ser facilmente aplicada a região do pantanal. 3. Material e Métodos O município de Guaraçaí localiza-se na região noroeste do Estado de São Paulo na província geomorfológica do Planalto Ocidental Paulista, Figura 1. Integrante da região administrativa de Araçatuba, com uma extensão territorial de 568 km 2. Guaraçaí limitase ao norte com o rio Tietê e ao Sul com o rio Aguapeí, integrando duas importantes Unidades de Gerenciamento de Recursos Hídricos (URGHIs) do oeste paulista: Bacia Hidrográfica do Baixo Tietê (56,10% do território do município) e Bacia Hidrográfica do Aguapeí (43,9% do município). Figura 1. Localização do município de Guaraçaí, SP. Esse estudo foi desenvolvido como parte do projeto denominado GuaraçaíGeo com a finalidade de definição, caracterização e georreferenciamento cadastral de feições para gestão ambiental do município de Guaraçaí, SP (Marques, 2011). A pesquisa foi divida nas seguintes etapas, cadastramento das estradas rurais do município de Guaraçaí por meio das imagens do Google Earth e por meio de imagens do satélite CBERS-2B, desconsiderando suas distorções e comparando esses dois cadastramentos com o levantamento realizado em campo com técnica de posicionamento preciso usando GPS geodésico, a fim de avaliar a qualidade posicional dos cadastramentos 996

4 Embrapa Informática Agropecuária/INPE, p realizados pelas imagens sem o devido tratamento geométrico. O levantamento de campo foi feito usando a técnica de posicionamento por satélite em tempo real (RTK) que consistiu da ocupação de Pontos Georreferenciados de Apoio - GAPs implantados e ajustados à Rede Brasileira de Monitoramento Contínuo RBMC no município de Guaraçaí, SP. Todas as estradas foram levantadas em tempo real utilizando veículo adaptado com suporte para georreferenciar os pontos no eixo viário com qualidade posicional subcentimétrica. O cadastramento das estradas rurais do município de Guaraçaí por meio de imagens do Google Earth foi realizado com o GIS (Sistema de Informação Geográfica) Elshayal que permite capturar imagens registradas do Google Earth lado a lado e realizar automaticamente o mosaico de todas as imagens, Figura 2. As imagens foram capturadas com uma altitude de 1200 metros, direcionada para o norte e com direção perpendicular a superfície da terra, de modo que proporcionasse boa visualização do traçado das estradas. Foram necessárias 83 imagens para cobrir toda a extensão do município. Posteriormente realizou-se a vetorização das estradas pelo mesmo programa Elshayal, configurado no mesmo datum (SIRGAS 2000) e sistema de projeção (UTM). O resultado obtido foi comparado com o traçado realizado pelo GPS geodésico, no programa CAD. Figura 3. Após a importação do traçado das estradas rurais para o AutoCAD foi feito uma comparação com o traçado realizado por meio do GPS geodésico. A comparação foi executada verificando-se em cada trecho das estradas os deslocamentos transversais médios dos pontos entre um traçado e outro, desprezando as extremidades onde geralmente ocorre um alargamento da estrada, podendo gerar variação de traçados. Posteriormente foi colocada em uma planilha eletrônica a distância máxima de cada estrada para obter índices estatísticos como média aritmética, desvio padrão e exatidão dos dados. Na segunda etapa, o cadastramento das estradas foi realizado por meio de Imagens orbitais do satélite CBERS-2B, sensores CCD com resolução de 20 metros e HRC com resolução de 2,5 metros, obtidas através do site do Instituto Nacional de Pesquisas Espaciais INPE, As imagens orbitais da câmera de média resolução, CCD, utilizadas foram as orbitas/pontos 159/123 do dia 06 de janeiro de 2010 e a 159/124 do dia 27 de setembro de Em relação às imagens de alta resolução do sensor HRC, também disponibilizadas no mesmo site do INPE, foram obtidas quatro imagens das seguintes orbita/pontos: 159_A/124_1 do dia 27 de setembro de 2009, 159_A/124_2 do dia 27 de setembro de 2009, 159_B/124_1 do dia 05 de outubro de 2009, 159_A/123_5 do dia 27 de setembro de Incialmente as imagens foram importadas para o programa Spring onde foi feita a restauração das imagens CCD com pixel de 20 metros para 10 metros. Visando uma maior precisão geométrica, foi realizada a operação de registro das imagens CCD/CBERS restauradas tomando como referência a imagem LANDSAT 7/ETM+ ortorretificada. Posteriormente foi gerado o mosaico das duas imagens restauradas do sensor CCD. Utilizando como referência esta imagem mosaicada do sensor CCD foi feito o registro das imagens CBERS, sensor HRC também utilizando o SPRING. O ajuste final no registro das imagens foi feito utilizando 30 pontos distribuídos em toda área do município e selecionados aleatoriamente na imagem com homólogos levantados em campo através do GPS geodésico. Após o registro foi realizada a fusão das imagens CCD com as imagens HRC para melhorar a resolução das imagens, Figura 4. Em seguida foi feito a vetorização das estradas no mesmo datum (SIRGAS 2000) e sistema de projeção (UTM). O resultado obtido foi comparado com o traçado realizado pelo GPS geodésico, no programa CAD, Figura

5 Embrapa Informática Agropecuária/INPE, p Para finalizar foi realizada uma comparação apenas entre os traçados das estradas comuns obtidos por meio das imagens do Google Earth no Elshayal e das imagens orbitais do satélite CBERS-2B no Spring com o traçado realizado pelo GPS geodésico. Os demais traçados foram desconsiderados, pois se tratavam de trechos temporários existentes nas datas das imagens e outros existentes atualmente que foram levantados com GPS e que não constavam na época das imagens, Figura 6. Figura 2. Imagem do município de Guaraçaí capturada do Google Earth pelo Elshayal. Figura 3. Cadastramento das estradas rurais de Guaraçaí realizado pelo Elshayal. Figura 4. Imagem do município de Guaraçaí resultante do CBERS - 2B no Spring. Figura 5. Cadastramento das estradas rurais de Guaraçaí realizado pelo Spring. 998

6 Embrapa Informática Agropecuária/INPE, p (a) (b) (c) Figura 6. Cadastramento das estradas rurais do Município de Guaraçaí realizado através do (a)elshayal (GoogleEarth); (b)spring (CBERS-2B) e (c) GPS geodésico. 4. Resultados O resultado obtido pela comparação do cadastramento realizado pelas imagens do Google Earth com o cadastramento realizado pelo GPS geodésico apresentou uma exatidão de 15,79m ± 1,67 metros, Tabela 1. Já o resultado obtido pela comparação do cadastramento realizado pelas imagens orbitais do satélite CBERS-2B com o cadastramento realizado pelo GPS geodésico teve exatidão posicional de 14,58m ± 0,95 metros conforme Tabela 2. Tabela 1. Comparação dos traçados Google Earth e GPS geodésico. Tabela 2. Comparação dos traçados CBERS-2B e GPS geodésico. 999

7 Embrapa Informática Agropecuária/INPE, p O gráfico da Figura 7 mostra a magnitude média dos deslocamentos transversais dos traçados viários obtidos usando os dois métodos em relação às coordenadas ajustadas obtidas para o traçado com GPS geodésico no local. Figura 7. Deslocamento posicional dos traçados das estradas rurais do Município de Guaraçaí realizado através do Elshayal (GoogleEarth) e Spring (CBERS-2B). 5. Conclusões Inicialmente foi esperado um deslocamento muito maior para o cadastramento realizado por meio do Google Earth devido ao registro não muito preciso de suas imagens. Porém, tanto o deslocamento obtido pelas imagens orbitais do satélite CBERS-2B quanto o deslocamento obtido pelo Google Earth ficaram próximos de 15 metros. Isso pode ter ocorrido devido à baixa resolução resultante das imagens CBERS que foi de 2,5 metros depois de fusionada e da alta resolução das imagens do Google Earth que é de 0,5 metros. Com a resolução encontrada nas imagens do Google Earth sobre a cidade de Guaraçaí puderam ser realizados cadastramentos de estradas rurais com boa qualidade, mas essa resolução encontrada não está disponível em todos os municípios e, portanto não é possível ainda, realizar o cadastramento em todos os municípios por meio do Google Earth. É importante ressaltar que ao capturar as imagens do Google Earth com o ELSHAYAL utilizou-se uma altitude de 1200 metros para que houvesse boa resolução e ao mesmo tempo não levasse muito tempo para realizar o mosaico de todo o município. Porém, com a resolução encontrada nas imagens sobre Guaraçaí, de 0,5 metros, a altitude de visão poderia ter chegado a 200 metros e poderia ser utilizado para realizar cadastramentos das ruas da área urbana. Portanto pode-se concluir que para regiões onde a resolução das imagens do Google Earth é boa, ou seja, de 0,5 metros podem ser realizados cadastramentos de estradas rurais com qualidade B, de acordo com o PAP-PCD (Padrão de Acurácia e Precisão para Produtos Cartográficos Digitais), conforme desvio padrão comprovados por este estudo para mais de 90% dos dados. 1000

8 Embrapa Informática Agropecuária/INPE, p Referências Beppler, M.; Antunes, A. F. B. Estudo das pontencialidades do uso de imagem QuickBird para atualização do cadastro urbano. In: SIMPÓSIO BRASILEIRO DE SENSORIAMENTO REMOTO, 14, 2009, Natal. Natal: INPE, p BRASIL. Infraestrutura nacional de dados espaciais: especificação técnica para a aquisição de dados geoespaciais vetoriais (ET-ADGV). Exercito Brasileiro. Departamento Técnico de Ciência e Tecnologia. Diretoria de Serviço Geográfico. Comissão Nacional de Cartografia. Brasília, DF: DSG, [2009]. Disponível em: < >. Acesso em: 01 mar DER-SP. Relatório de Aspectos e Normas Ambientais para o Programa Pró Vicinais de Recuperação de Estradas Vicinais. Departamento de Estradas de Rodagem. SP. Secretaria de Transportes. Fev Hax, S. Sistema de gerência de estradas municipais com uso de geoprocessamento f. Dissertação - Centro Estadual de Pesquisa em Sensoriamento Remoto, Universidade Federal do Rio Grande do Sul, Porto Alegre, MARQUES, Artur Pantoja; SILVA, Hélio Ricardo. Estudo para definição, caracterização e georreferenciamento de sub-bacias hidrográficas e nascentes, afluentes da margem direita do rio Aguapeí, zona rural do município de Guaraçaí-SP: Etapa 1. Ilha Solteira: UNESP/FEPISA, p. (Relatório Técnico-FEPISA- Projeto Graraçaí, 048/2010). 1001

9 Embrapa Informática Agropecuária/INPE, p

10 Embrapa Informática Agropecuária/INPE, p

11 Embrapa Informática Agropecuária/INPE, p