ministÉrio da educaÇÃo universidade federal rural da...
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MINISTÉRIO DA EDUCAÇÃO
UNIVERSIDADE FEDERAL RURAL DA AMAZÔNIA – UFRA
ENGENHARIA CARTOGRÁFICA E DE AGRIMENSURA
INSTITUTO CIBERSPACIAL - ICIBE
CENDY MONTEIRO DIAS
MODELAGEM TRIDIMENSIONAL DE PATRIMÔNIO ARQUITETÔNICO A PARTIR
DE AEROFOTOS OBTIDAS POR DRONE: PRAÇA BRASIL - BELÉM/PA.
BELÉM-PA
2019
CENDY MONTEIRO DIAS
MODELAGEM TRIDIMENSIONAL DE PATRIMÔNIO ARQUITETÔNICO A PARTIR
DE AEROFOTOS OBTIDAS POR DRONE: PRAÇA BRASIL - BELÉM/PA.
Trabalho de Conclusão de Curso apresentado na Universidade Federal Rural da Amazônia como requisito para graduação no Curso Engenharia Cartográfica e de Agrimensura.
Orientador: MSc. Jamer Andrade da Costa.
BELÉM-PA
2019
Dados Internacionais de Catalogação na Publicação (CIP) Bibliotecas da Universidade Federal Rural da Amazônia
Gerada automaticamente mediante os dados fornecidos pelo(a) autor(a)
D541m Dias, Cendy Monteiro
Modelagem tridimensional de patrimônio arquitetônico a partir de aerofotos obtidas por drone : praça Brasil - Belém/PA / Cendy Monteiro Dias. - 2019.
92 f.
Trabalho de Conclusão de Curso (Graduação) - Curso de engenharia cartográfica e de agrimensura, Campus Universitário de Belém, Universidade Federal Rural da Amazônia, Belém, 2019.
Orientação: Prof. Me. Jamer Andrade da Costa
1. Fotogrametria digital à curta distância. 2. Aeronave remotamente pilotada. 3. Agisoft Metashape. 4. Patrimônio histórico e artístico. I. Costa, Jamer Andrade da , orient. II. Título
CDD 526.982
AGRADECIMENTO
Primeiramente a Deus por me proporcionar saúde, força e sabedoria me
iluminando durante todos os momentos de minha vida.
À minha mãe Irene Monteiro, meu pai, José Franklin Dias e meu irmão Relry
Monteiro que sempre me apoiaram em todos os aspectos.
Ao professor e orientador Jamer Andrade da Costa, pelas suas orientações,
incentivos e contribuições fundamentais, tanto no ambiente acadêmico como nas
atividades de campo.
Aos amigos Lucas Corôa, Jean Ferreira e Rafael Mendonça, pela grande ajuda
nas etapas desenvolvidas no projeto.
As amigas/irmãs que sempre estiveram ao meu lado, Aylanna Barroso, Bianca
Nunes, Bianca Saraiva, Glênea Costa, Lorena Soares, Luana Costa, Setéphani
Pereira e Thayssa Lima, pela amizade, momentos de descontração e incentivos
durante esta jornada.
A equipe caravana, junta em todos os trabalhos acadêmicos e aos colegas de
curso que direta ou indiretamente contribuíram para a realização deste trabalho.
Aos professores do curso de Engenharia Cartográfica e de Agrimensura que
através de seus ensinamentos permitiram que eu pudesse estar hoje concluído este
trabalho.
EPÍGRAFE
I have not failed. I’ve just found 10.000 ways that won’t work. (Thomas A. Edison)
RESUMO
A fotogrametria é uma técnica amplamente utilizada em atividades cuja finalidade é a
extração de medidas de objetos através de fotografias. Este trabalho aborda as
técnicas da fotogrametria digital à curta distância (também conhecida como
fotogrametria arquitetônica) como uma ferramenta importante de auxílio à proteção do
patrimônio arquitetônico, objetivando gerar um modelo tridimensional que possa
auxiliar atividades de conservação, avaliação de condições físicas, publicação e
gerenciamento em órgãos de pesquisa relacionados a conservação do patrimônio
histórico e artístico, devido, principalmente, ao fato das constantes depredações e dos
furtos ocorridos das esculturas em metal que possuem algum valor econômico. Foram
executados três tipos de levantamentos neste projeto: o levantamento fotogramétrico
com a utilização de um drone (RPA - Aeronave Remotamente Pilotada), para o
mapeamento planialtimétrico da área de estudo, para a construção do modelo digital
tridimensional texturizado do monumento ao Índio – localizado na praça Brasil, em um
dos bairros centrais da cidade de Belém - PA e que retrata uma importante parte da
história ocorrida durante a colonização portuguesa; o levantamento geodésico
(GNSS), para orientação das imagens a um sistema geodésico global; e o
levantamento topográfico planialtimétrico, para a obtenção de pontos de apoio do local
de estudo. Os resultados obtidos através do controle de qualidade da
aerotriangulação, utilizando os testes de tendência (T-Student) e precisão (qui-
quadrado), se mostraram satisfatórios e o modelo 3D, gerado a partir do
processamento no software Agisoft Metashape, mostra um produto que poderá ser
útil em casos de restauro.
Palavras-chave: Fotogrametria digital à curta distância. Patrimônio histórico e
artístico. RPA - Aeronave Remotamente Pilotada. Agisoft Metashape.
ABSTRACT
Photogrammetry is a technique widely used in activities whose purpose is the
extraction of measurements of objects through photographs. This work approaches
the techniques of digital photogrammetry at a short distance (also known as
architectural photogrammetry) as an important tool to help the protection of
architectural heritage, aiming to generate a three - dimensional model that can support
conservation activities, physical conditions evaluation, publication and management in
research bodies related to the preservation of historical and artistic heritage, mainly
due to the constant depredations and thefts of metal sculptures that have some
economic value. Three types of surveys were carried out in this project: the
photogrammetric survey using a drone (RPA - Remotely Piloted Aircraft), for the
planialtimetric mapping of the study area, for the construction of the three - dimensional
textured digital model of the monument to the Indian - located in Brazil square, in one
of the central districts of the city of Belém - PA and that portrays an important part of
the history occurred during the Portuguese colonization; the geodetic survey (GNSS),
to orient the images to a global geodetic system; and the topographic survey
planialtimétrico, to obtain points of support of the place of study. The results obtained
through the aerotriangulation quality control using the T-Student and chi-square tests
were satisfactory and the 3D model, generated from the processing in Agisoft
Metashape software, shows a product which may be useful in restoration cases.
Keywords: Digital photogrammetry at close range. Historical and artistic heritage.
RPA - Remotely Piloted Aircraft. Agisoft Metashape.
LISTA DE FIGURAS
Figura 1 - Tríade de esculturas completa. ................................................................ 17
Figura 2 - Operação BVLOS..................................................................................... 21
Figura 3 - Operação VLOS. ...................................................................................... 21
Figura 4 - Operação EVLOS..................................................................................... 21
Figura 5 - Espaço-imagem e espaço-objeto, condição de colinearidade e elementos
de orientação exterior. ............................................................................................... 27
Figura 6 - Geometria: (a) vertical; (b) baixo-oblíqua; (c) alto-oblíqua; e (d) par
convergente. .............................................................................................................. 29
Figura 7- Surperposições lateral e longitudinal......................................................... 30
Figura 8 - Regiões de Von Grüber. ........................................................................... 32
Figura 9 - Principais erros no posicionamento pelo GNSS. ...................................... 33
Figura 10 - Princípio do posicionamento GNSS. ...................................................... 34
Figura 11- Constelação do sistema norte-americano GPS (desenho artístico). ....... 36
Figura 12 - Estrutura Básica do Sinal GPS (modernizado)....................................... 38
Figura 13 - Constelação do sistema russo GLONASS (desenho artístico). ............. 39
Figura 14 - Constelação prevista para o sistema Galileo (desenho artístico). .......... 41
Figura 15 - Configuração prevista para o sistema BeiDou (desenho artístico). ........ 42
Figura 16 - Situação das estações da RBMC. .......................................................... 49
Figura 17- Levantamento por irradiação. .................................................................. 50
Figura 18 - Mapa de localização do objeto de estudo. ............................................. 51
Figura 19 - Monumento ao Índio ............................................................................... 52
Figura 20 - Drone Mavic 2 PRO. .............................................................................. 54
Figura 21 - Equipamentos: A – Receptor GNSS e B – Estação Total. ..................... 55
Figura 22 - Formula pra identificação da altitude ortométrica. .................................. 56
Figura 23 - Ilustração da tomada de fotos durante o voo. ........................................ 59
Figura 24 - Visualização da interface do aplicativo. .................................................. 60
Figura 25 - Acompanhamento do voo (teste). .......................................................... 61
Figura 26 - Coleta de pontos GNSS para os marcos, vante (A) e ré (B). ................. 62
Figura 27 - Localização dos marcos em campo (marco 1- vante e marco 2 -ré). ..... 62
Figura 28 - Estação estacionada no marco 1. .......................................................... 63
Figura 29 - Exemplo de alguns dos pontos de apoio entre faixas. ........................... 63
Figura 30 - Fluxograma das etapas realizadas. ........................................................ 64
Figura 31- Descompactação dos arquivos. .............................................................. 65
Figura 32 - Aquisição da estação base (BELE). ....................................................... 65
Figura 33 - Aquisição dos dados das efemérides precisas. ..................................... 66
Figura 34 - Visualização das linhas entre a BELE os marcos no Software. ............. 67
Figura 35 - Fluxograma das etapas realizadas. ........................................................ 69
Figura 36 - Procedimento para calibração automática da câmera. .......................... 70
Figura 37 - Inserindo as imagens no software Agisoft PhotoScan. .......................... 70
Figura 38 - Coordenadas UTM zona 22 Sul. ............................................................ 71
Figura 39 - Procedimento para importar os pontos de apoio (controle e check). ..... 71
Figura 40 - Resultado do 1º alinhamento. ................................................................ 72
Figura 41 - Procedimento de identificação do ponto de controle P1. ....................... 72
Figura 42 - Procedimento de identificação do ponto de check C1 (antigo P4). ........ 72
Figura 43 - Nuvens de pontos gerada pelo software. ............................................... 73
Figura 44 - Configurações para o Build Mesh. ......................................................... 74
Figura 45 - Nuvens de pontos gerada pelo software ................................................ 75
Figura 46 - Nuvens de pontos gerada pelo software. ............................................... 75
Figura 47 - Nuvem de pontos densa gerada pelo software. ..................................... 76
LISTA DE TABELAS
Tabela 1 - Características principais dos sistemas GNSS. ....................................... 43
Tabela 2 - Área do monumento (considerando-o como um cilindro). ....................... 58
Tabela 3 - Parâmetros de voo. .................................................................................. 59
Tabela 4 - Pontos GNSS ajustados. ......................................................................... 67
Tabela 5 - Altitude ortométrica dos marcos............................................................... 67
Tabela 6 - Caderneta dos pontos de apoio. .............................................................. 68
Tabela 7 - Nova Caderneta ....................................................................................... 68
Tabela 8 - Teste de tendência dos pontos de check. ................................................ 78
Tabela 9 - Teste de precisão dos pontos de check. .................................................. 78
LISTA DE QUADROS
Quadro 1 - Resumo da regulamentação da ANAC. .................................................. 22
Quadro 2 - Parâmetros de classificação das cartas. ................................................ 77
LISTA DE ABREVIATURAS
ANAC - Agencia Nacional de Aviação Civil
ANATEL - Agência Nacional de Telecomunicações
ASPRS - Sociedade Americana de Fotogrametria e Sensoriamento Remoto
BIM - Building Information Modeling
BRLOS - Operação além da Linha de Visada Rádio
BVLOS - Operação além da Linha de Visual
CCD - Charge-Coupled Device
CDMA – Divisão do Código para Múltiplo Acesso (Code Division Multiple Acces)
CM - Código de Comprimento Moderado
CMA - Certificado Médico Aeronáutico
CMOS - Complementary Metal Oxide Semiconductor
CL - Código de Comprimento Longo
DECEA - Departamento de Controle do Espaço Aéreo
DGPS - Differential Global Positioning System
DoD - Departamento de Defesa dos Estados Unidos da América (Department of Defense) EGNOS - Sistema de Correção Diferencial Europeu (European Geostationary Navigation Overlay Service) EVOLS - Operação em Linha de Visual Estendida
GLONASS - Globalnaya navigatsionnaya sputnikovaya sistema
GNSS - Global Navigation Satellite System
GPS - Global Positioning System
ICAO - Associação Internacional de Aviação Civil (Internacional Civil Aviation
Organization)
IGS - Serviço GNSS Internacional (International GNSS Service)
INCRA - Instituto Nacional de Colonização e Reforma Agrária
IRNSS/NAVIC - Indian Regional Navigational Satellite System
ISS - Information Satellite Systems
ITRF - Rede de Referência Terrestre Internacional (International Terrestrial Reference
Frame)
NAVSTAR - NAVigation Satellite with Time And Ranging
NTGIR - Norma Técnica para Georreferenciamento de Imóveis Rurais
OE - Orientação Exterior
OI - Orientação Interior
PDI - Processamento Digital de Imagens
PMD - Peso Máximo de Decolagem
PPP - Posicionamento por Ponto Preciso
PPS - Posicionamento Absoluto por Ponto Simples
PZ-90 - Parametry Zemli 1990
QZSS - Quasi-Zenith Satellite System
RBAC - Regulamento Brasileiro de Aviação Civil Especial
RBMC - Rede Brasileira de Monitoramento Contínuo dos Sistemas GNSS
RETA - Responsabilidade do Explorador ou Transportador Aéreo
RINEX - Receiver INdependent EXchange Format
RLOS - Operação em Linha de Visada Rádio
RNSS - Sistema Regional de Navegação por Satélite (Regional Navigation Satellite
System)
RPAs - Remotely-Piloted Aircraft
RTK - Real Time Kinematic
SCA - Sistemas de Controle Ativos
SIG – Sistema de Informações Geográficas
SISANT – Sistema de cadastro da ANAC
SP3 – Standard Product 3
SR – Sensoriamento Remoto
VANTs - Veículos Aéreos Não Tripulados
VLOS - Operação em Linha de Visada Visual
WGS84 - World Geodetic System 1984
SUMÁRIO
1. INTRODUÇÃO 15
1.1. MOTIVAÇÃO 16 1.2. OBJETIVOS 17 1.2.1. GERAL 17 1.2.2. ESPECÍFICOS 17
2. FUNDAMENTAÇÃO TEÓRICA 18
2.1. DRONE 18 2.1.1. BREVE HISTÓRICO 18 2.1.2. CARACTERÍSTICAS GERAIS 19 2.1.3. LEGISLAÇÃO VIGENTE PARA UTILIZAÇÃO 20 2.2. FOTOGRAMETRIA 23 2.2.1. CONCEITOS E DEFINIÇÕES 23 2.2.2. FOTOGRAMETRIA DIGITAL À CURTA DISTÂNCIA 24 2.2.3. ORIENTAÇÃO 26 2.2.4. CÂMARAS 27 2.2.5. GEOMETRIA DAS FOTOGRAFIAS 28 2.2.6. ESTEREOSCOPIA E PARALAXE 29 2.2.7. MOSAICO 30 2.2.8. FOTOTRIANGULAÇÃO 31 2.3. GNSS - GLOBAL NAVIGATION SATELLITE SYSTEM 32 2.3.1. GENERALIDADES 32 2.3.2. SISTEMAS DE POSICIONAMENTO 35 2.3.2.1. NAVISTAR-GPS 35 2.3.2.2. GLONASS 38 2.3.2.3. Galileo 40 2.3.2.4. BeiDou/ Compass 42 2.3.3. MÉTODOS DE POSICIONAMENTO 44 2.3.3.1. Posicionamento absoluto por Ponto Simples (PPS) 44 2.3.3.1.1. Posicionamento por ponto preciso (PPP) 44 2.3.3.2. Posicionamento relativo 45 2.3.3.2.1. Posicionamento relativo estático 45 2.3.3.2.2. Posicionamento relativo estático rápido 46 2.3.3.2.3. Posicionamento relativo semicinematico 46 2.3.3.2.4. Posicionamento relativo cinemático 46 2.3.3.2.5. Posicionamento diferencial DGPS 46 2.3.3.2.6. Diferencial pós-processado 47 2.3.3.2.7. RTK - Real Time Kinematic 47 2.3.4. FORMATOS DE ARQUIVOS GNSS 47 2.3.5. EFEMÉRIDES TRANSMITIDAS E EFEMÉRIDES PRECISAS 48 2.3.6. REDE BRASILEIRA DE MONITORAMENTO CONTÍNUO DOS SISTEMAS GNSS 48 2.4. TOPOGRAFIA 49
3. HISTÓRICO DA CIDADE 50
3.1. ÁREA DE INTERESSE 51 3.1.1. ABORDAGEM HISTÓRICA 52
4. MATERIAL E MÉTODOS 53
4.1. LEVANTAMENTO BIBLIOGRÁFICO/DOCUMENTAL 53 4.2. MATERIAL 54 4.2.1. SOFTWARES 55 4.2.1.1. Litchi 55 4.2.1.2. RNXCMP 55 4.2.1.3. To RINEX 56 4.2.1.4. Topcon Tools 56 4.2.1.5. MAPGEO2015 56 4.2.1.6. DataGeosis 57 4.2.1.7. Agisoft Metashape 57 4.2.1.8. QGis 57 4.3. MÉTODOS 57 4.3.1. RECONHECIMENTO DA ÁREA 57 4.3.2. COLETA DE DADOS 58 4.3.2.1. Aquisição das imagens 58 4.3.2.1.1. Elaboração do plano de voo 58 4.3.2.1.2. Execução do voo 60 4.3.2.1.3. Acompanhamento do voo 60 4.3.2.2. Aquisição de pontos de apoio 61 4.3.2.2.1. Através do GNSS 61 4.3.2.2.2. Através da Estação Total 63 4.4. TRATAMENTOS DE DADOS 64 4.4.1.1. Dados obtidos com GNSS 65 4.4.1.1.1. Download dos pontos coletados e descompressão 65 4.4.1.1.2. Aquisição da estação base e das efemérides 65 4.4.1.1.3. Coordenadas resultantes 66 4.4.1.2. Dados obtido com Estação Total 68 4.4.1.2.1. Download dos pontos coletados 68 4.4.1.2.2. Mudança das coordenadas 68 4.4.2. PÓS-PROCESSAMENTO DAS IMAGENS 69 4.4.2.1. Calibração 70 4.4.2.2. Mudança de coordenadas e inserção dos pontos de apoio 70 4.4.2.3. Alinhamentos e pontaria dos pontos 71 4.4.2.4. Nuvem de pontos densa 73
5. RESULTADOS E DISCUSSÕES 74
5.1. ELABORAÇÃO DO MODELO 3D 74 5.1.1. CONSTRUÇÃO DO MODELO (BUILD MESH) E DA TEXTURA (BUILD TEXTURE) 74 5.2. CÁLCULO DOS ERROS 76
6. CONSIDERAÇÕES FINAIS 78
7. REFERÊNCIAS 80
ANEXOS 88
ANEXO A – Especificações do drone Mavic 2 PRO 89 ANEXO B – Dados da estação RBMC: BELE 91 ANEXO C – Dados da RN Bujaru 92
15
1. INTRODUÇÃO
No Brasil o uso das geotecnologias é comum em diversas áreas do
conhecimento cientifico, estando diretamente ligadas à espacialização de informações
e dados da superfície terrestre (SOUZA, 2017). Também conhecida como
“geoprocessamento”, as geotecnologias são caracterizadas pela união de tecnologias
relacionadas à coleta de dados; ao processamento e tratamento da informação
espacial; à análise e; à oferta de informações com referência geográfica (ROSA,
2005). Dentre seu conjunto de ferramentas, destacam-se o Sensoriamento Remoto
(SR); o Sistema de Informações Geográficas (SIG); o Processamento Digital de
Imagens (PDI); o uso de GNSS (Global Navigation Satellite System); os Veículos
Aéreos Não Tripulados (VANTs); e etc (SOUZA, 2017).
As RPAs (Remotely-Piloted Aircraft), no Brasil denominadas VANTs (Veículos
Aéreos Não-Tripulados) ou simplesmente drones, possibilitam a obtenção de
informações georreferenciadas, a partir do levantamento de fotogramétrico, de forma
rápida e eficaz, permitindo inclusive a modelagem tridimensional, sendo úteis na
geração de modelos 3D de cidades para o planejamento urbano, na avaliação de
danos ao patrimônio edificado, na conservação de monumentos e na arquitetura e
turismo digital (SORIA et. al., 2013; MEDINA, 2018). Um modelo 3D trata-se de “toda
representação de um objeto no espaço tridimensional”, cuja modelagem geométrica
descreve a forma e as dimensões de um objeto, bem como pode ser utilizada em
simulações de processos dinâmicos (REISS, 2007).
A modelagem tridimensional (3D) tem se tornado cada vez mais frequente no
ramo das engenharias. A adoção de modelos virtuais de realidade apresenta
benefícios quanto a custo, tempo, cronogramas de construção, redução na
manutenção e maior segurança na elaboração de projetos (SAROT et. al., 2014).
Atualmente, existe um amplo desenvolvimento das técnicas de levantamento do
patrimônio arquitetônico por modelagem tridimensional a partir de fotografias (aéreas
ou não) (OLIVEIRA et. al., 2015).
Por ser um método diferente da já empregada forma manual (BIM1 - Building
Information Modeling, em português Modelagem de Informações da Construção), que
necessita de muitas horas de trabalho, o uso da fotogrametria, onde fotos do alvo ou
1 Meio digital para criar um ou mais modelos virtuais precisos de uma construção, por meio
de processos manuais (EASTMAN et al., 2011).
16
área são obtidas com RPA fotogramétrico, traz maior facilidade devido à altura e
grandeza do objeto. A Fotogrametria Terrestre, também conhecida como
Fotogrametria à Curta Distância ou Fotogrametria Arquitetônica, é uma técnica
poderosa para a aquisição de dados sobre as construções, e pressupõe a proximidade
entre a câmara e o objeto a ser fotografado (TOMMASELLI, 2009; KUO et al., 2010).
Wutke, Fosse e Centeno (2005) ressaltam que o levantamento fotogramétrico
traz muitas vantagens, principalmente pela fidelidade na representação da forma, que
é capturada exatamente como se encontra quando do momento de registro das
fotografias. Desta maneira, a partir dos RPA’s é possível obter dados da superfície
terrestre com grande nível de detalhe. Além disso, o custo para aquisição e operação
é relativamente baixo quando comparado com os demais sistemas convencionais
(SILVA et. al., 2014; SILVA et. al., 2015).
1.1. Motivação
Segundo Stojakovic (2013), com a criação de softwares modeladores
tridimensionais baseados em nuvem de pontos gratuitos, tem-se aumentado
significativamente a quantidade de registros de patrimônio cultural (arquitetônico,
arqueológico, urbanístico), incorporando na documentação do acervo digital o modelo
tridimensional, capaz de ser reproduzido posteriormente em equipamentos de
fabricação digital em qualquer outro lugar, permitindo a criação de cópias com grande
quantidade de detalhes. As tecnologias digitais de gravação e documentação, são
recursos muito importantes para auxiliar a preservação do patrimônio arquitetônico,
tendo em vista os riscos diversos a que estão sujeitos.
Tendo em vista a relevância histórica da cidade de Belém, aliados aos
constantes casos de roubos, ao abandono e a falta de vigilância dos monumentos e
obras arquitetônicas, ainda somados à falta de valorização da população ao
patrimônio, resultam em danos irreparáveis para a memória coletiva da cidade.
O caso mais recente ocorreu no dia 08/10/2018, a última das 3 esculturas de
bronze do mural que faz parte do monumento em homenagem a Lauro Sodré (1º
governador do Pará), inserido no complexo arquitetônico do Mercado de São Brás, foi
roubada. Com aproximadamente 2,5 m as esculturadas criadas pelo artista paulista
Bruno Giorgi (Figura 1) representavam o Trabalho (esquerda), a República (centro) e
as Artes (direita), inaugurado em 10 de junho de 1959 o conjunto arquitetônico é
patrimônio histórico municipal e estadual (AAPBEL, 2016; MONTEIRO, 2018).
17
Figura 1 - Tríade de esculturas completa.
Fonte: https://www.romanews.com.br/cidade/estatua-e-roubada-da-praca-floriano-peixoto/18985/
Neste contexto, as imagens obtidas com drones se mostram úteis para
levantamentos executados periodicamente, elaboração de produtos cartográficos,
registro e análise temporal. Com o drone as medições são muito mais rápidas e
dinâmicas, pois são obtidas imagens georreferenciadas e ortorretificadas que
permitem o tratamento. Dessa forma é possível entregar resultados mais rápidos e
com melhor qualidade, gerando dados com mais níveis de detalhes e com um maior
ritmo de produtividade, visando atualizar ou substituir a documentação existente e,
caso haja um sinistro, servem como ferramentas de suporte a novas medidas de
preservação, manutenção e restauração.
1.2. Objetivos
1.2.1. Geral
Analisando este cenário, o presente trabalho tem o objetivo de criar um acervo
digital de modelos tridimensionais com informações georreferenciadas das
construções arquitetônicas históricas e de grande importância cultural para a cidade
de Belém/PA. O Monumento ao Índio, a odisseia do guerreiro de bronze, foi escolhido
como piloto desta ideia.
1.2.2. Específicos
Nesse trabalho teve-se como enfoque a elaboração do modelo tridimensional.
Deste modo, o levantamento perpassa pela:
• Análise e constatação das condições do local onde se encontra o monumento;
18
• Planejamento e execução do voo tendo em vista a obtenção de imagens
através de drone;
• Coleta de coordenadas geográficas com aparelhos GNSS e com estação total
dos pontos fotoidentificáveis;
• Criação do mosaico e a elaboração modelo 3D;
• Validação da precisão do levantamento.
2. FUNDAMENTAÇÃO TEÓRICA
2.1. Drone
2.1.1. Breve histórico
A ideia de construir veículos aéreos autônomos não tripulados é antiga. Um dos
primeiros registros ocorreu no ano de 1709, quando o padre brasileiro Bartolomeu
Lourenço de Gusmão demonstrou para o rei de Portugal em Lisboa o balão de ar
quente que havia projetado e construído (BRANDÃO et. al., 2007). Alguns registros
relatam também que em 1849 os austríacos teriam enviado cerca de 200 balões não
tripulados carregando bombas temporizadas à cidade de Veneza na Itália (ALVES
NETO, 2008).
As primeiras aerofotografias de que se tem registro foram obtidas em 1888, na
França, quando Artur Batut acoplou uma câmera fotográfica a uma pipa, em 1890
publicou o livro “A Fotografia Aérea por pipas” que demonstrava aplicações para
exploradores, arqueólogos, agrônomos e forças militares (PUSCOV, 2002). Os
maiores avanços dos RPA’s, bem como da aerofotogrametria e do sensoriamento
remoto, foram dominados e motivados pela área militar, que tinha o objetivo de obter
informações privilegiadas de forma rápida e discreta do território inimigo (JENSEN,
2011).
Durante a década de 1970, conhecida como início da área moderna dos RPA’s,
designers americanos e israelenses começaram a ensaiar projetos mais baratos e
menores. Tratavam-se de aeromodelos que embarcavam pequenas câmeras de vídeo
que transmitiam imagens em tempo real (JENSEN, 2011; LONGHITANO, 2010).
Os usos científicos e civis têm sido desenvolvidos em maior quantidade e
englobando funções avançadas mais recentemente, nas últimas duas décadas,
buscando-se que os veículos aéreos desprovidos de tripulação apresentem vantagens
técnicas e/ou econômicas em relação a diferentes campos de atuação. Na maioria
19
das aplicações civis desenvolvidas, os RPA’s têm sido concebidos como plataforma
para embarcar sensores remotos para obtenção de imagens e dados da superfície
terrestre (JENSEN, 2011; LONGHITANO, 2010).
2.1.2. Características gerais
Embora a Agencia Nacional de Aviação Civil - ANAC utilize o termo Aeronave
Remotamente Pilotada (RPA), cuja a definição é: “todo e qualquer tipo de aeronave
que pode ser controlada nos 3 eixos e que não necessite de pilotos embarcados para
ser guiada”, os termos VANT (Veículo aéreo não tripulado) e drone (do Inglês, zangão)
são amplamente utilizados na literatura (SILVA et. al., 2014; SILVA et. al., 2015;
DECEA, 2019).
Os RPA’s permitem obter imagens em resoluções iguais ou superiores aos voos
tripulados, com o benefício da ausência de nuvens. Quanto à precisão, eles atendem
aos levantamentos planialtimétricos para fins de medição de área construída,
permitindo a otimização na coleta dos dados em relação às variáveis tempo e custo,
desde que atendam a alguns fatores múltiplos, tal como a qualidade da câmera, a
calibração da câmera, o número e a localização dos pontos de controle na terra e a
escolha do software de processamento (HARWIN, 2012; TAHAR et. al., 2013;
MAURICE et. al., 2015).
Entende-se o levantamento utilizando RPA’s como um conjunto de operações
com o objetivo principal de obter imagens aéreas de um determinado local, através de
uma câmera acoplada. Os drones podem ter suas trajetórias controlados pelo
operador ou orientadas por sistemas de navegação por satélite. Podem capturar
imagens sequenciais que são analisadas e processadas via software até a geração
de produtos cartográficos como ortofotos, nuvens de pontos, modelos digitais de
terreno e de superfície, os quais podem fornecer outros produtos como distâncias,
alturas de objetos e volume (HUNG et. al., 2018).
Atualmente há uma grande facilidade para a aquisição ou montagem de um
RPA, para fins de aerofotogrametria. Apesar da alta tecnologia um sistema completo
tem um custo significativamente muito baixo, quando comparado com um sistema
aerofotogramétrico convencional. A facilidade de obtenção de imagem de alta
resolução espacial e temporal aliadas ao baixo custo, propiciam o emprego dessas
aeronaves nas mais variadas aplicações permitindo sua ampla utilização por
profissionais da área de geotecnologias. Essa acessibilidade ao público, encontra
20
porem, dificuldades quanto as restrições legais vigentes no Brasil (SILVA et. al., 2014;
ALVES JÚNIOR, 2015).
2.1.3. Legislação vigente para utilização
A Agência Nacional de Aviação Civil (ANAC) foi criada em 2005 para regular e
fiscalizar as atividades de aviação civil e de infraestrutura aeronáutica e aeroportuária
no Brasil. Embora uma tecnologia recente, devido as suas infinidades de aplicações,
os drones estão cada vez mais populares no País. A legislação brasileira, visando o
desenvolvimento sustentável e a segurança na utilização dos aparelhos, baseou-se
em regulamentações e definições de outros países criando o Regulamento Brasileiro
de Aviação Civil Especial - RBAC-E nº 94 da ANAC, complementando os normativos
já existentes da Anatel (Agência Nacional de Telecomunicações) e do DECEA
(Departamento de Controle do Espaço Aéreo).
Segundo o regulamento supracitado, o peso máximo de decolagem (PMD) é o
critério diferencial na classificação das RPA’s, existem três:
• Classe 1: Acima de 150 kg - É equiparado as aeronaves tripuladas, sendo
obrigatória a certificação do aparelho e o registro do voo no RBAC, assim como a
identificação de marca, nacionalidade e matrícula;
• Classe 2: Acima de 25 kg e abaixo ou igual a 150 kg - Os parâmetros devem
ser observados pelo fabricante, além de registrado o voo no RBAC, com identificação
de marca, nacionalidade e matrícula;
• Classe 3: Abaixo ou igual 25 kg- São subdivididas em duas: os que operam
além da linha de visão (BVLOS) ou acima de 120 metros deverão ser de um projeto
autorizado pela ANAC juntamente com identificação de marca de nacionalidade e
matrícula; os que operam em até 120 metros (VLOS), não precisarão ser de projeto
autorizado, mas deverão ser cadastrados na ANAC por meio do sistema SISANT, com
informações sobre o operador e o equipamento, identificação gerado na certidão de
cadastro dever estar acessível na aeronave de forma legível e produzido em material
não inflamável.
Os voos realizados podem ser diferenciados quanto ao tipo de operação, são
eles:
• BVLOS (Operação além da linha de visual): É a classificação para voos em que
não se tem nenhum tipo de contato visual ao piloto, existindo entre ela três
21
subcategorias denominadas de BVLOS A-pilotagem direta, BVLOS B- piloto
automático, BVLOS C- pilotagem wairpoint;
Figura 2 - Operação BVLOS.
Fonte: ANAC (2017).
• VLOS (Operação em Linha de Visada Visual) Operação na qual o piloto
mantém contato visual direto com o drone (sem outro auxílio) obtendo o total
gerenciamento;
Figura 3 - Operação VLOS.
Fonte: ANAC (2017).
• EVOLS (Operação em linha de visual estendida): É quando só é capaz de
manter contato visual com o drone com o auxílio de observadores da RPA;
Figura 4 – Operação EVLOS.
Fonte: ANAC (2017).
• Operação autônoma: a RPA opera sem intervenção do piloto no gerenciamento
do voo. Esse tipo de operação é proibido no Brasil.
22
Vale ressaltar que no Brasil a permissão para operar um RPA civil só ocorre se
o projeto for previamente aprovado pela ANAC, levando em consideração a classe e
o tipo de operação, excerto drones com até 250g, pois não precisão de cadastro ou
registro, independentemente de para uso recreativo ou não (ANAC, 2017). O Quadro
1 mostra em resumo as regras que deveram ser seguidas para a execução do voo,
de acordo com o aparelho utilizado.
Quadro 1 - Resumo da regulamentação da ANAC.
Fonte: ANAC (2017).
Para a regularização da RPA, os pilotos devem legitimar seus equipamentos
na agência de telecomunicações e na aeronáutica. Deve comparecer com nota fiscal
da aeronave e número de chassi/shell da câmera fotográfica e do controle remoto. Em
seguida é feito um cadastro de equipamento na ANAC, para realizar o cadastro são
necessários: os documentos pessoais do usuário, certificado de homologação da
Anatel, nota fiscal, fabricante e modelo do equipamento, número de série da aeronave,
peso máximo na decolagem (PMD) e foto do equipamento e por fim feito um seguro
RETA (Responsabilidade do Explorador ou Transportador Aéreo) esses sendo por
obrigatoriedade e responsabilidade do portador ou piloto do equipamento (com
exceção de aeronaves controladas pelo espaço) (ANAC, 2017).
Os transportes de cargas só podem ser feitos em condições especiais sendo
elas: atividades agriculturas, horticultura, florestais entre outras, sendo proibidas o
transporte de pessoas, animais e artigos perigosos. Abrindo-se uma exceção apenas
para os equipamentos utilizáveis para o voo (bateria, câmeras, filmadoras e etc).
Sendo essas atribuições não obrigatórias por parte do governo, que terão por total
responsabilidade do voo e equipamento adquirido pelo mesmo (ANAC, 2017).
23
A habilitação é exigida para pilotos de RPA’s das classes 1 e 2. O operador
também precisa obter o CMA (Certificado Médico Aeronáutico), emitido pela ANAC ou
pelo DECEA. Os locais de pousos e decolagens podem ser utilizados em áreas
distantes de terceiros e quando liberada pelo local que se está presente, com ressalva
de aeronaves não tripuladas em aeródromos pois este só podem acontecer com a
autorização do portuário (ANAC, 2017).
A fiscalização será incluída no programa de vigilância continuada e as
denúncias recebidas serão apuradas administrativamente de acordo com as sanções
previstas no Código Brasileiro de Aeronáutica (Lei nº 7.565/86), órgão de segurança
pública na esfera civil e penal. As penalidades podem ser aplicadas pela ANAC,
aplicando a suspenção temporariamente em caso de suspeita ou descumprimento. E
por outros órgãos, através do Art. 261, prevê pena de reclusão de dois a cinco anos
para quem expusera perigo embarcação ou aeronave, própria ou alheia, ou praticar
qualquer ato tendente a impedir ou dificultar navegação marítima, fluvial ou aérea. Art.
132, que prevê pena de detenção de três meses a um ano (ou mais se o crime for
considerado mais grave) nos casos em que se coloquem em perigo direto ou iminente
a vida ou à saúde terceiros, assim como, dirigir aeronave sem estar devidamente
licenciado pode gerar pena de prisão simples (quinze dias a três meses) e pagamento
de multa. Pelo Art. 35 da mesma lei, praticar acrobacias ou fazer voos baixos, fora da
zona permitida em lei, bem como fazer descer a aeronave fora de lugares destinados
a essa finalidade, também pode gerar prisão simples (15 dias a três meses) e multa.
2.2. Fotogrametria
2.2.1. Conceitos e definições
A palavra Fotogrametria deriva etimologicamente de três palavras cujos
radicais vêm do grego: “photon” (luz), “grafos” (escrita) e “metron” (medida). E pode
ser definida como uma técnica de extrair de fotografias, as formas, as dimensões e as
posições dos objetos nelas contidos (AMORIM et al, 2004).
A Fotogrametria, segundo a American Society for Photogrammetry and Remote
Sensing (1997), é a arte, ciência e tecnologia de obtenção de informação confiável
sobre objetos físicos e o meio ambiente, através de processos de gravação, medição
e interpretação de imagens fotográficas e padrões de energia eletromagnética
radiante e outras fontes.
24
Deste modo, podemos dizer que a Fotogrametria é a técnica que permite o
estudo e a definição das formas, das dimensões e das posições de objetos no espaço,
utilizando-se de medições obtidas a partir de fotografias ou imagens digitais. Sua
evolução se deu ao longo dos anos graças aos avanços tecnológicos, passou de fotos
tiradas com câmaras terrestres a bordo de balões para o uso de câmaras digitais e
scanners (MONICO, 2008).
Quanto a participação instrumental a fotogrametria subdivide-se em três tipos.
A Fotogrametria Analógica, surgiu na década de 1960, época em que foram
inventados os estereoscópios, os retificadores analógicos e os restituidores
estereofotogramétricos juntamente com as teorias e fundamentos matemáticos,
sendo esta responsável por grande parte dos mapeamentos topográficos existentes
no mundo (TOMMASELLI, 2009).
A Fotogrametria Analítica, desenvolveu- se com a utilização dos computadores
para a restituição numérica, aumentando a velocidade das etapas de ajustamento de
observações por aerotriangulação, por modelos independentes e por feixes
perspectivos; e dos restituidores analíticos, que permitiam determinar as coordenadas
terrestres de qualquer ponto, através das “Equações de Colinearidade” e “Equações
de Coplanaridade”, ao invés de ser uma solução mecânica, como na fase analógica;
e a Fotogrametria Digital, utiliza-se de fotografias ou imagens digitais, feitas a partir
da digitalização de filmes analógicos, ou diretamente de câmaras digitais, com todo o
processo numérico, desde a coleta até a saída dos dados (TOMMASELLI, 2009;
JENSEN, 2011).
Quanto a posição e orientação a plataforma de coleta temos a Fotogrametria
Aérea (ou Aerofotogrametria), onde as fotografias do terreno são tomadas por uma
câmara de precisão montada em uma aeronave; a Fotogrametria Terrestre, quando
as fotografias são tomadas de uma posição fixa no terreno (normalmente conhecida);
a Fotogrametria Espacial, que compreende todos os casos de fotografias ou imagens
extraterrestes e as medições subsequentes, nas quais a câmara estiver fixada na
terra, na lua, em um planeta ou num satélite artificial e a Fotogrametria a Curta-
distância, utilizada na Arquitetura, Medicina, Indústria, Engenharia, e pressupõe a
proximidade entre a câmara e o objeto a ser fotografado (TOMMASELLI, 2009).
2.2.2. Fotogrametria digital à curta distância
A fotogrametria a curta distância também conhecida como fotogrametria
25
terrestre, é, de acordo com Kraus (1993), um ramo da técnica onde o objeto a ser
fotografado deve estar a uma distância entre 1m e 100m da câmara, para Atkinson
(1996), é quando a extensão do objeto é menor que 100m e as câmaras são
posicionadas próximas a ele. No entanto, Westphal (1999) diz que o termo pode ser
empregado quando a distância entre a câmara e o objeto, não ultrapassa os 300
metros. Portanto, de acordo com os autores citados, podemos entender que à
fotogrametria a curta distância é caracterizada pela obtenção de imagens por volta do
objeto, a uma distância máxima de 300 metros entre a câmara e o objeto, sendo este
com extensão inferior a 100 metros.
Devido, principalmente, ao avanço da tecnologia digital e no desenvolvimento
de avançados sistemas de processamento, a fotogrametria à curta distância se tornou
muito mais eficiente e econômica agora que a poucas décadas atrás (LEMA et al.,
2004). Nos anos 80 o surgimento da Fotogrametria Digital trouxe como grande
inovação a utilização de imagens digitais como fonte primária de dados.
Kraus (1993), conceitua a fotogrametria digital como o uso de sistemas
computacionais no processamento das informações referentes à restituição
fotogramétrica das imagens, tendo como ferramenta na automatização do processo a
câmara digital, com imagens na forma de pixels. Os avanços tecnológicos dos
softwares fotogramétricos da última década aliados a redução de custos dos
equipamentos e capacidade de processamento de dados por computadores
possibilitaram o uso da fotogrametria de forma mais acessível e emprego de um leque
maior de aplicações (MATTHEWS, 2014). De acordo com Gruen (1996), isso se dá
pela facilidade e velocidade de aquisição de dados, a capacidade de levantamento
em tempo real, o alto grau de automação e a adaptabilidade para solicitações
diversas.
A sociedade Americana de Fotogrametria e Sensoriamento Remoto (ASPRS,
1997) enumera as seguintes aplicações para a Fotogrametria à curta distância. São
elas:
• Análise detalhada de fachadas de prédios, servindo para a recuperação de
estruturas ou para trabalhos de arquitetura;
• Mapeamento topográfico, auxiliando nos trabalhos de campo, uma vez que,
além de obter dados com o teodolito (atualmente a estação total), ainda obtém a
imagem do local, usada em locais de difícil acesso e de grande interesse;
26
• Na evolução de escavações ou explorações em minas ou reservas quaisquer;
• Aplicações na agricultura, ecologia, florestas, arqueologia, paleontologia,
criminologia, oceanografia e acidentes de trânsito.
Os resultados da fotogrametria à curta distância devem geralmente ser
avaliados rapidamente após a aquisição de imagens, podendo ser usados para vários
processos relacionados à mensuração do objeto e suas funções. Uma característica
significante da fotogrametria à curta distância é a grande diversidade de problemas
de medição que podem ser solucionadas usando a técnica. Para isso, são utilizados
diferentes tipos de câmeras, imagens, configurações, processos fotogramétricos,
métodos de análise e forma de resultados a serem considerados, como
instrumentação específica e técnicas a serem selecionadas dependendo de cada caso
em particular (ATKINSON, 1996).
O emprego de técnicas fotogramétricas digitais para a documentação de
imagens de edificação e objetos é utilizada pela rapidez com que os dados são
adquiridos, permitindo que sejam avaliadas as condições de conservação e possíveis
soluções para problemas existentes, além do baixo custo para utilização desta técnica
(GRUEN, 1996).
As aplicações em Fotogrametria compreendem o mapeamento utilizando
tradicionalmente aeronaves tripuladas e mais recentemente aeronaves remotamente
pilotadas (RPA) equipados com câmaras digitais para o mapeamento de áreas de
reduzida extensão. Além da Fotogrametria Aérea, outra técnica bastante utilizada é a
Fotogrametria Terrestre, principalmente para a geração de modelos tridimensionais
de edificações ou objetos. Atualmente as câmaras de pequeno e médio formato estão
sendo bastante empregadas em drones (SENSEFLY, 2013).
2.2.3. Orientação
Para tornar possível a realização de medições através da Fotogrametria, são
necessários dois tipos de orientações para as fotografias utilizadas: a orientação
interior (OI) e a orientação exterior (OE). De acordo com Andrade (1998), a OI
recupera a geometria interna da câmara no momento da aquisição da fotografia.
Trata-se, portanto, da reconstrução dos feixes perspectivos internos à câmara no
instante da tomada das fotografias. A OE determina as posições e as rotações da
câmara (ω, φ e κ), referenciadas ao sistema de coordenadas do espaço-objeto. A
orientação exterior utiliza o modelo matemático de colinearidade, que relaciona o
27
Figura 5 - Espaço-imagem e espaço-objeto, condição de colinearidade e elementos
de orientação exterior.
ponto medido na imagem com o ponto que se encontra no espaço-objeto (REISS,
2007).
A relação entre o espaço-imagem e o espaço-objeto é feita através das
equações de colinearidade. O centro perspectivo da câmara (O), um ponto no sistema
fotogramétrico (p) e esse ponto no espaço-imagem (P) são ditos colineares, ou seja,
há uma reta comum que liga esses três pontos, conforme mostra a Figura 5.
Fonte: adaptado de ERDAS, 2010.
2.2.4. Câmaras
As câmaras usadas em fotogrametria são classificadas em métricas e não
métricas, podendo ser analógicas (sensibilizam um filme que, se revelado, leva a uma
imagem analógica), ou digitais, cujo sensor é formado por uma linha (sensor linear)
ou uma matriz de pixels (sensor de quadro). A característica geométrica é a principal
diferença entre as câmaras métricas e não métricas (BRITO, 2007).
As câmaras digitais se diferenciam das analógicas principalmente pelo sensor
uni ou bidimensional, CCD ou CMOS, no lugar do filme. São classificadas de acordo
com o tamanho do sensor em: câmaras digitais de pequeno, médio e grande formato.
28
As câmaras de pequeno formato possuem até 15 megapixels (MP), sendo este valor
calculado pelo produto entre a quantidade de pixels por linha e por coluna que
compõem o sensor, elas são usadas domesticamente e para captura de imagens de
pequenas áreas. As câmaras de médio formato têm em torno de 16 megapixels, em
geral, são modelos profissionais que são usadas por fotógrafos em projetos
ambientais e mapeamentos de pequenas áreas. As câmaras com resolução superior
a 40 megapixels são as de grande formato, que possibilitam maior rendimento em
projetos de mapeamento de grandes áreas, aliando as vantagens da tecnologia digital
à cobertura mais extensa do terreno (JENSEN, 2011).
Nas câmaras digitais três imagens são capturadas no mesmo instante em três
bandas diferentes do espectro eletromagnético, correspondentes aos comprimentos
de onda do vermelho, do verde e do azul. As imagens podem então ser compostas
em uma única imagem, considerando a teoria aditiva de cores, resultando em uma
imagem denominada colorido-normal (JENSEN, 2011).
Toda câmara fotogramétrica vem acompanhada de um certificado de
calibração, ou seja: um documento que atesta os valores precisos de determinados
parâmetros fundamentais da câmara, que serão utilizados nos processos
fotogramétricos.
2.2.5. Geometria das fotografias
Ao tomar a fotografia de um objeto qualquer, esta pode ser classificada de
acordo com a sua geometria (WOLF, 1983; TOMMASELLI, 2004):
• Fotografia vertical: é tomada quando o eixo ótico da câmara se encontra na
vertical ou aproximadamente na vertical. Normalmente uma fotografia vertical é
tomada com o eixo ótico ligeiramente inclinado; refere-se a esta foto como inclinada.
Esta inclinação acidental do eixo ótico deve ser menor que três graus;
• Fotografia baixo-oblíqua: é tomada com o eixo ótico inclinado, mas não o
suficiente para mostrar o horizonte;
• Fotografia alto-oblíqua: é uma foto tomada com o eixo ótico suficientemente
inclinado para mostrar o horizonte terrestre;
Conforme Tommaselli (2004), as fotografias oblíquas ainda incluem as
convergentes. Uma fotografia convergente é composta por um par de fotos baixo-
oblíquas, onde o eixo óptico de uma câmara converge em direção ao eixo da outra
câmara, havendo recobrimento aproximadamente igual pelas duas fotografias. Os
29
tipos de fotografias descritos são mostrados na Figura 6.
(a) (b) (c) (d)
Fonte: Adaptado de TOMMASELLI, 2004.
As fotografias oblíquas, apesar de haver uma limitação geométrica que dificulta
seu uso para o mapeamento, são úteis por representarem uma área extensa e pelo
realce do relevo fotografado, que são itens importantes para o reconhecimento do
terreno. As fotografias convergentes, segundo Ruy (2008), têm maior utilização na
Fotogrametria terrestre, dada a difícil adequação para obtenção das fotografias por
sensores aerotransportados.
2.2.6. Estereoscopia e paralaxe
Para o estudo da fotogrametria é necessário ter dois conceitos bem definidos:
estereoscopia e paralaxe. A estereoscopia diz respeito à visualização de um mesmo
foco por dois mecanismos de captação de imagens. A paralaxe é o deslocamento
aparente na posição de um objeto, em relação a um ponto de referência, causado por
uma mudança na posição de observação (TOMMASELLI, 2004). Por exemplo, se um
observador tomar como referência um objeto qualquer, tapar seus olhos e visualiza-
lo alternadamente, com um olho aberto de cada vez, perceberá que o mesmo
deslocar-se-á horizontalmente.
São exigidas ao menos duas imagens (estereopar) tomadas de posições
diferentes e com uma área mínima de surperposição para tornar possível a visão
estereoscópica. As superposições podem ser de dois tipos, lateral e longitudinal, como
pode ser observado na Figura 7. A surperposição lateral acontece entre as faixas do
bloco, e seu valor na maioria dos casos é de aproximadamente 30%. A surperposição
longitudinal ocorre entre as fotografias e é normalmente superior a 60% (ERDAS,
2010).
Figura 6 - Geometria: (a) vertical; (b) baixo-oblíqua; (c) alto-oblíqua; e (d) par convergente.
30
60%
30%
Fonte: adaptado de ERDAS, 2010.
As imagens geradas pela câmera têm de estar em boas condições e com menor
erro possível de superposição, assim duas ou mais fotografias de uma mesma feição
ou objeto, tiradas de diferentes posições podem gerar modelos tridimensionais, além
da extração de suas medidas. A junção dessas fotografias forma um mosaico,
propiciando uma vista ampla da área fotografada, devido a impressão de continuidade
entre as fotografias (LIMA et al., 2010).
2.2.7. Mosaico
Wolf (1983), define mosaico como sendo o conjunto de fotos de escala
aproximada, de uma determinada região, recortada e montada, técnica e
artisticamente de tal forma a dar impressão de que todo o conjunto é uma única
fotografia. Os mosaicos podem ser classificados de acordo com o processo de
produção e com o nível de controle, sendo dessa maneira: não-controlados,
controlados e semi-controlados.
É conhecido como mosaico não controlado aquele que usa as fotos originais,
eventualmente alterando apenas a escala, sem a preocupação de retificá-la ou
posicioná-la em relação ao terreno. Já o mosaico controlado, necessita de fotografias
retificadas e devidamente posicionadas em relação ao datum2 provido do número
suficientes de pontos de controle. Por outro lado, verifica-se o mosaico semi-
controlado, que expressa a coletânea de fotos não retificadas, mas de escala
homogênea ou vice-versa (WOLF, 1983).
2 Modelo matemático teórico da representação da superfície da Terra ao nível do mar (SANTIAGO e CINTRA, 2018a)
Figura 7- Surperposições lateral e longitudinal.
31
Retificar uma imagem consiste em modificar os ângulos referentes à atitude
(orientação interior) da câmera, bem como a distância focal (f), resultando em projetá-
la, segundo seu feixe perspectivo, para um plano horizontal. Em fotografias aéreas
esse processo é interessante para transformar as imagens, tornando-as perfeitamente
verticais (ANDRADE, 1998).
2.2.8. Fototriangulação
Lugnani (1987) conceitua a fototriangulação como um método fotogramétrico,
no qual são determinadas as coordenadas dos pontos no espaço objeto através da
relação geométrica de fotos adjacentes devidamente tomadas, controle de campo
mediante pontos de apoio e de valores aproximados de parâmetros. Desta forma, é
necessário definir o modelo de sensor (parâmetros de orientação interior) e o modelo
da plataforma (parâmetros de orientação exterior).
Como já mencionado, a orientação interior estabelece as características do
sensor (distância focal, posição do ponto principal no referencial da imagem, entre
outras), o que permite reconstruir os feixes de raios que originaram a imagem. O
modelo de plataforma determina a posição e orientação de um feixe de raios com
relação ao sistema de coordenadas do espaço objeto. Cada feixe de raios requer seis
parâmetros independentes, três translações do centro perspectivo CP (XCP, YCP e ZCP)
e três de três rotações ou ângulos de Euler (κ, φ e ω) (Figura 5, item 2.2.3) (MIKHAIL
et al., 2001; REISS, 2007).
De acordo com Andrade (1998), a fototriangulação “tem como maior objetivo
fornecer coordenadas precisas para os pontos necessários para a orientação absoluta
de modelos fotogramétricos”. Para isso o apoio de campo é fundamental, pois tem a
finalidade de obter coordenadas geodésicas tridimensionais de um conjunto de pontos
para dar suporte à realização da fototriangulação.
Jensen (2011) diz que “um ponto de controle no terreno é definido como
qualquer objeto na imagem para o qual as coordenadas no terreno, no mundo real X,
Y e Z, são conhecidas”. Segundo conclusão de Brito et al. (2007) os métodos de
fototriangulação representam um grande avanço das técnicas fotogramétricas, por
permitir a obtenção de coordenadas de vários pontos no terreno a partir da
interpolação de alguns pontos de campo.
A medição de pontos de controle constitui um fator fundamental para garantir a
robustez geométrica de faixas e blocos de fotografias. Suas coordenadas
32
Figura 8 - Regiões de Von Grüber.
planimétricas e/ou altimétricas são conhecidas através de levantamento de campo, e
devem ser medidos nas fotografias, de modo a orientar os produtos gerados a um
referencial comum ao desses pontos de apoio (PALERMO et al., 2013).
Os pontos de check ou de verificação apresentam as mesmas características
dos pontos de controle, ambos são determinados em campo, a diferença é a sua
utilização, enquanto os pontos de controle são utilizados no processamento do bloco
fotogramétrico os de check são utilizados apenas para verificação do produto final
(SILVA NETO, 2015).
Esses pontos de apoio podem ser alvos existentes ou colocados dentro da área
a ser mapeada, tendo suas coordenadas rastreadas com o uso de aparelhos de
precisão geodésica (GALVÃO, 2017). Sendo assim, esses pontos poderiam ser
medidos em qualquer parte da fotografia, entretanto, é recomendado para melhorar a
geometria de faixas e blocos que tanto os pontos de controle quanto os de check
estejam na região de Von Grüber, localizadas nas áreas mostradas na Figura 8.
Fonte: adaptado de ANDRADE, 1998.
Os pontos de Von Grüber podem ser medidos manualmente ou de forma
automática, utilizando operações matemáticas envolvidas na chamada correlação de
imagens. Através da correlação de imagens são definidas regiões comuns em
diferentes fotografias de uma mesma cena, buscando-se identificar o pixel
correspondente de uma imagem em outra.
2.3. GNSS - Global Navigation Satellite System
2.3.1. Generalidades
33
O GNSS é uma das tecnologias espaciais de posicionamento mais avançadas
que surgiu recentemente, e tem revolucionado as atividades relacionadas com
posicionamento, proporcionando o posicionamento em qualquer lugar do planeta
Terra com alta acurácia (erro de poucos centímetros) (ALVES et al., 2013). O termo
surgiu durante a 10ª Conferência de Navegação Aérea em 1991, quando a Associação
Internacional de Aviação Civil (ICAO) reconheceu que a fonte primária para a
navegação aérea no século XXI seria o GNSS (MONICO, 2008).
De acordo com Santiago e Cintra (2017), o receptor GNSS “é um equipamento
capaz de ler informações emitidas pelos satélites em órbita, e calcular as coordenadas
geodésicas (latitude, longitude e altitude) sendo possível ter dados precisos a respeito
de um determinado local”. Ou seja, é possível obter informações de posição, direção,
distância, área, entre outros, resolvendo-se assim, as questões de localização,
deslocamento e mensuração (ROTHACHER, 2002; STEINGENBERGER et. al, 2006).
As observáveis básicas GNSS que permitem determinar tais informações podem ser
identificadas como: Pseudodistância e Fase de batimento da onda portadora.
A Pseudodistância é igual à diferença entre o tempo registrado no receptor no
instante de recepção do sinal e o tempo, registrado no satélite, no instante de
transmissão do sinal, multiplicado pela velocidade da luz no vácuo. É denominada
pseudodistância em razão do não sincronismo entre os relógios (osciladores)
responsáveis pela geração do código no satélite e sua réplica no receptor. Porém, não
resulta exatamente na distância geométrica entre as antenas do receptor e do satélite,
devido à refração atmosférica (ionosfera e troposfera) e dos efeitos de multicaminho,
além de outros erros (orbital, por exemplo) (Figura 9) (SEGANTINE, 2001).
Figura 9 - Principais erros no posicionamento pelo GNSS.
Fonte: WESTON et al., 2010.
34
Figura 10 - Princípio do posicionamento GNSS.
A observável Fase de batimento da onda portadora é igual à diferença entre a
fase do sinal do satélite, recebido no receptor, e a fase do sinal gerado no receptor,
ambas no instante de recepção. O que a torna muito mais precisa que a
Pseudodistância (KING et al., 1988).
As observáveis GNSS, como todas as outras, também estão sujeitas a erros
aleatórios (inevitáveis e que não apresentam nenhuma relação funcional com as
medidas), sistemáticos (podem ser parametrizados (modelados como termos
adicionais) ou eliminados por técnicas apropriadas) e grosseiros (relacionados com a
desatenção do observador ou uma falha no equipamento) (WESTON et al., 2010).
Os receptores GNSS podem ser classificados como navegação, topográficos
ou geodésicos, de acordo com a precisão. Os receptores de navegação têm precisão
aproximada de 10 metros e são utilizados principalmente para localização instantânea
e navegação automotiva. Os receptores topográficos têm precisão abaixo dos 3
metros, podendo chegar à precisão submétrica, se os dados forem processados
usando bases fixas de coordenadas conhecidas. Os receptores geodésicos por sua
vez têm precisão centimétrica quando é feito o pós-processamento de dados, são
utilizados para obras, levantamentos topográficos, georreferenciamento de imóveis
rurais e posicionamento de alta precisão (SANTIAGO e CINTRA, 2018).
Vale ressaltar que a precisão do levantamento e o tempo de coleta de dados
podem ser influenciados pelas condições atmosféricas, distribuição de satélites no
espaço, distância dos receptores (estação base e receptor móvel) e obstrução do sinal
dos satélites (IBGE, 2008).
Devido ao não sincronismo dos relógios do satélite e receptor são necessários
no mínimo 4 satélites para determinar uma posição por meio do GNSS (Figura 10),
assim, garante-se a maior integridade e confiança aos usuários do sistema
(SANTIAGO e CINTRA, 2018).
Fonte: CALDEIRA et al., 2018.
35
2.3.2. Sistemas de posicionamento
Dentre os sistemas de satélite utilizados no GNSS, destacam-se o sistema
americano GPS, o russo GLONASS, o europeu Galileo e o chinês Compass/BeiDou,
assim como satélites altimétricos e sistemas de posicionamento baseadas em
técnicas a laser e Doppler (ROTHACHER, 2002; STEINGENBERGER et. al., 2006).
2.3.2.1. NAVISTAR-GPS
O sistema NAVSTAR (NAVigation Satellite with Time And Ranging), ou apenas
GPS (Global Positioning System), foi criado e é controlado pelo Departamento de
Defesa dos Estados Unidos da América - DoD (Department of Defense), originalmente
concebido para aplicações militares, nos anos 80 foi disponibilizado para uso civil,
acessível em qualquer período do dia, sob quaisquer condições atmosféricas e em
qualquer local do planeta, porém com controle de precisão absoluta (MONICO, 2008).
As observações GPS são afetadas por técnicas de segurança com o propósito de
provocar erros na determinação de coordenadas para os usuários não autorizados.
De acordo com Monico (2008) e o DoD, a estrutura do GPS (e dos sistemas
GNSS em geral), se divide em três segmentos. O espacial: relativo aos satélites em
órbita; o de controle: relativo às estações terrestres de monitoramento, que realizam
a manutenção e garantem o funcionamento do sistema; e o de usuários.
• Segmento espacial: é composto pela constelação de 28 satélites, sendo 4
sobressalentes, em 6 planos orbitais igualmente espaçados. Cada satélite circunda a
Terra duas vezes por dia a uma altitude de 20.200 quilômetros. Os satélites têm a
bordo relógios atômicos de precisão de bilionésimos de segundos, que transmitem
continuamente por sinais digitais de rádio, sua localização e hora exata para que
sejam processados pelos receptores de GPS.
• Segmento de controle: é formado por estações de observações dispersas pelo
mundo ao longo da Zona Equatorial (Hawaii, Kwajalein, Ascension Island, Diego
Garcia e Colorado Springs). Estas estações monitoram as órbitas, sincronizam os
relógios atômicos e atualizam os dados de almanaque dos satélites que compõe a
constelação e transmitir informações sobre as órbitas (efemérides).
• Segmento do usuário: consiste no rastreador que capta os sinais emitidos pelos
satélites e decodifica as transmissões do sinal de código e fase de múltiplos satélites
e calcula a sua posição com base nas distâncias a estes até os satélites. A posição é
dada por latitude, longitude e altitude, coordenadas geodésicas referenciadas ao
36
Figura 11- Constelação do sistema norte-americano GPS (desenho artístico).
sistema WGS84 (geocêntrico).
O projeto GPS foi desenvolvido em 1973 e concebido para inicialmente conter
24 satélites, estando completamente operacional em 1994. Em 2005 o sistema
operava com 29 satélites e no meio de 2007 com 30 satélites, até 9 de janeiro de
2019, havia um total de 31 satélites operacionais na constelação GPS. Sobre o
segmento espacial, os satélites GPS são constantemente substituídos
(modernizados) (GPS.GOV, 2019). O status atual da constelação pode ser consultado
no seguinte endereço eletrônico: https://www.navcen.uscg.gov/?Do=constellation
Status. A Figura 11 ilustra a constelação dos satélites GPS distribuídos em seus
planos orbitais.
Fonte: https://www.gps.gov/systems/gps/space/
Em relação ao sinal, Monico (2008) diz que cada satélite GPS (original)
transmite duas ondas portadoras: L1 e L2. Elas são geradas a partir da frequência
fundamental de 10,23 MHz, a qual é multiplicada por 154 e 120, respectivamente.
Desta forma, as frequências (L) e os comprimentos de onda () de L1 e L2 são:
L1 = 1575,42 MHz e 19 cm;
L2 = 1227,60 MHz e 24 cm.
Essas duas frequências são geradas simultaneamente, permitindo aos
usuários, corrigir grande parte dos efeitos devido à refração ionosférica. Os satélites
mais recentes transmitem uma terceira portadora, designada de L5, onde a frequência
37
fundamental é multiplicada por 115, resultando em:
L5 = 1176,45 MHz e 25,5 cm.
Os códigos que formam o PRN3 são modulados, em fase, sobre as portadoras.
Essa técnica permite realizar medidas de distâncias, a partir da medida do tempo de
propagação da modulação (LEICK, 2004).
Cada satélite transmite um código C/A diferente, dentre os 37 definidos no ICD-
GPS-200C. O código C/A faz parte de uma família de códigos (Gold Codes), que tem
como característica básica, a baixa correlação entre seus membros. Isso possibilita a
rápida distinção dos sinais recebidos, simultaneamente, de vários satélites. Ele é
modulado somente sobre a onda portadora L1. Esse é o código, a partir do qual, os
usuários civis obtêm as medidas de distâncias que permitem obter a acurácia
estipulada. Ele não é criptografado, embora possa ter sua precisão degradada
(MONICO, 2008).
O código P (Precise ou Protected) tem sido reservado para uso dos militares
americanos e usuários autorizados. Ele é transmitido com a frequência fundamental
de 10,23 MHz, resultando num comprimento de onda da ordem de 30 m gerando
medidas mais precisas (MONICO, 2008).
À cada satélite é atribuído um determinado PRN, que é modulado nas
portadoras L1 e L2. Portanto, todos os satélites transmitem na mesma frequência,
mas podem ser identificados pelo código exclusivo de cada satélite. Denominada
CDMA (Code Division Multiple Access – divisão do código para múltiplo acesso) essa
técnica é válida tanto para o código C/A, como para o código P (SPILKER, 1996).
Com a modernização do GPS em 1998 pelo DoD, entrou em cena o código civil
L2C, modulado na portadora L2, visando reduzir os problemas advindos do código Y
(código P criptografado no modo AS), além do anúncio de uma nova portadora, a L5.
O código L2C apresenta melhor sensibilidade que o código C/A, disponível na
L1. Ele usa um código CM (código de comprimento moderado) com 10230 bits e um
código CL (código de comprimento longo) com 767250 bits. O código L2C é
transmitido com frequência de 511,5 KHz. Logo, enquanto o código CM se repete a
cada 20 ms, o CL se repete a cada 1,5 segundos. CM é o código que transporta os
3 Sequência binária de +1 e -1 ou 0 e 1, gerado por um algoritmo. Tratam-se basicamente dos códigos C/A e P (L2C) (MONICO, 2008).
38
dados e CL é dito ser o sinal piloto, não tendo dados modulado sobre ele. Os sinais
básicos do GPS são ilustrados seguir (Figura 12).
Figura 12 - Estrutura Básica do Sinal GPS (modernizado).
Fonte: MONICO, 2008.
As mensagens de navegação, que fornecem as informações básicas para o
cálculo das posições dos satélites, são também moduladas sobre as portadoras, numa
taxa de 50 bps. Elas contêm os parâmetros orbitais (elementos keplerianos e suas
variações), dados para correção da propagação na atmosfera, parâmetros para
correção do erro dos relógios dos satélites, saúde dos satélites, etc (MONICO, 2008).
2.3.2.2. GLONASS
O GLONASS (Global’naya Navigatsionnaya Sputnikkovaya Sistema) foi criado
no início da década de 1970, na antiga União Soviética, pela Soviet Union’s Production
Association of Applied Machanics como um sistema semelhante ao norte-americano
GPS, que na época tinha seu protocolo fechado e era usado exclusivamente para fins
militares, a nível regional e global, atualmente é desenvolvido e operado pela Russian
Federation Space Forces (MONICO, 2008). O sistema soviético chegou a ter 24
satélites em órbita em 1995 (totalmente operacional), mas a partir do colapso da União
Soviética o sistema foi abandonado e, em 2002, só restavam sete satélites em órbita.
A partir de 2004 o Governo da Rússia resolveu recuperar o sistema GLONASS
e criou a empresa Information Satellite Systems (ISS), que promoveu o lançamento
de novos satélites para substituir os que, apesar de ainda em funcionamento, estavam
chegando ao limite de vida útil. Em 2010, o GLONASS alcançou 100% de cobertura
em território russo e, em outubro de 2011, a constelação orbital completa de 24
39
satélites foi restaurada, como podemos observar na Figura 13, permitindo uma
cobertura global completa (SKYBRARY, 2017).
Figura 13 - Constelação do sistema russo GLONASS (desenho artístico).
Fonte: SPACECORP, 2013.
O GLONASS é atualmente o único sistema GNSS alternativo ao GPS com
cobertura global e disponibilidade contínua. Como já mencionado, o GLONASS
também é composto de três segmentos (MONICO, 2008).
• Segmento espacial: é constituído por um total de 26 satélites, sendo 1
sobressalente e 1em fase de testes, dispostos em três planos orbitais. Cada plano
orbital contém 8 satélites, igualmente espaçados (120°), em órbita quase circular
(arranjadas de forma que não ocorra o fenômeno de ressonância4), com altura de
aproximadamente 19.000 km e inclinação de 64,8º em relação ao Equador.
• Segmento de controle: é composto por cinco estações terrestres, distribuídas
em território pertencente à antiga União Soviética, localizadas em Moscou (Estação
Principal), St. Petersburg, Ternopol, Eniseisk e Komsomdsk-na-Amure. Estas
estações monitoram as órbitas, sincronizam os relógios atômicos e atualizam os
dados de almanaque dos satélites que compõe a constelação e transmitir informações
sobre as órbitas (efemérides). Ao contrário do GPS, O GLONASS possui diversas
estações de monitoramento localizadas no Brasil.
• Segmento do usuário: é também formado pelos rastreadores pessoais e
profissionais, assim com o GPS. A posição é dada por latitude, longitude e altitude,
coordenadas no sistema PZ-90 (Parametry Zemli 1990).
4 Uma perturbação adicional na órbita do satélite devido à comensurabilidade do período do satélite com o período de rotação da Terra (MONICO, 2008).
40
A maior parte dos receptores GNSS disponíveis no mercado utiliza os sistemas
GPS e GLONASS de forma integrada, fornecendo melhor cobertura e precisão, devido
a maior quantidade de satélites disponíveis em relação ao posicionamento somente
GPS ou somente GLONASS, principalmente decido ao fato da falta de receptores
somente com o sistema GPS (MONICO, 2008). Os smartphones em geral também
possuem sistema integrado de posicionamento GPS e GLONASS. O status atual da
constelação GLONASS pode ser obtido no seguinte endereço eletrônico:
http://glonass-iac.ru/en/GLONASS/.
O GLONASS transmite sinais em duas bandas, também denominadas
portadoras L1 e L2, as quais são moduladas por dois códigos binários e as mensagens
de navegação. Mas cada satélite tem sua própria frequência (k), diferentemente do
GPS (MONICO, 2008). Como as frequências do GPS e GLONASS são relativamente
próximas, isso permite o uso de uma antena combinada e um amplificador comum no
mesmo equipamento, o que tem facilitado o desenvolvimento de equipamentos que
rastreiam satélites de ambos os sistemas simultaneamente, porem o processamento
do sinal é diferente (SEEBER, 2003; MONICO, 2008).
2.3.2.3. Galileo
O Galileo é um sistema GNSS que está sendo desenvolvido pela União
Europeia e pela Agência Espacial Europeia. O sistema Galileo concebido como um
projeto civil apresenta várias vantagens: maior precisão (em fase de testes), maior
segurança (possibilidade de transmitir e confirmar pedidos de ajuda em caso
emergência) e menos sujeito a problemas (o sistema tem a capacidade de testar a
sua integridade automaticamente) (MONICO, 2008).
Diferente dos outros sistemas existentes, o Galileo oferta diversos serviços
comerciais (não gratuitos) aos usuários civis interessados, como navegação comercial
ou com seguro de vida, busca e resgate e serviços voltados a órgãos públicos, tendo
tem aspecto semi-público, que dependem em maior ou menor grau de decisões
governamentais ou militares. Outra vantagem importante é a caraterística
interoperabilidade com os sistemas GPS e GLONASS (SIMON, 2005; ZIEDAN, 2006;
MONICO, 2008).
A estrutura para o fornecimento de todos os serviços propostos, também está
dividida em 3 segmentos (MONICO, 2008).
41
• Segmento espacial: Quando estiver em operação o sistema contará com um
total de 30 satélites de orbita media, sendo 27 operacionais e 3 reservas, estarão
posicionados em três órbitas circulares a aproximadamente 23.600 km de altitude da
Terra, inclinados a 56º em relação ao Equador, com período orbital de
aproximadamente 14h04min.
• Segmento de controle: será utilizada a estrutura disponível do EGNOS (sistema
de correção diferencial europeu), entretanto serão construídas novas estações devido
a sua abrangência global. Ao todo, serão distribuídas aproximadamente 30 estações
que darão apoio na determinação de orbitas, sincronização de tempo, geração de
mensagens de navegação, controle de integridade etc.
• Segmento de usuário: consiste nos rastreadores capazes de receber os sinais
deste sistema, apesar da existência de poucos satélites, já existes receptores aptos
para receber seu sinal.
Um esboço do sistema Galileo pode ser visto na Figura 14. Até o momento, 16
satélites estão em modo operacional e contribuindo para a prestação de serviços, seu
status atual pode ser obtido detalhadamente no endereço eletrônico: http://www.gsc-
europa.eu/system-Status/Co nstellation-Information.
Figura 14 - Constelação prevista para o sistema Galileo (desenho artístico).
Fonte: https://www.e-education.psu.edu/geog862/node/1871
A estrutura do sinal do Galileo, juntamente com a modernização do GPS, foi
preliminarmente definida durante a WRC 2000 realizada em Istambul, Turquia, e
confirmada durante a WRC 2003. Cada satélite transmitirá 10 sinais dos quais 6 para
serviços abertos e segurança de vida, 2 para propósitos comerciais, e 2 para serviços
públicos normatizados; transmitidos em três bandas de frequências (E5, E6 e L1)
usando quatro portadoras (E5A com 1176,45 MHz; E5B com 1207,14 MHz; E6 com
1278,75 MHz e E1 com 1575,42 MHz) (ZIEDAN, 2006).
42
Figura 15 - Configuração prevista para o sistema BeiDou (desenho artístico).
2.3.2.4. BeiDou/ Compass
O BeiDou Navigation Satellite ou Compass (“bússola”) é o sistema GNSS que
está sendo desenvolvido pela China. Seu nome faz referência a constelação Ursa
Maior, que é conhecida em chinês como Běidǒu e significa, literalmente, “Urso do
Norte", nome para as sete estrelas mais brilhantes da constelação da Ursa Maior
(GUZATTO et al, 2016).
O BeiDou consiste de duas constelações de satélites. O primeiro sistema
BeiDou, chamado oficialmente de Satellite Navigation System Experimental BeiDou
(BeiDou - 1) é composto por satélites geoestacionários e em órbita inclinada
geossíncrona, formando um RNSS (Regional Navigation Satellite System - sistema
regional de navegação por satélite) ao redor da China; e a segunda geração do
sistema, chamada oficialmente de sistema de navegação por satélite BeiDou (BDS),
também conhecidos como Compass (bússola) ou BeiDou - 2, é composta por satélites
em órbita média inclinada para cobertura global, similar aos demais sistemas GNSS
(GROVES, 2007).
O sistema experimental BeiDou -1 foi encerrado no final de 2012. O BeiDou - 2
tornou-se operacional na China em dezembro de 2011, com 10 satélites em órbita, e
começou a oferecer serviços aos clientes na região da Ásia e do Pacífico em
dezembro de 2012. Está previsto para começar a servir de forma global após a sua
conclusão em 2020 (GUZATTO et al, 2016). O sistema completo incluirá pelo menos
35 satélites, sendo 5 geoestacionários e 30 de órbita média, como mostra a Figura 15
(IAC, 2019). Estes satélites geossíncronos acompanharão o movimento de rotação da
Terra, variando apenas na latitude, com um plano orbital a 55º do plano do equador,
e permitirão o posicionamento tri-dimensional, oferecendo cobertura completa do
globo (GUZATTO et al, 2016).
Fonte: https://www.glonass-iac.ru/en/guide/beidou.php
43
Em meados de 2015, a China iniciou o desenvolvimento do sistema BeiDou de
3ª geração (BDS-3), que oferecerá um serviço de navegação totalmente global até
2020. Em 2015/2016, foram lançados cinco satélites de validação em órbita BDS-3S.
A construção da constelação operacional BeiDou -3 que começou em novembro de
2017 (IGS, 2019). O status atual da constelação (regional e global) pode ser obtido no
seguinte endereço eletrônico: http://mgex.igs.org/IGS_MGEX_Status_BDS.php.
Existem dois tipos de serviço, um gratuito para os civis, com precisão de
localização de 10 metros e outro licenciado para o governo chinês e militares, com
precisão de localização de 10 centímetros, que pode ser usado para a comunicação,
e fornecerá informação sobre o estado do sistema para o utilizador (GUZATTO et al,
2016).
O uso combinado dos sistemas oferece diversas vantagens para o
posicionamento, tais como melhorar a precisão em áreas com visibilidade restrita,
melhoria da qualidade no posicionamento isolado (absoluto), maior possibilidade de
obter boa geometria no rastreio e verificação dos resultados obtidos com o uso de
cada sistema separadamente (ROTHACHER, 2002; STEINGENBERGER et. al.,
2006).
Existem outros sistemas menores quem compõem o GNSS, como os locais
IRNSS/NAVIC (Indian Regional Navigational Satellite System), QZSS (Quasi-Zenith
Satellite System) e os de aumento GNSS (SBAS, GBAS, A-GPS e IPS), porém só
serão detalhados os sistemas globais, mais influentes na obtenção de
posicionamento. A Tabela 1 mostra um resumo das características mais relevantes
dos principais integrantes do sistema GNSS.
Tabela 1 - Características principais dos sistemas GNSS.
Parâmetros GLONASS GPS Galileo Compass
Nº. de satélites final/atual
24/24 24/32 30/10 35/15
Planos orbitais 3 6 3 3/3/1
Inclinação 64.8° 55° 56° 55,5°
Altitude (MEO) 19100 km 20233 km 23600km 21500 km
Frequências (MHz)
L1: 1597-1617 L2: 1240-1260 L3: 1201-1221
L1: 1575,42 L2: 1227,60 L5: 1176,45
E1: 1575,42 E5B: 1207 E5A: 1176
B11: 1561,098 B21: 1207,14
P Code MHz 5.11 10.23 10,23 10,23
Efemérides P, V, T Kepleriana Kepleriana Kepleriana
Identificação dos satélites
FDMA/CDMA CDMA CDMA CDMA
Fonte: Autora, 2019.
44
2.3.3. Métodos de posicionamento
As técnicas de posicionamento utilizando GNSS podem ser classificadas como
estáticos (objeto a ser posicionado está em repouso) e cinemáticos (objeto a ser
posicionado está em movimento), dependendo do movimento da antena, ou em tempo
real (estimativa da posição da estação de interesse ocorre praticamente no mesmo
instante em que as observações são coletadas) e pós-processado (as posições dos
pontos em que os dados foram coletados são estimadas em um processamento
posterior). Quanto à utilização ou não de uma estação de referência, podem ser
classificadas em posicionamento relativo e posicionamento absoluto (autônomo ou
por ponto), respectivamente (IBGE, 2008).
A partir destes surgem suas derivações como: Posicionamento por Ponto
Preciso (PPP), Relativo Estático, Relativo Cinemático, Levantamento em Tempo Real
(RTK - Real Time Kinematic), correções diferenciais (DGPS - Differential Global
Positioning System), dentre outros (SEEBER, 2003; MONICO, 2008).
2.3.3.1. Posicionamento absoluto por Ponto Simples (PPS)
No posicionamento absoluto (PPS), as coordenadas de um ponto são
determinadas diretamente em relação ao centro de massa da Terra (geocentro), ou
seja, a posição do ponto é determinada no referencial vinculado ao sistema de
coordenadas dos satélites, que no caso do GPS, é o WGS-84 G1762, no caso do
GLONASS, é o PZ90.11 e etc. (GUZATTO et al, 2016). Este método utiliza apenas
um receptor que recebe dados, exclusivamente do código C/A na portadora L1,
resultando em baixa precisão, uma vez que utiliza somente a observável
pseudodistância, que apresenta erros de ordem métrica, assim os erros envolvidos
(orbitais, dos relógios dos satélites e do receptor, centro de fase da antena, dentre
outros) se propagam diretamente às coordenadas que se deseja estimar (MONICO,
2008).
2.3.3.1.1. Posicionamento por ponto preciso (PPP)
O PPP refere-se à obtenção da posição de uma estação com acurácia
centimétrica, seja com estimativa próxima do tempo real (latência5 de poucos
segundos) ou no modo pós-processado (MARQUES, 2012). O PPP fornece a
depuração dos erros e consequentemente uma melhor precisão, pois utiliza código
5 Período de inatividade entre o estimulo e a resposta por ele provocada (MARQUES, 2012).
45
C/A (pseudodistância) e/ou fase de batimento da onda portadora para a determinação
das coordenadas em relação ao referencial WGS84 (World Geodetic System 1984)
(MONICO, 2008). Isto se deve a coleta de dados por receptores de simples, dupla, ou
tripla frequência, utilizando efemérides precisas para a correção dos erros de órbita e
do relógio dos satélites, cujo referencial do ponto será o ITRF (International Terrestrial
Reference Frame – rede de referência terrestre internacional) vigente (GUZATTO et
al, 2016).
Existem diversos serviços de PPP disponíveis online como: JPL
(http://apps.gdgps.net/index.php); NRCan (http://csrsjava.geod.nrcan.gc.ca/csrsicp/C
srsLogin?userlang=en); GAPS da UNB (http://gaps.gge.unb.ca/); OPUS
(http://www.ngs.noaa.gov/OPUS/); AUPOS (http://www.ga. gov.au/bin/gps.pl);
SOPAC (http://sopac.ucsd.edu/cgi-bin/SCOUT.cgi); GEGE; e o mais conhecido IBGE
(https://ww2.ibge.gov.br/home/geociencias/geodesia/rbmc/rbmcpesq.shtm?c=9).
2.3.3.2. Posicionamento relativo
No posicionamento relativo, as coordenadas são determinadas com relação a
um referencial materializado por um ou mais vértices com coordenadas conhecidas,
deste modo, são necessários dados de dois ou mais receptores (GUZATTO et al,
2016). Porém, com a existência de Sistemas de Controle Ativos (SCA), o usuário pode
dispor de apenas 1 receptor, ou seja, a estação com coordenadas conhecidas (base)
é ocupada por um receptor, enquanto outro receptor é utilizado simultaneamente no
ponto cujas coordenadas deseja-se estimar, é imprescindível que dados dos mesmos
satélites sejam coletados por no mínimo 2 receptores (IBGE, 2008).
O princípio básico desta técnica é minimizar os erros envolvidos no
posicionamento GNSS em função da diferença entre as observações enviadas
simultaneamente pelos satélites comuns a ambos os receptores (IBGE, 2008). O
método de posicionamento relativo é classificado de acordo com o tempo de rastreio
para obtenção dos dados e subdivide em: posicionamento relativo estático, estático
rápido, semicinemático, cinemático, DGPS, diferencial pós-processado e RTK
(SEEBER, 2003; MONICO, 2008).
2.3.3.2.1. Posicionamento relativo estático
De maneira geral, no posicionamento relativo estático o receptor da base e os
pontos, cujas coordenadas desejam-se estimar, são ocupados por cerca de 20
46
minutos a algumas horas, dependendo da geometria local e do comprimento do vetor
linha base formado entre a base e o ponto ocupado denominado de rover, conforme
estabelece a Norma Técnica para Georreferenciamento de Imóveis Rurais (NTGIR)
do Instituto Nacional de Colonização e Reforma Agrária (INCRA). É o método que
permite obter as melhores precisões sendo assim, sendo utilizado na medição de
linhas de bases curtas (até 20 km) e longas (maiores que 100 km), redes geodésicas,
etc. (INCRA, 2010).
2.3.3.2.2. Posicionamento relativo estático rápido
O posicionamento relativo estático rápido caracteriza-se, principalmente, pela
duração de espera em cada ponto ser menor, entre 5 a 20 minutos, sendo apropriado
à solução de linhas de bases curtas (distância entre a estação de referência e o ponto)
(MONICO, 2008).
2.3.3.2.3. Posicionamento relativo semicinematico
O posicionamento relativo semicinemático (stop and go), é uma técnica de
posicionamento semelhante ao método estático rápido, mas o tempo de permanência
em cada estação é bem menor, uma vez que o receptor fica parado alguns segundos
sobre o ponto (stop) e em seguida é deslocado ao próximo ponto (go) visando a
solução da ambiguidade (MONICO, 2008).
2.3.3.2.4. Posicionamento relativo cinemático
O posicionamento relativo cinemático é um método no qual o receptor base fica
parado enquanto que o receptor rover dos pontos a se determinar desloca-se entre
estes durante toda a sessão (MONICO, 2008). Deste modo, no levantamento
cinemático a trajetória entre a base e o destino desejado é descrita por uma série de
pontos, também denominada de nuvem de pontos, sendo, ideal ao levantamento de
detalhes em campo. Para tanto, é necessário ajustar a taxa de gravação de acordo
com a velocidade de caminhamento, ou seja, a uma taxa de poucos segundos.
2.3.3.2.5. Posicionamento diferencial DGPS
No método de posicionamento DGPS, uma estação em movimento é
posicionada em relação a uma estação de referência (fixa), associada a correções
diferenciais, geradas em tempo real pela estação de referência e enviadas a estação
rover, equipamento que ocupará os pontos cujas coordenadas se deseja determinar,
47
por meio de um sistema de comunicação, utilizando a correção pós-processada dos
dados por meio da observável pseudodistância obtida partir do código C/A, (INCRA,
2010).
2.3.3.2.6. Diferencial pós-processado
No posicionamento relativo diferencial pós-processado um receptor é mantido
coletando dados na estação de referência, enquanto os demais receptores percorrem
a região de interesse (MONICO, 2008).
2.3.3.2.7. RTK - Real Time Kinematic
O método RTK se assemelha ao DGPS, porém a observável utilizada é a fase
da onda portadora e as coordenadas são obtidas em tempo real via link de rádio entre
a estação base e os rovers (INCRA, 2010). Para os casos em que não há necessidade
de posicionamento em tempo real, é possível utilizar efemérides precisas e as
correções para os relógios dos satélites produzidos pelo IGS, ambos com alta
precisão (MONICO, 2008).
2.3.4. Formatos de arquivos GNSS
Cada fabricante de receptores possui formatos próprios de armazenamento e
transferência de arquivos GNSS. Desta forma, para facilitar o intercâmbio de dados
dos diferentes receptores GNSS, foi desenvolvido o formato RINEX (Receiver
INdependent EXchange format), o qual consiste de três tipos de arquivos: arquivo de
observações (extensão .o); arquivo de dados meteorológicos (extensão .m) e arquivo
de mensagens de navegação ou efemérides transmitidas (extensão .n para GPS,
extensão .g para GLONASS, extensão .e para Galileo, extensão .c para
BeiDou/Compass, extensão .j para QZSS, extensão .i para IRNSS, extensão .s para
SBAS). Cada arquivo contém em seu cabeçalho o vértice, o receptor, informações da
antena, tempo e intervalo de rastreio e informações das observáveis, seguido
mostrando os dados de rastreio (LIMA, 2018).
Ressalta-se que os dados de observação, contendo as distâncias satélite-
receptor em todos os sistemas GNSS (pseudodistâncias dos códigos e fases das
portadoras), podem resultar em arquivos de grande extensão, especialmente para
sessões de rastreio longas. Desta forma, foi desenvolvido o algoritmo de compressão
HATANAKA desenvolvido pelo pesquisador japonês Yuki Hatanaka, do Geospatial
Information Authority of Japan (GSI), que consiste na compactação do arquivo de
48
dados brutos GNSS (.d), permitindo uma redução significativa do tamanho do arquivo.
(HATANAKA, 2008).
2.3.5. Efemérides transmitidas e efemérides precisas
As efemérides são essenciais para obter a posição de um receptor GNSS, pois
armazenam as coordenadas (posições), calculadas através da distância até os
satélites (interpolação), tornando possível determinar a posição de cada satélite
GNSS em um determinado instante (MONICO, 2008). Elas são produzidas e
fornecidas gratuitamente pelo site do IGS, podendo ser de quatro formas: preditas,
ultra-rápidas, rápidas e finais. Mais detalhes sobre cada tipo de efeméride do IGS
(International GNSS Service – serviço GNSS internacional) podem ser obtidos no
seguinte endereço eletrônico: http://www.igs.org/products.
Para obter alta precisão no posicionamento, recomenda-se a utilização de
efemérides precisas. As efemérides precisas de órgãos como o IGS, ao contrário das
efemérides transmitidas, não são fornecidas no formato RINEX, mas em um formato
denominado SP3 – Standard Product 3 (extensão .sp3), contendo, em geral, a
identificação, coordenadas e erro do relógio de cada satélite dos diferentes sistemas
GNSS (CARARO, 2011).
2.3.6. Rede Brasileira de Monitoramento Contínuo dos Sistemas GNSS
O sistema geodésico brasileiro (SGB) é um sistema definido caracterizado por
um conjunto de pontos geodésicos implantados na superfície territorial, determinado
por procedimentos operacionais e com coordenadas calculadas segundo modelos
geodésicos de precisão compatível com a finalidade a que se destinam (FORTES et
al., 1989). O IBGE (Instituto Brasileiro de geografia e Estatística) é o órgão nacional
oficial responsável pela definição, implantação e manutenção do SGB. O maior
avanço na área da geodesia dado pelo IBGE foi o estabelecimento de uma rede de
monitoramento ativo, a RBMC.
Segundo IBGE (2010), o estabelecimento da Rede Brasileira de Monitoramento
Contínuo dos sistemas GNSS (RBMC) foi iniciado no final do ano de 1996, sendo a
estação PARA (Curitiba, PR), atualmente UFPR a primeira a ser oficialmente
instalada. Com a adoção oficial do Sistema de Referência Geocêntrico para as
Américas – SIRGAS2000, no Brasil em 2005, a RBMC assumiu um papel de grande
importância, sendo a Rede de Referência do novo referencial geodésico (IBGE, 2010).
49
Figura 16 - Situação das estações da RBMC.
Atualmente, a RBMC fornece todas as observáveis rastreadas pelos
receptores, ou seja, contém todas as observáveis rastreadas das constelações GPS,
GLONASS, GALILEO, Beidou e SBAS, seus arquivos são disponibilizados no formato
de compressão Hatanaka. Atualmente existem 151 estações operacionais, possuindo
funcionamento contínuo com coordenadas precisamente conhecidas e monitoradas
através de processamento semanal dos seus dados (Figura 16) (IBGE, 2019).
Fonte: Adaptado do IBGE, 2019.
2.4. Topografia
O processamento fotogramétrico automático pode ser concluído apenas com
as posições dadas pelo sistema GNSS, mas para garantir uma boa precisão é
pertinente o uso de pontos de controle e pontos de checagem para o controle de
qualidade (PIX4D, 2013). Estes pontos podem ser obtidos através de técnicas de
topografia.
Segundo Loch (2000), a topografia consiste no “conhecimento dos
instrumentos e métodos que têm por finalidade determinar o contorno, dimensão e
posição relativa de uma porção limitada da superfície terrestre, sem levar em conta a
curvatura resultante da sua esfericidade”. Nestas condições, faz-se necessário um
levantamento que se incumbe de proceder todas as operações necessárias para
alcançar os objetivos da topografia, isto é, a medição de ângulos e distâncias e a
execução dos cálculos indispensáveis para representar, fielmente os elementos
colhidos no terreno (LOCH, 2000).
A estação total é provavelmente um dos equipamentos topográficos mais
50
populares e de maior importância para os levantamentos topográficos (WOLF, 1983).
É um instrumento eletrônico utilizado na obtenção de ângulos, distâncias,
coordenadas e cotas, sem a necessidade de anotações, podendo transferir os dados
para um computador através de softwares específicos (COELHO JR et al., 2014).
A planialtimetria é a parte da topografia que estuda o terreno levando em
consideração as dimensões, coordenadas planimétricas (coordenadas X e Y) e
altimétricas (coordenada Z) (COELHO JR et al., 2014). Dentre os métodos de
levantamento tem-se a irradiação. Neste método o equipamento fica estacionado
sobre um ponto (Ponto A) e faz-se a “varredura” dos elementos de interesse próximos
ao ponto ocupado (Ponto B e C), medindo direções e distâncias para cada elemento
a ser representado, assim as coordenadas dos pontos são identificadas (VEIGA et al.,
2007).
Figura 17- Levantamento por irradiação.
Fonte: Domínio Público, 2019.
3. HISTÓRICO DA CIDADE
Belém do Pará é uma cidade histórica com muitos monumentos que merecem
ser preservados, uma vez que a cidade nasceu da necessidade de se organizar um
certo espaço no sentido de integrá-lo e aumentar sua independência visando a
sobrevivência do grupo no lugar e o rompimento do isolamento das áreas. O uso e a
ocupação da cidade de Belém pelos portugueses no início do século XVII obedeceram
a esta lógica, pois o centro irradiador de sua expansão partiu do que hoje é conhecido
como Forte do Presépio localizado no Complexo Feliz Lusitânia, delineando as
direções para onde a cidade distinguiria o lineamento de suas primeiras ruas
(ARAUJO JUNIOR; AZEVEDO, 2012).
Assim, a fundação da cidade de Belém do Pará ocorreu em 12 de janeiro de
1616 por Francisco Caldeira Castelo Branco com o intuito de proteger e ocupar a foz
51
do rio Amazonas, limite que divide os Estados do Brasil e Peru, contra os ingleses e
holandeses (HISTÓRIA DE BELÉM, 2018).
A política portuguesa, visando ao exercício de sua soberania no mundo físico-
político imerso que estava criando, firmou-se com a ereção de pequenas fortificações,
que representavam o poder militar dos portugueses e asseguravam o exercício de sua
soberania com maior segurança. O fortin do Presépio construído em 1616 por
Francisco Caldeira Castelo Branco e origem do núcleo urbano que é hoje a cidade de
Belém, foi o início dessa política de fortificações (REIS, 1989).
Em Belém, há muitas construções inspiradas na estética francesa que datam
do século XVIII, período intitulado belle époque, o qual brilhou em decorrência da
produção da borracha na Amazônia. Junto à arquitetura há praças públicas, como a
Praça Brasil, atualmente Praça Santos Dumont, que guardam riquezas naturais como
monumentos públicos materializando a memória de um fato histórico. Como exemplo
e estudo do trabalho tem-se o “Monumento ao Índio”, uma estátua de um índio guarani
em bronze, tamanho natural, sobre um pedestal de granito, com altura aproximada de
quatro metros (COSMO, 2018).
3.1. Área de interesse
Figura 18 - Mapa de localização do objeto de estudo.
Fonte: Autora, 2019.
52
A área de estudo mostrada acima (Figura 18) está localizada no Município de
Belém (PA), que possui aproximadamente 1.059,458 km², sendo a população
estimada em 1.485,732 habitantes (IBGE, 2018). O monumento utilizado no trabalho
se encontra no bairro do Umarizal, zona centro-sul (Distrito Administrativo de Belém).
3.1.1. Abordagem histórica
O Monumento ao Índio (Figura 19) foi inaugurado em 1º de maio de 1933,
porém a sua odisseia começou em 1905, quando a estátua foi encomendada, na
Alemanha, por Francisco Monteiro, o qual era um dos herdeiros de uma das maiores
lojas de ferragens da época chamada “loja Guarani”. A estátua foi pensada como uma
homenagem ao estabelecimento que foi assim intitulado em tributo ao escritor José
de Alencar e ao Maestro Carlos Gomes por serem os criadores das obras intituladas
“O Guarani”. A estátua do índio de bronze chegou a Belém ao final de 1906 e foi fixada
na parte central externa, sobre cantoneiras de ferro, da loja Guarani e posteriormente
foi colocada na Praça Brasil (COSMO, 2018).
Figura 19 - Monumento ao Índio
Fonte: Autora, 2019.
O Monumento ao Índio na Praça Brasil representa a resistência nativa, pois foi
preciso conquistar territórios indígenas, extinguir povos inteiros e reduzir a babel
linguística ao império de Portugal para construir a região. A memória do índio da Praça
53
Brasil, retoma um passado conhecido com a paz do Nheengaíbas (Marajoaras), feito
histórico onde mostra como os colonizadores e missionários conquistaram o território,
deixando ao relento os verdadeiros amazônicas (PORTAL VERMELHO, 2009).
O monumento está sob um pedestal, como uma figura imponente de um índio
com um olhar como que desafiasse o horizonte. Em pé, corpo esguio, a perna direita
pendendo para frente, na altura do joelho, aparentando ter seu andar congelado por
um encanto. Já a perna esquerda permanece firme e ereta. Na mão esquerda, segura
supostamente uma lança, pronto para enfrentar qualquer ameaça e na mão direita
está um objeto não identificado. Na cabeça, tem um cocar com formas de penas de
tamanhos diferentes, sendo umas maiores e outras menores intercaladas e no
pescoço há um colar aparentemente na forma de dentes de animais. Possui nos
membros superiores e inferiores, adereços semelhantes a braceletes, do mesmo
material que, na cintura possui, uma espécie de tanga de penas (COSMO, 2018).
O pedestal é feito de granito, cuja arquitetura é de pedras em forma aproximada
de cubos assemelhando-se a uma pequena torre, havendo quatro objetos cravados
frontalmente, onde de cima para baixo são os seguinte: um suposto símbolo, que
infelizmente, já não existe no lugar, duas placas, uma de mármore e a outra de
material semelhante ao aço, e um disco de ferro, nos quais estão descritos o ano de
inauguração, o interventor Federal Major Magalhães Barata, e o prefeito municipal
Abelardo Conduru. Na placa frontal há o nome da Praça e a dedicação ao Marechal
do ar, Alberto Santos Dumont, na lateral direita há um brasão de armas do Estado do
Pará e na esquerda o brasão de armas de Belém e uma placa circular destacando a
reconstrução da Praça Brasil e na parte posterior, observa-se dano ao pedestal e a
ausência de um possível símbolo (COSMO, 2018).
4. MATERIAL E MÉTODOS
O trabalho desenvolvido pode ser dividido em três etapas: levantamento
bibliográfico para embasamento teórico, coleta de dados em campo e processamento
dos dados coletados em laboratório.
4.1. Levantamento bibliográfico/documental
Detectou-se a necessidade da pesquisa bibliográfica no momento em que se
fez uso de materiais já elaborados: livros, artigos científicos, revistas, documentos
eletrônicos e enciclopédias na busca e alocação de conhecimento sobre
54
fotogrametria, geoprocessamento, cartografia etc. como ferramenta para a tomada
de decisões sobre as técnicas mais apropriadas para a elaboração do presente
estudo. A análise de textos variados com informações direcionadas para o
conhecimento dos termos e técnicas utilizados é de extrema importância.
4.2. Material
O principal equipamento utilizados para aquisição das imagens neste trabalho
foi o drone Mavic 2 PRO (cedido pelo professor e orientador Jamer Costa). O drone
(Figura 20), desenvolvido pela empresa DJI, é um modelo do tipo quadricóptero
(quatro hélices), equipado com câmera HASSELBLAD 4K, sensor óptico de 1” CMOS
que permite a obtenção de imagens em boa resolução espacial (20 megapixels),
distância focal equivalente de 28mm f/2.8-11com possui autonomia de voo de 31
minutos (DJI, 2019).
Figura 20 - Drone Mavic 2 PRO.
Fonte: Autora, 2019.
O equipamento é controlado via controle remoto, conectado ao telefone celular,
sendo necessário um aplicativo específico para o seu controle e planejamento de voo,
dentre as várias opções, optou-se pela utilização do aplicativo Litch. Os produtos
gerados pelo drone podem ser entendidos como uma vantagem competitiva no
campo, sendo uma forma eficiente e eficaz para o monitoramento.
Para a coleta dos pontos de apoio necessários ao ajuste e verificação dos
produtos resultantes do aerolevantamento, foram utilizados dois receptores
geodésicos (GNSS) modelo R90-T na coleta dos marcos, e a Estação Total modelo
RTS-822R5 para o levantamento dos pontos de apoio, ambos da marca chinesa
55
RUIDE (Figura 21) e cedidos pelo laboratório de topográfica, pertencente a
Universidade Federal Rural da Amazônia - Campus Belém.
Figura 21 - Equipamentos: A – Receptor GNSS e B – Estação Total.
Fonte: Autora, 2019.
Para o processamento dos pontos coletados e das fotos obtidas foram
utilizados os softwares, RNXCMP, Topcon Tools, MapGeo 2015, Datageosis, Agisoft
Metashape entre outros.
4.2.1. Softwares
São necessários vários softwares para o planejamento da missão, para controle
durante o voo e para o processamento fotogramétrico. Para as etapas de
planejamento e realização (controle) do voo e posterior processamento dos dados,
foram utilizados, respectivamente, os seguintes aplicativos:
4.2.1.1. Litchi
É um aplicativo para planejamento de voo e aquisição das imagens. Trata-se
de um substituto para o DJI GO, mas com mais funções, como a função orbit (utilizada
neste trabalho), permite a parametrização do plano de voo em função da resolução
desejada para as imagens, definição da altura de voo, linhas de voo e etc. Possui um
módulo de controle do voo em formato de aplicativo, compatível com o dispositivo de
controle do RPAS, no caso, um smartphone conectado ao rádio controlador do drone
(FLYLITCH, 2019).
4.2.1.2. RNXCMP
É um software para compressão/restauração de arquivos de observação
56
RINEX desenvolvido por Y. Hatanaka. Ele converte arquivos de observação GNSS do
formato RINEX (versão 2.x ou 3.x) para um formato compactado (o formato
CompactRINEX, ou frequentemente chamado de formato compactado por Hatanaka)
e vice-versa. Este formato é frequentemente usado para trocar dados de observação
GNSS através da internet (HATANAKA, 2008).
4.2.1.3. To RINEX
É um utilitário da Trimble que converte arquivos de medição GNSS nos
formatos TGD, DAT, T01, T02, r17, r27 ou .cap, podem incluir observações de GPS
L2C e / ou GLONASS, para os formatos RINEX (versão 2.x ou 3.x) (UNAVICO, 2011).
4.2.1.4. Topcon Tools
É um programa de pós-processamento e ajuste de dados coletados com
GNSS, Estação Total, RTK entre outros, fornece dados personalizados e rotinas de
tratamento automatizadas, que permite o processamento dos dados GPS/GLONASS
estáticos e cinemáticos, análise numérica dos dados, ajustamento de redes, geração
de relatórios e exportação dos dados para vários softwares de GIS, Google Earth,
Tabular, CAD, e 3D (TOPCONCARE, 2019).
4.2.1.5. MAPGEO2015
É um programa brasileiro desenvolvido pelo IBGE com intuito de determinar a
ondulação geoidal (N) - diferença entre as superfícies do geoide e do elipsoide- a fim
de converter a altitude advinda do receptor GNSS (h), referente a um elipsoide com
dimensões específicas, em altitude ortométrica (H), relacionada ao nível médio do
mar, o geoide (IBGE, 2009). Esta elação pode ser vista na formula abaixo (Figura 22).
Figura 22 - Formula pra identificação da altitude ortométrica.
Fonte: IBGE, 2009.
57
4.2.1.6. DataGeosis
É um software desenvolvido pela empresa Alezi Teodolini para executar o
trabalho de Campo no escritório com agilidade e rapidez. O programa importa diversos
tipos de arquivos de estações totais e ainda de alguns receptores de GPS, a empresa
fornece a versão DEMO para estudantes (BORGES, 2010).
4.2.1.7. Agisoft Metashape
É um programa independente para processamento fotogramétrico de imagens
digitais obtidas no aerolevantamento. Integra os dados obtidos de pontos de controle
e de imagens para gerar modelos ajustados de terreno, superfície, ortomosaico e
modelos 3D para uso em aplicações GIS, documentação de patrimônio cultural e
produção de efeitos visuais, bem como para medições indiretas de objetos de várias
escalas. O Metashape prova produzir resultados precisos e de qualidade (AGISOFT
LLC, 2018).
4.2.1.8. QGis
É um software de Sistema de Informação Geográfica (SIG) livre e versátil para
integração e processamento de dados geográficos. Pode ser utilizado tanto para
formatos vetoriais quanto matriciais e apresenta diversas funcionalidades, como
visualizar, criar, editar, analisar dados e compor mapas imprimíveis (MMA, 2019).
4.3. Métodos
4.3.1. Reconhecimento da área
O primeiro passo é analisar a área, é prudente faze-lo em duas etapas: a
primeira utilizando o Google Earth, para a identificação geográfica do local visando o
reconhecimento de estacionamentos, espaços livres para a locação dos
equipamentos, boa visualização do alvo e também a periculosidade inerente. A
segunda etapa consiste na análise in loco, com a identificação de possíveis barreiras,
como galhos de árvores, postes, fios elétricos, transeuntes e quaisquer outras
interferências que sejam capazes de interferir na execução do voo ou da coleta de
pontos.
Deste modo, se atingindo resultados satisfatórios nas etapas de
reconhecimento da área, dar-se-á início ao processo de coleta de dados, objetivando
obtê-los de maneira rápida, prática e acurada.
58
4.3.2. Coleta de dados
4.3.2.1. Aquisição das imagens
Para obter-se as imagens de forma precisa e a contento, são necessários os
seguintes processos:
4.3.2.1.1. Elaboração do plano de voo
O planejamento de voo se trata de uma das etapas mais essenciais de um
levantamento aerofotogramétrico. Nesta etapa serão definidas as variáveis que irão
orientar todos os passos futuros e ajudar a obter o sucesso no levantamento. É
importante que seja feito o reconhecimento da área assim como sua delimitação,
indicando o perímetro de interesse, local de lançamento e pouso na aeronave, direção
do vento, altitude e velocidade de voo e o grau de sobreposição das imagens.
O processo para elaborar o plano de voo iniciou com a obtenção do tamanho
do alvo, altura e área que o monumento ocupa. A partir disso e tendo em vista o
método escolhido para a captura das imagens (oblíquas convergentes) pode-se a
altura do voo, velocidade do drone, número de faixas de voo necessárias para o
recobrimento do alvo, intervalo entre as fotos e a autonomia de cada voo.
Os valores acima descritos foram adquiridos através de cálculos matemáticos,
os resultados obtidos, os dados necessários para tal foram retirados do guia rápido
sobre o drone utilizado no levantamento (Mavic 2 PRO) fornecido pela empresa DJI
(Anexo A) e os valores do equivalentes ao a extensão e altura do alvo foram obtidos
com auxílio de trenas e do próprio drone.
Para saber o valor do raio de voo foi necessário primeiramente calcular a área
do monumento, para que a tomada de fotos o atingir-se por inteiro (Tabela 2).
Tabela 2 - Área do monumento (considerando-o como um cilindro).
DADOS (m)
Altura do monumento (h) 9
Raio do monumento(r) 1,5
RESULTADOS (m²)
Área da base 7,068583471
Área lateral 84,82300165
Área total 98,96016859
Fonte: Autora, 2019.
De posse dos dados acima (Tabela 2) foi possível determinar os parâmetros
59
para a execução do voo. Estes podem ser vistos abaixo (Tabela 3).
Tabela 3 - Parâmetros de voo.
DADOS RESULTADOS
Raio do Voo - função orbit (m) 5 Área lateral do voo (m²) 345,5752
Altura máxima do voo (m) 11 Vertical Distância entre as fotos 6°/s
Altura media do voo (m) 8 Baixo obliqua Avanço lateral (°) 12
Altura mínima do voo (m) 5 Baixo obliqua Nº de faixas 3
Velocidade do drone 2°/s Circunferência (°) 360
Autonomia de voo (min) 31 Fonte: Autora, 2019.
Como indicado, o voo foi realizado em 3 alturas diferentes, sendo que a
geometria dos 2 voos mais baixos é “baixo obliqua” e a do voo mais alto é “vertical”,
garantido assim, a superposição longitudinal de quase 100%. Por ser um voo em
orbita, as imagens são convergentes (foco em um mesmo ponto – o centro do
monumento) a superposição lateral também é de quase 100%. Devido ao avanço
lateral de 12°, foram retiradas 30 fotos em cada altura a uma velocidade de 2°/s, e
uma imagem do topo do monumento, um esboço das distancias entre as fotos e a
superposição pretendidas podem ser vistos na Figura 23.
Fonte: Autora, 2019.
Figura 23 - Ilustração da tomada de fotos durante o voo.
60
4.3.2.1.2. Execução do voo
Feito o planejamento prévio, será feito o deslocamento para o local do
monumento escolhido na cidade de Belém/PA, onde iniciará o voo. Ao chegar em
campo, é importante isolar a área de voo, analisar as reais condições climáticas ou
que fujam do planejado no plano predefinido e verificar o estado do equipamento e
das baterias para que não haja problemas futuros. No aplicativo Licthi (Figura 24),
onde é possível desempenhar o planejamento das missões automaticamente, foram
inseridos, durante da configuração do voo, os valores do obtidos na Tabela 3.
Figura 24 - Visualização da interface do aplicativo.
Fonte: Autora, 2019.
Para recobrir de forma uniforme o alvo, foi escolhida a função orbit, que oferece
a opção de escolher um ponto de interesse e a partir dele executar o voo em uma
circunferência perfeita e raio a escolha do operador, para este caso utilizou-se um raio
de 5 metros, pois a esta distância os riscos de colisão com pedestres, árvores e
construções próximas eram reduzidos significantemente.
4.3.2.1.3. Acompanhamento do voo
O acompanhamento em solo (Figura 25) é imprescindível, seja por um
notebook ou smartphone, para a verificação dos parâmetros de voo como: altitude,
velocidade da aeronave, velocidade do vento e estabilidade para assegurar a
qualidade das fotos. Caso haja, durante o voo, algum imprevisto que fuja do
planejamento, a operação poderá ser cancelada e refeita.
61
Figura 25 - Acompanhamento do voo (teste).
Fonte: Autora, 2019.
Durante a realização do voo, houveram alguns imprevistos como a chuva, que
acarretou na paralização temporária da aquisição de fotos e também os fortes ventos
durante o voo na maior altitude (11 metros), que dificultou a de imagens de qualidade
na referida orbita, assim as imagens feitas nesta altitude foram excluídas e refeitas.
4.3.2.2. Aquisição de pontos de apoio
Alves Junior et al. (2015), que trabalharam com modelos de ortomosaicos de
validação e superfície digital de RPA’s, concluíram que há necessidade de pontos de
apoio para a geração de produtos cartográficos a partir de fotografias aéreas de
RPA’s. Sendo assim, os pontos foram obtidos de duas maneiras: com GNSS e com
Estação Total.
4.3.2.2.1. Através do GNSS
Para o levantamento dos pontos de apoio utilizando Estação Total, é
imprescindível, para garantir alta precisão, partir de coordenadas conhecidas.
Portanto, a locação de marcos é essencial, ela foi realizada com o uso do GNSS
62
(Figura 26). Devido à localização próximo a arvores e prédios, cada ponto coletou
durante cerca de 45 minutos, tendo em vista a redução de erros devido ao
multicaminhamento.
Figura 26 - Coleta de pontos GNSS para os marcos, vante (A) e ré (B).
Fonte: Autora, 2019.
A localização dos marcos (Figura 27) foi determinada de acordo com as
condições físicas do local, ou seja, que não obstruísse a passagem de pedestres e
nem prejudicasse a paisagem natural, aliados a boa visualização dos alvos e entre si.
Figura 27 - Localização dos marcos em campo (marco 1- vante e marco 2 -ré).
Fonte: Autora com imagem 3D do Google Earth, 2019.
63
4.3.2.2.2. Através da Estação Total
Com os marcos definidos, a Estação Total pôde ser locada no mesmo ponto do
marco 1, para a coleta dos pontos de apoio (Figura 28). Foram determinados 20
pontos de apoio (15 de controle e 5 de check) através do método de irradiação, sem
a utilização do prisma. Estes pontos foram escolhidos segundo os critérios do item
2.2.8, sendo todos foto identificáveis e distribuídos na intercessão de faixas de voo,
visando a posterior orientação dos produtos a um referencial comum (Figura 29).
Figura 28 - Estação estacionada no marco 1.
Fonte: Autora, 2019.
Figura 29 - Exemplo de alguns dos pontos de apoio entre faixas.
Fonte: Autora, 2019.
64
4.4. Tratamentos de dados
A diferença de escala de uma imagem ocorre no momento em que o sensor
captura a resposta espectral de objetos morfologicamente distintos e elevações acima
ou abaixo do terreno médio, o que gera imagens em diferentes escalas e com algumas
distorções, tornando necessário correções (JENSEN, 2009). Assim, faz-se necessário
o processamento dos dados obtidos em campo.
A finalidade do processamento de fotografias aéreas com o software Agisoft
Metashape é de construir um modelo 3D da área de interesse. A realização do
processamento das imagens adquiridas em campo e a construção do modelo 3D da
área desenvolveram-se em duas etapas (pós-processamento dos pontos de apoio e
pós-processamento das imagens), apresentadas a seguir.
4.4.1. Pós-processamento dos pontos de apoio
O processamento dos pontos se deu por meio do software TopconTools, este
procedimento, em âmbito geral, consistiu-se no download e descompactação dos
arquivos para posteriormente no software realizar o processamento dos mesmos. As
etapas desse procedimento são apresentadas no fluxograma a seguir (Figura 30).
Figura 30 - Fluxograma das etapas realizadas.
Fonte: Autora, 2019.
65
4.4.1.1. Dados obtidos com GNSS
4.4.1.1.1. Download dos pontos coletados e descompressão
Após a coleta em campo, os dados adquiridos em formato .sth foram
descarregados para um computador e em seguida descompactados (Figura 31)
através do software To Rinex, resultando na criação de quatro novos arquivos, onde
o de observação (.O) possui as informações desejadas para o processamento.
Figura 31- Descompactação dos arquivos.
Fonte: Autora, 2019.
4.4.1.1.2. Aquisição da estação base e das efemérides
A estação base com coordenadas conhecidas confiáveis utilizada foi a BELE
(RBMC)(Figura 32) (Anexo B), pois encontra-se a menos de 5 km da área de estudo,
seus arquivos, dentre eles o de Hatanaka (.d), são fornecidos através do site:
https://www.ibge.gov.br/geociencias-novoportal/informacoes-sobre-posicionamento-g
eodesico/rede-geodesica/16258-rede-brasileira-de-monitoramento-continuo-dos-sist
emas-gnss-rbm c.html?=&t=dados-diarios-da-estacao em uma pasta compactada.
Neste caso os dados de observação (.O) foram obtidos com a utilização do software
RNXCMP.
Figura 32 - Aquisição da estação base (BELE).
Fonte: Autora, 2019.
66
Já as efemérides precisas (formato .sp3), necessárias para garantir a máxima
precisão dos pontos, foram obtidas através do site http://www.gnsscalendar.com/ (Figura
33) e não precisaram de nenhuma transformação pois o software reconhece o
formato.
Figura 33 - Aquisição dos dados das efemérides precisas.
Fonte: Autora, 2019.
Como vistos nas Figuras 32 e 33, os dados obtidos referem-se ao dia 30 de
janeiro de 2019 (dia da realização do levantamento).
4.4.1.1.3. Coordenadas resultantes
De posse dos dados convertidos, foi possível iniciar o processamento dos
pontos no software Topcon Tools. Para isso, neste projeto, adotamos o Sistema de
Projeção UTM Fuso 22 Sul, e Sistema de Referência SIRGAS2000, com unidade
linear e angular em metros e grau minuto e segundo (DMS), respectivamente. O nível
de confiança estabelecido foi de 68% (mais rigoroso).
Porém antes de iniciar o processamento, verificou-se a qualidade das
observações, eliminado as linhas de base dependente, permanecendo apenas as
linhas entre a estação base e os pontos coletados e retirando a perda de ciclo
(interferência de sinal ou perda de sinal) (Figura 34). O resultado dos pontos ajustados
está na Tabela 4.
67
Figura 34 - Visualização das linhas entre a BELE os marcos no Software.
Fonte: Autora, 2019.
Tabela 4 - Pontos GNSS ajustados.
PONTO N E ELEVAÇÃO(h) PRECISÃO
HORIZONTAL PRECISÃO VERTICAL
MARCO 1 9840936,751 779635,663 -14,654 0,023 0,032
MARCO 2 9840951,716 779638,206 -14,052 0,014 0,023
PONTO DESVIO
PADRÃO (N) DESVIO
PADRÃO (E) DESVIO
PADRÃO (Hv)
MARCO 1 0,01105 0,02028 0,0231
MARCO 2 0,00838 0,01171 0,0144 Todos os valores estão em metros.
Fonte: Autora, 2019.
As altitudes fornecidas estão referenciadas ao elipsoide, portanto a conversão
da mesma foi realizada com auxílio do software do IBGE, MAPGEO2015, obtendo-se
assim o valor da ondulação geoidal, necessária para o cálculo da altitude ortométrica
(item 4.2.1.5). Como resultado temos (Tabela 5):
Tabela 5 - Altitude ortométrica dos marcos.
Todos os valores estão em metros.
Fonte: Autora, 2019.
Foi realizado um ajuste das altitudes ortométricas dos pontos coletados com
base nos dados da RN Bujaru (Anexo C).
PONTO N E ELIPSOIDAL (h) ONDULAÇÃO GEOIDAL (N)
ALTITUDE OR-TOMÉTRICA (H)
MARCO 1 9840936,751 779635,663 -14,654 -24,96 10,306
MARCO 2 9840951,716 779638,206 -14,052 -24,96 10,908
68
4.4.1.2. Dados obtido com Estação Total
4.4.1.2.1. Download dos pontos coletados
Após a coleta em campo, os dados armazenados na Estação Total foram
descarregados para um computador através do software Datageosis (Tabela 6).
Tabela 6 - Caderneta dos pontos de apoio.
Fonte: Autora, 2019.
4.4.1.2.2. Mudança das coordenadas
As coordenadas os pontos de partida (vante e ré) foram trocadas para as
calculadas do Topcon Tools (marco 1 e 2) e a caderneta de pontos recalculada. Esta
mudança foi necessária pois a coleta de pontos com o GNSS e a Estação Total foram
feitas no mesmo dia (30/01/19), e por conta da espera pelas efemérides precisas
(cerca de 15 dias) para o processamento dos pontos GNSS a coleta dos pontos de
apoio foram a partir de coordenadas arbitrarias. A referência dos pontos obtidos foi
trocada para SIRGAS2000 zona 22 Sul no software QGIS, o resultado pode ser visto
a seguir (Tabela 7).
Tabela 7 - Nova Caderneta
PONTO LONGITUDE UTM (X) LATITUDE UTM (Y) ALTITUDE ORTOMETRICA (H)
P1 779653.840 9840932.326 10.359
P2 779655.157 9840935.047 10.360
P3 779656.542 9840931.015 10.340
P4 779654.898 9840933.840 10.718
P5 779654.793 9840933.247 11.611
P6 779655.148 9840932.197 11.629
P7 779654.325 9840932.473 10.108
P8 779655.390 9840934.395 12.693
P9 779655.809 9840931.468 10.115
P10 779655.805 9840934.588 10.132
P11 779655.917 9840932.032 13.723
P12 779655.781 9840934.037 13.396
P13 779655.075 9840932.867 15.324
P14 779655.964 9840932.211 15.461
69
P15 779655.692 9840933.806 15.374
P16 779656.056 9840933.174 16.431
P17 779655.665 9840932.684 16.951
P18 779656.031 9840933.162 17.917
P19 779655.440 9840932.880 17.909
P20 779655.793 9840933.001 17.145 Todos os valores estão em metros.
Fonte: Autora, 2019.
Dentre os 20 pontos coletados, 5 foram escolhidos para tornarem-se pontos de
verificação ou check (P4, P7, P13, P16 e P20), as nomenclaturas passaram a ser
iniciadas pela letra “C” (C1, C2, C3, C4 e C5).
4.4.2. Pós-processamento das imagens
O processamento das imagens se deu por meio do software aerofotogramétrico
Agisoft Metashape Professional, este procedimento, em âmbito geral, consistiu-se na
seleção e filtragem das imagens para posteriormente no software realizar o
processamento das mesmas. As etapas desse procedimento são apresentadas no
fluxograma a seguir (Figura 35).
Figura 35 - Fluxograma das etapas realizadas.
Fonte: Autora, 2019.
Inserção dos pontos
de Apoio
1º Alinhamento
Marcação dos Pontos 2º Alinhamento
Construção da Malha
3D
Construção da
Nuvem em Pontos
densa
c
c c
c
Calibração
Exportação
Construção do
Modelo Texturizado
Agisoft Metashape
Seleção e Filtragem
das Imagens
Obtenção das
Imagens
Obtenção dos
Pontos de
Apoio
Processamento das
Imagens
70
4.4.2.1. Calibração
Os dados de entrada no programa para a construção modelo 3D são
preparados em etapas sendo, 1ª etapa - Fotografias obtidas no voo, 2ª Etapa -
Coordenadas registradas pelo drone para cada fotografia, 3ª Etapa – reconhecimento
dos ângulos de atitude da aeronave (ângulos de Euler – Ômega, Phi e Kappa).
Estes dados são gerados automaticamente (Figura 36), pois o software
Metashape realiza a leitura das informações armazenadas nas fotografias, sendo por
exemplo, a dimensão do pixel, a distância focal, a dimensão do pixel para a orientação
automática e os centros de projeção resultantes do posicionamento do GPS embutido
no drone.
Figura 36 - Procedimento para calibração automática da câmera.
Fonte: Autora, 2019.
4.4.2.2. Mudança de coordenadas e inserção dos pontos de apoio
As imagens inseridas (Figura 37) apresentam coordenadas geodésicas (Datum
WGS 84), para a realização de medidas, é necessário a mudança de coordenadas
para UTM (Universal Transversa de Mercator), que utiliza um sistema de coordenadas
cartesianas bidimensional para dar localizações na superfície da Terra (Figura 38).
Figura 37 - Inserindo as imagens no software Agisoft PhotoScan.
Fonte: Autora, 2019.
71
Figura 38 - Coordenadas UTM zona 22 Sul.
Fonte: Autora, 2019.
Logo em seguida foram inseridos os pontos de apoio da Tabela 8, na mesma
referência das imagens (Figura 39).
Figura 39 - Procedimento para importar os pontos de apoio (controle e check).
Fonte: Autora, 2019.
4.4.2.3. Alinhamentos e pontaria dos pontos
Na primeira vez, o alinhamento foi feito com baixa precisão (Figura 40),
somente para poder apontar os marcadores nos alvos e criar coordenadas do terreno.
A precisão está relacionada com a busca dos pontos homólogos pixel a pixel, entre
as imagens com sobreposição em comum (Figura 41 e 42).
72
Figura 40 - Resultado do 1º alinhamento.
Fonte: Autora, 2019.
Figura 41 - Procedimento de identificação do ponto de controle P1.
Fonte: Autora, 2019.
Figura 42 - Procedimento de identificação do ponto de check C1 (antigo P4).
Fonte: Autora, 2019.
73
Após o 1º alinhamento das imagens e a pontaria de pontos de controle, recriar a
nuvem de pontos espaçada, através do 2º alinhamento, feito com alta precisão. A
partir disso foi feita a edição da nuvem de pontos criada, retirando os erros de
projeção, erros de reconstrução incerta (áreas com pouca superposição) e erros da
acurácia, foram retirados cerca de 10% do total de pontos gerados para cada tipo de
correção de erro. Posterior a isso, foi realizada a atualização dos dados de calibração
das câmeras.
A verificação acurácia dos pontos marcados pode ser obtidas através do
relatório de processamento.
4.4.2.4. Nuvem de pontos densa
A nuvem de pontos densa é conjunto de pontos com um sistema de
coordenadas 3D (x,y,z) conhecido (Figura 43). Sua principal função é aumentar a
quantidade de pontos, gerada no processo anterior, diminuindo os espaços vazios
para representar melhor a área mapeada.
Figura 43 - Nuvens de pontos gerada pelo software.
Fonte: Autora, 2019.
Este processo permite medições de coordenadas e cotas de um terreno,
geração de modelos digitais de elevação, imagens ortorretificadas e malhas
tridimensionais.
74
5. RESULTADOS E DISCUSSÕES
5.1. Elaboração do modelo 3D
5.1.1. Construção do modelo (Build Mesh) e da textura (Build Texture)
Depois que a nuvem de pontos densa foi reconstruída (item 4.4.2.4), foi
possível gerar um modelo de malha poligonal (modelo 3D) com base nos dados
produzidos na nuvem densa (Figura 44).
Figura 44 - Configurações para o Build Mesh.
Fonte: Autora, 2019.
A determinação do tipo de superfície como “arbitraria”, pois, é específica para
a reprodução 3D de monumentos, a fonte de dados escolhida “dense cloud” deveu-se
ao fato de apresentar o maior número de pontos, o que melhora significativamente o
resultado, se comprado com a nuvem de pontos esparsa. O software utiliza o processo
de interpolação de faces para melhorar o detalhamento do modelo, quanto maior o
nível (Low, Medium e High), maior o detalhamento.
O modelo gerado pode ser visto abaixo (Figura 45), no canto superior direito
tem-se o zoom para a melhor visualização do resultado.
75
Figura 45 - Nuvens de pontos gerada pelo software
Fonte: Autora, 2019.
Com este produto é possível representar o monumento de fora compacta, sem
ser nuvem de pontos. Porém é imprescindível a aplicação da textura (Figura 46) para
melhorar a as feições melhorar o aspecto visual do modelo.
Figura 46 - Nuvens de pontos gerada pelo software.
Fonte: Autora, 2019.
A determinação do modo de mapeamento como “adaptive orthophoto”, foi
realizado para que a texturização do objeto fosse feita com base no mosaico de fotos
(Blending mode). Para o texture size/count tem-se vários tamanhos, quanto maior o
76
valor, melhor a texturização. Em Advanced foram marcadas as duas opções, a
primeira para eliminar buracos na texturização, e a segunda para que objetos em
movimento não tenham efeito sobre a texturização.
Deste modo, o monumento foi executado de forma fiel a área de interesse
sendo possível o mapeamento tridimensional (Figura 47).
Figura 47 - Nuvem de pontos densa gerada pelo software.
Fonte: Autora, 2019.
5.2. Cálculo dos erros
De acordo com Rocha (2002) é necessário ter disponíveis produtos
cartográficos de qualidade, que atendam às reais necessidades de cada usuário. Para
que os produtos cartográficos sejam utilizados, necessita-se que sejam atuais,
completos e precisos. O processo de geração desses produtos é composto por etapas
como método de coleta de dados, a escala e simbologia de representação, e, por
consequência a precisão dos dados que retratem com fidelidade os fenômenos da
superfície.
No Brasil o Decreto nº 89.817 de 20 de junho de 1984, estabelece as
Instruções Reguladoras das Normas Técnicas da Cartografia Nacional, que define
normas e procedimentos de padronização, permitindo a avaliação e produção de
77
cartas com qualidade compatível com padrões internacionais. Este decreto apresenta
uma avaliação da qualidade do mapa quanto à exatidão, estabelecido pelo Padrão de
Exatidão Cartográfica (PEC), e classificação das cartas em Classe A, B e C (BRASIL,
1984). O Quadro 2 apresenta os parâmetros estabelecidos pela norma de qualidade
geométrica de documentos cartográficos.
Quadro 2 - Parâmetros de classificação das cartas.
Classe A
1. Padrão de Exatidão Cartográfica - Planimétrico: 0,5 mm, na
escala da carta, sendo de 0,3 mm na escala da carta o Erro-
Padrão correspondente.
2. Padrão de Exatidão Cartográfica - Altimétrico: metade da
equidistância entre as curvas de nível, sendo de 1/3 desta
equidistância o Erro-Padrão correspondente.
Classe B
1. Padrão de Exatidão Cartográfica - Planimétrico: 0,8 mm na
escala, da carta, sendo de 0,5 mm na escala da carta o Erro-
Padrão correspondente.
2. Padrão de Exatidão Cartográfica - Altimétrico: 3/5 da
equidistância entre as curvas de nível, sendo de 2/5 o Erro-
Padrão correspondente.
Classe C
1. Padrão de Exatidão Cartográfica - Planimétrico: 1,0 mm na
escala da carta, sendo de 0,6 mm na escala da carta o Erro-
Padrão correspondente.
2. Padrão de Exatidão Cartográfica - Altimétrico: 3/4 da
equidistância entre as curvas de nível, sendo de metade desta
equidistância o Erro-Padrão correspondente.
Fonte: BRASIL (1984).
Para fazer o controle de qualidade da fototriangulação foram utilizados os 5
resíduos dos pontos de check obtidos através do relatório do processamento. Assim,
foram calculadas a precisão e a tendência do processo tendo como meta o padrão de
exatidão classe A.
Calculou-se a média de cada um dos valores de resíduos de cada eixo (X, Y
e Z) e em seguida os desvios padrões para cada resíduo dos eixos de coordenada. O
teste de tendência usa o produto entre média e desvio padrão de cada eixo
multiplicado pela raiz quadrada do grau de liberdade (número de amostras menos
78
um). Assim, obtiveram-se os valores de tendência representados como T-Student
(Tabela 8). O valor tabelado é o inverso bicaudal da distribuição T de Student.
Tabela 8 - Teste de tendência dos pontos de check.
PARÂMETRO X Y Z
T-Student 1,12599681 1,27789664 1,37652741
T-Tabelado 2,35336344 2,35336344 2,35336344
Fonte: Autora, 2019.
Como os valores de T-Student foram menores que os de T-Tabelado, pode-
se concluir que os pontos não apresentam tendência.
Em seguida foi calculado o teste de hipótese dos pontos de check quanto às
precisões (planimétrica e altimétrica). Nesta etapa pode-se obter tolerância de 1/2 ou
1/3 da precisão em planimetria e 1/3 em altimetria. Para fazer a análise, utilizou-se o
cálculo do qui-quadrado, que multiplica o grau de liberdade pelo produto dos
quadrados do desvio padrão e da precisão de cada ponto. Assim, obtiveram-se os
valores de qui-quadrado, representados como q na Tabela 9. Os valores tabelados
são o inverso da probabilidade de cauda direita da distribuição qui-quadrado.
Tabela 9 - Teste de precisão dos pontos de check.
PARÂMETRO X Y Z
q 2,01163462 1,13506576 4,3726697
q-Tabelado 6,25138863 6,25138863 6,25138863
Fonte: Autora, 2019.
Como os valores do qui-quadrado (q) são menores que o tabelado (q-
Tabelado), pode-se afirmar que os pontos estão dentro da precisão desejada.
6. CONSIDERAÇÕES FINAIS
Os objetivos propostos inicialmente neste trabalho foram realizados e
concluídos com a geração do modelo tridimensional do monumento ao Índio,
localizado na Praça Brasil no município de Belém/PA. O aprendizado adquirido pela
aplicação prática e a consulta constante às fontes teóricas demonstra que este estudo
cumpriu com seu propósito, tanto no sentido de preparar um futuro profissional, quanto
no de reforçar os ensinamentos teóricos adquirido ao longo da graduação.
Neste trabalho teve-se a oportunidade de utilizar o drone (Aeronave
79
Remotamente Pilotada) de pequeno porte e avaliar parcialmente suas
potencialidades. A utilização do drone nas atividades de mapeamento de áreas
pequenas mostrou-se eficaz e possível de ser realizado com pouca equipe técnica e
em tempo reduzido, resultando em um levantamento de grande volume dados, pois
os voos podem ser programados e executados com facilidade, e até mesmo
reprogramados em campo dependendo, por exemplo, se as condições de vento não
estiverem favoráveis para o aerolevantamento e possam modificar o estabelecido no
planejamento de voo.
Apesar da rapidez no levantamento fotogramétrico, as etapas posteriores,
como a coleta e o processamento de dados demandam mais tempo para sua
execução. Estas etapas, como por exemplo, a pontaria dos pontos de apoio exige
bastante atenção do operador, e são definidoras da qualidade dos produtos finais
gerados.
É importante ressaltar que após o advento da tecnologia de posicionamento de
pontos através de uso de satélites artificiais, houve uma grande evolução nas técnicas
de posicionamento, propiciando na melhora da precisão. A tecnologia GNSS acelera
o processo de aquisição e também garante precisão na obtenção de dados. O
surgimento das estações total, os avanços na captação de imagens, seja por RPA’s
ou por satélites, são alguns exemplos de tecnologias que auxiliam na obtenção da
locação e definição de pontos com precisão. Aliados a evolução, surgiram os
softwares computacionais utilizados para o processamento dos dados coletados.
Os métodos empregados neste estudo demonstram a quantidade de softwares
e os produtos que eles podem gerar, além de mostrar a eficácia e precisão dos
resultados obtidos controle de qualidade, que para este processamento, mostram-se
dentro da margem de erro.
Os atuais softwares de processamento de imagens, apresentam grande
qualidade em seus produtos, viabilizando pesquisas que antes não eram realizadas
devido à falta de recursos e de limitações a estes métodos. As atividades executadas
aqui são importantes para o conhecimento e a prática da fotogrametria arquitetônica,
que é não é tão empregada no Brasil assim como a divulgação do mapeamento
tridimensional de monumentos históricos, tão importantes para a preservação
histórica de uma cidade.
80
7. REFERÊNCIAS
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ANEXOS
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ANEXO A – Especificações do drone Mavic 2 PRO
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ANEXO B – Dados da estação RBMC: BELE
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ANEXO C – Dados da RN Bujaru