Controle de qualidade aplicado na modelagem digital de terreno

Pós-graduação em Ciências Cartográficas - FCT

Desenvolvimento de uma Plataforma de Software para a Modelagem Digital de Terrenos baseada em TIN

Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior (CAPES)

Análise digital do terreno: ferramenta na identificação de pedoformas em microbacia na região de "Mar de Morros" (MG)

Este trabalho reporta a utilização de ferramentas de um SIG (Sistema de Informação Geográfica) para o delineamento das geoformas e pedopaisagens em um estudo de caso em microbacia do município de Viçosa (MG), a partir dos dados da carta topográfica (escala 1:50.000) da região. Trabalhos de campo permitiram aferir uma exatidão global de 72 % na classificação das formas da paisagem e correlacionar as classes obtidas com as classes de solos dominantes. Após ajustes, elaborou-se um mapa síntese preliminar de distribuição de pedoformas, que auxilia no mapeamento de solos. O método de classificação das formas da paisagem baseado na geração de um MNT (Modelo Numérico do Terreno) e no cálculo dos atributos do relevo (elevação, declividade, curvatura) mostra-se uma alternativa rápida e econômica em comparação ao delineamento manual a partir da utilização de análise estereoscópica de fotografias aéreas.

Desenvolvimento de uma metodologia para planejamento urbano, utilizando técnicas de sensoriamento remoto, modelagem numérica do terreno (MNT) e sistemas de informações geográficas (SIG)

o monitoramento da expansão das áreas urbanas e a análise da sua interação com o meio físico têm sido um grande desafio para os técnicos de planejamento urbano. No Brasil, em especial, dada a velocidade com que o fenômeno se processa e graças a um crescimento desordenado das cidades nas últimas décadas, esses estudos, que envolvem um elevado número de informações, tem exigido decisões e diagnósticos urbanos cada vez mais rápidos. Esta dissertação propõe uma metodologia para o planejamento racional do uso do solo urbano através do emprego integrado de tecnologias recentes como Sistema de Informações Geográficas (SIG), Modelagem Numérica do Terreno (MNT) e Sensoriamento Remoto através de imagens orbitais. Para isso, são implementados no SIG desenvolvido pelo INPE dados provenientes de cartas topográficas, de mapas temáticos do meio físico e de imagens orbitais LANSAT/TM da região estudada. A partir desses dados iniciais são geradas, também num SIG, outras informações com objetivo de estudar a evolução da área urbana, identificar áreas com suscetibilidade preliminar à erosão laminar, áreas com restrição ao uso urbano e áreas de eventos perigosos e riscos. o trabalho apresenta inicialmente uma revisão bibliográfica sobre a aplicação de Sensoriamento Remoto, Modelagem Numérica do Terreno (MNT) e Sistema de Informações Geográficas (SIG) em estudos urbanos. Segue-se a conceituação e aspectos teóricos dessas três ferramentas básicas utilizadas. A metodologia propriamente dita traz os planos de informações originais e as suas respectivas fontes de informações, os processos de classificação de imagens digitais empregados e os modelos de cruzamentos desenvolvidos para um SIG. A área teste escolhida é a sub-bacia do Arroio Feijó, localizada na região metropolitana de Porto Alegre, na porção centro-leste do Estado do Rio Grande do Sul. A região é caracterizada por uma elevada densidade populacional, pela presença de áreas inundáveis e pela ocorrência de processos eroslVOS. Os resultados mostram que a metodologia proposta é adequada e eficiente para agilizar as atividades de planejamento urbano, subsidiando a elaboração de Planos Diretores de Desenvolvimento Integrado e orientando o crescimento das cidades para regiões mais favoráveis. Além disso, contribui para a prevenção de parcela dos riscos e problemas geotécnicos relacionados ao meio físico nas áreas urbanas.

Uso do receptor GPS topográfico na obtenção de cartas e modelo digital do terreno

Pós-graduação em Agronomia (Energia na Agricultura) - FCA

Modelagem numérica do terreno na avaliação do volume admissível em canais de cordões de contorno nivelados

Conselho Nacional de Desenvolvimento Científico e Tecnológico (CNPq)

Desenvolvimento de uma plataforma de software para a modelagem digital de terrenos baseada em TIN

Topographical surfaces can be represented with a good degree of accuracy by means of maps. However these are not always the best tools for the understanding of more complex reliefs. In this sense, the greatest contribution of this work is to specify and to implement the architecture of an opensource software system capable of representing TIN (Triangular Irregular Network) based digital terrain models. The system implementation follows the object oriented programming and generic paradigms enabling the integration of various opensource tools such as GDAL, OGR, OpenGL, OpenSceneGraph and Qt. Furthermore, the representation core of the system has the ability to work with multiple topological data structures from which can be extracted, in constant time, all the connectivity relations between the entities vertices, edges and faces existing in a planar triangulation what helps enormously the implementation for real time applications. This is an important capability, for example, in the use of laser survey data (Lidar, ALS, TLS), allowing for the generation of triangular mesh models in the order of millions of points.

Topobatimetria e geração de modelo digital de terreno no monitoramento da dinâmica fluvial do ribeirão Guaratinguetá

This research was developed with the goal of creating a Digital Terrain Model(DTM),through a topo-bathymetric data gathering that allows the monitoring of the fluvial dynamics of part of Guaratinguetá’s creek, where preliminary evaluations identified, in a short period of time, intense changes on its riverbed. Modern topography technics and tools were used for the data gathering, such as the use of geodesic GPS and Total Station. The DTM was primal for the project e execution of the desilting works of the researched part of the creek, being used to estimate the amount of soil to be moved. The comparison between the digital terrain models generated before and after the desilting has showed the efficiency and aplicability of this technique in the monitoring of the fluvial dynamics changes of Guaratinguetá’s creek

Levantamiento a escala 1/500 y modelo digital del terreno 3D del parque de San Isidro en Madrid.

El proyecto consiste en la realización de un mapa topográfico a escala 1/500 del histórico parque de San Isidro y la elaboración de un modelo digital del terreno. Se ha elegido este proyecto porque creo que no hay ningún mapa a esta escala que plasme el parque en la actualidad debido a los cambios que ha sufrido en los últimos años (explanada de ampliación, tanatorio, jardines, carril-bici, zonas deportivas, parques infantiles…) y puesto que es uno de los parques más conocidos y con más historia de Madrid, en el que además se celebran las tradicionales fiestas de San Isidro, creo que es apropiado disponer de un mapa topográfico de gran escala, por si en un futuro se quieren realizar: obras de mejora o restauración, jardines, zonas deportivas o de ocio… Para la realización de este proyecto primero generamos una red de puntos mediante técnicas espaciales GNSS y mediante técnicas de topografía clásica y se realiza una radiación mediante técnicas de topografía clásica para dar coordenadas a los puntos necesarios para la realización de la cartografía. Posteriormente a través de los puntos obtenidos en campo se realiza las cartografías a escala 1/500 y el modelo digital del terreno 3D con el cual obtendremos las curvas de nivel que definirán la altimetría de nuestro trabajo.

Análisis, desarrollo y optimización de un sistema para el diseño de redes topográficas valorando el modelo digital del terreno

El presente trabajo tiene como objetivo general el análisis de las técnicas de diseño y optimización de redes topográficas, observadas mediante topografía convencional (no satelital) el desarrollo e implementación de un sistema informático capaz de ayudar a la definición de la geometría más fiable y precisa, en función de la orografía del terreno donde se tenga que ubicar. En primer lugar se realizará un estudio de la metodología del ajuste mediante mínimos cuadrados y la propagación de varianzas, para posteriormente analizar su dependencia de la geometría que adopte la red. Será imprescindible determinar la independencia de la matriz de redundancia (R) de las observaciones y su total dependencia de la geometría, así como la influencia de su diagonal principal (rii), números de redundancia, para garantizar la máxima fiabilidad interna de la misma. También se analizará el comportamiento de los números de redundancia (rii) en el diseño de una red topográfica, la variación de dichos valores en función de la geometría, analizando su independencia respecto de las observaciones así como los diferentes niveles de diseño en función de los parámetros y datos conocidos. Ha de señalarse que la optimización de la red, con arreglo a los criterios expuestos, está sujeta a los condicionantes que impone la necesidad de que los vértices sean accesibles, y además sean visibles entre sí, aquellos relacionados por observaciones, situaciones que dependen esencialmente del relieve del terreno y de los obstáculos naturales o artificiales que puedan existir. Esto implica la necesidad de incluir en el análisis y en el diseño, cuando menos de un modelo digital del terreno (MDT), aunque lo más útil sería la inclusión en el estudio del modelo digital de superficie (MDS), pero esta opción no siempre será posible. Aunque el tratamiento del diseño esté basado en un sistema bidimensional se estudiará la posibilidad de incorporar un modelo digital de superficie (MDS); esto permitirá a la hora de diseñar el emplazamiento de los vértices de la red la viabilidad de las observaciones en función de la orografía y los elementos, tanto naturales como artificiales, que sobre ella estén ubicados. Este sistema proporcionaría, en un principio, un diseño óptimo de una red constreñida, atendiendo a la fiabilidad interna y a la precisión final de sus vértices, teniendo en cuenta la orografía, lo que equivaldría a resolver un planteamiento de diseño en dos dimensiones y media1; siempre y cuando se dispusiera de un modelo digital de superficie o del terreno. Dado que la disponibilidad de obtener de manera libre el MDS de las zonas de interés del proyecto, hoy en día es costoso2, se planteará la posibilidad de conjuntar, para el estudio del diseño de la red, de un modelo digital del terreno. Las actividades a desarrollar en el trabajo de esta tesis se describen en esta memoria y se enmarcan dentro de la investigación para la que se plantean los siguientes objetivos globales: 1. Establecer un modelo matemático del proceso de observación de una red topográfica, atendiendo a todos los factores que intervienen en el mismo y a su influencia sobre las estimaciones de las incógnitas que se obtienen como resultado del ajuste de las observaciones. 2. Desarrollar un sistema que permita optimizar una red topográfica en sus resultados, aplicando técnicas de diseño y simulación sobre el modelo anterior. 3. Presentar una formulación explícita y rigurosa de los parámetros que valoran la fiabilidad de una red topográfica y de sus relaciones con el diseño de la misma. El logro de este objetivo se basa, además de en la búsqueda y revisión de las fuentes, en una intensa labor de unificación de notaciones y de construcción de pasos intermedios en los desarrollos matemáticos. 4. Elaborar una visión conjunta de la influencia del diseño de una red, en los seis siguientes factores (precisiones a posteriori, fiabilidad de las observaciones, naturaleza y viabilidad de las mismas, instrumental y metodología de estacionamiento) como criterios de optimización, con la finalidad de enmarcar el tema concreto que aquí se aborda. 5. Elaborar y programar los algoritmos necesarios para poder desarrollar una aplicación que sea capaz de contemplar las variables planteadas en el apartado anterior en el problema del diseño y simulación de redes topográficas, contemplando el modelo digital de superficie. Podrían considerarse como objetivos secundarios, los siguientes apartados: Desarrollar los algoritmos necesarios para interrelacionar el modelo digital del terreno con los propios del diseño. Implementar en la aplicación informática la posibilidad de variación, por parte del usuario, de los criterios de cobertura de los parámetros (distribución normal o t de Student), así como los grados de fiabilidad de los mismos ABSTRACT The overall purpose of this work is the analysis of the techniques of design and optimization for geodetic networks, measured with conventional survey methods (not satellite), the development and implementation of a computational system capable to help on the definition of the most liable and accurate geometry, depending on the land orography where the network has to be located. First of all, a study of the methodology by least squares adjustment and propagation of variances will be held; then, subsequently, analyze its dependency of the geometry that the network will take. It will be essential to determine the independency of redundancy matrix (R) from the observations and its absolute dependency from the network geometry, as well as the influence of the diagonal terms of the R matrix (rii), redundancy numbers, in order to ensure maximum re liability of the network. It will also be analyzed first the behavior of redundancy numbers (rii) in surveying network design, then the variation of these values depending on the geometry with the analysis of its independency from the observations, and finally the different design levels depending on parameters and known data. It should be stated that network optimization, according to exposed criteria, is subject to the accessibility of the network points. In addition, common visibility among network points, which of them are connected with observations, has to be considered. All these situations depends essentially on the terrain relief and the natural or artificial obstacles that should exist. Therefore, it is necessary to include, at least, a digital terrain model (DTM), and better a digital surface model (DSM), not always available. Although design treatment is based on a bidimensional system, the possibility of incorporating a digital surface model (DSM) will be studied; this will allow evaluating the observations feasibility based on the terrain and the elements, both natural and artificial, which are located on it, when selecting network point locations. This system would provide, at first, an optimal design of a constrained network, considering both the internal reliability and the accuracy of its points (including the relief). This approach would amount to solving a “two and a half dimensional”3 design, if a digital surface model is available. As the availability of free DSM4 of the areas of interest of the project today is expensive, the possibility of combining a digital terrain model will arise. The activities to be developed on this PhD thesis are described in this document and are part of the research for which the following overall objectives are posed: 1. To establish a mathematical model for the process of observation of a survey network, considering all the factors involved and its influence on the estimates of the unknowns that are obtained as a result of the observations adjustment. 2. To develop a system to optimize a survey network results, applying design and simulation techniques on the previous model. 3. To present an explicit and rigorous formulation of parameters which assess the reliability of a survey network and its relations with the design. The achievement of this objective is based, besides on the search and review of sources, in an intense work of unification of notation and construction of intermediate steps in the mathematical developments. 4. To develop an overview of the influence on the network design of six major factors (posterior accuracy, observations reliability, viability of observations, instruments and station methodology) as optimization criteria, in order to define the subject approached on this document. 5. To elaborate and program the algorithms needed to develop an application software capable of considering the variables proposed in the previous section, on the problem of design and simulation of surveying networks, considering the digital surface model. It could be considered as secondary objectives, the following paragraphs: To develop the necessary algorithms to interrelate the digital terrain model with the design ones. To implement in the software application the possibility of variation of the coverage criteria parameters (normal distribution or Student t test) and therefore its degree of reliability.

Delimitação de bacias hidrográficas utilizando modelo digital de terreno gerado a partir de mapas topográficos e imagens de alta resolução espacial.

O objetivo deste trabalho foi gerar um modelo digital de terreno (MDT) e delimitar sub-bacias hidrográficas na área de estudo do projeto ?Sustentabilidade, competividade e valoração de serviços ecossistêmicos da heveicultura em São Paulo com uso de geotecnologias? (GeoHevea). O MDT foi gerado em ambiente de sistema de informações geográficas (SIG) a partir de cartas topográficas digitais e de imagens de alta resolução espacial. Os arquivos vetoriais relativos a curvas de nível, pontos cotados, rede hidrográfica e corpos d?água foram obtidos do Instituto Brasileiro de Geografia e Estatística (IBGE). Os arquivos da rede hidrográfica e dos corpos d?água do IBGE foram editados manualmente no SIG ArcGIS 10.3, tomando como base ortofotos da Empresa Paulista de Planejamento Metropolitano S/A (Emplasa). Na geração do MDT, foi utilizado o interpolador Topo to Raster do ArcGIS. Na delimitação das sub-bacias foi utilizada a extensão ArcHydro Tools no ArcGIS. Os resultados obtidos demonstraram que a rede hidrográfica digital das folhas topográficas disponibilizadas pelo IBGE necessita de ajustes. O MDT gerado pelo interpolador Topo to Raster apresentou menos rugosidades que o modelo digital de elevação (MDE) do Shuttle Radar Topography Mission (SRTM). A metodologia empregada neste estudo pode ser aplicada a outras regiões do Estado de São Paulo para a geração de MDTs. A delimitação das bacias hidrográficas da área de estudo do projeto GeoHevea identificou quatro sub-bacias: do Ribeirão Santa Bárbara, do Ribeirão dos Ferreiros ou das Oficinas, do Ribeirão São Jerônimo e do Córrego da Arribada.

Integração de dados por meio de geoprocessamento, para a elaboração de mapas geotécnicos, análise do meio físico e suas interações com a mancha urbana : o caso de Porto Alegre (RS)

A elaboração de diagnósticos e a tomada de decisões sobre o meio físico, com a finalidade de estabelecer diretrizes para a ocupação racional do solo, são cada vez mais prementes, especialmente, no que diz respeito ao direcionamento da expansão urbana para áreas mais favoráveis. Da mesma forma, a facilidade de acesso aos parâmetros geotécnicos de uma região constituí um inestimável recurso nas etapas preliminares dos projetos de Engenharia, no planejamento de atividades extrativas e nos programas de preservação ambiental. A cartografia geotécnica, nesse sentido, tem sido um dos instrumentos mais eficientes para a avaliação do meio físico nas últimas décadas. Entretanto, o desenvolvimento de um mapa geotécnico requer a análise de um grande número de informações que precisam ser tratadas e combinadas com rapidez. Esta tese apresenta uma metodologia para a integração de dados, por meio da ferramenta básica geoprocessamento, visando agilizar, na fase de escritório, a elaboração de mapas geotécnicos e a análise de determinados aspectos do meio físico sob o ponto de vista da Geotecnia, bem como suas interações com a mancha urbana existente. A área teste escolhida é o município de Porto Alegre (RS) situado na porção leste do estado do Rio Grande do Sul, à margem esquerda do Lago Guaiba, cuja paisagem é marcada pela diversidade de cenários naturais formados por terrenos de coxilhas, morros, cristas, lagos e planícies. A metodologia envolve a captura, o processamento e a integração de informações provenientes de fontes diversas como mapas temáticos, levantamento aerofotogramétrico, cartas topográficas, fotografias aéreas, imagens de satélite, boletins de sondagens SPT (Standart Penetration Test), dissertações e teses acadêmicas. Para isso, é constituída por nove etapas distintas, que utilizam: a) sistema de digitalização para a conversão de informações analógicas para o meio digital; b) modelagem digital do terreno (MDT) para o modelamento e a identificação do relevo, a determinação de declividades, o mapeamento de áreas com isodeclividades e o cálculo do fator topográfico, esse último objetivando a determinação da suscetibilidade à erosão laminar; c) técnicas de processamento e classificação de imagens orbitais para os mapeamentos das áreas inundáveis e da mancha urbana; d) Sistemas de Informações Geográficas (SIGs) para o processamento e a integração de informações georreferenciadas no computador; e) banco de dados digital para o armazenamento de dados descritivos sobre o meio físico e parâmetros geotécnicos obtidos em laboratório, sondagens e outras formas de investigação in situ. A estimativa das unidades geotécnicas é procedida com base na proposta metodológica para mapeamento geotécnico desenvolvida por Davison Dias (1995), na Universidade Federal do Rio Grande do Sul (UFRGS). Além da elaboração do mapa geotécnico, a metodologia propõe a análise e o cruzamento de vários fatores do meio físico com a mancha urbana existente, ou com uma subárea pertencente à região de estudo, a geração de mapas de aptidão do solo para diferentes usos e a identificação das áreas consideradas de eventos perigosos e de risco geológico. Os principais softwares empregados são o AutoCAD@, o SURFER@, ACESS@ e o IDRISI 2.0@, desenvolvido pela Clark University, USA. Os resultados obtidos a partir da implementação da metodologia demonstraram a importância e a contribuição que a ferramenta básica geoprocessamento pode trazer aos estudos geotécnicos. Os diferentes sistemas de geoprocessamento utilizados para a manipulação e tratamento das informações espaciais mostraram-se adequados e eficientes quando aplicados na coleta, processamento e integração de dados geotécnicos. Para a área teste foram identificadas trinta e sete unidades com perfis de solos com comportamento geotécnico praticamente similar frente ao uso e à ocupação do solo, cujas informações descritivas sobre o meio físico puderam ser facilmente acessadas e visualizadas, no computador, por meio da integração banco de dados geotécnicos com Sistema de Informações Geográficas. Por outro lado, o emprego de técnicas de processamento e classificação de imagens digitais revelou-se um recurso importante para a obtenção de informações sobre o meio físico, enquanto o uso de modelagem digital do terreno (MDT) agilizou o mapeamento das declividades e o cálculo da suscetibilidade potencial à erosão laminar, além de permitir a geração do relevo em perspectiva da região estudada.

Geomorfometria da região de Fartura (SP)

Pós-graduação em Geociências e Meio Ambiente - IGCE

Modelos de elevação para obtenção de atributos topográficos utilizados em mapeamento digital de solos

O objetivo deste trabalho foi avaliar modelos digitais de elevação (MDE), obtidos por diferentes fontes de dados, e selecionar um deles para derivar variáveis morfométricas utilizadas em mapeamento digital de solos. O trabalho foi realizado na Bacia Guapi‑Macacu, RJ. Os dados primários utilizados nos modelos gerados por interpolação (MDE‑carta e MDE‑híbrido) foram: curvas de nível, drenagem, pontos cotados e dados de sensor remoto transformados em pontos. Utilizaram-se, na comparação, modelos obtidos por sensor remoto e por aerorrestituição (MDE SRTM e MDE IBGE). Todos os modelos apresentaram resolução espacial de 30 m. A avaliação dos modelos de elevação foi baseada na análise de: atributos derivados (declividade, aspecto e curvatura); depressões espúrias; comparação entre feições derivadas a partir dos modelos e as originais, oriundas de cartas planialtimétricas; e análise das bacias de contribuição derivadas. O modelo digital de elevação híbrido apresenta qualidade superior à dos demais modelos.