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2º QUADRIMESTRE DE 2009 | 1 O Serviço Geográfico do Exército apresenta a primeira edição de sua revista, Publicação que pretende preencher uma lacuna que já perdura há vários anos e que se explica pela acelerada evolução tecnológica e da crescente demanda da Sociedade por produtos cartográficos. Parece que agora é que o Brasil se deu conta de que precisa ser descoberto. É preciso desvendar um imenso vazio cartográfico, pedaço de nosso País que ainda desconhecemos. Saibam que são eles, os topógrafos e enge- nheiros cartográfos do Exército, que palmilham dia a dia os caminhos e rios longínquos, mapeando o território, descobrindo o Brasil para os brasileiros. São esses militares que rasgam a selva intocada para plantar os marcos to- pográficos que garantem a posse do solo de nossa Pátria. São eles, também, que utilizam as tecnologias mais avançadas para produzir as imagens e infor- mações geográficas que tanto necessitamos. Esta revista propõe-se a mostrar o trabalho anônimo, difícil e tão importante do Serviço Geográfico do Exército. Vamos, então, a esta nossa edição inicial. Já demos o primeiro passo, agora só faltam todos os outros. Tenente-Coronel Clóvis Eduardo Godoy Ilha, Dr Chefe do Centro de Imagens e Informações Geográficas do Exército EDITORIAL

Revista Sv Geografico Nr 1

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Artigos de Geprocessamento

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  • 2 QUADRIMESTRE DE 2009 | 1

    O Servio Geogrfico do Exrcito apresenta a primeira edio de sua revista, Publicao que pretende preencher uma lacuna que j perdura h vrios anos e que se explica pela acelerada evoluo tecnolgica e da crescente demanda da Sociedade por produtos cartogrficos. Parece que agora que o Brasil se deu conta de que precisa ser descoberto. preciso desvendar um imenso vazio cartogrfico, pedao de nosso Pas que ainda desconhecemos. Saibam que so eles, os topgrafos e enge-nheiros cartogrfos do Exrcito, que palmilham dia a dia os caminhos e rios longnquos, mapeando o territrio, descobrindo o Brasil para os brasileiros. So esses militares que rasgam a selva intocada para plantar os marcos to-pogrficos que garantem a posse do solo de nossa Ptria. So eles, tambm, que utilizam as tecnologias mais avanadas para produzir as imagens e infor-maes geogrficas que tanto necessitamos.

    Esta revista prope-se a mostrar o trabalho annimo, difcil e to importante do Servio Geogrfico do Exrcito. Vamos, ento, a esta nossa edio inicial. J demos o primeiro passo, agora s faltam todos os outros.

    Tenente-Coronel Clvis Eduardo Godoy Ilha, DrChefe do Centro de Imagens e Informaes Geogrficas do Exrcito

    EDIT

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    Revista do Servio Geogrfico

    Diretor do Servio GeogrficoGeneral Pedro Ronalt Vieira, MSc

    Editor-ChefeTenente-Coronel Clvis Eduardo Godoy Ilha, Dr

    Conselho EditorialCapito Fabiano Costa de Almeida, MSc

    Capito Pierre Moura, MScCapito Dnis de Moura Soares, MSc

    Capito Felipe Andr Lima Costa, MScTenente Daniel Wander Ferreira Melo, MScTenente Daniel Lus Andrade e Silva, MSc

    RedatoresCapito Fabiano Costa de Almeida, MScCapito Felipe Andr Lima Costa, MSc

    DiagramadoresSargento Samuel Nunes Gonalves

    Sargento Alessanderson de Castro Almeida

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    NOSSA CAPA:

    Transio de imagem ptica de um trecho do Bioma Amaznia para um modelodigital do terreno obtido processamento de dados da Banda P do sensor de radar de abertura sinttica OrbiSAR-1.

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    OSUMRIO

    1. ARTIGOS CIENTFICOS

    A. GEOCINCIAS Pgina

    Projeto Radiografia da Amaznia ..................................................................................... 04 Proposta de Metodologia para a Extrao de Feies Utilizando Produtos SAR(Bandas X e P) no Projeto Radiografia da Amaznia .................................................................. 11 Correo Atmosfrica e o Sensoriamento Remoto Hiperespectral ................................. 18 Utilizao das Imagens do Google Earth para a Localizao de Vtimas da Enchente em Blumenau-SC ........................................................................................................................ 23 Metodologia para Validao de Dados Geoespaciais Aplicada a Estrutura de Dados Geoespaciais Vetoriais (EDGV) da Infra-estrutura de Dados Espaciais do Brasil ...................... 28 Aplicao das Tcnicas INSAR e DINSAR em Geomorfologia ..................................... 37 Geoprocessamento e Software Livre para Geotecnologias .............................................. 47

    B. CINCIAS MILITARES

    Prtica de Gesto de Informaes no Centro de Imagens e Informaes Geogrficas do Exrcito (CIGEx) ......................................................................................................................... 52

    2. RESUMOS

    A. PROJETOS DE INICIAO A PESQUISA IME 2008 E 2009 Metodologia para Localizao Estratgica de reas de Interesse Econmico em Ambiente SIG ............................................................................................................................... 58 Determinao da Interseo de Linhas Geodsicas ......................................................... 58 Georreferenciamento de Imagens por Polinmios ............................................................ 59 Organizao de Metadados ............................................................................................... 59 Aplicaes com RFID ...................................................................................................... 60 Alternativas de Percepo Cartogrficas .......................................................................... 60

    B. PROJETOS DE FINAL DE CURSO IME 2008 E 2009 Mapeamento Fotogramtrico Digital no Ambiente LPS .................................................. 61 Mapeamento dos Processos Cartogrficos Referentes aos Produtos Gerados pelaDiretoria de Servio Geogrfico (DSG)........................................................................................ 61 Construo de uma Rede Geodsica Simulada ................................................................ 62

    C. O QUE VAI PELO SERVIO GEOGRFICO

    Relato da Viagem Fluvial de So Gabriel da Cachoeira AM para o 1 Peloto de Fronteiras de Yauaret AM......................................................................................................... 63 Visita de Oficial de Nao Amiga (COL) ao Centro de Imagens e Informaes Geogrficas do Exrcito ............................................................................................................... 65

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    A Amaznia Legal possui uma rea total de 5,2 milhes de quilmetros quadrados, dos quais cerca de 1,8 milhes no possuem informaes car-togrficas terrestres. Essa rea denominada de

    Fig. 1 Articulao de Cartas Topogrficas da Amaznia Legal A constante existncia de grande quantidade de nuvens na regio, a alta densidade da vegetao, as difi-culdades de logstica e os perigos naturais da selva, so fatores responsveis por tornar o mapeamento da Ama-znia o maior desafio nacional para os profissionais da rea. Mesmo com o uso das mais diversas e moder-nas tecnologias de produo cartogrfica, essa flores-ta grandiosa em sua beleza e extenso, cria obstculos quase que instransponveis s atividades de cartografia e topografia. Inserido neste contexto de vencer desafios e ga-rantir a soberania nacional, encontra-se o Servio Geo-grfico do Exrcito Brasileiro, na execuo do Subpro-jeto Cartografia Terrestre.

    Em 26 de fevereiro de 2008, foi estabelecido um Acordo de Cooperao Tcnica entre o CENSIPAM, Marinha, Exrcito, Aeronutica e o Servio Geolgico do Brasil CPRM, com vigncia de cinco anos, tendo como objeto a realizao de atividades conjuntas pelos partcipes na consecuo do projeto denominado Im-plantao do Sistema de Cartografia da Amaznia, tambm chamado de Radiografia da Amaznia, cujos resultados esperados so a gerao de produtos carto-grficos (plani-altimtricos), na escala de 1:100.000, a gerao de cartas geolgicas nas escalas 1:100.000 e 1:250.000 e a atualizao da cartografia nutica na es-cala 1:100.000 das principais hidrovias da regio ama-znica.

    PROJETO RADIOGRAFIA DA AMAZNIA

    Gen Bda Pedro Ronalt Vieira, Diretor de Servio Geogrfico, DSG.Ten Cel Clovis Gaboardi, Chefe da 4 Diviso de Levantamento, 4 DL.

    Maj Antnio Henrique Correia, Gerente do Projeto, DSG.Cap Rogrio Ricardo da Silva, Responsvel Tcnico/Campo, 4 DL.

    Cap Pierre Moura, Gerente de Processamento, CIGEx.Cap Rodrigo Wanderley de Cerqueira, Coordenador de Campo, 4 DL

    vazio cartogrfico. Este vazio pode ser dividido em 1.142.000 km que correspondem rea de floresta e 658.000 km, rea de no-floresta.

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    Fig. 2 rea de abrangncia do Projeto Cartografia Terrestre 616 folhas na escala 1:100.000

    O Projeto Cartografia da Amaznia compe-se de trs subprojetos: Cartografia Terrestre (sob a responsabilidade da Diretoria de Servio Geogrfico DSG, com apoio da Fora Area Brasileira FAB), Cartografia Geolgica (sob a responsabilidade do Servio Geolgico do Brasil CPRM) e Cartografia Nutica (sob a responsabilidade da Diretoria de Hi-drografia e Navegao da Marinha). O projeto tem dimenso estratgica e sua rea-lizao permitir o aprofundamento do conhecimen-to sobre a Amaznia brasileira, bem como o suporte a projetos de infra-estrutura a serem implantados na regio. Alm do desenvolvimento regional, o projeto prev a gerao de informaes para monitoramento, segurana e defesa nacionais, com especial nfase nas reas de fronteira. Os benefcios que sero obtidos no se restrin-gem apenas grande base de dados geoespaciais que sero produzidos, mas propiciar significativo avano estratgico das expresses econmicas e psico-sociais nacionais, com reflexos positivos nos campos poltico e das relaes internacionais, uma vez que o Brasil estar satisfazendo a vrios requisitos da agendas in-ternacionais das quais participa.

    A atuao fiscalizadora do IBAMA, Polcia Federal e demais rgos governamentais ter nova di-menso, ao dispor de cartas e informaes geogrficas precisas que podem ser associadas aos demais produ-tos j obtidos por imagens de satlite. Alm disso, os produtos disponibilizados possibilitaro, dentre outros benefcios, o desenvolvimento das aplicaes a seguir listadas, que contribuiro para a obteno de resulta-dos extremamente importantes para o gerenciamento dos recursos naturais e o desenvolvimento sustentvel da regio Amaznica: pesquisas de recursos minerais e identificao de jazidas; informao bsica para pros-peco de petrleo e de gs; mapeamento de preciso dos diversos ecossistemas do bioma amaznico; inven-trio estatstico florestal, com estimativa da quantidade de exemplares por espcie vegetal, do volume de ma-deira, etc.; controle das reas de proteo ambiental, das reservas ecolgicas, extrativistas ou indgenas, das estaes ecolgicas; simulao dos regimes dos rios e estimativa do volume de gua por bacia hidrogrfica e por poca do ano; mapeamento hidrolgico de alta preciso; determinao da navegabilidade dos rios; es-tudos para implantao das hidrovias e integrao das mesmas aos demais modais

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    de transporte; estudos para implantao das rodovias e ferrovias, respectivas interligaes e integrao aos de-mais modais; estudos para implantao de usinas hidre-ltricas e respectivos impactos ambientais; estudos para implantao de dutos em geral; simulao de impactos ambientais, e controle de danos, em caso de acidentes com embarcaes que transportem produtos perigosos ou poluentes; estudos para implantao dos meios de comunicao, de controle e de vigilncia; planejamento de zoneamento econmico - ecolgico; planejamento de reas de manejo florestal, de agropecuria, etc; in-formao de apoio para previso meteorolgica; infor-mao de apoio s navegaes area, terrestre e fluvial;

    desenvolvimento de modelos numricos de evoluo de ecossistemas; estudos para implantao de projetos de assentamentos fundirios; dados bsicos para a vigi-lncia e controle das fronteiras; estudos de integrao e proteo das comunidades indgenas; informao bsica para controle de propriedades e arrecadao de impostos; informao bsica para a elaborao de esta-tsticas regionais e municipais. Durante os sete anos de trabalho, o Exrcito Brasileiro, pela Diretoria de Servio Geogrfico na conduo do Subprojeto Cartografia Terrestre, preten-de gerar seiscentas e dez Cartas Topogrficas na escala de 1:100.000 e diversos outros produtos cartogrficos, como mostra a tabela a seguir.

    Tab. 1 Produtos cartogrficos a serem produzidos pelo Exrcito Brasileiro

    As reas de floresta esto sendo imageadas com radares de abertura sinttica interferomtricos (InSAR) nas bandas P e X, possibilitando, desta forma, o mapeamento plani-altimtrico no nvel do solo. Para estas reas, foi contratada a empresa Orbisat da Ama-znia Indstria e Aerolevantamento S/A, responsvel pelo vo radar. As reas de no-floresta, que compre-endem as reas desmatadas, reas de cultivo agrcola, reas de pecuria e etc, sero imageadas utilizando-se radares interferomtricos nas bandas L e X (com as aeronaves R99-B do SIPAM). Os principais produtos gerados sero: Cartas Topogrficas na escala de 1:100.000; Orto-imagens e Modelos Numricos de Elevao nas escalas de 1:100.000 e 1:50.000. Devido s caractersticas do voo radar e dos pontos de campo, ser possvel posteriormente a ge-rao de produtos cartogrficos em escalas cadastrais.

    A quantidade de dados produzidos imensa. Todos os Hard Disks produzidos so remetidos para o Centro de Imagens e Informaes Geogrficas do Exr-cito, em Braslia, onde so processados os dados e dar-se-o sequncia s prximas fases de gabinete. No campo, inserida grande quantidade de pontos de rastreio GPS e a implantao de refletores de canto, denominados corner reflectors. Estas atividades esto a cargo da 4 Diviso de Levantamento do Exr-cito (4 DL), sediada em Manaus. A Cartografia Terrestre mais parece uma ope-rao de guerra! A regio totalmente inspita e todos os deslo-camentos de pessoal e transporte de suprimentos, equi-pamentos e outros materiais so muito difceis. As equipes so compostas por topgrafos e outros militares, chefiada por um oficial engenheiro cartgrafo. Esse pessoal destacado em bases estabe-lecidas em cidades prximas s reas de trabalho.

    Cartografia Terrestre

    PRODUTOS TOTALCartas Topogrficas 1:100.000 610Orto-imagens 1:100.000 1.230Modelos Digitais de Elevao 1:100.000 1.230Orto-imagens 1:50.000 4.924Modelos Digitais de Elevao 1:50.000 4.924Arquivos de estratificao vegetal 6.354Impresso off-set 610

    TOTAL 19.882

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    Fig. 3 Equipe em Uapu-Cachoeira

    A partir da, pequenas equipes, geralmente com quatro homens, seguem para o meio da floresta por meio fluvial ou areo. Os deslocamentos at os locais nos quais so feitos rastreios GPS e colocados

    os refletores, podem levar at dois dias de voadeira (lancha regional). Ressalta-se que so transportados GPS, notebooks, gerador, equipamentos de comuni-cao, combustvel, materiais de apoio e individuais, gneros alimentcios, etc.

    Fig. 4 Embarcao da 4 DL

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    Estas equipes acampam na selva em mdia por uma semana, at que a aeronave realize o voo radar previsto para aquela rea, da ento, podem retrair para a base. Estes militares passaram por um treinamento in-tensivo no ano de 2008. Foram ao todo 220 horas de ins-trues, que abrangiam a rea tcnica (rastreio e proces-samento com GPS dupla frequncia, GPS de navegao, utilizao de imagens orbitais para navegao, softwares

    tcnicos, instalao de corner reflectors, etc), a rea administrativa e operacional. No tocante vertente operacional dos trabalhos, vrios cursos foram rea-lizados, como Curso de Resgate Aqutico, Curso de Condutor e Tripulante, Estgio de Emprego de Em-barcaes e diversos treinamentos fluviais conduzi-dos pelo Centro de Embarcaes do Comando Mili-tar da Amaznia (CECMA). Alm das instrues, o TFM era especfico, havendo grande carga horria de natao no rio.

    Fig. 5 Treinamento no CECMA

    Juntamente com as equipes, so mobilizadas viaturas leves, caminho e caminho-tanque com combustvel de aviao para aeronave radar, bem como inmeros outros equipamentos. Tudo isso feito por balsas, que podem levar uma semana para transportar o material at o destino. Em face da obedincia s legislaes ambien-tais, proibida a abertura de clareiras. Como h ne-cessidade do uso de GPS de preciso e implantao

    dos refletores que devem ser visualizados pelo radar, as equipes tm que procurar na selva locais que possi-bilitem o rastreio e a montagem dos corner reflectors. Desta forma, alguns pontos so feitos sobre pedras existentes no leito do rio ou em cima de plataformas montadas na hora pelo pessoal. Vale lembrar que o local de trabalho possui animais selvagens, diversas doenas tropicais, corre-deiras e grande incidncia de chuvas fortes.

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    Fig. 6 Implantao de refletor de canto na pedra (Rio Papuri-fronteira com a Colmbia)

    Ratificando a importncia do projeto, no pre-sente ano o Exmo Sr Gen Ex Enzo Martins Peri, Co-mandante do Exrcito, foi visitar os trabalhos de campo da 4 DL, acompanhado por uma comitiva de oficiais generais composta pelo Gen Ex Darke Nunes Figuei-redo, Chefe do Estado-Maior do Exrcito, Gen Ex Lus Carlos Gomes Mattos, Comandante Militar da Amaz-nia, Gen Ex Augusto Heleno Ribeiro Pereira, Chefe do Departamento de Cincia e Tecnologia, Gen Div Mar-co Aurlio Costa Vieira, Comandante da 12 Regio Militar, Gen Bda Jamil Megid Jnior, Comandante do 2 Grupamento de Engenharia, Gen Bda Ivan Carlos Weber Rosas, Comandante da 2 Brigada de Infantaria de Selva e Gen Bda Pedro Ronalt Vieira, Diretor do Servio Geogrfico. Naquela oportunidade, foram ministradas palestras comitiva formada pela DSG e 4 DL, visita s insta-laes da Base de Barcelos - AM e demonstrao de instalaes de refletores no campo na regio de Moura - AM. O Comandante do Exrcito pde observar as equi-pes da 4 DL na selva, como tambm navegou em uma embarcao da DL.

    Outra atividade relevante sobre o projeto, foi a gravao do programa Globo Reprter pela Rede Globo de Televiso nas regies do trabalho. A equipe da Glo-bo foi conduzida por militares da 4 DL em Barcelos e prximo fronteira com a Venezuela, no Rio Padauari. O programa foi televisionado no dia 24 de julho, ser-vindo de grande projeo nacional para os trabalhos de mapeamento da DSG, evidenciando a importncia da Fora Terrestre na Defesa da Amaznia. A 4 DL tem procurado divulgar o Projeto Ra-diografia da Amaznia no mbito militar e civil, por palestras em Congressos e Simpsios em Manaus, para os concludentes do Curso de Operaes na Selva, para cursos na UFAM, dentre outros eventos. Na semana de 12 a 17 de julho de 2009, a 4 DL participou da 61 Reunio Anual da Sociedade Brasilei-ra para o Progresso da Cincia, na Universidade Fede-ral do Amazonas, em Manaus AM. O tema da reunio deste ano foi: Amaznia, Cincia e Cultura.

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    Fig. 7 Apresentao do Projeto na 61 Reunio Anual da Sociedade Brasileira para o Progresso da Cincia

    No stand do Ministrio da Defesa, a Diretoria de Servio Geogrfico apresentou o Projeto Radiogra-fia da Amaznia. O pblico demonstra sempre muito interesse pelos produtos do projeto, ratificando sua im-portncia. Este projeto , sem dvidas, um marco na his-tria da cartografia nacional, no apenas pelos produtos

    cartogrficos gerados e dificuldades na sua execuo, mas principalmente por se tratar do mapeamento de uma regio de extrema importncia internacional e quase que desconhecida do ponto de vista cartogr-fico. A Selva nos une! A Amaznia nos pertence!

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    PROPOSTA DE METODOLOGIA PARA A EXTRAO DE FEIES UTILIZANDO PRODUTOS SAR (BANDAS X E P) NO PROJETO RADIOGRAFIA DA AMAZNIA

    FABIANO COSTA DE ALMEIDA DANIEL LUS ANDRADE E SILVA

    JLIO CSAR SCALCOPIERRE MOURA

    Centro de Imagens e Informaes Geogrficas do Exrcito (CIGEX) Estrada Parque do Contorno - DF 001 - Km 4,5 - Setor Habitacional Taquari Cep 71559-901 - Brasilia, DF - Brasil

    RESUMO

    A finalidade do presente trabalho apresentar uma proposta de metodologia que facilite a extrao de feies utilizando alguns produtos de radar de abertura sinttica (SAR) compatveis com a escala 1:50.000, no contexto do Projeto Radiografia da Amaznia. Para tal, foi realizado um estudo com base nos insumos (ORI X-[HH], ORI P-[HH, HV, VV], COH X, COH P, DSM e DTM) disponibilizados pela empresa Orbisat aps proces-samentos dos dados brutos adquiridos com o aerolevantamento SAR em modo interferomtrico (InSAR) nas Ban-das X e P sobre uma rea prxima ao aglomerado urbano da cidade de Barcelos/AM, no incio do corrente ano. Neste trabalho foram testados dois diferentes mtodos: o primeiro utilizou o segmentador SegSAR, desenvolvido por Sousa Jr (2005), e o segundo utilizou a ferramenta Feature Extraction, do ENVI 4.5. Em virtude da ineficcia do primeiro mtodo testado, este ltimo foi o que apresentou o melhor desempenho. Entretanto, somente aps a coleta de dados in situ, o presente trabalho poder ser validado.

    Palavras chaves: extrao de feies, radar de abertura sinttica, segmentao, componentes principais

    1 INTRODUO

    O Projeto Radiografia da Amaznia a deno-minao dada pela Diretoria de Servio Geogrfico do Exrcito Brasileiro ao Subprojeto Cartografia Terrestre do Projeto de Implantao do Sistema de Cartografia da Amaznia, que coordenado pelo Centro Gestor e Ope-racional do Sistema de Proteo da Amaznia (CENSI-PAM). Seu objetivo mapear uma rea de quase 1,8 milhes de Km, correspondente ao Vazio Cartogr-fico da Amaznia Legal, que ainda no possui pro-dutos cartogrficos adequados nas escalas 1:100.000 e 1:50.000. Os produtos finais do aludido projeto contem-plam cartas topogrficas e arquivos de estratificao vegetal construdos a partir de insumos dos radares de abertura sinttica (SAR, da sigla original em ingls) da empresa Orbisat, contratada pela Diretoria de Servio Geogrfico para a fase de aerolevantamento. Tais ra-dares operam em modo interferomtrico nas Bandas X (uma passagem) e P (dupla passagem). Entre os insumos obtidos a partir de proces-samentos dos dados brutos dos referidos sensores de radar esto imagens-Amplitude orto-retificadas em diferentes polarizaes (HH, HV e VV), imagens de coerncia interferomtrica, modelos digitais de terreno e de superfcie.

    Usando os referidos insumos, podem ser aplica-das tcnicas de processamento digital de imagens tais como segmentao e classificao de imagens a fim de se extrair informaes previamente estabelecidas em normas legais, a saber, no Brasil, editadas pelo Decreto n 6.666, de 27 de novembro de 2008, que estabelece a Infra-Estrutura Nacional de Dados Espaciais (INDE). Dentro desse contexto, a finalidade deste tra-balho propor um conjunto de mtodos que facilite a extrao de feies a partir dos produtos SAR citados anteriormente. Deve-se ressaltar que na proposio dessa metodologia foram consideradas duas diferentes tcnicas de processamento de imagens, a fim de esta-belecer comparaes entre elas e verificar a eficcia e eficincia das mesmas. A metodologia a ser proposta deve atender aos seguintes requisitos operacionais bsicos: - Aceitar os insumos de entrada; - Gerar produtos adequados ao propsito; - Ser executada sem ou com pouca interferncia huma- na (menor erro, maior automatismo); - No demandar custo de aquisio; - Ser integrada a softwares do Projeto; - Ser de fcil utilizao;

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    - Possuir tempo de processamento inferior ao tempo de produo dos insumos; - Ser passvel de otimizao; - Viabilizar a gerao das classes de interes-se. Ressalta-se ainda que o presente trabalho pos-sui um carter inovador e investigativo, haja vista que so recentes os trabalhos envolvendo processamentos de dados SAR em banda P referentes Amaznia e que tambm ainda no existe uma metodologia preconiza-da para atender finalidade de extrao de feies uti-lizando produtos SAR. 2. EXTRAO DE FEIES A metodologia de extrao de feies a ser pro-posta nesse trabalho envolve tcnicas de processamen-to de imagens tais como segmentao e classificao de imagens e transformao por componentes princi-pais. A segmentao de imagens pode ser entendi-da como uma partio do espao de atributos segundo caractersticas comuns, sendo a classificao o proces-samento em que a cada uma das parties atribuda uma especializao de uma determinada categoria de feio. Exemplos de normas que contm especificaes e especializaes de categorias de feies podem ser a ET-ADGV (Especificaes Tcnicas para Aquisio de Dados Geoespaciais Vetoriais) e a ET-EDGV (Especi-ficaes Tcnicas para Estruturao de Dados Geoes-paciais Vetoriais). Um dos mtodos de segmentao empregados foi o SegSAR, que emprega crescimento e agrupamento de regies, deteco de bordas, teste de homogeneida-de e teste de rea mnima, integradas numa estrutura de compresso piramidal. Trabalha com imagens, tanto pticas como SAR, em uma banda ou multi-bandas. Outra tcnica utilizada nessa proposta de me-todologia foi a transformao por componentes prin-cipais, com o objetivo de obter um nmero de com-binaes lineares (componentes principais) de um conjunto de variveis independente entre si que con-tenham o mximo possvel da informao contida nas variveis originais.

    3. MATERIAIS E MTODOS 3.1 REA DE ESTUDO A rea de estudo est situada a noroeste do aglomerado urbano da cidade de Barcelos/AM, Regio Norte do Brasil, entre as latitudes 00 45 00 S e 01 00 00 S e entre as longitudes 63 00 00 W e 63 15 00 W. Este enquadramento corresponde folha SA-

    20-V-B-VI-4 (MI 306-4), em escala 1:50.000, do Ma-peamento Sistemtico Brasileiro. Na figura 1 mostra-da a localizao geogrfica da rea de estudo em uma imagem disponibilizada pelo sistema Google Earth (faixa visvel do espectro eletromagntico).

    3.2 DADOS UTILIZADOS

    Nesse trabalho foram utilizados os seguintes dados:

    - Orto-imagem (amplitude) da Banda X em 8 bits, na polarizao HH (ORI X-[HH]);

    - Orto-imagem (amplitude) da Banda P em 8 bits, na polarizao HH (ORI P-[HH]);

    - Orto-imagem (amplitude) da Banda P em 8 bits, na polarizao HV (ORI P-[HV]);

    - Orto-imagem (amplitude) da Banda P em 8 bits, na polarizao VV (ORI P-[VV]);

    - Imagem de coerncia interferomtrica da Ban-da X (COH X) em 8 bits;

    - Imagem de coerncia interferomtrica da Banda P (COH P) em 8 bits;

    - Modelo digital de superfcie (DSM); e- Modelo digital do terreno (DTM).

    3.3 METODOLOGIA PROPOSTA A figura 2 ilustra o fluxograma da metodologia proposta nesse trabalho.

    Fig. 1 Localizao geogrfica da rea de estudo (imagem do sistema Google Earth).

    63 15 00 W

    01 00 00 S

    00 45 00 S

    63 00 00 W

  • 2 QUADRIMESTRE DE 2009 | 13

    Fig. 2 Fluxograma Metodolgico

    4. RESULTADOS 4.1 SEGSAR

    Realizados os testes de segmentao no SEG-SAR, foram atendidos os seguintes requisitos operacio-nais bsicos:

    - Aceita os insumos de entrada;- Realiza as tarefas com um mnimo de inter-

    ferncia humana (automtico);- de fcil utilizao;- Tem custo de aquisio nulo;- Disponibiliza produtos adequados ao propsi-

    to;- integrado ao ENVI 4.3; - passvel de otimizao.

    Porm, no atendeu ao seguinte requisito: - Possui tempo de processamento inferior ao da

    produo dos insumos;Em virtude dessa restrio quanto ao tempo de

    processamento, o emprego do SegSAR tornou-se in-vivel.

    4.2 ENVI 4.5

    Realizados os testes utilizando a ferramenta Feature Extraction no ENVI 4.5 de segmentao no SEGSAR, foram atendidos todos os requisitos opera-cionais bsicos.

    Unir bandas 8 bitsStacking de ORI e COH

    Gerar imagens de TexturaOccurrence measures (PC)

    Formar imagem RGBmdiaPC1,dh,VarinciaPC1

    Salvar imagem RGB

    mdiaPC1,dh,VarinciaPC1

    Merge polgonosinterativamente

    Refinar merging

    Computar atributosde classificao

    Classificar imagem(feies AT-ADGV)

    Comparar verdade terrestre(validao)

    Exportar vetoresshapefile

    Incio

    Cancelar bad valuesMask (DTM e DSM)

    Calcular dh(dh=DSM-DTM)

    Calcular PC PC_Stacking de ORI e COH

    Feature ExtractionENVI Zoom

    Segmentar imagem RGBinterativamente

    Fim

    Mxima interferncia

    humana

    ClassificaoOK?

  • | 2 QUADRIMESTRE DE 200914

    As figuras 3, 4, 5, 6, 7, 8 e 9 mostram os resultados obtidos com o mtodo empregado usando o ENVI 4.5.

    Fig. 3 DTM e DSM originais (scroll 1 e 2, respectivamente) e desprovidos de bad values (scroll 3 e 4, respectivamente).

    Fig. 4 DTM (scroll 3), DSM (scroll 4) e dh (scroll 5)

  • 2 QUADRIMESTRE DE 2009 | 15

    Fig. 5 Componentes principais

    Fig. 6 Composio RGB (R = mdia da componente principal PC1; G = dh; B = varincia da compo-nente principal PC1)

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    Fig. 7 Segmentao

    Fig. 8 Juno dos menores segmentos (merge)

    Fig. 9 Extrao de feies

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    5. CONCLUSO

    A metodologia ora apresentada constitui uma proposta de aplicao para a linha de produo carto-grfica do Projeto Radiografia da Amaznia. Sua va-lidao carece da verdade-terrestre, inexistente at o presente momento por no ter havido a fase de reambu-lao da folha de carta disponibilizada. Indica-se a contratao de pelo menos um(a) Engenheiro(a) Florestal com comprovada experincia em interpretao de imagens de radar para assessorar a seo de Cartografia do projeto na discriminao e preenchimento dos atributos da classe vegetao e para revisar os produtos inerentes a esta categoria. A ET-EDGV e a ET-ADGV necessitaro de adaptaes para contemplar especializaes da classe vegetao no previstas atualmente, caso sejam deter-minadas suas inseres no banco de dados geogrfico, incluindo o .mdb correspondente. No existe um algoritmo geral e simples que seja bom para todas as imagens, como tambm todos os algoritmos no so bons para uma imagem particular (Sousa Jr., 2005).

    6. REFERNCIAS

    Souza Jr, Manoel A. Segmentao multi-nveis e multi-modelos para imagens de radar e pticas. Tese de Doutorado. INPE, So Jos dos Campos. 2005.

    AGRADECIMENTOS

    Agradecemos a todos que colaboraram com a construo da presente metodologia, especial ao Dr Maj Correia, da Diretoria do Servio Geogrfico.

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    CORREO ATMOSFRICA E O SENSORIAMENTO REMOTO HIPERESPECTRAL

    * DNIS DE MOURA SOARESCento de Imagens e Informaes Geogrficas do Exrcito CIGEx/DSG

    Estrada Pq do Contorno DF 001 km 4,5, Setor Habitacional Taquari, Braslia, DF, Brasil, CEP 71.559-901

    RESUMO Este trabalho tem por objetivo a apresentao dos conceitos bsicos do sensoriamento remoto hiperespec-tral, com uma abordagem acerca dos fatores atmosfricos que influenciam na perfeita caracterizao da superfcie terrestre. A excessiva quantidade de informao contida nesse tipo de produto exige um estudo refinado do tema, evitando manipulao inadequada de uma massa de dados desnecessria.

    Palavras chaves: Sensores Hiperespectrais, Efeitos Atmosfricos, Correo atmosfrica.

    1. INTRODUO

    Um dos objetivos principais do sensoriamento remoto coletar informaes de elementos da super-fcie da Terra. A utilizao de sensores que trabalham num vasto intervalo do espectro eletromagntico e com um nmero muito elevado de bandas, permite a ex-trao de informaes de maneira minuciosa, possibili-tando distinguir de maneira muito eficiente os diversos elementos pertencentes rea imageada. A aguada capacidade dos sensores hiperespec-trais os torna muito vulnerveis a qualquer efeito que altere minimamente a propagao do fluxo radiante. Assim, a existncia de inmeras partculas que compe a atmosfera pode causar uma interao com a radiao eletromagntica e causar inconsistncias na identifi-cao de alvos. A correo atmosfrica um essencial pr-processamento para obteno de corretas infor-maes da cena, melhorando significativamente a an-lise dos dados (Richter, 1996). Vrios mtodos de correo foram desenvolvi-dos utilizando atmosferas padronizadas, de acordo com caractersticas regionais gerais, que permitem uma r-pida consulta por algoritmo, dinamizando, assim, o ge-renciamento da imensa quantidade de dados envolvida nos procedimentos (Teillet, 2002). Este trabalho visa a apresentar uma concei-tuao bsica sobre os elementos envolvidos no tema, discorrendo acerca de implementaes j desenvolvi-das para a correo das influncias atmosfricas.

    2. SENSORES HIPERESPECTRAIS

    Sensores hiperespectrais so caracterizados pela operao atravs da distribuio da radiao ele-tromagntica em centenas de bandas contguas e de pequena largura (cerca de 10 nm, normalmente). Es-tas caractersticas permitem o traado bem refinado do comportamento espectral dos elementos sensoriados.

    O conceito do imageamento hiperespectral mostrado na Figura 1. Cada pixel da cena associado a um nmero suficiente de informao, que possibili-ta o traado de um abrangente espectro de reflectncia (Vane e Goetz, 1988) e (Staenz, 1992).

    Fig. 1 O cubo de reflectncia de uma imagem do sensor AVIRIS. FONTE: Jensen (2000, gravura 7-6)

    Um exemplo clssico de sensor hiperespectral, tambm chamado de espectrmetro, o Airborne Vi-sible Infrared Imaging Spectrometer (AVIRIS). Opera em 224 bandas espectrais, com 10 nm de largura, no intervalo de 400 a 2450 nm (Staenz, 1992). A Figura 1 apresenta o cubo de reflectncia (Staenz e Williams, 1997), tambm conhecido como cubo de nmeros digitais (Vane e Goetz, 1988) ou cubo hiperespectral (Jensen, 2000). A face superior do cubo apresenta uma composio de trs bandas do sensor AVIRIS. As faces laterais apresentam as camadas re-lativas a cada uma das 224 bandas. As faixas pretas caracterizam bandas de absoro atmosfrica, notada-mente em 1400 e 1900 nm. Finalmente, observa-se uma distribuio falsa-cor com tons de preto e azul (baixa resposta) e vermelho (alta resposta) (Jensen, 2000).

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    O uso de produtos de sensoriamento hiperes-pectral tem inmeras aplicaes, todas apoiadas em sua extrema eficincia na representao da interao dos elementos da superfcie terrestre com a radiao eletromagntica.

    Alguns exemplos de aplicaes podem ser en-contrados nas reas de ecologia (componentes vege-tais), oceanografia (matria orgnica, sedimentos e constituintes marinhos), geologia (identificao mine-ral), calibrao de outros sensores, determinao de constituintes atmosfricos, entre outras (Jensen, 2000).

    A aguada capacidade em representar pequenas variaes atravs do espectro torna as imagens hiperes-pectrais muito sensveis a fatores atmosfricos. Dessa forma, para utilizao desse tipo de produto, funda-mental o conhecimento dos componentes da atmosfera e suas conseqncias,bem como ferramentas de co-rreo.

    3. A ATMOSFERA

    Em sensoriamento remoto h um profundo in-teresse na determinao da interao entre a matria e a radiao eletromagntica. Como resultado desse processo interativo comum a produo de uma ima-gem. Tal imagem composta por pixels apresentando nmeros digitais variados, os quais so proporcionais aos valores de radincia que atingem os elementos de-tectores. Esses valores de radincia so diretamente proporcionais reflectncia dos alvos constituintes de cada elemento de resoluo. Entretanto, tal radincia no proveniente apenas dos alvos, mas tambm da atmosfera existente entre o alvo e o sensor (Epiphanio e Formaggio, 1988).

    Existem diversos elementos que constituem a atmosfera e interagem com a radiao eletromagnti-ca. A interao ocorre na trajetria da radiao do sol (principal fonte de energia do sensoriamento remoto) ao alvo e do alvo ao sensor (Figura 2).

    Fig. 2 Interao entre a radiao eletromagntica (REM) e a atmosfera. FONTE: Slater (1980, p. 21).

    Este captulo abordar acerca dos principais elementos constituintes da atmosfera, bem como seus principais efeitos na radiao eletromagntica.

    A existncia de diversos elementos que compe a atmosfera determina, basicamente, dois tipos inte-rao, quais sejam a absoro e o espalhamento.

    3.1 EFEITOS ATMOSFRICOS

    3.1.1 ABSORO

    A absoro o fenmeno responsvel pela ate-nuao de uma parcela do fluxo radiante, o qual fica retido na atmosfera. Kaufman (1989) e Novo (1988) afirmam a dependncia da absoro estrutura mole-cular dos constituintes da atmosfera.

    A Figura 3 mostra o efeito atenuante, bem como os elementos atmosfricos responsveis pelo processo. Pode-se notar que a ocorrncia de maior absoro en-contra-se na faixa de 1,4 e de 1,9 m, ocorrendo, tam-bm, forte ocorrncia de vapor dgua, impossibilitan-do seu uso para sensoriamento remoto (Vane e Goetz, 1988).

    possvel observar na Figura 2 que h um longo percurso da REM pela atmosfera, dessa forma, mui-to importante o conhecimento dos efeitos atmosfricos (Steffen et al., 1981).

    Fig. 3 Absoro causada pelos diversos elementos da atmosfera.

    FONTE: Jensen (2000, p. 43).

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    3.1.2 ESPALHAMENTO

    O espalhamento responsvel pela alterao da direo original da radiao proveniente do sol. Ste-ffen et al. (1981) comenta da gerao do campo de luz difusa devido a essa interao da energia solar com a atmosfera.

    Pode-se classificar o espalhamento de acordo com as caractersticas dos elementos que o causam. A classificao de acordo com o tamanho das partculas espalhadoras bem explorada nos diversos estudos so-bre o tema. Jensen (2000) faz um bom estudo acerca do assunto.

    Na utilizao dos diversos produtos de senso-riamento remoto de suma importncia a considerao do espalhamento, pois a radincia captada pelo sensor no provm apenas do alvo. Um exemplo gritante des-se efeito pode ser obtido no imageamento martimo, no qual cerca de 80% a 90% so fruto de espalhamento atmosfrico (Steffen et al., 1981).

    3.2 CONSTITUINTES ATMOSFRICOS

    3.2.1 GASES

    Os principais gases constituintes da atmosfera, responsveis pela absoro, so o oxignio (O2), va-por dgua (H2O), oznio (O3) e o dixido de carbono (CO2), sendo o oznio o principal agente da atenuao atmosfrica (Novo, 1988) e (Steffen et al., 1981).

    O vapor dgua encontrado apenas a altitudes acima de 1 km e sua variao causa mudanas no ndice de evaporao, bem como na ocorrncia de nuvens.

    O CO2 o gs mais estvel presente na atmos-fera, aparecendo, portanto, bem misturado aos demais gases secos. Apresenta, normalmente, nveis quantita-tivos constantes, exceto sobre grandes cidades (Kauf-man, 1989).

    Ainda segundo Kaufman (1989), os gases so considerveis contribuintes para a irradiao solar di-fusa da superfcie terrestre.

    3.2.2 AEROSSIS

    Aerossis atmosfricos so constitudos por partculas lquidas e slidas suspensas no ar (Jensen, 2000). Portanto, para que se possa entender como se d sua interao com a energia eletromagntica, neces-srio um estudo acerca de cada elemento constituinte do aerossol. Anlises quanto ao tipo de elemento, quan-tidade, tamanho, distribuio, densidade so necess-rios para a caracterizao.

    Pode-se notar a complexidade na determinao da influncia de cada elemento, afinal seria determinan-te a identificao de cada constituinte, bem como suas caractersticas fsico-qumicas. Para viabilizar tal pro-cesso, so criados modelos que explicam a interao de aerossis atmosfricos de acordo com algumas ca-ractersticas, como origem, processo de formao, pro-cesso de sua remoo, reaes atmosfricas (Kaufman, 1989).

    3.2.3 NUVENS Nuvens so agregados de vapores que se con-

    densam na atmosfera. Para Joseph (1985) e Jensen (2000), elas so um importante contribuinte na reduo da radiao que atinge a superfcie da Terra.

    Pela alta reflectncia na faixa do visvel o do in-fravermelho prximo, bem como baixa temperatura no infravermelho distante, massas de nuvens de tamanho significativo so facilmente detectveis.

    O problema reside na determinao de nuvens de tamanho inferior ao pixel.

    Assim como os aerossis, as nuvens tm al-gumas caractersticas espaciais e de contedo. Joseph (1985) cita algumas: tamanho, distribuio espacial, frao de nuvem (frao da rea da superfcie coberta pela projeo da nuvem), reflectncia e transmitncia (depende do ngulo zenital e da frao de nuvem), con-tedo de gua lquida, altura do topo da nuvem.

    Para um maior aprofundamento no assunto, aconselhvel a consulta ao volume 5, nmero 6, de 1985 da revista Advances in Space Recearch. Este n-mero se dedica exclusivamente discusso de ocorrn-cias e caractersticas de nuvens.

    4. PROCEDIMENTOS DE CORREO AT-MOSFRICA

    Como apresentado no captulo 2, os sensores hiperespectrais so capazes de identificar de maneira tima os diversos elementos da superfcie, devido sua abrangncia do espectro eletromagntico. Atravs da anlise da radincia espectral possvel a distino pormenorizada entre alvos pertencentes rea imagea-da.

    A radincia medida pelo sensor um resultado da radincia proveniente do alvo mais sua interao com todos os elementos que constituem a atmosfera. Dessa forma, necessria a remoo dos efeitos de absoro e espalhamento devido aos aerossis, vapor dgua, nuvens e gases atmosfricos (Moran et al., 1992).

  • 2 QUADRIMESTRE DE 2009 | 21

    Devido profunda complexidade dos eventos naturais impossvel a modelagem pontual e instant-nea dos inmeros fatores que influenciam a propagao da energia eletromagntica. Portanto, para uma imple-mentao matemtica, utilizam-se atmosferas padres, que variam de acordo com a latitude, longitude e sazo-nalidade (Teillet, 1992).

    Os catlogos atmosfricos so constitudos a partir de um conjunto de presses, temperaturas, con-tedos de vapor dgua, concentrao de oznio, para caracterizao das variaes possveis (Richter, 1996).

    Os aerossis, por sua prpria definio, so de difcil mensurao. Afinal eles podem ser constitudos de diferentes tipos de partculas slidas e gasosas. As-sim, deve-se criar grupos que representem as ocorrn-cias provveis desses elementos.

    Neste sentido, os aerossis podem ser classifica-dos da seguinte forma (Carrre, 1993):

    Rural: 70% de materiais solveis em gua (amnio, sulfato de clcio, material orgnico e 30% de poeira);

    Urbano: similar ao rural, porm com adio de componentes devido queima de carbono;

    Martimo: sal do mar devido evaporao.Alguns outros parmetros podem ser padroniza-

    dos para otimizao, tais como ngulos zenitais do sol, elevaes do terreno, faixas espectrais de operao.

    Todos os parmetros que modelam de maneira geral a atmosfera so armazenados em Look-up Tables (LUT), que so tabelas utilizadas para serem consulta-das durante processo de clculo da influncia atmosf-rica sobre a radincia (Richter, 1996).

    Para a determinao da radincia que, efetiva-mente, devida a um elemento da superfcie, so utili-zadas equaes que executam consultas s tabelas su-pracitadas, bem como uma formulao adequada. Estas equaes so chamadas de Radiative Tranfer (RT).

    A armazenagem de parmetros em LUT um artifcio para reduo do tempo de processamento de dados. Tendo em vista a enorme quantidade de infor-mao que constitui uma imagem hiperespectral, Ri-chter et al. (2002) prope, ainda, a utilizao de um nmero reduzido de bandas para o clculo da inter-ferncia atmosfrica, escolhidas de acordo com o tipo de estudo que se deseja executar.

    Existem diversas formulaes que abordam distintamente os parmetros atmosfricos, tais como o modelo 5S, 6S, MODTRAN. Mas todos recaem na se-guinte equao geral:

    Lg = o + g . La (1)Onde:Lg Radincia emergente da superfcie;o off-set;g ganho;

    La Radincia at-sensor.

    Para uma consulta mais abrangente acerca dos parmetros e formulao matemtica recomenda-se Teillet (1992), Staenz e Williams (1997) e Richter et al. (2002).

    5. CONCLUSES As imagens geradas por sensores hiperespec-

    trais so uma tima ferramenta para determinao do comportamento espectral de elementos da superfcie terrestre, porm essa potencialidade pode trazer resul-tados desastrosos quando no aplicados os processos corretivos necessrios.

    A existncia de diversos constituintes atmos-fricas exige a utilizao de uma metodologia consis-tente para correo de sua interao com a radiao eletromagntica, possibilitando a obteno de sucesso na explorao das potencialidades das imagens de alta resoluo espectral.

    Portanto, sem tal procedimento, a enorme quan-tidade de dados est fadada a significar muita infor-mao redundante, que no informa a real caracters-tica dos elementos sensoriados, no atingindo, assim, seu real objetivo.

    6. REFERNCIAS

    Carrre, V. E Conel, J. E. Recovery of atmos-pheric water vapor total column abundance from ima-ging spectrometer data around 940 nm Sensitivity analysis and application to airborne visible/infrared imaging spectrometer (AVIRIS) data. Remote Sensing of Environment, v. 44, n. 2, p. 179-204, 1993.

    Epiphanio, J. C. N. E Formaggio, A. R. Abor-dagens de uso de numero digital e de reflectncia em sensoriamento remoto com dados de satlites. In: Sim-psio Brasileiro de Sensoriamento Remoto, 5., 11-15 out. 1988, Natal, BR. Anais... 1988. v.2, p. 400-405.

    Jensen, J. R. Remote Sensing of the Environ-ment: An earth research perspective. Upper Saddle Ri-ver: Prectice Hall, 2000. 544 p.

    Joseph, J. H. The morphology of fair weather cumulus cloud fields as remotely-sensed from satellites and some applications. Advances in Space Recearch. v. 5, n. 6, p. 213-216, 1985.

    Kaufman, Y. J. The atmospheric effect on remote sensing and its correction. In: Asrar, G. (Ed). Theory and application of optical remote sensing. Washington: John Wiley & Sons, p. 336-428, 1989. Moran, M. S.; Jackson, R. D.; Slater, P. N.; Tei-llet, P. M. Evaluation of simplified procedures for re-trieval of land surface reflectance factors from satellite sensor output. Remote Sensing of Environment, v. 41, n. 2, p. 169-184, 1992.

  • | 2 QUADRIMESTRE DE 200922

    Novo, E. M. L. M. Sensoriamento remoto: Princpios e aplicaes. So Jos dos Campos: Edgard Blcher, 1988. 308 p.Richter, R. A spatially adaptive fast atmospheric co-rrection algorithm. International Journal of Remote Sensing, v. 17, n. 6, p. 1201-1214, 1996.Richter, R.; Mller A.; Heiden, U. Aspects of operatio-nal atmospheric correction of hyperspectral imagery. International Journal of Remote Sensing, v. 23, n. 1, p. 145-157, 2002.Slater, P. N. Remote sensing, Optics and optical sys-tems. Addison-Wesley: Reading, 1980. 575 p.Staenz, K. Imaging spectrometer data analyzer ( ISDA): A software package for analyzing high spectral resolu-tion data. Canadian Journal of Remote Sensing, v. 18, n. 2, p. 90-99, 1992.Staenz, K. E Williams, D. J. Retrieval of surface reflec-tance from hyperspectral data using a Look-up Table approach. Canadian Journal of Remote Sensing, v. 23, n. 4, p. 354-367, 1997.Steffen, C. A.; Lorenzzetti, J. A.; Stech, J. L.; Souza, R. C. M. Sensoriamento remoto: Princpios fsicos; sensores e produtos, e sistema Landsat. So Jos dos Campos: INPE, 1981. 72 p. Publicado como: INPE-2226-MD/013.Teillet, P. M. An algorithm for the radiometric and at-mospheric correction of AVHRR data in the solar re-flective channels. Remote Sensing of Environment, v. 41, n. 2, p. 185-195, 1992.Vane, G. E Goetz, A. F. H. Terrestrial Imaging Spec-troscopy. Remote Sensing of Environment. v. 24, n. 1, p. 1-29, 1988.

    AGRADECIMENTOS

    Ao Dr. Jos Carlos Neves Epiphanio, da Di-viso de Sensoriamento Remoto, do Instituto Nacional de Pesquisas Espaciais, pelas valiosas intervenes e pelo apoio na elaborao deste artigo.

    * Capito. Engenheiro Cartgrafo, Mestre em Senso-riamento Remoto pelo INPE.

  • 2 QUADRIMESTRE DE 2009 | 23

    UTILIZAO DAS IMAGENS DO GOOGLE EARTH PARA A LOCALIZAO DE VTIMAS DA ENCHENTE EM BLUMENAU-SC

    * FELIPE ANDR LIMA COSTA** PEDRO LUIS PEREIRA DA SILVA

    *Centro de Imagens e Informaes Geogrficas do Exrcito (CIGEx)EPCT DF 001, Km 4,5 Setor Habitacional Taquari, Lago Norte, Braslia, DF, CEP 71559-901

    **1o Batalho de Aviao do Exrcito (1o BAvEx)Estrada dos Remdios, 2135 Itaim, Taubat, SP, CEP 12086-000

    RESUMO

    As imagens do aplicativo Google Earth representam um insumo de grande aplicabilidade para operaes de resgate de vtimas de acidentes naturais. Alm do fornecimento gratuito, estas imagens ticas apresentam a vantagem de constante atualizao pela empresa Google. Nesse sentido, o presente trabalho prope uma metodo-logia para utilizao destes insumos visando aplicao em sistemas aeromveis, por exemplo, helicpteros para o resgate de vtimas da enchente ocorrida em Blumenau-SC. A metodologia proposta gera as imagens em formato *.jpg georreferenciadas com coordenadas geogrficas (latitude e longitude), que apresentam reduzida capacidade de armazenamento. Os resultados mostram que o uso das imagens possibilitou a identificao das vilas com mo-radias destrudas e isoladas pelas chuvas.

    Palavras chaves: Desastres naturais, Resgate de vtimas em enchentes, imagens Google Earth

    1 INTRODUO

    Com o advento da disponibilizao de ima-gens atualizadas de satlites ticos de alta resoluo pelo aplicativo Google Earth, aplicaes voltadas ao geoprocessamento utilizando estes insumos aumenta-ram significativamente, destacando-se aquelas voltadas paras as reas socioeconmicas e ambientais. Arajo, (2009) apresenta outros segmentos que utilizam as fe-rramentas disponibilizadas pelo aplicativo, que permi-tem a navegao online nas imagens orbitais de todo o planeta, bem como a possibilidade de o usurio rota-cionar imagens, calcular distncias entre pontos identi-ficados e salvar locais de interesse. Assim, a utilizao voltada ao geoprocessamento requer cuidados no que concerne exatido posicional, sendo apresentado em Ribas, (2008) um estudo avaliativo que permite identi-ficar as escalas mximas de utilizao das imagens do Google Earth como fontes para planejamento e toma-da de decises, aspecto essenciais, por exemplo, para operaes de regaste das vtimas de acidentes naturais. Nesse sentido, este trabalho objetiva desenvolver uma metodologia que possibilite a utilizao das imagens oriundas do banco de dados geoespaciais do Google Earth como insumo no resgate aeromvel, das vtimas da enchente de Blumenau-SC. No que concerne ao desenvolvimento de ferra-mentas utilizadas para o auxlio de resgate de vtimas da enchente de Santa Catarina, a Google Brasil criou um stio digital com contedo para disponibilizao de

    informaes geoespaciais que permitiram a ajuda para as vtimas da enchente no estado (Google, 2008). O dife-rencial da metodologia apresentada neste trabalho est no desenvolvimento de um fluxo de trabalho que possa ser aplicado para sistemas aeromveis, por exemplo, helicpteros voltados para resgates.

    2 MATERIAIS

    Materiais utilizados: 1) Aplicativo Envi 4.5; 2) Aplicativo IDL 7.0.; 3) 32 cenas extradas do Google Earth.

    3 METODOLOGIA

    A metodologia de desenvolvimento consistiu na formulao de um algoritmo que permitisse a extrao das coordenadas geogrficas das imagens disponibili-zadas pelo Google Earth, uma vez que estas imagens aps serem salvas com extenso *.jpg no apresentam coordenadas geogrficas (latitude e longitude), nem possuem a resoluo e a capacidade de armazenamento adequadas aos hardwares hoje existentes pelas equipes de resgate. Assim, as sees seguintes contextualizaro os procedimentos constituintes desta metologia.

  • | 2 QUADRIMESTRE DE 200924

    Nessa fase foi realizada a seleo das imagens que recobrem a rea de resgate no aplicativo Google Earth. A partir da foram gerados dois arquivos para cada uma das 32 cenas que compem a rea de resgate com exten-ses *.jpg e *.kml. O primeiro contm o dado binrio da imagem e o segundo traz as informaes do polgono envolvente da respectiva imagem, dentre as quais destacam-se as coordenadas geogrficas. A figura 1 (a) ilustra um recorte da imagem (*.jpg) extrada da rea de resgate em Blumenau com suas respectivas coordenadas (latitude e longitude) canto contidas no *.kml (figura 1 (b)).

    3.1 GERAO DAS IMAGENS DA REA DE RESGATE

    (a)

    (b)-

    Fig. 1 Recorte de imagem gerada da rea: (a) Imagem *.jpg; (b) Arquivo *.kml

    3.2 ALGORITMO PARA EXTRAO DAS COORDENADAS

    A partir dos arquivos produzidos (*.jpg e *.kml), faz-se necessrio georreferenciar as imagens utilizando as coordenadas contidas no arquivo *.kml correspondente. Assim, foi desenvolvido um algoritmo na linguagem IDL que permitisse a leitura da imagem

    e do arquivo *.kml correspondente. Em seguida, foram gerados os arquivos *.pts formados pelas coordenadas existentes entre as linhas do atributo do *.kml (figura 1 (b)). Com os arquivos *.pts, possvel georreferenciar as imagens *.jpg no aplicativo

  • 2 QUADRIMESTRE DE 2009 | 25

    Envi 4.5. A figura 2 ilustra o fluxograma do algoritmo desenvolvido.

    Fig. 2 Fluxograma do algoritmo kmltopts

    Esta etapa consistiu na gerao das imagens em formato *.jpg com coordenadas de terreno. Para tal procedimento foi utilizado o aplicativo Envi 4.5. As-sim, utilizou-se a funcionalidade Map >> Registration >> Warp from GCPs : Image to Image,

    onde so geradas as imagens georreferenciadas com coordenadas geogrficas e Datum WGS-84. A figura 3 apresenta um recorte da rea ima-geada, onde so observadas as coordenadas geogrficas latitude e longitude presentes no arquivo.

    Fig. 3 Recorte georreferenciado da rea imageada

    3.3 GEORREFERENCIAMENTO DAS IMAGENS

  • | 2 QUADRIMESTRE DE 200926

    3.4 MOSAICAGEM DAS CENAS

    Este procedimento consistiu na gerao do ar-quivo digital contendo as 32 cenas mosaicadas que re-cobrem a rea. Para o procedimento, foi utilizada fun-cionalidade do aplicativo Envi 4.5, que acessada na

    barra do menu: Basic Tools >> Mosaicking >> Georre-ferenced. A figura 4 ilustra um recorte georreferenciado da rea imageada, permitindo a visualizao de mora-dias (crculos em preto) ao longo do rio Itaja.

    Fig. 4 Recorte georreferenciado do mosaico de Blumenau-SC

    4 RESULTADOS

    O mosaico georreferenciado produzido a partir das cenas extradas do Google Earth permitiu equipe de resgate a identificao de locais com possibilidades de deslizamento de terra, que apresentavam moradias indicadas na imagem, mas que no se conseguia ver du-rante o vo de baixa altitude. A metodologia foi aplica-da nos dias 01 e 02 de dezembro de 2008 e a Operao Santa Catarina utilizou o mosaico gerado possibilitan-do a distribuio de alimentos, roupas e medicamentos para as populaes isoladas e desprovidas de sistema de transporte.

    Vale ressaltar que a altimetria da regio aci-dentada e, por conseguinte a visualizao das vilas com moradias sem um insumo georreferenciado dificultaria a localizao. A figura 5 (a) ilustra a aterrissagem do helicptero para resgate de vtimas e a figura 5 (b) mos-tra a distribuio de suprimentos para as vtimas. No que diz respeito qualidade geomtrica do mtodo, foi possvel identificar as vilas com exatido posicional compatvel geometricamente com as ima-gens fornecidas pelo aplicativo Google Earth.

  • 2 QUADRIMESTRE DE 2009 | 27

    Fig. 5 Recorte das fotos adquiridas durante a operao: (a) Resgate; (b) Distribuio de suprimento

    a) b)

    5 CONCLUSES

    Atravs deste trabalho desenvolvido foi poss-vel utilizar as imagens oriundas do Google Earth como insumos em para identificao e resgate de populaes atingidas por desastres naturais, no a enchente de Blu-menau-SC. Os resultados mostraram que tal ferramenta vivel com o uso de uma metodologia adequada. Aps a aplicao da metodologia proposta entre os dias 01 e 02 de dezembro de 2008, foi observado que a mesma destinada tambm a operaes em que o tempo um requisito operacional importante. Em prximos trabalhos, considera-se interes-sante o uso de pontos com mais qualidade posicional planimtrica para que se possa testar o quo melhor ser a identificao das localidades para as equipes de resgate.

    AGRADECIMENTOS

    Ao 1 Batalho de Aviao do Exrcito (1o BAvEx) pelo fornecimento das imagens do resgate

    em Blumenau-SC.

    * Capito. Engenheiro Cartgrafo e mestre em Engenharia Cartogrfica (IME, 2007)

    ** Capito. Combatente de Cavalaria. Piloto de helicptero do 1o Batalho de Aviao do Exrcito.

    6 REFERNCIAS

    Arajo, S. T. B. O Uso de Imagens do Google Earth Aplicadas no Planejamento de Atividades Ad-ministrativas e Operacionais do CIGEx, 32p. Projeto Interdisciplinar. Seo de Ensino, Centro de Imagens e Informaes Geogrficas do Exrcito. 2009. Google Brasil. Mapa Especial para auxiliar es-foros de resgate nas enchentes em Santa Catarina. Dis-ponvel em: http://googlediscovery.com/2008/12/01/google-desenvolve-mapa-especial-para-auxiliar-es-forcos-de-resgate-nas-enchentes-em-santa-catarina/. Acessado em 02 Dez 2008. Ribas, W. K. Os Limites Posicionais do Goo-gle Earth. Disponvel em: http://www.esteio.com.br/downloads/pdf/precisao_Google-Earth.pdf. Acessado em 01 Dez 2008.

  • | 2 QUADRIMESTRE DE 200928

    METODOLOGIA PARA VALIDAO DE DADOS GEOESPACIAIS APLICADA A ESTRUTURA DE DADOS GEOESPACIAS VETORIAS (EDGV) DA INFRAESTRUTURA DE DADOS ESPACIAS (INDE) DO BRASIL

    *SRGIO MANFRIN*WALLACE AMARAL ALMEIDA

    *WELBER FERREIRA ALVES*CARLOS ALBERTO MAIA TEIXEIRA*THIAGO DOS SANTOS NASCIMENTO

    Centro de Imagens e Informaes Geogrficas do Exrcito (CIGEx) Subseo de Informaes Geogrficas

    EPCt Km 4,5 Sobradinho Braslia - DF, Brasil, CEP 73000-000

    RESUMO

    O presente artigo prope uma metodologia para validao topolgica e geomtrica de dados geoespaciais armazenados em banco de dados segundo a Estrutura de Dados Geoespaciais Vetoriais EDGV, implementada em Access de acordo com o tipo Personal Geodatabase, modelo de dados criado pela plataforma GIS da ESRI. A metodologia compreende um conjunto de procedimentos com vista a contemplar as especificaes da ETADG (Especificaes Tcnicas para Aquisio de Dados Geoespaciais) tambm relacionado EDGV.

    Palavras chaves: Validao Topolgica, Validao Geomtrica

    1 INTRODUO

    Hoje com o crescente uso de informaes georreferenciadas pela comunidade e os desafios de racionalizar as aes, otimizando a utilizao dos recursos pblicos pelo Estado Moderno, surge a ne-cessidade da criao de uma infraestrutura de dados geoespaciais INDE, com vistas a compartilhar infor-maes geoespaciais, inicialmente na administrao pblica, e depois por toda a sociedade; incrementar a administrao eletrnica no setor pblico; garantir aos cidados os direitos de acesso s informaes geoes-paciais pblica para a tomada de decises; incorporar as informaes geoespaciais produzidas pela iniciativa privada; harmonizar a informaes geogrficas dispo-nibilizada, bem como registrar as caractersticas desta informaes; e subsidiar a tomada de decises de for-ma mais eficiente e eficaz. Recentemente a CONCAR Comisso Nacional de Cartografia, atravs de seus membros, os principais produtores de dados geoespa-ciais do Brasil, nestes a DSG e o IBGE, estabeleceram as bases para implantao dessa infraestrutura.

    Uma das bases para implantao da estrutura o estabelecimento de normas e padres para produo dos dados geoespaciais. As Normas e Padres permitem a descoberta, o intercmbio, a integrao e a usabilida-de da informao espacial. Padres de dados espaciais abrangem sistemas de referncia, modelo de dados, di-cionrios de dados, qualidade de dados, transferncia de dados e metadados (EAGLESON et al., 2000 apud NICHOLS, COLEMAN e PAIXO, 2008). A CONCAR com objetivo de estabelecer padres publicou as seguintes normas: Especificao Tcnica para a Estruturao de Dados Geoespaciais Vetoriais - ET-EDGV; Especificao Tcnica para a Aquisio de Dados Geoespaciais Vetoriais ET-ADGV; entre outras como a ET-MDG; ET-CQDGV, ET-RDGV, ET-EDGM. O objetivo do presente trabalho apresentar a metodologia de validao de dados geoespaciais de acordo com as especificaes da ET-EDGV e da ET-ADGV.

  • 2 QUADRIMESTRE DE 2009 | 29

    Fig. 1 Especificaes tcnicas da INDE

    As especificaes contidas na ET-EDGV dizem respeito modelagem de dados geoespacias. No modelo so encontradas todas as classes de feies

    da estrutura de dados, seus atributos, bem como seus relacionamentos espaciais e no espaciais.

    Fig. 1 Recorte do Modelo Conceitual da categoria Transporte contido na ET-EDGV

    (ET-EDGV), bem como dos atributos essenciais perfeita individualizao das instncias. Esta norma aborda, ainda, os atributos que definem a origem dessa geometria e os que qualificam suas acurcia e preciso. [CONCAR ET-ADGV].

    A ET-ADGV tem por finalidade definir as regras para a construo do atributo geometria de cada classe de objetos constante da Especificao Tcnica para Estruturao de Dados Geoespaciais Vetoriais

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    Fig. 2 Regra de construo dos elementos componentes de um Via Rodoviria contido na ET-ADGV

    O diferencial desta metodologia est em usar, alm do recurso de topologia fornecido pelo pacote ArcGis, no uso de rotinas personalizadas com o objetivo de satisfazer todas as exigncias das especificaes. Essas rotinas foram desenvolvidas em Visual Basic com utilizao da API ArcObjects do pacote de software GIS da ESRI.

    A regras topolgicas disponibilizadas pelo ArcGis contemplam os seguintes casos:

    Regras de Topologia para Linhas

    must be single partmust be intersect or touch interiormust not self-overlapmust not overlapmust not self-intersectmust not intersectmust not overlap withmust covered by feature class ofmust not have pseudonodesmust not have danglesendpoint must be covered by

    Regras de Topologia para Pontos

    must be covered by endpointpoint must be covered by line

    Regras de Topologia para reas

    must not overlapmust not have gapsmust not overlap withmust covered by feature class ofboundary must be covered byarea boundary must be covered by boundary of

    Percebe-se claramente que para geometrias tipo rea e ponto, existem poucas regras. Um caso bastante requisitado o caso da duplicidade de geometrias, no caso de linhas e reas existe a regra must not overlap que detecta geometrias coincidentes, contudo essa regra no existe para pontos. Foram nestes casos que surgiram necessidade do desenvolvimento de novas rotinas de aplicao. Diante dessas limitaes, resolveu-se criar uma topologia para cada conjunto de classes, da seguinte maneira: Energia e Comunicaes; Hidrografia e Transporte; Limites; Linhas limites e Poltico; Relevo e Saneamento. Cada topologia agrupa um conjunto de regras especficas para as particularidades de suas feies. Assim, cada grupo possui raios de influncia da topologia, prioridades entre as classes diferentes.

  • 2 QUADRIMESTRE DE 2009 | 31

    Tabela 1 Exemplo de regras implementadas na topologia Hidrografia e Transporte

    2 MATERIAIS

    Recursos utilizados: Software ArcGis edio ArcEditor; Sistema Operacional Windows XP; Visual Basic e Visual Basic for Application; Open Office.

    3 METODOLOGIA

    Topologia o recurso que tem por finalidade conservar os posicionamentos espaciais relativos das feies geogrficas, para garantir relaes de conectividade, adjacncia e restries de posicionamento, mesmo aps transformaes geomtricas. O ArcGis por padro disponibiliza um conjunto de 26 regras topolgicas para compor uma topologia. Contudo, esse conjunto, atualmente, no contempla todas as exigncias da ET-ADGV, deste modo os procedimentos dos processo de validao tiveram de abranger as seguintes partes:

    .Validao por Regras topolgicas implementadas no Personal Geodatabase;

    Rotinas em personalizadas desenvolvidas em Visual Basic com a API ArcObject, utilizadas para cobrir as limitaes do software;

    A validao, de maneira geral, destina-se a encontrar e eliminar erros de geometria decorrentes do processo de aquisio vetorial e erros por violao das regras de integridade espacial implementadas no banco de dados que devem estar de acordo com as especificaes.

    Erros de construo das geometrias:

    Geometrias duplicadas; Linhas ou polgonos com densidade de pontos

    acima ou abaixo do compatvel, para a escala; Interseces indevidas; Superposies; Erros de conectividade; Erros por violao de regras topolgicas.

    4 INSTALAO DA APLICAO Para o uso deste processo necessrio a utilizao de um conjunto de arquivos, que no caso empacotamos no arquivo EDGV121.RAR, podendo descompact-lo em um diretrio qualquer. Depois, no editor de VBA do ArcMap deve ser aberto, clicando-se em Tools, Macro, Visual Basic Editor. Estando ele aberto, na aba Project Normal, deve-se clicar em Normal.mxt, pois os arquivos devem ser importados para a estrutura Normal e no para project, como o padro; importam-se os arquivos edgv.bas e category.frm utilizando-se File - Import File. O cdigo EDGV importado dever aparecer na pasta modules com o nome EDGV e a categoria em Forms com o nome Category. Para utilizar os recursos das rotinas, necessrio instalar a barra de ferramentas EDGV (com privilgios de administrador), uma DLL. Com o ArcMap aberto, clica-se em Tools, Customize. Ser aberta uma caixa de dilogo. Nesta caixa, clica-se em add from file, depois procure o arquivo edgv.dll (que deve ser copiado para a pasta C:\Arquivos de programas\ArcGIS\Bin) .

    CLASSE ORIGEM PRIOR REGRA CLASSE DESTINOTRA_Ponte_L 20 must not intersect or touch interior

    must not self-intersect must be single part Endpoint must be covered by TRA_Ponto_Rodoviario > ponteMust be covered by line HID_Trecho_Drenagem

    TRA_Ponte_P 21 Must be covered by Endpoint of HID_Trecho_RodoviarioTRA_Ponto_Ferroviario_P 21 Must be covered by endpoint of TRA_Trecho_RodoviarioTRA_Ponto_Hidroviario_P 21 Must be covered by endpoint of TRA_Trecho_Hidroviario

    TRA_Ponto_Mudana_P 21 Must be covered by endpoint of TRA_Trecho_Rodoviario

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    Uma nova caixa ser aberta listando os elementos adicionados na barra de ferramentas, apenas deve-se clicar em OK. Em seguida, na guia toolbars, seleciona-se o item EDGV, o qual ligar a barra de ferramentas.

    Fig. 3 Menu de funes da aplicao de validao da EDGV

    5 DESCRIO DAS ROTINAS

    Carregar Camadas por categoria: Essa rotina tem por objetivo a carga dos camadas da EDGV, de maneira personalizada. Assim, possvel carregar somente a(s) camada(s) de determinada(s) categoria(s) ou somente as camadas que no esto vazias.

    Gerar Estatstica: Gera relatrio das feies existentes na EDGV que contm dados, discriminando elementos do tipo ponto, linha ou rea. Pode tambm ser gerado relatrio de todas as classes existentes, mesmo que no tenham dados.

    Copiar Classes de feies para a camada AUX_Cobertura_Terrestre_A: Copia objetos de varias camadas que formam a cobertura terrestre, como vegetao, massas dgua, terrenos exposto, para uma classe temporria, de modo que se possa usar as regras de validao de rea para evitar falhas e superposies.

    Copiar feies da camada AUX_Cobertura_Terrestre_A para Classes: Copia as reas da camada auxiliar para as classes de origem. A rotina faz o somatrio das reas das feies da classe auxiliar e compara com a moldura. Caso seja verificada a discrepncia de valores de reas, a rotina emite uma mensagem indicando que ainda persistem falhas de superposio ou falhas na classe auxiliar, no permitindo que os objetos voltem s classes origem at que estejam livres de erros.

    Apagar Pontos Duplicados: Faz a verificao de pontos duplicados nas camadas, presentes na EDGV. A verificao feita dentro de cada camada e tambm de uma camada em relao outra.

    Gerar de Pontos de Transporte: O script gera a replicao dos pontos de transporte, que segundo a EDGV fazem parte da rede de transporte, fazendo um loop em cada classe relacionada ao sistema de transporte. Esta replicao ocorre nas feies TRA_PontoRodoFerroviario.

    Apagar feies fora da moldura da folha: Apaga todos os objetos fora do polgono da moldura da folha.

    Criar Topologias: Cria uma topologia especfica.

    Apagar todas as Topologias: Apaga todas as topologias presentes na EDGV. importante execut-la antes de se criar uma nova topologia, pois h classes que fazem parte de mais de uma topologia. Quando ocorrer isso, a nova topologia no ser criada, a menos que a antiga topologia seja apagada.

    Segmentar objetos: Faz a segmentao dos objetos das classes que possuem regras que no permitem o cruzamento das linhas com os limites de reas de outras classes com geometria rea e tambm faz a quebra de linhas que cruzam com outras linhas.

  • 2 QUADRIMESTRE DE 2009 | 33

    ..Gerar Pontos de Transporte: Cria automaticamente os pontos das camadas entroncamento e os pontos de rede.

    Criar Pontos Hidrografia: Cria a partir dos trechos de drenagem os pontos de Confluncia e Pontos de incio de drenagem.

    Criar pontos de rede: Cria a partir de alguns pontos especficos, como Eclusa, Barragem, Tnel, entre outras classes, Pontos de drenagem ou Pontos Rodovirios, dependendo da classe.

    Carregar arquivos de estilo: Este processo tem o objetivo de adequar os arquivos de acordo com os estilos de cor, peso e aparncia pr-elaborados;

    Unir Linhas: Esta rotina faz a unio de linhas que se conectam e que possuam mesmos atributos.

    Suavizar/Generalizar Linhas: Esta rotina atua na suavizao de linhas, bem como na reduo de vrtices.

    Verificar Validao: Esta verificao imprescindvel no processo de validao, pois ela aponta todos os erros topolgicos explcitos nas regras topolgicas e referentes a relacionamentos espaciais que no foram corrigidos durante o processo.

    6 RESULTADOS

    Diante das ferramentas e das rotinas apresentadas, houve-se uma escolha por uma determinada seqncia de procedimentos que viesse a facilitar o trabalho do usurio na execuo das tarefas bem como na sua perfeita compreenso. Embora, todas as rotinas possam ser usadas em diversos momentos e at mais de uma vez, necessria uma certa coerncia do usurio na escolha da ordem das rotinas, haja vista que na prpria aquisio dos dados vetoriais existe esta lgica.

    A tabela a seguir demonstra a seqncia de rotinas adotadas para o processo de validao dentro da estrutura ET-ADGV:

    Limpeza Validao I Estruturao Validao II1 Apagar os objetos fora da moldura 2 Apagar pontos duplicados3 Suavizao

    4 Validao da cobertura terrestre 5 Validao da conectividade

    6 Unio de linhas 7 Segmentao8 Direcionamento dos rios9 Gerao de pontos

    10 Validao hidrografia e transporte 11 Validao energia e comunicaes12 Validao relevo13 Verificao da validao

    Tabela 2 Etapas do processo de validao da EDGV

    Algumas destas rotinas merecem um destaque maior e por isso sero expostas como alguns dos resul-tados obtidos neste processo.

    Seguindo a seqncia do processo, a rotina que apaga objetos fora da moldura tem a funo de eliminar qualquer elemento ou parte de elemento que

    esteja fora da rea da carta, como mostra a figura a se-guir.

    A primeira figura (da esquerda para a direi-ta) mostra toda a rea da carta, a segunda um recorte do canto esquerdo da carta, demonstrando os erros, j a terceira figura mostra o recorte com a correo dos erros.

    Fig. 4 processo de apagar feies fora da moldura

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    O segundo processo o de apagar pontos du-plicados, demonstrado na figura a seguir com a exem-plificao dos IDs (nmero de identificao de cada elemento) em evidncia. A primeira figura mostra os pontos 56 e 143 sobrepostos pelos pontos 179 e 180 respectivamente, j a segunda exibe os pontos corrigi-dos, depois de apagados os pontos a mais.

    Na fase de suavizao feita uma reduo do nmero de vrtices, onde certos traos que possuem pontos em excesso so simplificados, mas mantendo o correto tracejado. A primeira figura exibe a linha nor-mal, a segunda pe em evidncia a abundncia de vr-tices e a terceira o resultado da suavizao.

    Fig. 5 Rotina de apagar pontos duplicados

    Fig. 6 Rotina de filtragem e suavizao de linhas

    Na validao da cobertura terrestre, espaos indevidos entre reas e buracos so eliminados, juntan-do e/ou criando elementos. Na primeira figura percebe-se uma descontinuidade entre as reas e um buraco no centro de um rio, j na segunda estes erros so repa-rados com a juno dos elementos e com a criao de uma ilha.

    Fig. 7 Rotina para validao de reas

    Durante a fase de validao de conectivida-de, elementos que deveriam ser contguos e esto se-parados devido a erros no processo de aquisio so conectados, embora haja uma distncia de tolerncia, haja vista que certos elementos devem permanecer des-conectados.

    Nas figuras a seguir os pontos que represen-tam a nascente do rio, bem com um afluente esto des-conectados. Aps a rotina, as nascentes so atradas para o rios e o afluente conectado ao rio principal. Deve ser ressaltado tambm que o ponto cotado pre-sente no recorte no se move, haja vista que a distncia deste ponto s linhas muito grande, fora da rea de tolerncia.

    Fig. 8 Projeto de validao com topologia

    O prximo processo o de unio de linhas, nesta rotina elementos que esto contguos, pertencen-do mesma classe e possuindo os mesmos atributos so transformados em apenas um elemento.

    Fig. 9 Rotina de unio de linhas continuas

    A fase de segmentao assume a funo de quebrar elementos, visando a manuteno da coerncia da rede. Assim quando mais de duas linhas se tocam em um mesmo ponto ou atravessam polgonos so seg-mentadas, dando origem a novos elementos.

    Na primeira figura abaixo, o rio de ID 67 um elemento nico de sua nascente at encontrar o rio de margem dupla, no entanto ele deve ser segmentado no encontro com seus afluentes e ao atravessar o polgono da massa dgua, conforme mostra a segunda figura, surgindo dois novos elementos de IDs 69 e 70.

  • 2 QUADRIMESTRE DE 2009 | 35

    Fig. 10 Rotina de segmentao de feies

    Agora que todos os rios esto segmentados, devem-se direcion-los tendo em vista a futura iden-tificao das nascentes. Este processo visa corrigir as aquisies de rios que foram feitas de jusante para a montante que dificultam a identificao sugerida.

    Nas figuras abaixo, as setas indicam o ponto final dos elementos. Na primeira, pode-se perceber que alguns esto com o sentido invertido, j na segunda, aps o processo, o direcionamento corrigido.

    Fig. 11 Rotina de direcionamento de linhas de drenagem

    Agora que as nascentes j esto identifica-das, possvel a insero dos pontos de nascente e confluncia, alm de outros pontos como os pontos de entroncamento. Desta forma necessrio passar para fase seguinte rodando o processo de gerao de pontos. Na primeira figura, so encontrados os elementos ori-ginais, j na segunda tem-se o surgimento dos pontos representando a nascente, as confluncias e o entronca-mento.

    As fases subseqentes so compostas de trs validaes: Hidrografia e Transporte, Relevo e Energia e comunicaes. Todas elas so trabalhadas utilizan-do-se apenas os recursos do prprio ArcGis, os quais compreendem a insero das regras topolgicas (aque-las citadas anteriormente), demonstrao dos erros e correo. Embora seja um trabalho demasiado, graas s fases anteriores, os erros que ficam para estas vali-daes j esto bem filtrados.

    Por fim, necessrio rodar o ltimo processo, a verificao final. Esta rotina tem a finalidade de veri-ficar erros que possam ser cometidos durante o prprio processo de validao. Aps essa rotina ser rodada, um novo elemento criado a fim de indicar todos os erros encontrados na carta, abaixo exibido um recorte onde fica evidenciado, na linha mais escura, alguns erros encontrados em curvas de nveis. Este novo elemento tambm possui uma tabela que orienta o usurio, de-monstrando os elementos, a descrio dos problemas e uma observao indicando uma possvel correo.

    Fig. 14 Feies em preto apresentam erros

    Fig. 12 Rotina de criao de pontos de hidrografia

    Fig. 13 Tabela de erros emitida pela rotina de reviso da validao

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    6 CONCLUSES

    Atravs desta metodologia foi desenvolvida a aplicao EDGV Tools, uma extenso do ArcGis para o mdulo ArcMap com funcionalidades para comple-mentar as omisses de regras topolgicas do software e criao de processos no que diz respeito a fazer cum-prir as especificaes inerentes a INDE brasileira.

    O presente trabalho foi desenvolvido para as especificaes da EDGV (Estrutura de Dados Geoespa-ciais Vetoriais) implementada no banco de dados Acc-ces, com estrutura do Personal Geodatabase para va-lidao de folhas articuladas. Nos prximos trabalhos, pretende adaptar o processo para validao da estrutura em bancos de grande porte e validao de bases de da-dos geoespaciais contnuas.

    Outras rotinas podem ser criadas e as que j existem podem ser modificados com a finalidade de otimizar o processo de produo de dados vetoriais bem como incrementar a qualidade.

    7 REFERNCIAS

    www.concar.gov.br CONCAR Comisso Nacional de Cartografia.

    EAGLESON et al., 2000 apud NICHOLS, COLEMAN e PAIXO, 2008

    http://www.esri.com/

    AGRADECIMENTOS

    A todos os participantes do frum de desenvolvedores de aplicaes em ArcObjects, em particular a dos sites support.esri.com e arcscripts.esri.com, que tanto contriburam para o sucesso dos trabalhos.

    * Tec Cartgrafo formado pela Escola de

    Instruo Especializada Rio de Janeiro RJ.

  • 2 QUADRIMESTRE DE 2009 | 37

    APLICAO DAS TCNICAS INSAR e DINSAR EM GEOMORFOLOGIA

    * DANIEL LUS ANDRADE E SILVA **ERICSON HIDEKI HAYAKAWA

    **CLDIS DE OLIVEIRA ANDRADES FILHO**THIAGO DE CASTILHO BERTANI**BRUNO RODRIGUES DO PRADO

    * Diretoria de Servio Geogrfico - DSGQGEx - Bloco F - SMU - 70630-901 - Braslia - DF, Brasil

    **Instituto Nacional de Pesquisas Espaciais - INPECaixa Postal 515 - 12245-970 - So Jos dos Campos - SP, Brasil

    RESUMO

    A caracterizao geomorfolgica da superfcie terrestre e o monitoramento de eventos decorrentes de catstrofes naturais ou por influncia humana tornam-se necessrios, principalmente em reas com riscos de prejuzos econmicos e humanos. Nesse contexto, o presente trabalho versa sobre o potencial das tcnicas de interferometria SAR (InSAR) e interferometria diferencial (DInSAR) aplicados a geomorfologia e na verificao de dinmicas da superfcie terrestre. O trabalho aborda conceitualmente a tcnica InSAR e DInSAR, a obteno de produtos como Modelos Digitais de Elevao (MDE), as limitaes inerentes de cada tcnica, e o potencial de aplicao em estudos geomorfolgicos. O trabalho demonstra que embora os geomorfolgos conheam a poten-cialidade dos dados SAR em abordagens geomorfolgicas, tais dados ainda so subutilizados em territrio nacio-nal. Este fato propicia novos trabalhos e pesquisas, principalmente com a gradual disponibilidade de novos pro-dutos tais como imagens dos recentes radares imageadores ALOS/PALSAR, TERRASAR/X e RADARSAT-2.

    Palavras-chave: interferometria SAR, interferometria SAR diferencial, MDE, geomorfologia

    1. INTRODUO

    Segundo Christofoletti (1981), a Geomorfolo-gia a cincia que estuda a gnese e a evoluo das formas de relevo sobre a superfcie terrestre. Interessa cincia geomorfolgica no somente processos pret-ritos ocorridos nos litotipos existentes, mas tambm os reflexos de eventos naturais e de atividades antrpicas que agem sobre a estabilidade das formas de relevo.

    Com o desenvolvimento e o lanamento dos primeiros satlites de sensoriamento remoto, os geomorflogos passaram a contar com uma impor-tante fonte de dados para a anlise do relevo. A inte-grao entre os dados de Sensoriamento Remoto e a Geomorfologia obteve sucesso devido facilidade em se realizar anlises geomorfolgicas de mbito qua-litativo e quantitativo da superfcie da Terra (Cattani et al., 2005). A descrio geomorfolgica tornou-se mais detalhada e o monitoramento mais integrado s dinmicas. Os dados orbitais permitiram a obteno de informaes geomorfolgicas em curtos intervalos de tempo e espao, o que melhora a representatividade do relevo, fundamentais principalmente em estudos que contemplam o seu monitoramento.

    Nesse contexto, destacam-se os radares ima-geadores de abertura sinttica (SAR). Trata-se de siste-mas ativos que operam na faixa espectral das microon-das, portanto, no dependem da reflexo da iluminao solar e das condies atmosfricas para realizarem o imageamento. Em regies tropicais como a Amaznia estes sistemas so fundamentais para contornar proble-mas referentes aos intervenientes atmosfricos, dada a constante presena de nuvens, fumaa, bruma e chuva, os quais restringem o uso de sensores pticos (Para-della, 2005). Demais caractersticas como a capacida-de de penetrar at o dossel da vegetao (depende do comprimento de onda e densidade da vegetao), an-lise em diferentes escalas de trabalho, processamentos altamente automatizados (Rosen et al., 2000; Aronoff, 2005) fazem dos radares imageadores potenciais ferra-mentas em estudos de geomorfologia. Entre as desvan-tagens do uso dos radares e suas aplicaes, tem-se a ocorrncia de descorrelao temporal, rudo speckle, descorrelao espacial, dentre outros.

  • | 2 QUADRIMESTRE DE 200938

    A possibilidade de aplicao de tcnicas como Interferometria-SAR (InSAR), descrita inicialmente por Graham (1974), e sua modalidade diferencial, conhecida como InSAR diferencial (DinSAR Diffe-rential Interferometry SAR), descrita por Gabriel et al. (1989), potencializa a utilizao dos dados de radares imageadores em estudos geomorfolgicos. Nesse con-texto, o presente trabalho versa sobre a aplicao da tcnica de InSAR e DInSAR na geomorfologia. Este trabalho abordar os principais procedimentos neces-srios gerao de MDEs interferomtricos (principal produto interferomtrico voltado geomorfologia), a tcnica DInSAR, suas limitaes e as possveis formas de aplicao das tcnicas InSAR e DInSAR em estudos geomorfolgicos.

    2. INTERFEROMETRIA-SAR (INSAR)

    2.1 DESCRIO DA TCNICA

    A Interferometria-SAR baseia-se na proprie-dade de que dois sinais de onda coerentes retroespal-hados pela mesma superfcie podem, em certas con-dies, ser interferometricamente processados. A fase interferomtrica resultante desses processamentos a diferena de fase entre os dois sinais retroespalhados. Entre os fatores que afetam a fase interferomtrica me-rece destaque a topografia do terreno e por conseqn-cia, torna-se possvel a gerao de modelos digitais de elevao (MDEs) a partir de processamentos interfe-romtricos.

    Esses processamentos envolvem duas ima-gens SAR adquiridas do mesmo terreno, por dois dife-rentes modos:

    a) Utilizando-se duas antenas instaladas na mesma plataforma numa direo perpendicular di-reo do vo e separadas por uma distncia chamada de linha-base (B). Este modo conhecido como interfero-metria de uma passagem (single pass interferometry), utilizada geralmente em plataformas aerotransportadas. Neste caso, o sinal eletromagntico emitido por uma das antenas e o sinal retroespalhado recebido por am-bas, gerando-se ao mesmo tempo as duas imagens SAR da mesma cena. Nesse tipo de aquisio a linha-base fixa e pode ser medida com preciso, porm o fato de existirem duas antenas a bordo pode muitas vezes constituir uma desvantagem operacional para o empre-go desse tipo de interferometria.

    b) Utilizando-se uma nica antena com duas passagens paralelas em diferentes tempos sobre a mes-ma rea. Este tipo chamado de interferometria de duas passagens (two pass interferometry) ou de pas-sagens repetidas (repeat pass interferometry). Nesse caso a linha-base depende da distncia entre as duas passagens, devendo ser calculada a partir dos dados de vo das respectivas plataformas. Nos SARs orbitais, a linha-base calculada a partir dos parmetros orbitais dos satlites. A limitao desse modo de aquisio a possvel ocorrncia de descorrelao temporal entre as imagens.

    O par de imagens adquirido em qualquer um desses modos deve possuir formato complexo (ampli-tude e fase).

    A Figura 1 ilustra os dois modos de aquisio do par interferomtrico.

    Figura 1 Modos de aquisio do par interferomtrico: (a) uma passagem; (b) duas passagens. Fonte: Mura

    (2000)

    Em ambas as situaes, as antenas A e A es-to separadas pela linha-base B e distantes do ponto P respectivamente por r e r + r. A relao entre a diferena de fase entre os dois sinais de onda recebidos pelas antenas A e A de comprimento e a diferena (r) entre as distncias do alvo s antenas A e A dada pela Equao 1:

  • 2 QUADRIMESTRE DE 2009 | 39

    A variao de distncia r e conseqentemen-te a variao de fase dependem do comprimento da linha-base B (distncia entre A e A ). Uma linha-base muito pequena faz com que seja detectada uma dife-rena de fase muito pequena para um mesmo ponto. Se a linha-base for muito grande a fase interferomtrica se torna ruidosa devido descorrelao espacial, causada pelas diferentes geometrias de aquisio (Mura, 2000). Sendo assim, necessrio definir um valor limite para o comprimento da linha-base, conhecido como linha-base crtica Bn,cr (Zebker e Villasenor, 1992), que pode ser calculada pela Equao 2 (Sarmap, 2008):

    onde o comprimento de onda, R a distncia near-range (incio da faixa imageada), Rrg a resoluo em alcance (range), e o ngulo de incidncia.

    Quando a componente perpendicular da linha-base, chamada de linha-base normal, ultrapassa a linha-base crtica nenhuma informao de fase preservada, a coerncia reduzida e o produto interferomtrico gerado se torna ruidoso, podendo comprometer suas aplicaes. Para avaliar ento se um dado conjunto de dados interferomtricos disponveis apropriado para aplicaes interferomtricas, deve-se estimar a coern-cia interferomtrica, que a medida da correlao da informao da fase correspondente aos sinais que ge-ram cada uma das duas imagens que originam um in-terferograma (Gens, 1998).

    Como uma regra geral, pares interferom-tricos que apresentam baixa coerncia no devem ser utilizados para aplicaes interferomtricas. Segundo o CCRS (2007), valores de coerncia de 0,3 a 0,5 so considerados ruidosos, embora possam ser utilizados, enquanto valores de 0,5 a 0,7 so considerados bons e valores de 0,7 a 1,0 so excelentes.

    Os principais fatores que afetam a estimati-va da coerncia interferomtrica, e conseqentemente o emprego da InSAR so: efeitos atmosfricos e pre-sena de vegetao (Colesanti eWasowski, 2006), dife-renas na geometria de visada, rudos do sistema (Lu et al., 2001), alteraes na superfcie decorrentes de agri-cultura, crescimento ou retirada da vegetao (Bovenga et al., 2006), modificaes nas propriedades dieltricas

    dieltricas no solo e as variaes nas trajetrias dos sis-temas radares ou nas freqncias utilizadas (Paradella, 2005). Hanssen (2001) citando Zebker e Villlasenor (1992) apresenta um modelo matemtico que define a coerncia interferomtrica como um produto de fatores de coerncia relacionados aos parmetros citados ante-riormente.

    A InSAR utiliza a informao de , obti-da atravs da diferena de fase entre as duas imagens para gerar a informao de r, e conseqentemente obter o valor de elevao de um determinado ponto. O conhecimento das condies de imageamento, tais como: a altura H, a linha-base B e os vetores de estado (velocidade e posicionamento) das antenas A e A so essenciais nesta tarefa. A partir do tringulo genrico compreendido pelos pontos A, A e P, e conhecendo-se o ngulo de incidncia , e a distncia r de um ponto genrico P, chega-se ao valor da elevao deste ponto, expressa na Equao.

    z (r,)= H - r cos (3)

    2.2 PROCESSAMENTOS INTERFERO-MTRICOS

    Adquirido um par interferomtrico, os proces-samentos que permitem obter as fases interferomtricas ( ) dependem primeiramente de um co-registro pre-ciso do par de imagens complexas adquiridas. A qua-lidade do co-registro, cuja preciso deve ser inferior a um dcimo da dimenso linear do pixel (Hellwich, 1999), reflete-se diretamente na qualidade final do pro-duto interferomtrico (Gens, 1998).

    Aps o co-registro das imagens complexas, gerado um interferograma a partir de um processamen-to que consiste na multiplicao dos valores complexos dos pixels da primeira imagem, chamada de master, pe-los conjugados dos valores complexos dos pixels da se-gunda imagem, chamada de slave, conforme Equaes 4 e 5:

    pint

    =p1.p

    2*= A

    1A

    2j(1-2) (4)

    p1 =A

    1e j1; p

    2 = A

    2ej2 (5)

    Bn,cr

    = Rtg() (2) 2Rrg

    = 4 ( r ) (1)

  • | 2 QUADRIMESTRE DE 200940

    onde A e A so as amplitudes associadas aos pixels da primeira e da segunda imagem respectivamente e e so as respectivas fases. De acordo com a Equao 4, a fase associada a cada pixel do interferograma re-sultante corresponde diferena de fase relativa aos respectivos pixels homlogos do par de imagens com-plexas, ao passo que a amplitude no interferograma o produto das amplitudes associadas aos pixels homlo-gos.

    2.3 GERAO DE MDES INTERFERO-MTRICOS

    O clculo computacional da fase interferom-trica apresenta um resultado modulado limitado em 2, devido ao fato de que os softwares no diferenciam ar-cos cngruos.

    Isto promove um erro na determinao dessa fase, o que gera a chamada fase dobrada. Assim, os interferogramas so caracterizados por padres do tipo franjas.

    Para que a fase interferomtrica possa ser uti-lizada na obteno de alturas topogrficas, o seu carter cclico limitado em 2 deve ser removido, ou seja, necessrio transformar a fase relativa em fase absoluta. Essa necessidade de se calcular a fase absoluta implica na execuo de um tipo especfico de processamento interferomtrico, definido como desdobramento de fase (Figura 2).

    Figura 2: a) Processo de desdobramento unwrapping em uma dimenso; b,c) ilustrao do desdobramento bidimensional. Fonte: Mura, (2000).

    Antes do desdobramento de fase, deve-se remover a fase plana, a