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A DIVERSIDADE DA GEOGRAFIA BRASILEIRA: ESCALAS E DIMENSÕES DA ANÁLISE E DA AÇÃO

DE 9 A 12 DE OUTUBRO

5872

COMPARAÇÃO DE DADOS DE ALTIMETRIA PARA IDENTIFICAÇÃO DE ÁREAS URBANAS AFETADAS POR INUNDAÇÃO

Rodrigo Vitor Barbosa Sousa1 Paulo Cesar Rocha2

Luciano Nardini Gomes3

Resumo O objetivo deste artigo é comparar resultados de altimetria, especificamente: a) dados GNSS, b) dados Shuttle Radar Topography Mission – SRTM e c) dados de cartas topográficas do IBGE, com o intuito de verificar o potencial destes em identificar áreas urbanas atingidas por inundação. Ao todo foram coletadas coordenadas geodésicas de 14 locais, através de técnicas GNSS, distribuídos nos municípios de Jataizinho e Ibiporã, norte do Estado do Paraná. Os dados SRTM foram adquiridos em Miranda (2015). As cartas topográficas analógicas do IBGE foram digitalizadas e, na sequência, fez-se o georreferenciamento e a vetorização das curvas de nível da área de interesse. Tendo em vista o objetivo da pesquisa, as diferenças altimétricas são consideradas elevadas. Palavras-Chave: geotecnologia, GNSS, topografia, inundação.

Abstract The aim of this paper is to compare altimetry results, specifically: a) GNSS data, b) Shuttle Radar Topography Mission (SRTM) data and c) topographic charts data of Brazilian Institute of Geography and Statistic (IBGE), in order to verify the potential of these in to identify urban areas affected by flooding. Geodesic coordinates of 14 points at municipals of Jataizinho and Ibiporã, north of Paraná State, Brazil, were taken, using GNSS techniques. The SRTM data were obtained through Miranda (2015). The IBGE’s analogical topographic charts were digitalized. Then, georreferencing was done and the level curves were vectorized. According to the purpose of this paper, the altimetric differences observed are considered high. Keywords: geotechnology, GNSS, topography, flood.

1 Doutorando em Geografia pela Faculdade de Ciência e Tecnologia - UNESP, Campus de

Presidente Prudente. E-mail de contato: [email protected]. 2 Professor Doutor do Programa de Pós-Graduação em Geografia da Faculdade de Ciência e

Tecnologia - UNESP, Campus de Presidente Prudente. E-mail de contato: [email protected]. 3 Professor Doutor do Departamento de Geociências da Universidade Estadual de Londrina – UEL. E-

mail de contato: [email protected].



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1 Introdução

Pode-se definir por geotecnologia, o conjunto de ferramentas e técnicas

utilizadas para a coleta e análise de dados geograficamente localizados no espaço.

Incluem-se neste rol, o geoprocessamento, o sensoriamento remoto orbital e

suborbital, os modernos aparelhos de topografia, os sistemas de posicionamento por

satélite, como o Global Navigation Satellite System – GNSS. Nesse sentido, as

pesquisas hidrológicas, de outras subáreas da Geografia e de áreas correlatas a

esta, vêm incorporando com frequência o uso destas ferramentas.

O objetivo deste artigo é comparar resultados de altimetria obtidos por

meio de diferentes produtos, especificamente: a) dados GNSS, b) dados do Shuttle

Radar Topography Mission – SRTM e c) dados de cartas topográficas do IBGE, a

fim de avaliar a potencialidade destes produtos em auxiliar a identificação de áreas

urbanas atingidas por inundação. A área de estudo é a cidade de Jataizinho,

localizada no norte do Estado do Paraná.

2 – Material e Métodos

2.1 – Geotecnologia Aplicada aos Estudos Sobre Inundação e Meio Físico:

Breves Considerações.

No que diz respeito às pesquisas que buscam identificar níveis de rio em

eventos extremos de inundação, identificar áreas atingidas por inundação, avaliar o

risco de inundação, elaborar cenários de inundação, entre outros, os trabalhos mais

atuais apontam para uma tendência de integração entre diferentes ferramentas e

técnicas vinculadas à geotecnologia. Dentre estas técnicas, podem-se citar o uso de

receptores geodésicos e técnicas GNSS, técnicas de fotogrametria digital,

levantamentos tridimensionais da superfície com alta precisão, por meio de

aerolevantamentos utilizando-se a tecnologia Light Detection and Ranging – LIDAR,

construção de modelo digital de elevação – MDE, com dados altimétricos de

precisão, dados de altimetria obtidos por radar, como SRTM, uso de imagens

orbitais de alta resolução, entre outras.

No cômputo geral, é perceptível nas publicações mais atuais, referente às

temáticas anteriormente mencionadas, a importância dada à precisão altimétrica dos

dados, seja da altimetria do relevo, como da cota altimétrica de um dado rio. Dentre



5874

alguns trabalhos podem-se citar Lane, James e Pritchard (2003), Zazo, Molina e

Rodríguez-Gonzálvez (2015); Aicardi et al. (2015); Marzocchi et al. (2014), Yu e

Coulthard (2015), Molina et al. (2014), Chen et al (2015). Isso é explicado em parte,

devido ao fato do extravasamento do rio para o leito maior ocorrer, muitas vezes,

atingir áreas ribeirinhas, o que demanda maior precisão dos dados, na medida em

que as inundações fluviais provocam impactos socioeconômicos negativos

consideráveis. Deve-se destacar, ainda, que, este é um problema que afeta muitos

lugares do mundo, não circunscritos somente aos países pobres, como o Brasil.

Demais aplicações da geotecnologia à geografia podem ser consultadas em Rosa

(2005).

Acerca do MDE derivado dos dados SRTM, este possui resolução

espacial de 30 m, para os Estados Unidos, porém, de 90 m para as outras partes do

mundo. No que diz respeito à altimetria, Rodriguez et al.(2005) apontam que os

dados SRTM possuem acurácia vertical absoluta de 16 m e acurácia vertical relativa

de 10 m, para 90% dos dados. Luedeling et al. (2007) argumentam que alguns

pesquisadores vêm procurando validar a acurácia de altimetria dos dados SRTM,

através do uso de receptores GPS is situ, ou pela tecnologia LIDAR. Falorni et al.

(2005) e Kääb (2005) destacam que a acurácia dos dados do SRTM depende da

topografia local.

Os dados SRTM têm mostrado um potencial de aplicação em muitos

campos, tais como: modelagem hidrológica, levantamentos de vegetação,

identificação de antigos canais fluviais, mapeamento de geleiras e identificação de

antigos assentamentos humanos. Todavia, o modelo SRTM apresenta algumas

falhas ou espaços vazios. As maiores falhas ocorrem em duas categorias: a) níveis

de terrenos planos que correspondem a corpos hídricos, na medida que as

superfícies aquáticas produzem um espalhamento do sinal do satélite que dificulta

este detectar reflexos significativos e b) encostas íngremes em terrenos

montanhosos. Além disso, em superfícies que apresentam inclinações acima de 20º

a frequência das falhas aumenta devido à sombra que o radar produz (LUEDELING

et al. 2007). Destaca-se que, Mendes e Cirilo (2001), denominam estas falhas por

sinks.



5875

Além destes problemas, Valeriano (2004, 2006 e 2008), observou

algumas deficiências nos dados SRTM, tais como falhas negativas – vórtices,

representadas por cotas negativas. São apontadas algumas técnicas com o intuito

de eliminar estas falhas, por exemplo, filtragens, algo que demanda cautela a fim de

não danificar os dados válidos em suas adjacências. O autor também chama a

atenção para a sensibilidade do sensor a quaisquer objetos sobre a superfície, por

exemplo, antenas, edificações e dossel de vegetação.

Esta sensibilidade do sensor ao dossel de vegetação, apontada

anteriormente, levaram Petersen, Lebed e Fohrer (2009) a construíram um fator de

correção para os dados SRTM, a fim de que estes fossem aplicados para determinar

a altitude de uma área de planície com predominância de Papirus, no sudeste do

Sudão. Outros autores como Avtar e Sawada (2013), aproveitaram esta

característica do sensor para mapear áreas desmatadas, integrando dados SRTM e

de outros radares, MDE, trabalhos de campo e imagens orbitais multitemporais.

Valeriano (2008) destaca que dos aspectos da qualidade da informação

topográfica, a exatidão altimétrica absoluta é menos exigida na maioria das

aplicações dos MDEs em estudos sobre o relevo, exceto àqueles relacionados à

inundação e outras questões hidrológicas. Para estes estudos, os levantamentos

indiretos em produtos cartográficos e produtos de sensores remotos, bem como as

simplificações adotadas quando se trabalha em SIG, não são consideradas

adequadas.

2.2 – Procedimentos Metodológicos

Coordenadas geodésicas foram coletadas, através de técnicas GNSS,

nos municípios de Jataizinho e Ibiporã, norte do Estado do Paraná. Do montante de

18 coordenadas geodésicas coletadas, 14 foram de fato utilizadas. Fez-se o uso da

técnica relativa estática rápida pós-processada, utilizando-se dois receptores

geodésicos, um como base e outro como rover (Monico, 2008). A fim de aumentar a

produtividade em campo, o tempo de coleta dos dados in situ, oscilou entre 5’ e 10’.

Os dados foram pós-processados através do software GNSS Solutions.

O datum planimétrico utilizado foi o SIRGAS 2000, de modo que a altitude

elipsoidal também foi obtida com base neste datum. A projeção adotada foi a



5876

Universal Transversa de Mercator – UTM. A altitude geométrica – elipsoidal, foi

convertida para altitude ortométrica – em relação ao nível do mar, através de um

modelo de ondulação geoidal para o território brasileiro. Para isso, fez-se o uso do

software MAPGEO 2010, disponível em BRASIL (2015). Ressalta-se que, a adoção

do datum planimétrico SIRGAS 2000 e da projeção UTM foi um procedimento

padrão para todos os produtos cartográficos utilizados neste trabalho.

Os dados SRTM foram adquiridos em Miranda (2005), de modo que não

foi realizada nenhuma correção destes. Pelo fato dos dados SRTM apresentarem

resolução espacial de 90 m, porém, a escala cartográfica do presente trabalho ser

escala de detalhe, as cotas topográficas extraídas do MDE do SRTM foram

interpoladas para equidistância de 5 m, através de técnicas automatizadas de

geoprocessamento. As etapas de extração das cotas topográficas e interpolação

destas, realizaram-se no software Global Mapper 13.

Vale destacar que a escolha da equidistância de 5 m, para a interpolação

dos dados SRTM, reside no fato deste valor ter sido empregado em um mapa

topográfico com escala de detalhe, especificamente, 1:5.000, elaborado pela

prefeitura de Jataizinho. Entretanto, devido à falta de informações técnicas como,

especificação do datum planimétrico e datum horizontal utilizados, e, também,

problemas nos traçado de algumas cotas topográficas, tal material não foi utilizado

como apoio para a presente pesquisa. Além disso, considera-se nesta pesquisa que

uma equidistância de 5 m representa a variação altimétrica do relevo com grande

detalhe, adequada para estudos relacionados à inundação.

No que concerne às cartas topográficas, fez-se o uso da carta de Assaí,

Folha SF.22-Z-C-I-3 e da carta de Uraí, Folha SF.22-Z-C-I-1, ambas com escala de

1:50.000 e com equidistância das curvas de nível de 20 m. Os produtos, a princípio

analógicos, foram digitalizados por meio de scanner de mesa. Na sequência, através

de técnicas de geoprocessamento, fez-se o georreferenciamento e a vetorização

das curvas de nível da área de interesse, utilizando-se para tal o software ArcGIS

10. Ressalta-se que, o datum vertical original das cartas topográficas é o Imbituba –

SC; enquanto a cobertura da área para o mapeamento daquelas, foi feita com base

em aerofotos de 1980. Dessa forma, ao que tudo indica, as altitudes locais foram



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obtidas utilizando-se como apoio, referências de níveis do IBGE – RNs, as quais

estão referenciadas junto ao datum de Imbituba – SC.

No intuito de visualizar os dados sobre a área de estudo, estes foram

sobrepostos a uma imagem orbital do satélite Rapideye, a qual possui resolução

espacial de 5 m. Apesar das imagens Rapideye serem ortorretificadas, algo que

garante boa localização espacial, as coordenadas geodésicas obtidas in situ foram

utilizadas para o georreferenciamento da imagem em questão. A imagem foi

adquirida junto a BRASIL (2014).

3 – Resultados e Discussão

A precisão das coordenadas geodésicas, obtidas através de técnicas

GNSS, oscilou entre 2 mm e 5 mm para os valores planimétricos, isto é, x e y;

enquanto para o valor da altitude geométrica, que corresponde ao z, oscilou entre 6

mm e 9 mm, apresentando, assim, tendência normal dos resultados. A diferença da

altitude ortométrica em relação à altitude geométrica, oscilou entre -3,84 m e -3,61

m.

As altitudes médias dos pontos amostrados, tomando como base os

dados GNSS, SRTM e as isoípsas das cartas topográficas são respectivamente:

353,473 m, 362,845 m e 365,824 m (Tabela 1).

Tabela 1 – Valores de altitudes dos pontos amostrais. Pontos

GNSS

Alt. Orto.

GNSS (m)

Alt. SRTM (m)

Equi. 05 m

Alt. Cartas Topo

(m). Equi. 20 m Alt. SRTM(m) - Alt. Orto. GNSS(m) Alt. Cartas Topo(m) - Alt. Orto. GNSS(m)

P02 336,150 351,643 346,259 15,493 10,109

P03 371,513 390,551 380,000 19,038 8,487

P04 355,369 354,471 370,000 -0,898 14,631

P05 357,437 364,038 360,000 6,601 2,563

P07 337,858 346,751 353,000 8,893 15,142

P08 372,980 381,906 384,142 8,926 11,162

P09 354,595 366,484 358,803 11,889 4,208

P10 369,036 376,481 380,000 7,445 10,964

P12 352,012 367,466 364,347 15,454 12,335

P13 351,329 352,084 367,982 0,755 16,653

P14 389,961 394,429 408,000 4,468 18,039

P15 331,973 343,000 353,000 11,027 21,027

P16 333,321 339,144 350,000 5,823 16,679

P18 335,092 348,433 346,000 13,341 10,908

Média 353,473 362,634 365,824 9,161 12,351

Máxima 389,961 394,429 408,000 19,038 21,027



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Mínima 331,973 339,144 346,000 -0,898 2,563

SD 17,666 17,724 17,495

CV 4,998 4,887 4,782

A área de estudo contendo os pontos de coleta das coordenadas

geodésicas, as curvas de nível obtidas pelo MDE do SRTM e as cotas topográficas

extraídas das cartas topográficas do IBGE, pode ser observada na (Figura 1).

Os dados médios mostram pouca diferença altimétrica quando

comparados os dados SRTM e as isoípsas das cartas topográficas, o que mostra

boa relação entre si, fato já registrado na literatura. Entrementes, foram observadas

algumas limitações na representação espacial altimétrica destes produtos.

A primeira diz respeito aos dados SRTM apresentarem anomalias nas

formas das cotas topográficas, nos fundos de vale, adjacentes aos canais fluviais,

por exemplo, cotas topográficas que passam sobre os rio. Isso possivelmente

ocorre, devido à dificuldade que o satélite tem em reconhecer a altitude neste tipo de

relevo, isto é, plano e próximo a corpos hídricos, fato reconhecido na literatura.

A segunda está relacionada à ausência de valores altimétricos de

isoípsas das cartas topográficas, próximas aos fundos de vale, isto é, aos canais

fluviais, na medida em que a equidistância destes produtos equivale a 20 m. Esta é

uma limitação grande para esta pesquisa, pois para espacializar as ocorrências de

inundações em áreas urbanas, são necessários materiais cartográficos com

equidistâncias abaixo deste valor.



5879

Figura 1 – Pontos de coleta das coordenadas geodésicas e cotas

topográficas utilizadas.

Devido às limitações apresentadas, referentes aos dados SRTM e aos

dados das cartas topográficas, optou-se por tomar os dados GNSS como referência,

para fins de comparação altimétrica. É importante destacar que, além de

representação espacial adequada dos dados altimétricos, o que não foi verificado

com a análise das informações do outros dois produtos, os estudos acerca de

inundações requerem, também, boa precisão dos níveis altimétricos. Sobre este

ponto, a literatura mostra que as técnicas GNSS vêm sendo utilizadas com

frequência.



5880

Dessa forma, tomando os resultados GNSS como referência, observam-

se as seguintes variações nos valores: a) os dados SRTM apresentam diferença

média de + 9,161 m em relação aos dados GNSS e b) os dados das cartas

topográficas apresentam diferença média de + 12,351 m em relação aos dados

GNSS. Tendo em vista o objetivo da pesquisa, estas diferenças são consideradas

elevadas. A diferença máxima entre os dados SRTM e GNSS foi de 19,038 m;

enquanto a diferença máxima entre as isoípsas das cartas topográficas e os dados

GNSS foi de 21,027 m.

Embora os dados GNSS apresentem média altimétrica consideravelmente

menor em relação à média altimétrica dos demais produtos, a comparação da

variabilidade altimétrica de todos os produtos, isto é, de todas as populações do

ponto de vista estatístico, aponta para um comportamento regular, na medida em

que os valores do coeficiente de variação – CV, são bem próximos. Além disso,

quando as populações são analisadas de forma individualizada, por meio do desvio

padrão – SD, verifica-se, também, que os valores são muito próximos (Tabela 1).

Assim, ambas as medidas de dispersão indicam não haver variações abruptas dos

dados. Na maioria dos casos, as altitudes GNSS mostraram-se menores. A exceção

fica para o P04, onde a altitude GNSS se mostrou ligeiramente superior à altitude

SRTM, e ao P13 cuja esta altitude quase se iguala aquela. A variação dos dados

altimétricos também pode ser observada na (Figura 2).

Figura 2 – Variabilidade altimétrica dos pontos amostrais.

320

330

340

350

360

370

380

390

400

410

420

P02

P03

P04

P05

P07

P08

P09

P10

P12

P13

P14

P15

P16

P18

Pontos Amostrais

Alt

itu

de (

m) Alt. Orto. GNSS (m)

Alt. SRTM (m) Equi. 05

m

Alt. Cartas Topo (m).

Equi. 20 m



5881

4 – Considerações Finais

Feita a análise comparativa dos dados, é necessário destacar que

nenhum dos produtos finais pode ser considerado melhor em detrimento aos

demais. Dessa forma, deve-se levar em conta que são utilizadas técnicas distintas

para mensurar os valores altimétricos apresentados, neste caso vinculadas à

geodésia, ao sensoriamento remoto e à topografia. Assim, o objetivo de cada

pesquisa é quem determinará qual produto é melhor a ser aplicado.

A análise dos resultados apontou algumas limitações dos dados SRTM e

das isoípsas das cartas topográficas, para serem aplicados na identificação de áreas

urbanas afetadas por inundação, neste caso em particular, na cidade de Jataizinho.

No primeiro caso, os traçados das cotas topográficas mostram algumas anomalias

nos fundos de vale, adjacentes aos canais fluviais. No segundo caso, a ausência de

cotas topográficas adjacentes aos canais fluviais, não permite boa avaliação dos

dados altimétricos, para verificar até que altitude o rio pode transbordar. Assim, os

resultados altimétricos obtidos por meio de técnicas GNSS, mostraram maior

potencial para o devido fim.

Uma forma de aplicação dos dados GNSS, seria por meio de técnicas de

aerofotogrametria digital, especificamente, estereoscopia digital ou modelo

estereoscópico digital. Esta etapa demandaria novos trabalhos de campo para a

coleta de mais algumas coordenadas geodésicas, nas adjacências do sítio urbano, e

seria realizada através de softwares específicos, como o Prestitui.exe, desenvolvido

por Hasegawa (2010). A obtenção de um conjunto de pontos amostrais, com

coordenadas x, y e z, sobre a superfície tridimensional e posteriormente a

interpolação destes dados através de técnicas geoestatísticas, tornaria possível a

elaboração de um MDE da área de estudo com restituição altimétrica de até 3 m,

sobre aerofotos com escala de 1:25.000, dependendo da precisão dos pontos de

controle coletados in situ.

5 – Referências

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Agradecimentos À Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior – CAPES, pelo suporte financeiro para o desenvolvimento desta pesquisa em nível de Doutorado. Ao Programa de Pós-Graduação em Geografia da FCT/UNESP, pelo espaço físico para o desenvolvimento desta pesquisa.

http://www.relevobr.cnpm.embrapa/

http://www.geografia.fflch.usp.br/publicacoes/RDG/RDG_16/index.htm



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À equipe de pesquisadores que atuam nas temáticas de hidrogeografia, hidrologia, geomorfologia fluvial e limnologia, vinculados ao Grupo de Pesquisa Interações na Superfície, Água e Atmosfera – GAIA, do Programa de Pós-Graduação em Geografia da FCT/UNESP. À Profa. Fernanda Leite Ribeiro do Departamento de Geociências da Universidade Estadual de Londrina, ao Wiliam Renan Piva dos Santos, Geógrafo pela Universidade Estadual de Londrina, ao Paulo Ricardo Praxedes, graduando em Geografia pela FCT/UNESP e ao Jakison Xavier de Almeida, graduando em Engenharia Cartográfica pela FCT/UNESP, pela assistência dada durante o levantamento dos dados em campo e no pós-processamento destes. Ao Prof. Júlio Kiyoshi Hasegawa do Departamento de Cartografia da FCT/UNESP, pelas discussões teóricas e práticas, ainda em fase inicial, acerca de algumas técnicas de aerofotogrametria digital.

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