Desenvolvimento Territorial | Sistema Municipal de Planejamento do Território - SISPLAN
SISTEMA DE INFORMAÇÕES GEOGRÁFICAS DE JUIZ DE FORA
Cobertura Aerofogramétrica
A cobertura aerofotogramétrica realizada no período de 08/06/2007 a 19/06/2007, recobre todo o município de Juiz de Fora, mais uma faixa continua de 250m em seu entorno, pertencente aos municípios circunvizinhos, envolvendo uma área de aproximadamente 1150 Km², denominada RURAL e uma área de aproximadamente de 300 Km², denominada URBANA.
As coberturas aerofotogramétricas para obtenção das imagens tanto da área URBANA como da RURAL foram realizadas com sensor digital LEICA ADS40 e registrada as faixas espectrais R, G, B, PAN e Infravermelho.
A imagem do sensor linear é uma perspectiva paralela e não a tradicional perspectiva central das fotografias convencionais. Esta perspectiva paralela e uma imagem quase ortogonal, e, portanto com menores distorções. Com o sensor linear, não mais se tem uma seqüência de modelos estereoscópicos ao longo da faixa de vôo, e sim uma faixa inteira com estereoscopia.
A resolução adotada para os imageamentos, em todas as bandas espectrais foi de 20 cm na área URBANA e de 50 cm na área RURAL.
Parâmetros para a área Urbana:
• Altura do Vôo: 1.929,20 m
• GSD (Ground Sample Distance) máximo: 20 cm
• Largura da Faixa: 2.400,00 m
• Recobrimento lateral: 960,00 m (40%);
• >Distancia entre eixos: 1.440,00 m;
• Superposicao lateral: 40%;
• Direção do vôo: N / S
• Numero de faixas: 20
• Faixas espectrais: R, G, B, PAN e Infravermelho.
Parâmetros para a área RURAL:
• Altura do Vôo: 4.823,00 m
• GSD (Ground Sample Distance) máximo: 50 cm
• Largura da Faixa: 6.000,00 m
• Recobrimento lateral: 2.400,00 m (40%);
• >Distancia entre eixos: 3.537,20 m;
• Superposicao lateral: 40%;
• Superposicao longitudinal: 100%;
• >Direção do vôo: W / E
• Numero de faixas: 15
• Faixas espectrais: R, G, B, PAN e Infravermelho.
Base de Referência para os Voos
Para os vôos em questão foi utilizada a Base JF-01, ( Estação de Base) materializada no terreno através de marco de concreto, com suas coordenadas obtidas por rastreamento GPS e por nivelamento geométrico. Durante a execução dos vôos um receptor GPS instalado na base de referencia rastreou para que, posteriormente, no processamento, as imagens fossem retificadas.
Coordenadas da Estação de Base JF-01:
• Datum: SAD 69/96
• Latitude = 21º46`32,22171” S
• Longitude = 43º25`55,42844” O
• Altitude= 858,624 m
GEORREFERENCIAMENTO
Para o geoprocessamento foram utilizados os seguintes parâmetros:
• Datum planimetrico: SAD-69/96
• Datum altimétrico: Marégrafo de Imbituba/SC
• Projeção: SISTEMA UTM
• Meridiano central: 45º W (Zona 23)
• Amplitude do fuso: 6º
• Ko=0,99960000
Origem: Interseção do Meridiano central com o Equador, acrescido das constantes 10.000.000 metros em N, e 500.000 metros em E.
• Semi-eixo maior: 6.378.160,00
• Achatamento do Elipsóide (1/f): 298,25
• DX para WGS 84: -66.87000
• DY para WGS 84: 4.3700
• DZ para WGS 84: -38.52000
RETIFICAÇÃO DA IMAGEM
A fase de retificação da imagem, chamada Retificação (L1) consistiu em corrigir nas imagens os movimentos realizados pelo sensor durante o vôo (roll, pitch e heading). Este processo foi realizado com o programa GPRO> As imagens foram projetadas a um plano definido pela elevação media do terreno da área mapeada. A retificação L1 foi realizada através de arquivos de posicionamento, altitude, e uma simplificação da orientação interior. Todos esses dados soa oriundos do processamento GPS/IMU. A retificação L1 criou imagens particionadas ate um limite de 4GB. Para o processo de aerofotriangulação e ortorretificação esta divisão não é perceptível, pois tanto o programa LPS (visualização em estéreo) e ORIMA (aerotriangulação) entendem como uma imagem única. O formato de trabalho padrão das imagens foi TIFF associado a minificações (arquivos com degradação de resolução) para agilizar o processo de visualização destas. Nesta fase foram criadas as imagens coloridas através da composição das bandas RED, GREEN e BLUE. Após este processamento as imagens estavam orientadas com a precisão obtida no processamento GPS/IMU, e prontas para serem aerotrianguladas.
OBTENÇÃO DAS FOTOS
O corte das fotografias aéreas foi realizado utilizando-se as faixas coloridas (RGB) e Pancromáticas (PAN 28º) e a composição infravermelho colorido.
Esse corte foi realizado pelo programa GPRO_LEICA, identificando a superposição das faixas utilizadas como inicio de corte. A partir deste inicio foi criado um polígono de corte de 11.000 x 11.000 pixel. Esse tamanho é menor que a largura da faixa, por segurança de corte, pois a faixa apresenta uma borda irregular devido a pequenas variações da aeronave durante o vôo.
As fotografias aéreas digitais foram geradas de forma a terem uma superposição longitudinal de corte de 15% e lateral de aproximadamente 30%. A sobreposição entre as imagens RGB e PAN28º é de 100% , o que garante estereoscopia em toda imagem da fotografia aérea.
Para as imagens infravermelho foi realizado o processo de retificação, a partir da altimetria para corrigir eventuais diferenças existentes entre as diferentes bandas que compõem esta imagem. Por conseqüência do relevo acidentado da região, algumas imagens apresentam áreas pretas nas bordas dos arquivos.
PERFILAMENTO A LASER
O perfilamento a LASER aerotransportado foi realizado no período de 23/06/07 a 03/07/07, na área URBANA, totalizando aproximadamente 300 km², com o sensor LASER LEICA ALS-50 PHASE II de 150 khz.
Este sensor é composto basicamente por um escaner a LASER infravermelho com abertura de 70 º e freqüência de até 150 khz, um sistema de referencia inercial (IMU) e um receptor GPS, instalados numa aeronave.
O feixe LASER é direcionado para o solo, fazendo uma varredura transversal à linha de vôo. Os reflexos dos pulsos no solo ou em objetos na superfície são coletados pelo receptor e são convertidos em sinal eletrônico. As distâncias de cada pulso são determinadas pela medição do tempo gasto para o feixe sair do receptor e refletir no solo.
Cada pulso do feixe refletido no terreno e registrado no sistema tem suas coordenadas calculadas através dos dados do sistema inercial e do GPS.
O sistema registra também a primeira e a ultima reflexão de cada pulso, o que permite a distinção de objetos acima do solo, tais como edificações, vegetação, postes e outros.
A densidade de pontos no terreno depende da largura de faixa de varredura, de altura de vôo, que são determinados em função da finalidade a que se destina e do tipo de área a ser levantada.
O perfilamento a LASER, foi realizado com base nos seguintes parâmetros:
• Ângulo de abertura (FOV): 25 º
• Altura de vôo aproximada: 1.200 metros;
• Largura da faixa: 530 metros;
• Distância entre faixas: 330 metros;
• Superposição lateral (entre faixas): 40 %;
• Número de faixas: 67,
• Direção do vôo: NW/SE;
• Densidade de pontos (média): 2/m².
Realização do perfilamento
Da mesma forma que na cobertura aerofotogramétrica, o perfilamento a LASER foi realizado de acordo com a ocorrência de condições atmosférica favoráveis, embora sempre com a preocupação de realizar um trabalho progressivo, procurando completar blocos de faixas adjacentes, tendo em vista uma melhor sistematização das etapas subseqüentes, bem como agilizar a apresentação dos trabalhos.
A base de referência do perfilamento a LASER é o marco JF-04, com as seguintes coordenadas:
• Datum: SAD-69
• Latitude: 21º47`46,91389”S
• Longitude: 43º17`48,12159”O
• Altitude: 615,247 m
GERAÇÃO DO MODELO DIGITAL DA SUPERFÍCIE (MDS) E DO MODELO DIGITAL DO TERRENO (MDT)
Como resultado do processamento foi gerada a nuvem de pontos caracterizando o MDS (Modelo Digital da Superfície), abrangendo a totalidade de pontos levantados. As coordenadas destes pontos inicialmente foram calculadas no sistema WGS-84 e posteriormente convertidas para o sistema SAD-69.
A nuvem de pontos do MDS foi submetida a filtros para depuração e extração do MDT( Modelo Digital do Terreno), definido pelo conjunto de pontos que caracterizam o solo, excluindo os pontos situados em outras feições como edificações, vegetação e outros. A classificação de MDT foi realizada automaticamente pelo programa Terra Scan.
O MDT é base para a geração das curvas de nível e pontos cotados que compõem a base cartográfica e utilizando também na geração das ortofotos.
Verificação do MDT
Com o intuito de validar a qualidade das informações resultantes do perfilamento a LASER foram levantados 144 pontos de controle, distribuídos uniformemente na área URBANA, conforme apresentado no relatório especifico do Apoio Terrestre AE-809-07-REL-001-07.
Com o objetivo de validar a qualidade altimétrica dos dados LASER< foi realizada uma comparação destes, com os pontos de controle, medidos em campo com GPS.
GERAÇÃO DE CURVAS DE NÍVEL DA ÁREA URBANA
A geração das curvas de nível foi realizada automaticamente a partir do MDT, através da aplicação de programa especifico. As curvas foram geradas com eqüidistância de 1 metro. Os pontos cotados foram extraídos diretamente do MDT como cumes, depressões, cruzamentos de vias, etc.
Verificação das curvas de Nível
A geração automática de curvas a partir de uma nuvem de pontos muito densa e principalmente em região URBANA requer a verificação dos resultados. É freqüente a ocorrência de representações indevidas, como a representação de pequenas elevações e também a inferência de grandes edificações que devem ser verificadas e quando necessário corrigidas. Esta verificação foi realizada em estações fotogramétricas, onde as curvas de nível foram lançadas sobre modelos estereoscópicos permitindo que o operador verificasse se o traçado das curvas estava de acordo com o terreno.
APOIO DE CAMPO
O apoio de campo, que congrega as atividades de determinação dos pontos de apoio terrestre para as coberturas aerofotogramétricas e para o perfilamento a LASER, foi desenvolvido no período de 24 de maio de 2007 a 23 de julho de 2007.
Os pontos de Apoio Básico foram materializados no terreno através de marcos de concreto, totalizando 12 marcos geodésicos. Os pontos de Apoio Suplementar, que são fotoidentificavéis, serviram de apoio ao processamento da aerotriangulação das coberturas aerofotogramétricas e consistem em pontos de coordenadas planialtimétrica (HV`s), totalizando 20 marcos geodésicos irradiados a partir do apoio básico.
Para a determinação das coordenadas dos Pontos de apoio dói adotada a metodologia de rastreamento de satélites do sistema GPS e ainda nivelamento geométrico. Para os pontos de apoio suplementar foi adotado somente o rastreamento GPS.
Apoio Básico
O apoio básico, composto pelos vértices SAT 91573, SAT 91866 e SAT 93662 do Sistema Geodésico Brasileiro, foi densificado com a materialização em terreno de marcos de concreto numa densidade suficiente para atendimento à execução dos vôos fotogramétricos digitais, nas diferentes escalas de perfilamentos a LASER e do apoio suplementar.
Medição
No rastreamento GPS foi utilizado o método estático diferencial com sessões de observação de no mínimo meia hora com rastreamento simultâneo de pelo menos 5 satélites com elevação mínima de 15º acima do horizonte. Foram utilizados no mínimo 3 receptores geodésicos de dupla freqüência operando simultaneamente.
A distância entre as estações base e as estações itinerantes foi mantida dentro de um limite de aproximadamente 20 Km.
Os pontos rastreados foram ligados entre si através de sessões que compõem figuras geométricas (triângulos ou polígonos).
Os dados observados em cada sessão foram armazenados nas memórias dos receptores e diariamente descarregados em microcomputadores. Ao final da medição de cada figura, os dados foram processados e analisados no escritório de campo, de modo a identificar qualquer eventual necessidade de reocupação.
A medição por nivelamento geométrico foi executada através de níveis eletrônicos com leitura em réguas com código de barras. A utilização deste tipo de equipamento além de resultar precisões melhores, e
limina a ocorrência de erros de leituras e de anotação de cardenetas.
O nivelamento foi executado seguindo as especificações do edital e tomando ainda os seguintes cuidados:
• fechamento das linhas entre duas RNs distintas;
• execução de duplo nivelamento (nivelamento e contra-nivelamento) com a utilização de duas miras, uma a ré e outra a vante, com sapatas e nível de bolha;
• evitada a visada próxima às extremidades superior e inferior das miras.
Processamento
No processamento das observações foram utilizados microcomputadores e programas de ajustamento baseados no método dos mínimos quadrados, As coordenadas planimétricas foram amarradas aos sistemas WGS-84 e SAD-69 e as altitudes ao marégrafo de Imbituba/ SC.
Foram emitidos os relatórios de cálculos e listadas as coordenadas de todos os pontos envolvidos, bem como as respectivas monografias, que estão apresentadas em relatório especifico do relatório da Poligonal Básica e do Apoio terrestre AE-809-07-REL-001-07.
AEROTRIANGULAÇÃO
A aerotriangulação, que tem como finalidade a densificação do apoio fotogramétrico suplementar, foi desenvolvida no período de 20 de junho a 31 de agosto de 2007 para a área URBANA e no período de 20 de junho a 15 de setembro de 2007 para a área RURAL.
A obtenção das coordenadas dos pontos fotogramétricos foi realizada em escritório através de medição fotogramétrica de precisão e posterior processamento através de um modelo matemático especifica.
Ajustamento
O processamento da aerotriangulação foi realizado através do método de feixe de raios homólogos (“bundle method”).
No método de triangulação aérea por feixe de raios homólogos, o ajustamento e pelo Método dos Mínimos Quadrados, com injunções geodésicas de posição dos centros de perspectiva e dos pontos de apoio, com opção para injunções de x, y e z do terreno, separadamente ou simultaneamente, bem como para a atitude da câmera.
O modelo matemático utilizado neste método foi definido pelas equações projetivas complementadas dos elementos de calibração das câmeras e com o modelo de refração fotogramétrica integral.
As principais tarefas neste método consistiram em:
• Aerotriangulação de cada faixa em separado, pelo método do ajustamento livre, com o objetivo de detectar erros superiores aos admissíveis na parte fotogramétrica (coordenadas de imagem);
• Processamento de todo o bloco simultaneamente pelo “Bundle Method”, com aplicação das injunções já explicadas e o calculo de indicadores estatísticos da qualidade geométrica da aerotriangulação.;
• Relatório final contendo os dados de entrada, resultados num referencial geodésico ou num sistema de projeção cartográfica associado a um referencial geodésico, e os respectivos indicadores estatísticos de qualidade da aerotriangulação;
• Criação de arquivos de orientação para casa uma das imagens digitais.
RESTITUIÇÃO AEROFOTOGRAMETRICA DIGITAL
A Restituição Aerofotogramétrica Planimétrica Digital foi executada a partir das imagens obtidas da cobertura aerofotogramétrica digital de GSD de 20 cm, visando a elaboração de plantas na escala 1:2000 que compõem o mapeamento de interesse, totalizando 100,00 km².
A Restituição foi executada na área definida pela Prefeitura, com base no fotoindice enviado em arquivo. Considerando as imprecisões inerentes ao tipo de produto utilizado com base, no decorrer do serviço foi necessário reavaliar os limites de forma a ajustar ao quantitativo contratado. Nesta área foram restituídas todas as feições planimétricas, conforme as Especificações Técnicas em vigor, de forma a se obter um produto de acordo com os padrões de precisão e normas cartográficas requeridas.
Metodologia e Equipamentos utilizados na Restituição
A aquisição dos dados planimétricos, a partir das imagens digitais, foi realizada utilizando-se o processo de restituição aerofotogramétrica de forma numérica (on line).
A Restituição de todas as feições visíveis nas imagens e compatíveis com a escala de apresentação 1:2000 foi realizada utilizando-se Estações Fotogramétricas digitais com sistema gráfico LPS da LEICA. A Captação Fotogramétrica foi realizada em modelos estereoscópicos, que são a representação tridimensional do terreno em escala reduzida, a partir de superposição ótica de duas imagens fotográficas consecutivas, fazendo se valer para isto do principio da estereoscopia.
Para aquisição dos dados e seu armazenamento foi adotada uma tabela para organização dos níveis de informação, contendo os registros de traços, caracteres, símbolos, hachaduras e cores conforme a Tabelas de Níveis adotada para o Serviço.
Os produtos gerados pelo processo de restiuiçao passaram por um rigoroso controle de qualidade. Os arquivos vetoriais foram verificados, tendo as imagens retificadas como pano de fundo.
A altimetria da área URBANA foi obtida por Perfilamento a LASER, conforme já escrito.
OBTENÇÃO DA ALTIMETRIA RURAL
O MDT da área RURAL foi gerado por correlação digital das imagens da cobertura aerofotogramétrica. Após o processo de geração automática das curvas estas foram verificadas em ambiente estéreo. Em conjunto com a verificação das curvas foram inseridos os pontos cotados , de modo a complementar as informações altimétricas.
A altimetria foi apresentada em diferentes níveis de informações como: curva mestra, curva intermediária, pontos cotados e nível d`água.
Para a área RURAL as curvas de nível foram geradas com eqüidistância de 5 m, com a representação das curvas mestras a cada 25 m.
Os pontos cotados foram representados com uma casa decimal, tanto para a escala de 1:2000 quanto para a escala de 1:10000. os pontos cotados foram representados nas seguintes feições:
• Bifurcações, intersecções e término de ruas sem saída;
• Passagens de nível;
• Fundos de vales;
• Pico de elevações;
• Depressões;
• Nível d`água nos rios perenes principais e canais de duas margens;
• Barragens;
• Taludes.
CONVERSAO DE DADOS PARA O SIG
Transformação dos arquivos DWG para SHP
Esta etapa consiste na transformação da base cartográfica unificada, por níveis de informações, do formato DWG (autocad) para o formato próprio do Sistema de informações Geográficas, neste caso o formato shapefile.
Geodatabase
Uma Geodatabase é uma base relacional que armazena dados geográficos, ou seja, uma estrutura de tabelas de coordenadas de objetos espaciais, de atributos de objetos espaciais e de relacionamentos entre estas tabelas, armazenadas em um banco de dados relacional. Pode-se finalmente organizar um modelo lógico de dados e implementá-lo como modelo físico de dados, em uma estrutura de banco de dados, a ser operada em um SIG.
As Geodatabases (GDBs) são criadas e mantidas de preferência pelo ArcMap, mas podem também ser manipuladas Arc Tools.
Vantagens do Geodatabase
• Contém classes de feições;
• Todas compartilham o mesmo sistema de referência espacial;
• Estrutura de armazenamento para: Redes, Topologia, Classes de relacionamento;
• Recomendado para uma melhor organização dos dados.
Ortofotocartas
As ortofotocartas nas escalas 1:2000 e 1:10.000 para as áreas URBANA RURAL respectivamente foram obtidas, a partir das imagens das respectivas coberturas aerofotogramétricas por processo digital. Os modelos digitais do terreno utilizados na retificação das imagens foram gerados a partir dos dados do Perfilamento a LASER para a área URBANA e por correlação de imagem para a área RURAL, conforme já descrito. As imagens foram orientadas por processo de aerotriangulação digital, confrontadas com o modelo digital do terreno (MDT) e na seqüência sua geração na escala definida.
As ortofotos foram obtidas com a utilização do programa SOCET SET da Helava, na Estação Fotogramétrica Digital – HELAVA DPW – 770.
Esses sistemas de tratamento de imagens dispõem das mais avançadas ferramentas para a retificação de imagens, permitindo tanto a visão monoscópia quanto a estereoscópica e inclui dentre outras ferramentas, as seguintes:
• Processamento matemático para orientação de fotografias aéreas com câmeras verticais, panorâmicas e imagens de satélites;
• Aerotriangulação automática de modelos, faixas ou blocos fotogramétricos;
• Geração Automática de Modelos Digitais do Terreno (MDT), bem como ferramentas de edição tridimensional de MDT`s.
• Geração de Ortofotos e Mosaicos;
• Ajuste radiométrico: edição de brilho, contraste, tonalidade, histogramas, homogeneização de imagens, aplicação de filtros.
• Inserção de Vetores e preparação de Produtos Finais;
• Exportação dos arquivos em diversos formatos.
Antes de liberar qualquer produto final, foram realizados os controles de qualidade das imagens e da precisão das mesmas em função dos pontos de apoio e inseridas os dados vetoriais necessários como inscrições marginais e outros.
Nas ortofotos onde o programa Socet Set não conseguiu resolver todas as diferenças radiométricas nas emendas das fotos, foi utilizado o programa Photoshop, especifico para edição de imagens, onde todas as diferenças foram suavizadas.
Fonte: Relatório Final do Mapeamento Digital do Município de Juiz de Fora
AE-809-07-RELFINAL-001-08
