AQUISIÇÃO DE DADOS. Topografia Geodésia por Satélites Cartografia Fotogrametria Sensoriamento Remoto. Prof. Luciene Delazari Agronomia CONVERSÃO:

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1 AQUISIÇÃO DE DADOS Prof. Luciene Delazari Introdução aosig Agronomia Topografia Geodésia por Satélites Cartografia Fotogrametria Sensoriamento Remoto GEOTECNOLOGIAS: - Aerofotogrametria - Sensoriamento Remoto - Topografia Automatizada - Sistema de Posicionamento por Satélite (GPS) CONVERSÃO: - Escanerização - Digitalização BASE CARTOGRÁFICA (MAPA) 1

2 Aquisição e conversão para formação da base cartográfica Dados pré-existentes: mapeamento digital ou papel Através de processos de conversão Dados georreferenciados: através das geotecnologias Sistemas de posicionamento por satélite (GPS) Sensoriamento remoto Aerofotogrametria Topografia digital As mais usadas para formação das bases cartográficas para SIG: GPS Sensoriamento remoto Aquisição e conversão para formação da base cartográfica O processo de aquisição de dados espaciais requer: Conhecimento dos dados a serem levantados; Conhecimento dos equipamentos a serem utilizados; Conhecimento das condições disponíveis. Aquisição e conversão para formação da base cartográfica Fonte Formato Utilização Digitalização Vetorial ou matricial Transformação de mapas preexistentes para o formato digital GPS Vetorial Base para o mapeamento digital e atualização de mapas Aerofotogrametria Vetorial Geração de mapas. Forma mais tradicional. Sensoriamento Remoto Matricial Base para o mapeamento digital e atualização de mapas 2

3 Topografia 1.1. Conceitos 1.2. Elementos da Planta Topográfica 1.3. Estudo das Formas do Terreno Perfis Declividades Curvas de Nível 1.4. Leitura de Plantas Topográficas Topografia Nos levantamentos topográficos, supõe-se que uma pequena região da superfície terrestre possa ser considerada como plana. Finalidade: determinar o contorno (limites), as dimensões (área) e a posição relativa ou absoluta de uma porção limitada da superfície terrestre (projetos). Importância: base para a elaboração e assentamento de qualquer projeto de Engenharia. Topografia Tipos de Levantamento Planimétrico : pontos e feições são levantados e projetados segundo suas coordenadas planimétricas (X, Y) Altimétrico : pontos e feições são levantados e projetados segundo suas coordenadas altimétricas (Z) 3

4 Topografia CAMPO: Medidas de ângulos, distâncias e desníveis para determinação de: COORDENADAS ÁREAS ALTITUDES Topografia Norte A d = azimute d = distância A (, d) A (X,Y) Topografia Transporte de Coordenadas Y Az X B A Tang AZ= X / Y XB= XA + D sen AZ YB= YA + D cos AZ 4

5 Topografia 60 Representação do relevo Planos nivelados e equidistantes Curvas de nivel Curvas de nivel São linhas curvas fechadas que unem pontos de mesma mesma cota (c) ou altitude (h). São representadas na cor marrom ou sépia. A eqüidistância vertical (EV) ou intervalo depende da escala de representação. As cotas das curvas são sempre múltiplas de 1, 2, 5, 10, 20, 25, 50, As únicas curvas com cota aparente são as mestras. Para saber a cota das curvas intermediárias, é necessário analisar a cota das curvas mestras que as compreendem. Mestras Intermediárias 5

6 Perfil Topográfico É a representação gráfica representação gráfica do relevo terrestre relevo terrestre, expresso sobre uma única linha traçada sobre o terreno Longitudinal e Transversal O perfil topográfico permite visualizar o relevo em corte visualizar o relevo em corte, ou seja, através de um ponto de vista frontal Gráfico Eixos Perpendiculares (x e y) Eixo X: representa as distâncias horizontais entre os pontos do terreno sobre a linha Eixo Y: representa as diferenças de nível entre estes mesmos pontos EX: escala 1:750 1:75 (escala em y 10 vezes maior que a escala em x) - perfil elevado. 1:750 (escala em y igual à escala em x) - perfil natural. Fonte: Brandalize, 2008 Perfil Topográfico Fonte: Brandalize, 2008 Declividade Declividade - é a relação entre a distância vertical e horizontal entre eles. Representa, em graus ou em porcentagem, a inclinação do relevo entre dois pontos d = arctg (Dv/Dh) D(%) = Dv/Dh * 100 6

7 Declividade Aerofotogrametria Aquisição - Aerofogrametria Fotogrametria é a arte, ciência, e tecnologia de obtenção de informações confiáveis sobre os objetos físicos e o meio ambiente através de processos de gravação, medição e interpretação de imagens fotográficas e padrões da energia eletromagnética radiante e outros fenômenos (ASPRS, 1980). O processo de geração de bases cartográficas a partir de aerofotogrametria é o mais tradicional e o que oferece o produto final com maior precisão. É indicado nos casos em que o mapeamento está muito desatualizado ou quando não se dispõe de base cartográfica. 7

8 Aquisição - Aerofogrametria Considera-se que na fotografia aérea vertical não há inclinação da câmera aérea na tomada da cena. Inclinação 8

9 Sobreposição longitudinal 60% Permite observação estereoscópica Imagem fotográfica Restituição Procedimento pelo qual uma fotografia aérea passa ser transformada em mapa, em escala e sistema de projeção apropriado. A restituição digital é responsável pela maior fonte de mapas em grandes escala hoje disponível 9

10 Restituidor digital Ortofoto e ortofotocarta Imagem fotográfica obtida através de processos computacionais a partir de uma fotografia em perspectiva, na qual os deslocamentos de imagem devidos à inclinação e ao relevo foram corrigidos matematicamente 10

11 Ortofotocarta Sensores não fotográficos imagens de satélites Aquisição Sensoriamento Remoto O sensoriamento remoto baseia-se na aquisição de informações armazenadas pelos sensores, que captam a energia eletromagnética irradiada pela superfície terrestre e os objetos sobre ela. Sensores passivos Detectam e armazenam a energia solar ou terrestre refletida ou emitida pelos objetos da superfície. São produzidas as fotografias ou imagens. Dependem das condições atmosféricas, pois áreas com nuvens ou bruma não são imageadas adequadamente. Ex: LandSat, Spot, Ikonos, QuickBird, etc.. Sensores ativos Geram energia ou radiação que é refletida pelos objetos do solo. A energia refletida pode ser armazenada em meio fotográfico ou digital. O imageamento independe das condições atmosféricas. Ex: RadarSat, ERS-1 11

12 Aquisição Sensoriamento Remoto Resolução da imagem: Resolução espacial Medida do menor objeto que pode ser representado pelo sensor ou a área que cada célula representa no terreno (ex. LandSat 30 x 30 m ou 15 x 15 m) Assim, temos imagens de ALTA RESOLUÇÃO (até 5m), de MÉDIA RESOLUÇÃO (até 20m) e de BAIXA RESOLUÇÃO Aquisição Sensoriamento Remoto Resolução espectral Intervalo específico de comprimento de onda do espectro eletromagnético armazenado pelo sensor (ex. bandas do visível e infravermelho) Resolução Radiométrica Número possível de dados para cada banda, ou seja, o número de bits. Por exemplo, num dado de 8 bits os valores de cinza para cada célula variam de 0 a 255; num dado de 11 bits serão 2048 tons de cinza. Resolução Temporal Periodicidade em que determinada área é registrada pelo satélite. No caso do LandSat são 16 dias. Aquisição Sensoriamento Remoto Imagens: LandSat7: Multiespectral Delta do Volga (Europa) / Incêndio arredores San Diego (Estados Unidos) 12

13 Aquisição Sensoriamento Remoto PROGRAMA CBERS (Chinese-Brazilian Earth Ressource Satellite) Imagens de média resolução espacial (20m) Imageamento sistemático, resolução temporal de 26 dias CBERS Sensor IRMSS Região de Angra dos Reis e Ilha Grande RJ INPE Aquisição Sensoriamento Remoto Sistema Ikonos: O satélite Ikonos foi lançado em 1999 Resolução espacial de 1 metro para a imagem pancromática Resolução espacial de 4 metros para a imagem multiespectral Fornece facilidade para interpretação visual Capacidade de revisita de 2,9 dias no modo pan e 1,5 dias no MS Aquisição Sensoriamento Remoto Imagens: Ikonos II: Multi-espectral resolução de 1 metro BangKok (Tailândia) / Veneza (Itália) 13

14 Aquisição Sensoriamento Remoto 14

15 Sistema Global de Navegação por Satélite - GNSS Sistema Global de Navegação por Satélite Refere-se a uma constelação de satélites que transmite sinais de posicionamento e tempo. O sistema NAVSTAR GPS (USA), GLONASS (Rússia) e Galileo (União Européia), são exemplos de satélites GNSS. Sistema de Posicionamento por Satélite - GPS Sistema da radio-navegação desenvolvido pelo Departamento de Defesa dos Estados Unidos da América: sistema Navstar GPS (Navigation System with Time and Ranging Global - Positioning System) Visa fornecer informações posicionais sobre objetos de interesse do setor militar situados em qualquer ponto da superfície terrestre ou próximos dela. Disponibiliza sempre um número mínimo de 4 satélites para sintonização a qualquer momento a partir de qualquer localização do globo terrestre. Fornece o posicionamento dos objetos pela medida das distâncias entre o receptor e o satélite, estas medidas sãochamadas de pseudodistâncias. 15

16 GPS O sistema está dividido em três partes: espacial, de controle e do usuário. O segmento espacial é composto pela constelação de satélites. O segmento de controle é formado pelas estações terrestres dispersas pelo mundo ao longo da Zona Equatorial, responsáveis pelo monitamento das órbitas dos satélites, sincronização dos relógios atômicos de bordo dos satélites e atualização dos dados que os satélites transmitem. O segmento do usuário consiste num receptor que capta os sinais emitidos pelos satélites. Um receptor GPS descodifica as transmissões do sinal de código e fase de múltiplos satélites e calcula a sua posição com base nas distâncias a estes. A posição é dada por latitude, longitude e altitude, coordenadas geodésicas referentes ao sistema WGS84. GPS segmento espacial O sistema foi declarado totalmente operacional apenas em Seu desenvolvimento custou 10 bilhões de dólares. Consiste numa "constelação" de 28 satélites sendo 4 sobressalentes em 6 planos orbitais. Segmento de controle 16

17 GPS não funciona: Dentro de edifícios No subterrâneo Sob a água Quando os satélites estão abaixo do horizonte GPS Receptores GPS são compostos por: Antena com pré-amplificador; Seção de rádio freqüência, para identificação e processamento do sinal; Microprocessador, para controle do receptor; interface para o usuário; Provisão de energia e memória, para armazenar os dados. GPS Os sinais de rádios são transmitidos em duas freqüências portadoras da Banda L que oscilam de Mhz à Mhz. Portadora L1: 1.575,42 Mhz Portadora L2: 1.227,60 Mhz Estas freqüências são obtidas a partir de uma frequência fundamental de 10,23Mhz que multiplicada por 154 fornece a L1 e multiplicada por 120, produz a L2. Código C/A: (Curso/Aquisição) código padrão do GPS - uma seqüência pseudorandômica, binária, com modulações de duas fases na portadora e com uma taxa de 1,023 MHz. Também conhecido como "código civil". Só modulado na portadora L1. Usado pelo receptor GPS para receber e decodificar o sinal L1 (frequência = MHz) Código P: código Preciso ou Protegido. Uma seqüência muito longa de modulações bi-fase binárias e pseudo- randômicas na portadora do GPS com uma taxa de 10,23 MHz que se repete em cerca de 267 dias. Cada segmento de uma semana desse código e único para um dado satélite GPS e reajustada a cada semana. 17

18 GPS Aplicação os sinais enviados aos receptores devem ser processados de acordo com as necessidades da aplicação para a qual se destinam: Trabalhos geodésicos: Receptores que permitam uso das portadoras L1 e L2 conjuntamente Receptores que disponibilizem o código P sobre a portadora L2 (nem sempre possível) Trabalhos de SIG: Receptores que disponibilizem o código C/A e a portadora L1 Receptores apenas com código C/A (dependendo da precisão requerida no levantamento) Sistema de referência associado ao GPS: WGS 84 (World Geodetic System 1984) GPS Determinação da posição geométrica tridimensional de um ponto: 3 medidas depseudodistâncias 1 medida para sincronização dos relógios do receptor e do satélite Conhecimento da posição dos satélites Sintonização de no mínimo 4 satélites Erros de multi-caminho 18

19 Métodos para posicionamento com GPS: Fonte: Krueger, 2006 GPS Posicionamento por ponto (absoluto): Pode ser utilizada quando não há necessidade de obter alta precisão no posicionamento de determinado objeto, utilizando apenas um receptor. Com o objeto em movimento, necessita-se de um receptor coletando as pseudodistâncias de no mínimo 4 satélites e ainda a correção para o erro do relógio. Precisão: cerca de 25 metros GPS Posicionamento relativo: Objetiva determinar as coordenadas de um ou mais pontos em relação a um ou mais pontos de coordenadas conhecidas. Pode utilizar-se de dois ou mais receptores ou fazer uso dos Sistemas de Controle Ativo (SCA), em que o usuário dispõe de um receptor para fazer o posicionamento relativo a uma das estações que compõe o sistema de referência do SCA. Esse sistema possui receptores que rastreiam continuamente os satélites visíveis, disponibilizando os dados através de um sistema de comunicação. 19

20 Fonte: Krueger, 2006 Fonte: IBGE, 2009 TÉCNICAS PERÍODO DE OCUPAÇÃO PRECISÃO ESTÁTICO Linha de Base < 10 km Linha de Base km (com fase das Portadoras L 1 e L 2 ) ESTÁTICO RÁPIDO Linha de Base < 5 km Linha de Base < 15 km Mínimo 1 hora ( 4SVS) h ( 4SVS) min ( 5SVS, GDOP 6) min ( 5SVS, GDOP 6) 1,5...5 mm + (0, ppm) 1,5...5 mm + (0, ppm) mm + 1 ppm mm + 1 ppm) (com fase das Portadoras L 1 e L 2 ) PSEUDOCINEMÁTICO 1 a 5 min Poucos centímetros CINEMÁTICO CONTÍNUO contínuo 10 cm a 1 m STOP AND GO aproximadamente 1 min Poucos centímetros Precisão no Posicionamento Relativo Fonte: Krueger,

21 GPS Método Diferencial Consiste no posicionamento de uma estação móvel através das correções diferenciais geradas na estação de referência. Essas correções são enviadas em tempo real por meio de um sistema de comunicação (rádio de transmissão, linha telefônica, ou satélites de comunicação) e dentro de um formato apropriado, definido pela Radio Technical Committee for Maritime Service (RTCM) (Krueger,1996) DGPS (GPS Diferential) - 1 a 5 metros; RTK (Real Time Kinematic) - precisões submétricas; PDGPS (Precise DGPS) - precisões decimétricas; e WADGPS (Wide Area DGPS) - precisão da ordem de metros. Princípio do Método Diferencial GPS Fonte: Krueger, 2006 Personal GPS Utilizados para navegação pessoal Atualmente está integrado em: relógios PDAs Laptops Telefones celulares 21

22 GPS Garmin II Plus Trimble 4000SSI Magellan SporTrack Fonte: Krueger,