Avaliação de um Mapa Urbano Produzido de Forma Automática a partir de Imagem Orbital de Alta Resolução

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1 XVIII Semiário Nacioal de Distribuição de Eergia Elétrica SENDI a 0 de outubro Olida - Perambuco - Brasil Avaliação de um Mapa Urbao Produzido de Forma Automática a partir de Imagem Orbital de Alta Resolução Salomão Soares Roberto Coelho de Berrêdo Agaldo Morais Ataíde CEMIG Distribuição S.A. CEMIG Distribuição S.A. CEMIG Distribuição S.A. salomao.soares@cemig.com.br rberredo@cemig.com.br agaldom@cemig.com.br Palavras-chave Aálise estatística Exatidão posicioal Imagem orbital de alta resolução Mapa urbao Resumo Desde há algus aos tem sido observado o surgimeto o mercado de vários produtos de imageameto orbital, cujo potecial de aplicação ao geoprocessameto as cocessioárias de eergia elétrica ão foi aida completamete avaliados. Sedo assim, a experiêcia aqui relatada tem por objetivo pricipal verificar a precisão cartográfica plaimétrica e a aplicabilidade de mapas gerados de forma automática a partir de images orbitais de alta resolução a produção de mapas urbaos a escala :5.000 para uso o cadastro de redes a CEMIG Distribuição. Neste trabalho, utilizou-se um mapa gerado de forma automática a partir de uma amostra de imagem do satélite Quickbird, cobrido uma área de 4 Km² da cidade de Belo Horizote. O mapa resultate foi submetido a um processo de verificação da qualidade, utilizado aálises estatísticas pra determiação da exatidão plaimétrica, a qual é composta por uma aálise de tedêcia e uma aálise de precisão. Os resultados dessa verificação apresetam a possibilidade de uso do mapa, mas com algumas restrições e cosiderações.. Itrodução Desde há algus aos tem sido observado o surgimeto o mercado de vários produtos de imageameto orbital, cujo potecial de aplicação ao geoprocessameto as cocessioárias de eergia elétrica ão foi aida completamete avaliados. Sedo assim, a experiêcia aqui relatada tem por objetivo pricipal verificar a precisão cartográfica plaimétrica e a aplicabilidade de images orbitais de alta resolução a produção de mapas urbaos a escala :5.000 para uso o cadastro de redes a CEMIG Distribuição. O produto utilizado o teste foi um mapa compreededo uma área de 4 km da região cetral de Belo Horizote, gerado de forma automática a partir de uma imagem ortorretificada do satélite Quickbird. /6

2 Figura : Amostra da imagem utilizada para gerar o mapa urbao. O mapa passou por uma avaliação da sua qualidade, utilizado como metodologia a aálise estatística da exatidão plaimétrica, que é composta pela aálise de tedêcias, buscado averiguar a preseça de erros sistemáticos, e a aálise de precisão, comparado a variâcia das discrepâcias amostrais com o Erro Padrão estabelecido por lei. Para Marotta e Vieira apud Marotta e Calijuri (006), a qualidade posicioal absoluta cotempla a comparação etre coordeadas homólogas origiadas de um sistema de referêcia cohecido, equato que a qualidade posicioal relativa represeta a comparação etre potos homólogos origiados de um sistema de coordeadas pré-estabelecido. Estas qualidades podem ser avaliadas através do Padrão de Exatidão Cartográfica PEC. Sedo assim, utilizou-se o PEC para classificação do mapa gerado pela imagem.. Desevolvimeto A avaliação da precisão cartográfica foi feita através da determiação das coordeadas precisas de potos de cotrole em campo, de fácil idetificação o mapa, e posterior comparação etre estas coordeadas. Foram utilizados 9 potos de cotrole, cujas coordeadas foram obtidas através de um receptor GPS de dupla freqüêcia, ASHTEC Z-Xtreme. O levatameto teve a duração de hora por poto. O pós-processameto dos potos foi realizado de duas maeiras: a primeira vez utilizado os dados da estação fixa da CEMIG a cidade de Vargiha, itegrada à Rede Brasileira de Moitorameto Cotíuo distate 40Km de Belo Horizote; depois com uma base curta distate meos de 5Km da área de estudo utilizado a moo freqüêcia. O software utilizado para pósprocessar os dados, tato em L/L como em L foi o ASHTEC Solutios. Como parâmetro de qualidade para os produtos cartográficos utilizou-se o PEC defiido pelas ormas de regulametação e classificação de produtos cartográficos, Decreto-lei º89.87 de 0/06/984, artigos 8º a º, que tratam da classificação de uma carta quato à exatidão defiido-as em classes. /6

3 De posse das coordeadas (Xt,Yt-terreo; Xi,Yi-mapa), avaliam-se as discrepâcias (dx, dy) através das distâcias etre as ordeadas e as abscissas, separadamete, obtedo a média ( X, Y ) e o desviopadrão (Sx, Sy). (dx, dy) (Xt-Xi, Yt-Yi) () X X i i Y Y i i () Sx i ( X i ΔX ) Sy i ( X i ΔY ) (3) Os valores das discrepâcias em plaimetria, sedo o úmero de elemetos da amostra, são dados por: d i dxy i (4) d xy dxi + dyi (5) A partir do cálculo das estatísticas amostrais realizou-se os testes para avaliação de tedêcia e precisão. Para Galo et al. (00) a aálise estatística da acurácia plaimétrica é composta pela aálise de tedêcias, com objetivo de averiguar a preseça de erros sistemáticos, e aálise de precisão. A aálise de tedêcia foi realizada utilizado o Teste t de Studet. As discrepâcias das médias amostrais obtidas em cada uma das coordeadas plaimétricas, a certo ível de sigificâcia ( - α) e com um grau de liberdade ( ), admite-se a ão existêcia de tedêcia as direções cartesiaas quado o valor calculado t-,α / for iferior ao valor limite t-,α / obtido por meio de tabela, para que o mapa esteja livre de erros sistemáticos as coordeadas X e Y. O teste t de Studet é calculado obedecedo as seguites hipóteses e fórmulas: Para a coordeada N: H0 se Δ X 0, etão X ão é tedecioso. H se Δ X 0, etão X é tedecioso. Para a coordeada E: H0 se Δ Y 0, etão Y ão é tedecioso. H se Δ Y 0, etão Y é tedecioso. t x ΔX t y Sx ΔY (6) Sy Para aálise da precisão utilizou-se o Teste Qui-quadrado (χ) para comparar a variâcia das discrepâcias amostrais com o Erro Padrão (EP) do Decreto-lei. 3/6

4 δx δy EP (7) As precisões as direções X e Y do mapa gerado pela imagem orbital são atedidas quado os valores χ x χ y,,, calculados e forem iferiores ao valor limite obtido da tabela de χ. O Teste Qui-quadrado é calculado obedecedo as seguites hipóteses e fórmulas: Para a coordeada N: H0 se Sx δx H se Sx > δx Para a coordeada E: H0 se Sy δy H se Sy > δy χ α χ Sx ( ) δx x, χ Sy ( ) δy y, (8) 3. Resultados Para realização do teste de tedêcia, os 9 potos de cotrole levatados em campo geraram resíduos com as coordeadas de referecia como pode ser observado a Tabela abaixo: Tabela : Resíduos etre as coordeadas de referêcia e as coordeadas homólogas. Mapa Mapa Resíduos - base loga Resíduos - base curta Δ N(m) Δ E(m) Δ N(m) Δ E(m) Em seguida, calculam-se as médias, os desvios padrão, as variâcias, os erros míimos e máximos etre as coordeadas homólogas (Tabela). Tabela : Resultados estatísticos. N(m) Base Loga Δ Δ N(m) E(m) Base Curta Δ Δ E(m) Média Média DP.76.48DP Variâcia 3..0Variâcia Máximo Máximo Míimo Míimo /6

5 Já com os resultados estatísticos, realizaram-se testes de tedêcia ao ível de sigificâcia (α/) com α 0% e teste t de Studet com 9 amostras e grau de liberdade. Quado o módulo de t amostral é meor que t tabelado, ão há preseça de tedêcia. Sedo assim, observa-se que a direção E(m) Δ apresetou tedêcia para a base loga, etretato, para a base curta, quem apresetou uma leve Δ tedêcia foi N(m), coforme pode ser visto a Tabela 3. Tabelas 3: Resultado do teste de tedêcias. Base Loga ΔN(m) Δ E(m) Base Curta N(m) Δ E(m) t amostral t amostral t tabelado t 5%(9),83 t tabelado t 5%(9),83 Para a avaliação da precisão posicioal realizou-se o teste Qui-quadrado(χ), com ível de sigificâcia α 0% e 9. Para o cálculo de χ as direções N e E, os valores de δx e δy foram obtidos a partir do Decreto-lei º Os valores variam de acordo com a escala. Para este trabalho a escala utilizada foi :5.000 (Tabela 4). Tabela 4: Valores do PEC, EP, δx e δy orgaizado em classes para produtos cartográficos a escala : Classe PLANIMETRIA ESCALA :5.000 PEC(mm) EP(mm) δx δy A 0,5 0,3,06,06 B 0,8 0,5,768,768 C,0 0,6,, Δ χ xα, χ yα, Com os valores e calculados, comparou-se os valores. Para os valores N e E tem-se χ tabelado coforme se segue: χ0, 8 5,5. Percebe-se que o mapa está classificado como classe B para um ível de sigificâcia α 0% (Tabela 5). χ xα, χ yα, Tabela 5: Valores e calculados. Classe Mapa - Base Loga Classe Mapa - Base Curta N E N E A A B B C C /6

6 CEMIG Imagem Poste Figura : Comparação etre os mapas da CEMIG e o gerado a partir da imagem. 4. Cosiderações fiais Seguido o que determia o PEC e diate do exposto, pode-se cocluir que o mapa gerado a partir da imagem orbital apreseta uma precisão boa, etretato, ão represeta detalhes importates para as atividades da CEMIG a área de cadastro. Foram observadas iúmeras discrepâcias etre os mapas gerados a partir da imagem com relação ao mapa da CEMIG, tais como, ruas faltado, praças ão desehadas, vias em favelas ão desehadas, etc. A úica vatagem em relação ao mapa atualmete usado é a liha de cetro, mas esta vatagem somete seria cocreta se o ível de detalhes represetados fosse adequado. Um outro poto relevate, diz respeito ao Decreto º 89.87/84, que ão iforma com clareza quais métodos estatísticos devem ser utilizados a avaliação da qualidade posicioal de produtos cartográficos, bem como o critério de determiação do tamaho da amostra e sua distribuição. Coclui-se que para os trabalhos da CEMIG, o mapa gerado a partir da imagem Quickbird é uma razoável ferrameta em área urbaa, ão sedo a opção mais recomedada, sedo útil a idetificação das alterações ocorridas o espaço urbao, como sua ocupação e expasão, mas idubitavelmete ão substitui a ida a campo para o processo de atualização de uma base cadastral. Ademais, as images de alta resolução possuem um custo aida muito alto em relação às técicas utilizadas atualmete. 5. Referêcias Bibliográficas DECRETO-LEI de 0 de juho de 984. Normas Técicas da Cartografia Nacioal. Diário Oficial da Uião, Brasília, Brasil, 984. GALO, M; DAL POZ, A. P; FERREIRA, F.M. Uso de feições o cotrole de qualidade em cartografia. I Aais do XIX Cogresso Brasileiro de Cartografia, Porto Alegre, 00, p 7-. MAROTTA, G.S; CALIJURI, M.L. Avaliação da qualidade posicioal plaimétrica em plata cadastral utilizado diferetes processos a extração de feições. I Aais do VII Cogresso Brasileiro de Cadastro Técico Multifialitário., Floriaópolis, 006, p -8. 6/6