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Type: Dissertação de Mestrado
Title: Avaliação de Modelos Digitais de Elevação provenientes de dados de sensoriamento remoto de distribuição gratuita
Authors: Josyceyla Duarte Morais
First Advisor: Marcos Antonio Timbo Elmiro
First Referee: Marcelo Antonio Nero
Second Referee: Plinio da Costa Temba
Third Referee: Braulio Magalhaes Fonseca
Abstract: Os Modelos Digitais de Elevação (MDE) são uma importante forma de representação das variações altimétricas da superfície da Terra. Os MDEs gratuitos oriundos de sensoriamento remoto têm ganhado destaque, e a maior parte das aplicações estão concentradas na área de Geociências, sobretudo nos estudos geomorfológicos. Na escolha do MDE a ser utilizado, a precisão do produto, a escala de mapeamento, as características da área de aplicação, assim como os erros advindos do processo de aquisição dos dados, devem ser levados em consideração. Tendo em vista que, estão à disposição dos usuários MDEs em diferentes resoluções, com métodos de aquisição e processamentos diferentes, torna-se importante o desenvolvimento de estudos que avaliem a precisão altimétrica dos MDEs e investiguem variáveis que influenciam a ocorrência de erros na representação da elevação registrada. Este trabalho teve por objetivo avaliar a precisão altimétrica dos seguintes MDEs disponibilizados de forma gratuita e oriundos de sensoriamento remoto: SRTM banda C (SRTM v3), ASTER GDEM v2, TOPODATA, todos com resolução espacial de arco de 1 segundo que equivale a aproximadamente 30 metros e SRTM banda C com resolução espacial de arco de 3 segundos que equivale a aproximadamente 90 metros (SRTM v2). Além de investigar a relação entre os erros observados e as variáveis de influência: classes de declividade do relevo (plano, suave ondulado, ondulado, montanhoso e escarpado) e tipo de cobertura do solo (água, urbana unifamiliar, urbana verticalizada, terreno aberto e vegetação). Como referência, foram utilizados dados provenientes de tecnologia Light Detection and Ranging (LIDAR), com precisão altimétrica da ordem de 25 cm. A área de estudo é uma área urbana densamente povoada (Belo Horizonte MG). A avaliação levou em consideração princípios do sensoriamento remoto e utilizou os métodos de análise de histogramas, perfis topográficos, coeficiente de correlação, análise de regressão, RMSE, análise da distribuição estatística e espacial dos erros e Padrão de Exatidão Cartográfica dos Produtos Cartográficos Digitais PEC-PCD do Brasil. Os resultados indicaram forte correlação positiva e a existência de relação funcional entre os modelos avaliados e o modelo de referência. O modelo que apresentou menores erros altimétricos para representação da área de estudo foi o SRTM v3. A análise da distribuição da frequência estatística dos erros apontou ganho do SRTM v3 em relação aos demais modelos. Na escala de 1:50.000 a classificação do PEC-PCD indicou padrão classe B para o SRTM v3, padrão classe C para o ASTER GDEM, padrão classe D para o TOPODATA, já o SRTM v2 não obteve nenhuma classificação nessa escala. Foi constatado que, em ambos os modelos avaliados, os erros altimétricos crescem conforme aumenta a declividade. O SRTM v3 apresentou os menores erros altimétricos para representar todas as classes de declividade do relevo, com exceção do relevo escarpado (declives acima de 75%), para a qual o ASTER GDEM mostrou-se mais vantajoso. Os métodos de estereoscopia e interferometria apresentaram limitações para representar a altimetria em corpos dágua. O aumento dos erros altimétricos em relação aos tipos de cobertura do solo se deu na seguinte ordem: urbana verticalizada, água, vegetação, terreno aberto e urbana unifamiliar. Com a representação da distribuição espacial dos erros altimétricos nos modelos foi possível visualizar a dispersão ou concentração dos erros e onde eles ocorrem.
Abstract: The Digital Elevation Models (DEM) are an important data model to representation of the altimetric variations of the Earth surface. Free DEMs from remote sensing have gained prominence, and most applications are concentrated in the area of Geosciences, mainly geomorphological studies. In choosing the DEM to be used, the accuracy of the product, the mapping scale, the characteristics of the area of application, as well as the errors arising from the data acquisition process, must be taken into account. Given that DEM users are available to different resolutions with different acquisition and processing methods, it is important to develop studies that evaluate the altimetric accuracy of the DEMs and investigate variables that influence the occurrence of errors in the representation of the registered elevation. This work aimed to evaluate altimetric accuracy of the following DEMs available free of charge and from remote sensing: SRTM C-band (SRTM v3), ASTER GDEM v2, TOPODATA, both with spatial resolution of 1 arc-second that equivalent to approximately 30 meters and SRTM C-band with spatial resolution of 3 arc-seconds that is approximately 90 meters (SRTM v2). In addition to investigating the relationship between the observed errors and the influence variables: land slope classes (flat, smooth corrugated, corrugated, mountainous and steep) and type of ground cover (water, urban - average of two storey, urban - high buildings, vegetation). LIDAR data with 25 cm vertical accuracy were used as reference for assessment validation. The study area is a densely populated urban area (Belo Horizonte - MG). The evaluation took into account remote sensing principles and used the methods of analysis of histograms, topographic profiles, correlation coefficient, regression analysis, RMSE, analysis of the statistical and spatial distribution of errors and Cartographic Accuracy Standard of Digital Cartographic Products (PEC-PCD) of Brazil. The results indicated strong positive linear correlation and the existence of a functional relationship between the evaluated models and the reference model. The model that presented the smallest altimetric errors to represent the study area was SRTM v3. The analysis of the statistical frequency distribution of the errors determined to the SRTM v3 gain in relation to the other models. Considering 1: 50,000 mapping scale the PEC-PCD classification indicated class B standard for SRTM, class C for ASTER GDEM, class D for TOPODATA and SRTM v2 did not score on this mapping scale. It was verified that, in both models evaluated, the altimetric errors increase as the slope increases. The SRTM v3 presented the smallest altimetric errors to represent all classes of geomorphological units, with exception of steep geomorphological units (slopes above 75%), for which ASTER GDEM proved to be more advantageous. The stereoscopy and interferometry methods presented limitations to represent the altimetry in water bodies. The increase in altimetric errors in relation to the types of land cover occurred in the following order: urban (high buildings), water, vegetation, open land and urban (average of two storey). With the representation of the spatial distribution of altimetric errors of the models it was possible to visualize the dispersion or concentration of the errors and where they are located.
Subject: Ciências ambientais
language: Português
Publisher: Universidade Federal de Minas Gerais
Publisher Initials: UFMG
Rights: Acesso Aberto
URI: http://hdl.handle.net/1843/IGCM-AQPMTM
Issue Date: 12-May-2017
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