Geração de modelos digitais de superfície compostos utilizando imagens do sensor PRISM/ALOS

Abstract

O presente trabalho tem como objetivo a avaliação da acurácia altimétrica de Modelos Digitais de Superfície (MDSs) e geração de MDSs compostos, utilizando a cena tomada pelo Sensor PRISM - Panchromatic Remote Sensing Instrument for Stereo Mapping no modo triplet (visadas Backward, Nadir e Forward) que se encontra a bordo do Satélite ALOS (Advanced Land Observing Satellite). Para realização da Correção Geométrica das imagens foi empregado o Modelo de Toutin. Foram gerados 54 MDSs divididos em quatro testes, que procuraram verificar o número mínimo de pontos de ligação a serem utilizados para geração de cada MDS, a adequação da Metodologia proposta por IBGE (2009) a uma região, cujo relevo possui características diferentes da estudada por este órgão, a influência do aumento do número de pontos de controle na qualidade altimétrica dos MDSs e a combinação das três visadas associadas ao uso de diferentes estratégias de correlação entre imagens e resolução espacial dos modelos. Os MDSs resultantes de cada teste foram avaliados através do emprego do Decreto-Lei 89.817/1984 que institui o Padrão de Exatidão Cartográfica PEC e aqueles que obtiveram melhor classificação foram submetidos a uma análise local, onde se verificou o comportamento dos valores de altitude empregando o PEC para uma área situada no município de Viçosa, bem como realizada uma análise empírica, com a finalidade de verificar o comportamento dos pixels situados em regiões que apresentavam sombras da vegetação e sombras de nuvens, utilizando para isso, o coeficiente de correlação dos pares epipolares gerados para cada MDS, além da realização de análise dos efeitos da inclinação do terreno sobre a qualidade altimétrica tomando como base o coeficiente de correlação. Os MDSs que apresentaram melhores resultados após emprego dos quatro testes foram utilizados para a ortorretificação da cena Nadir e as Ortoimagens resultantes foram avaliadas de maneira global empregando o PEC e de maneira local, onde verifIcou-se a influência da resolução radiométrica na vetorização da Ortoimagem. A última análise consistiu na realização de um refinamento nos valores de altitude dos MDSs que apresentaram melhor classificação, através do emprego da Fórmula de Koppe modificada por Kraus (2004), que leva em consideração a influência da declividade e do fator de Escala sobre as cenas quando tomadas de imagens aéreas. Esta Fórmula foi adaptada para uso em uma imagem orbital e utilizada no intuito de se obter um indicativo da localização do erro altimétrico sobre cada MDS, onde se gerou um novo modelo, denominado MDS Composto. Os resultados obtidos permitiram constatar que o sensor PRISM permite a obtenção de MDSs compatíveis as normas da Cartografia Nacional para a Escala de 1:25.000, havendo a necessidade de utilização de um número mínimo de sete pontos de controle associados a doze pontos de ligação e o uso das visadas Backward x Nadir (que apresentaram os melhores resultados) para a geração dos Modelos. O aumento do número de pontos controle para realização da correção geométrica empregando o Modelo de Toutin não trouxe melhorias significativas aos MDSs avaliados, embora os que apresentaram melhores resultados foram aqueles que utilizaram 60 pontos de controle em sua geração. A Metodologia proposta por IBGE (2009) se mostrou aplicável a regiões com características semelhantes à estudada neste trabalho, embora exista a necessidade de realização de testes em áreas com características semelhantes à estudada. O uso da Fórmula de Koppe modificada se mostrou satisfatório, permitindo associar em um único MDS os valores de altitude que apresentam o menor indicativo de erro encontrado para a componente altimétrica, sendo que os resultados obtidos através do emprego desta Equação foram superiores aos demais Modelos avaliados. As ortoimagens obtidas se enquadraram na Classe A do PEC para a escala de 1:25.000, contudo devido à baixa resolução radiométrica das cenas PRISM (8 bits) o processo de extração de elementos físicos, principalmente em áreas urbanas tornaram-se de difícil interpretação.

This study aims to evaluate the altimetric accuracy of Digital Surface Models - DSM and generation of a DSM composed using scene taken by PRISM Sensor - Panchromatic Remote Sensing Instrument for Stereo Mapping (viewing directions Backward, Forward and Nadir) which is located aboard the ALOS satellite (Advanced Land Observing Satellite). The Toutin Model is used to perform on the realization of geometric correction of images, were that took into account the influence of the number of control points and tie points for generation of DSMs. There were generated 54 models divided into four tests which look forward to determinate the minimum number of tie points to be used for the generation of DSM (test 01), the adequacy of the methodology proposed by IBGE (2009) for the region studied, whose relief has different characteristics employed by this agency (test 02), the influence of increasing the number of control points on the altimetric quality DSMs (test 03) and the effect of the combination of the three viewing directions behavior and the use of different strategies of correlation between images and spatial resolution of the models in the final products accuracy (test 04). The DSM derived from each test were evaluated by use of the Decree-Law 89.817/1984 and those which recieved better ratings were submitted to a local analysis, where it was investigated the behavior of the altitude values using the PEC for an area located in Viçosa and a empirical analysis was employed, in order to verify the behavior of pixels located regions that had shades of vegetation and cloud shadows using for that the correlation coefficient of epipolar pairs generated for each DSM besides conducting analysis of the effects of slope on the quality altimetric using as base the correlation coefficient. The DSMs that showed better results after the use of all these tests were used for the orthorectification of the Nadir scene and orthoimages, were evaluated globally using the PEC and the local way, in order to verify the influence of radiometric resolution on the vectorization of orthoimage. The DSM used for orthorectification also underwent a final examination, which took place a refinement in their altitude values by employing the Koppe s Formula modified by Kraus (2004) that takes into account the influence of slope and the scale factor when taken on the scenes of aerial images which led to a Composed DSM consisted of all pixels that presented a lower standard deviation. The results revealed that the PRISM sensor allows to obtain DSMs of consistent standards for the National Mapping Scale 1:25.000, with the need to use a minimum number of seven control points associated with twelve tie points and use of viewing directions Backward x Nadir for the generation of models. The increase in the number of control points to perform the correction using the geometric Toutin model did not bring significant improvements to the quality of altimetric DSMs evaluated, although they showed the best results were those that used 60 control points in their generation. The methodology proposed by IBGE (2009) proved to be applicable to regions with similar characteristics to those studied in this work, although there is a need for testing in areas with similar characteristics studied. Using the Koppe s Formula modified was satisfactory, allowing to associate in a single DSM the lowest indicative altimetric errors found for the altimetric component, and the results were superior to the other models evaluated. The orthoimages obtained are classified in Class A of the Decree-Law for the scale of 1:25.000, however due to the low radiometric resolution of the scenes PRISM (8 bits) the extraction process of physical elements, especially in urban areas, become difficult to interpret.