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CENTRO MULTIDISCIPLINAR DE PAU DOS FERROS BACHARELADO EM CIÊNCIA E TECNOLOGIA JOÃO VITOR ALENCAR ROSA ATAÍDE

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UNIVERSIDADE FEDERAL RURAL DO SEMI-ÁRIDO CENTRO MULTIDISCIPLINAR DE PAU DOS FERROS BACHARELADO EM CIÊNCIA E TECNOLOGIA

JOÃO VITOR ALENCAR ROSA ATAÍDE

AVALIAÇÃO DA PRECISÃO PLANIALTIMÉTRICA DE MÉTODOS PÓS- PROCESSADOS E PRÉ-PROCESSADOS

PAU DOS FERROS/RN 2019

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JOÃO VITOR ALENCAR ROSA ATAÍDE

AVALIAÇÃO DA PRECISÃO NA TOPOGRAFIA: UM ESTUDO COMPARATIVO ENTRE OS MÉTODOS PÓS-PROCESSADOS E PRÉ-PROCESSADOS

Trabalho de Conclusão de Curso apresentado à Universidade Federal Rural do Semi-Árido, como parte das exigências para a obtenção do título de Bacharel em Ciência e Tecnologia.

Orientador: Prof. Bel. William Vieira Gomes

PAU DOS FERROS/RN 2019

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© Todos os direitos estão reservados a Universidade Federal Rural do Semi-Árido. O conteúdo desta obra é de inteira responsabilidade do (a) autor (a), sendo o mesmo, passível de sanções administrativas ou penais, caso sejam infringidas as leis que regulamentam a Propriedade Intelectual, respectivamente, Patentes: Lei n°

9.279/1996 e Direitos Autorais: Lei n° 9.610/1998. O conteúdo desta obra tomar-se-á de domínio público após a data de defesa e homologação da sua respectiva ata. A mesma poderá servir de base literária para novas pesquisas, desde que a obra e seu (a) respectivo (a) autor (a) sejam devidamente citados e mencionados os seus créditos bibliográficos.

AAtai dea

Ataide, João Vitor Alencar Rosa .

AVALIAÇÃO DA PRECISÃO PLANIALTIMÉTRICA DE MÉTODOS PÓS-PROCESSADOS E PRÉ-PROCESSADOS / João Vitor Alencar Rosa Ataide. - 2019.

45 f. : il.

Orientador: William Vieira Gomes.

Monografia (graduação) - Universidade Federal Rural do Semi-árido, Curso de Ciência e Tecnologia, 2019.

1. Cartografia. 2. Curvas de nível. 3. Raiz do Erro Médio Quadrático. 4. Padrão de Exatidão Cartográfico. 5. Modelo Digital de Elevação. I.

Gomes, William Vieira , orient. II. Título.

O serviço de Geração Automática de Ficha Catalográfica para Trabalhos de Conclusão de Curso (TCC´s) foi desenvolvido pelo Instituto de Ciências Matemáticas e de Computação da Universidade de São Paulo (USP) e gentilmente cedido para o Sistema de Bibliotecas da Universidade Federal Rural do Semi-Árido (SISBI-UFERSA), sendo customizado pela Superintendência de Tecnologia da Informação e Comunicação (SUTIC) sob orientação dos bibliotecários da instituição para ser adaptado às necessidades dos alunos dos Cursos de Graduação e Programas de Pós-Graduação da Universidade.

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JOÃO VITOR ALENCAR ROSA ATAÍDE

AVALIAÇÃO DA PRECISÃO PLANIALTIMÉTRICA DE MÉTODOS PÓS- PROCESSADOS E PRÉ-PROCESSADOS

Trabalho de Conclusão de Curso apresentado à Universidade Federal Rural do Semi-Árido, como parte das exigências para a obtenção do título de Bacharel em Ciência e Tecnologia.

APROVADO EM: 15/03/2019

BANCA EXAMINADORA

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AGRADECIMENTOS

Ao Pai Celestial pelo dom da vida e por proporcionar sempre maravilhas.

Agradeço a minha família, aos meus pais João Ataide e Edna Gizelle, por todo o amor, suporte, ensinamentos e oportunidades que propuseram à minha vida. A minha irmã, Elaine Priscila, e meu cunhado, Wagner Bispo, por toda assistência e apoio oferecido.

Agradeço em especial a Valéria Ramos pelo incentivo, amor e apoio nas horas de maior estresse e agonia.

Ao meu orientador e amigo Wiliam Vieira, sem ele essa pesquisa não teria sido realizada. Agradeço a todos os ensinamentos e conselhos a mim proporcionados, nos quais irei levar para o resto da vida.

Agradeço a meu coordenador do Núcleo de Pesquisa e Extensão Acesso a Terra Urbanizada, professor Almir Mariano, por tem me proporcionado a oportunidade de interagir dentro da universidade nas áreas de conhecimento técnico e cientifico, onde encontrei a área de pesquisa que me identifico. Agradeço também por ter liberado os equipamentos para pesquisa.

Agradeço ao amigo e coordenador do projeto de ensino I.C. cast, professor Glauber Barreto, por todos os conselhos e por ter me proporcionado a abertura das portas dentro da universidade.

Agradeço em especial a meus amigos, Álvaro Felipe, Carina Maia, Pedro David, Raito Né e Augusto Cavalcante por terem sidos colaboradores importantes em todas as fases dessa pesquisa.

Agradeço a todos meus amigos que sempre estiveram a meu lado, são eles:

Pablo Roberto, Thiago José, Henrique Alves, Vidal Junior, Rafaela Duarte, João Silva, Marcus Solano, Jann Michael, Rômulo Cesar, Hédio Ribeiro, Henrique Nogueira, Artur Nogueira, Lucas Nogueira, Junior Sá, Marcondes Moreira, Rubem Martins, Artur Tavares, Breno Angelim, Emanuel Maia, Kaio Magalhães, Gabriel Nogueira, Francisco Petrônio e Renê Sá.

A todos que contribuíram a esse trabalho, seja diretamente ou indiretamente, muito obrigado.

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RESUMO

A topografia vem cada vez mais avançando suas técnicas, métodos de levantamento que se diferem em precisão e velocidades na obtenção de informações para execução de projetos, principalmente nas áreas da engenharia civil e agrimensura. Com isso, é necessário avaliar qual método possui a maior precisão, menor tempo de execução, além da maior qualidade na obtenção dos dados. Os métodos mais comuns de levantamento são os métodos Pré-processado e Pós-processado, onde se diferem na necessidade de correção e georreferenciamento dos levantamentos, porém as suas aplicabilidades podem ser as mesmas seja na planimétria ou altimetria. Sendo assim, tem como objetivo avaliar a precisão dos métodos planialtimétrico de produção cartográfica, comparando os produtos de forma quantitativa e qualitativa. Para isso, utilizou-se equipamentos topográficos sendo eles: Estação total, GPS-Estático, GPS- RTK, bem como o software Qgis 2.18, utilizado para criação dos produtos de das cartas temáticas, além de empregar o uso do Padrão de Exatidão Cartográfico Produtos Cartográficos Digitais (PEC-PCD) e Raiz do Erro Quadrático Médio (REQM) para comparação da exatidão cartografia dos levantamentos. Os produtos obtidos pelos dados pelos levantamentos são classificados como “Classe A”, sendo essa a mais precisa segundo a PEC-PCD. Como resultado do processamento obteve-se os seguintes produtos: de Modelo Digital de Elevação (MDE), curvas de nível, MDE em três dimensões (MDE-3D), redes de drenagem. Por fim, é possível concluir que a diferença entre os métodos de levantamentos empregados é baixa, pois a REQM foi de 1,6 cm para altimetria e 36 cm para planimétria, enquanto a diferença entre as formas das curvas de nível está ligada à quantidade de pontos coletados ou densidade amostral tal como a disposição da malha de grade. Dessa forma, o levantamento com RTK torna-se mais conveniente nos quesitos de eficiência de levantamento e processamento de dados, possuindo também grande precisão.

Palavras-chave: Cartografia, Curvas de nível, Raiz do Erro Médio Quadrático, Padrão de Exatidão Cartográfico e Modelo Digital de Elevação.

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ABSTRACT

Topography is increasingly advancing its techniques, survey methods that differ in accuracy and speeds in obtaining information for execution of projects, mainly in the areas of civil engineering and surveying. Thus, it is necessary to evaluate which method has the greatest precision, the shortest execution time, and the higher quality in obtaining the data. The most common methods of surveying are the Preprocessed and Postprocessed methods, where they differ in the need for correction and georeferencing of the surveys, but their applicability can be the same in the planimetry or altimetry. Thus, it aims to evaluate the accuracy of the planialtimetric methods of cartographic production, comparing the products quantitatively and qualitatively. For this, topographic equipment was used: Total Station, GPS-Static, GPS-RTK, as well as software Qgis 2.18, used to create the products of the thematic charts, in addition to using the Cartographic Accuracy Standard Products Digital Cartography (CAS- PDC) and Root Mean Square Error (RMSE) to compare accuracy of cartography of surveys. The products obtained by the data from the surveys are classified as "Class A", which is the most accurate according to CAS-PDC. As a result of the processing, the following products were obtained: Digital Elevation Model (DEM), contour lines, three-dimensional DEM (DEM-3D), drainage networks. Finally, it can be concluded that the difference between the survey methods used is low, since the RMSE was 1.6 cm for altimetry and 36 cm for planimetry, while the difference between the forms of the contour curves is related to the amount of collected points or sample density such as the grid mesh arrangement. In this way, the RTK survey becomes more convenient in data collection and data efficiency, and also has great accuracy.

Keywords: Cartography, Level Curves, Root Mean Square Error, Cartographic Accuracy Pattern and Digital Elevation Model.

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LISTA DE FIGURAS

Figura 1 – Processo de obtenção das curvas de nível ... 15

Figura 2 – Modelo Digital de Terreno ... 15

Figura 3 - Equipamentos para levantamamentos planiáltimericos ... 16

(a) Estação Total; (b)Teodolito ... 16

Figura 4 – Componentes de um sistema de GPS ... 17

Figura 5 - Posicionamento em Tempo Real ... 19

Figura 6 – Fluxograma da utilização da PEC ... 22

Figura 7 – Localização do ambiente de estudo ... 27

Figura 8 – (a) Estação Total; (b) GPS Rover, utilizado no levantamento dos dados . 27 Figura 9 – (a) Base e (b) Rover, utilizado no levantamento dos dados ... 28

Figura 10– Croqui da poligonal do levantamento ... 29

Figura 11 – Fluxograma do levantamento e processamento para o Pós-processado ... 30

Figura 12 – Fluxograma do levantamento e processamento para o Pré-processado ... 31

Figura 13 – Gráfico de erro ... 37

Figura 14- Sobreposição dos levantamentos ... 38

Figura 15 – Curva de nível (a) Pós-processado; (b) Pré-processado ... 39

Figura 16 – MDE (a) Pós-processado; (b) Pré-processado... 39

Figura 17 – MDE-3D (a) Pós-processado; (b) Pré-processado ... 40

Figura 18 - Rede de drenagem do levantamento (a) Pós-processado;(b) Pré- processado ... 41

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LISTA DE TABELAS

Tabela 1 – PEC-PCD para planimétria ... 24

Tabela 2 – PEC-PCD para altimetria ... 24

Tabela 3 – Computador utilizado no processamento ... 28

Tabela 4 – Tempo de levantamento e processamento ... 33

Tabela 5 – Número de pontos dos levantamentos ... 33

Tabela 6 – Discrepâncias das coordenadas ... 34

Tabela 7 – Estatística descritiva das Discrepâncias observadas pelos métodos de levantamento Pré e Pós processados ... 35

Tabela 8 – Avaliação da tendência dos dados ... 35

Tabela 9 – Desvio padrão esperado planimétrico na escala 1:2.000 ... 36

Tabela 10 – Desvio padrão esperado altimétrico na escala 1:2.000 ... 36

Tabela 11– Qui-Quadrado para 90% de confiabilidade ... 36

Tabela 12– Erro médio quadrático ... 37

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LISTA DE SIGLAS

ABNT – Associação Brasileira de Normas Técnicas ANAC – Agência Nacional de Aviação Civil

DGPS - Differential Global Positioning System EM - Erro máximo

EP- Erro-Padrão

GNSS - Global Navigation Satellite SystemGPS – Global Positioning System INCRA - Instituto Nacional de Colonização e Reforma Agrária

ITRS – International Terrestrial Reference System MDE – Modelo Digital de Elevação

MDS – Modelo Digital de Superfície MDT – Modelo Digital de Terreno

NBR – Norma Brasileira Regulamentadora

PDGPS - Phase Differential Global Positioning System PEC – Padrão de Exatidão Cartográfico

PEC-PCD - Padrão de Exatidão Cartográfico Produtos Cartográficos Digitais REQM – Raiz Erros Quadráticos Médios

RTK - Real Time Kinematic

SGR – Sistema Geodésico de Referencia SRC- Sistema de Referência Cartográfica TIN - Triangulated Irregular Network UTM – Universal Transversa de Mercator VANT – Veículo Aéreo Não Tripulado

WADGPS – Wide Area Differential Global Positioning System

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SUMÁRIO

1 INTRODUÇÃO ... 12

2 REFERENCIAL TEÓRICO ... 14

2.1 LEVANTAMENTOS TOPOGRÁFICOS E GEODÉSICO ... 14

2.2 SISTEMA DE POSICIONAMENTO GLOBAL (GPS) ... 16

2.2.1SISTEMAS GEODÉSICOS DE REFERÊNCIAS (SGR) ... 19

2.2.2SIRGAS 2000 ... 19

2.3 SISTEMAS DE COORDENADAS ... 20

2.3.1MÉTODO DE POSICIONAMENTO RELATIVO ... 20

2.3.2DILUIÇÃO DE PRECISÃO DOP’S ... Erro! Indicador não definido. 2.3.3PADRÃO DE EXATIDÃO CARTOGRÁFICO PRODUTOS CARTOGRÁFICOS DIGITAIS ... 21

3 METODOLOGIA ... 26

3.1 CLASSIFICAÇÃO DA PESQUISA ... 26

3.2 MATERIAIS E MÉTODOS ... 26

3.2.1DELIMITAÇÃO DA ÁREA DE ESTUDO ... 26

3.3 MATERIAIS UTILIZADOS ... 27

3.4 PROCEDIMENTOS DOS LEVANTAMENTO E PROCESSAMENTO ... 29

3.4.1PÓS-PROCESSADO ... 29

3.4.2PRÉ-PROCESSADO ... 30

3.4.3PROCESSAMENTO DO MDE, MDE 3D e CURVAS DE NÍVEL ... 32

3.5 METODOLOGIA DE COMPARAÇÃO DOS RESULTADOS ... 32

3.5.1RMSE ... 32

4 RESULTADOS E DISCUSSÃO ... 33

4.1 ESTIMATIVA DO TEMPO DE LEVANTAMENTO E PROCESSAMENTO E NUMERO DE PONTOS ... 33

4.2 UTILIZANDO A PEC- PCD ... 33

4.2.1ERRO MÉDIO QUADRÁTICO (RMSE) ... 37

4.3 COMPARAÇÃO DOS PRODUTOS ... 38

4.3.1COMPARAÇÃO DAS VETORIZAÇÕES ... 38

4.3.2CURVAS DE NÍVEL E COMPARAÇÃO DOS MDE’S ... 38

4.3.3COMPARAÇÃO DOS MDE - 3D ... 40

4.3.4COMPARAÇÃO DAS REDES DE DRENAGEM ... 41

5 CONSIDERAÇÕES FINAIS ... 42

5.1 PESPECTIVAS FUTURAS ... 42

REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS ... 43

(12)

12

1 INTRODUÇÃO

O desejo de compreender o espaço que o cerca fez com que o homem, ao longo do tempo, ganhasse interesse e desenvolvesse a cartografia, topografia e a geodesia. Dessa forma, surgiram os primeiros testemunhos tangíveis sobre representação de terrenos, bem como ocorreram inúmeros avanços tecnológicos que proporcionaram uma maior complexidade nas representações gráficas, tornando-as cada vez mais fiéis aos locais analisados.

As utilizações de alguns equipamentos foram essenciais para o desenvolvimento dessas ciências, pois segundo Tuler e Saraiva (2014), com o surgimento dos Medidores Eletrônicos de Distâncias (MED), aumentou-se a qualidade das medidas realizadas por teodolitos mecânicos de modo que estes passaram a funcionar de forma eletrônica e digital. Além disso, após avanços tecnológicos, a nova geração de equipamentos, como a estação total surgiram como uma evolução do mesmo.

Prado e Krueger (2003) comentam que o GPS surgiu com intuito de navegação, mas logo foi introduzido à área da cartografia que em sua maioria utilizam- se desses equipamentos nos levantamentos com intuito de correção e georreferenciamento dos dados coletados em campo. Porém, em alguns trabalhos são necessários pontos de interesse em tempo real, de modo que foram desenvolvidas inúmeras técnicas de posicionamento, que possibilita levantamento em menor tempo, a exemplo do DGPS, WADGPS (Wide Area DGPS), RTK (Real Time Kinematic).

Com o intuito de regularizar a cartografia no Brasil mediante da diversidade de métodos de levantamento, tal como equipamentos, o decreto nº 89.817 de 20 de junho de 1984 indica instruções técnicas, em que no Artigo Nº 80 afirma que 90% dos pontos cartográficos devem apresentar um erro inferior ao padrão estabelecido (SANTOS et al., 2010).

Tendo em vista isso, nota-se a necessidade de estabelecer um Padrão de Exatidão Cartográfico (PEC) mais rigoroso visando atender as demandas de urbanização e regularização fundiária. Tal fato corroborou na adesão de algumas instituições a exemplo do Instituto Nacional de Colonização e Reforma Agrária (INCRA) pela sua portaria Nº 95 de 2002, em que estabelece um indicador de precisão

(13)

13 posicional, onde os levantamentos processados não deverão passar do valor de 0,50 m (INCRA, 2002).

Diante de tal critério o presente estudo teve com objetivo geral avaliar a precisão planialtimétrico de produções cartográficas comparando produtos de forma quantitativa e qualitativa. E como objetivos específicos:

 Identificar tempo de levantamento, processamento e precisão dos métodos de levantamento;

 Avaliar a PEC e a REMQ dos dados coletados obtidos, mediante aos levantamentos planialtimétrico realizados;

 Comparar dos resultados dos produtos dos levantamentos empregados, obtidos dos MDE’S obtidos pelos métodos de processamento;

(14)

14

2 REFERENCIAL TEÓRICO

2.1 LEVANTAMENTOS TOPOGRÁFICOS E GEODÉSICO

Segundo Tuler e Saraiva (2014), tanto a topografia quanto geodesia são encarregadas de representar uma porção da superfície terrestre. Porém, estas ciências distinguem-se ao passo em que a topografia se limita a dimensões reduzidas da superfície terrestre, enquanto a geodesia está encarregada em determinar a forma geométrica da terra, seu tamanho e campo gravitacional.

No tocante ao levantamento topográfico, a partir da aquisição das informações obtidas em campo é possível realizar representações gráficas de uma dada localidade para que a mesma seja empregada em fins diversos, como o cálculo de distâncias, áreas e volumes, por exemplo. Dessa forma, Dewes, Oliveira e Brisotto (2013) afirmam que para realização dessas atividades o levantamento topográfico pode ser dividido em três tipos principais, que são: o planimétrico, altimétrico e planialtimétrico.

O levantamento topográfico pode ser definido como um conjunto de processos que, através de medições de ângulos e distâncias verticais e horizontais por meio da utilização de equipamentos adequados com a exatidão que se necessita, pode determinar as feições da superfície terrestre (ABNT, 1994).

O levantamento planimétrico, também conhecido como planimétria, pode ser definido com a obtenção de medidas horizontais de um terreno em coordenadas de longitudinais e latitudinais (coordenadas planas X e Y). Segundo ABNT NBR 13.133 (1994), a planimétria está encarregada de identificar posição de certos detalhes visíveis ao nível e acima do terreno, com a finalidade de obter informações da vegetação, edificações, posteamentos, entre outros.

Diferente do caso anterior, o levantamento altimétrico indica o grau de elevação de um terreno, representando o mesmo através de vistas laterais e perfis de corte. Diante disso, a partir do processamento dos dados desse tipo de levantamento um produto comumente gerado são as curvas de nível (BORGES, 2013). Os dados de um levantamento altimétrico são coletados da mesma maneira do planimétrico.

As curvas de nível são o retrato das alturas de um terreno, assim como Tuler e Saraiva (2014) definem, tendo sua representação gráfica modificada pela escala do desenho ou pelo rigor com que se pretende representar o relevo. Com base nisso, a

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15 Figura 1 mostra o processo de obtenção das curvas de nível em um levantamento altimétrico.

Figura 1 – Processo de obtenção das curvas de nível

Fonte: AUTOR,2019.

Atualmente, com o surgimento de softwares específicos de processamento, a geração de Modelos Digitais de Terreno (MDT) e Modelos Digitais Elevação (MDE) passaram a ter uma facilidade maior de elaboração, pois os mesmos permitem realizar um análise mais apurada de uma área de interesse. No geral, são representados matriciais regulares de altitudes, e as curvas de nível geralmente são obtidos a partir de interpolações, um exemplo de MDT visto na figura abaixo.

Figura 2 – Modelo Digital de Terreno

Fonte: LIMA, 2018.

O levantamento planialtimétrico pode ser realizado quando se quer verificar os resultados de ambos os levantamentos relatados até o momento, isto é, o planimétrico e o altimétricos, utilizando dos dois resultados para a produção de uma

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16 carta1 ou planta topográfica2. Para a realização deste método de levantamento topográfico são utilizados os mesmos equipamentos empregados pela planimétria e altimetria, dentre eles destaca-se teodolitos, estação total, GPS.

A estação total, assim como apresentada na Figura 3, é caracterizada, segundo ABNT NBR 13.133 (1994), como medidores eletrônicos de ângulos e distâncias, sendo considerando uma evolução dos teodolitos (Figura 3 b).

Figura 3 - Equipamentos para levantamamentos planiáltimericos (a) Estação Total; (b)Teodolito

(a) (b)

Fonte: AUTOR 2019.

A estação total, no entanto, não possui integração com sistemas de georeferenciamento interno. Portanto, na execução de levantamentos planialtimétricos torna-se necessário um GPS de precisão para realizar a coleta de pontos georeferenciados no levantamento. Esse tipo de levantamento é denominado de Pós-processado, pois o ajuste dos pontos da estação total com os obtidos pelo GPS não é realizado in loco necessitando também de softwares específicos para tal feito.

2.1.1 SISTEMA DE POSICIONAMENTO GLOBAL (GPS)

Segundo Veras Junior (2003), o Sistema de Posicionamento Global (GPS, do inglês Global Positioning System) consiste em um equipamento tecnológico capaz de possibilitar ao usuário obter informações referente a posição espacial de um ponto na

1 “Representação gráfica sobre uma superfície plana, dos detalhes físicos, naturais e artificiais de parte ou de toda a superfície terrestre” (ABNT NBR 13.133, 1994, p.4).

2 “Representação gráfica de uma parte limitada da superfície terrestre, sobre um plano horizontal local, em escalas maiores que 1:10000, para fins específicos, na qual não se considera a curvatura da Terra” (ABNT NBR 13.133, 1994, p.4).

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17 superfície terrestre, sendo este gerado por meio de coordenadas geográficas ou plana, por exemplo.

Em linhas gerais, o GPS pode ser empregado na navegação ou para fins de cartografia. Na navegação (seja ela de característica marítima, terrestre ou aérea) existe a necessidade proeminente de se conhecer a posição do “veículo” em tempo real (PRADO, 2003). E na cartografia este é empregado para georreferenciamento3 e em levantamentos topográficos.

Segundo Antunes (1995), o funcionamento de um GPS consiste na captação de um sinal de satélite através de um equipamento especifico, obtendo assim a medição de distâncias através do tempo decorrido e a diferença de fase dos sinais eletromagnéticos emitidos por uma grande gama de satélites artificiais chamados de constelações, assim como representado pela figura abaixo.

Figura 4 – Componentes de um sistema de GPS

Fonte: AUTOR,2019.

Existem três componentes principais responsáveis basicamente por todo funcionamento de um sistema GPS. Sendo eles:

 Componente espacial: este componente é composto comumente por 24 satélites artificiais que circulam no entorno da terra, sendo responsáveis por determinar a localização de qualquer ponto da superfície terrestre (VERAS JUNIOR, 2003).

 Componente de Controle: apresenta como principais funções a verificação de funcionamento de satélites, determinação de correção dos relógios dos

3 Estabelecimento de medidas topográficas seguido por um sistema de referência de coordenadas (INCRA, 2013)

(18)

18 satélites, rastreamento de satélites, envio de dados necessários para os satélites, entre outras (VERAS JUNIOR, 2003; ANTUNES, 1995).

 Componente do Usuário: neste componente encontram-se os receptores de GPS, na qual ocorre a interação entre este e o satélite de modo a gerar e mostrar as coordenadas de um ponto da terra desejado pelo usuário (VERAS JUNIOR, 2003).

Segundo Prado e Krueger (2003), na grande maioria dos levantamentos cartográficos os dados coletados em campo são tratados posteriormente com o procedimento conhecido como pós-Processamento. No entanto, existem aplicações que a exemplo de (levantamentos Aerofotogramétrico e Hidrográfico4) que necessita determinação de ponto de interesse em tempo real.

De acordo com os autores, existem, no entanto, técnicas de posicionamento de GPS, dentre ela DGPS (Differential Global Positioning System), WADGPS (Wide Area DGPS), RTK (Real Time Kinematic) e o PDGPS (Precise DGPS), que consistem no posicionamento em tempo real de uma estação móvel através das correções diferenciais em tempo real.

Nesse sentido, a validação destas correções diferenciais torna-se menos efetiva a medida que aumenta a separação entre as estações móvel e de referência, degradando progressivamente a qualidade do posicionamento” (BRIONES, 1999).

Em um sistema RTK (Posicionamento em tempo real), Prado e Krueger (2003) explicam os princípios básicos da técnica utilizada, onde duas estações são conectadas simultaneamente com os satélites e conectadas entre si (Figura 5). É possível salientar que as correções diferencias são transmitidas via link de rádio comunicação, onde há correção das coordenadas automaticamente, dessa forma sendo denominada de pré-processada.

4 Levantamento de dados de médias geográficas e de corpos d’água (PACHECO, 2010).

(19)

19 Figura 5 - Posicionamento em Tempo Real

Fonte: AUTOR,2019.

2.1.2 SISTEMAS GEODÉSICOS DE REFERÊNCIAS (SGR)

Tuler e Saraiva (2014) consideram que o modelo matemático que mais se aproxima da forma da superfície terrestre é denominado de geóide. Entretanto, pela dificuldade de representação geralmente se adota um elipsoide de revolução que possui um sistema relacionado a um referencial na origem do centro da terra (geocêntrico). Além disso, o elipsoide descreve relações particulares necessitando de um sistema de referência geodésico global, chamado de Datum.

Conforme Gomes (2010), o Sistema Geodésico de Referência (SGR) é um sistema utilizado com o intuito de fornecer as informações relativas a uma determinada posição da superfície terrestre pela realização de cálculos matemáticos para aproximar com a forma geoidal da terra. O mesmo autor indica que o sistema mais utilizado é o WGS-84, ou seja, World Geodetic System 1984, ou Sistema Geodésico Mundial de 1984.

O Brasil possui seu próprio SGR que foi criado em 17 de maio de 1944 pelo IBGE (Instituto Brasileiro de Geografia e Estatística), e desde então utilizou de vários sistemas de referência a exemplo do Córrego Alegre e SAD 69 (South American Datum de 1969), sendo atualmente utilizado somente o SIRGAS 2000 (RUBIRA, MELO & FONSECA, 2016).

2.1.3 SIRGAS 2000

Segundo Gomes (2010), o SIRGAS 2000 (Sistema de Referência Geocêntrico para as Américas) é a referência adotada pelo Brasil e por países da América do Sul, Central e Norte e foi criado em 2000 e implementado somente em 2005 pelo IBGE. O mesmo autor relata que desde a introdução do sistema, desde então o Brasil

(20)

20 fortaleceu de forma fácil as informações de seu espaço terrestre nacional, visando os avanços apresentados pelo o mesmo.

Tuler e Saraiva (2014) mencionou que, com o novo sistema adotado o serviço de cadastro de imóveis rurais impostos pelo INCRA comporta-se de uso obrigatório, o que é identificado por Rubira, Melo e Fonseca (2016), sendo um benefício no que se refere a compatibilidade de informações a nível internacional.

2.2 SISTEMAS DE COORDENADAS

Segundo Tuler e Saraiva (2014), o conhecimento dos sistemas de referências na geodesia e topografia é fundamental para o posicionamento. Os mesmos autores definem, o Sistema de Referência Terrestre Internacional (International Terrestrial Reference System – ITRS) como um sistema tridimensional, com uma origem e um vetor-base definindo a escala e a orientação. Podendo ser divididos: Sistema de coordenas astronômicas ou geográfica, sistemas de coordenadas geodésicas ou elipsoidais, sistemas de coordenadas planas, sistemas de coordenadas topográficas locais.

Conforme Mônico (2008), os sistemas de coordenadas terrestres locais proporcionam apoio para levantamentos tridimensionais locais. Dentre eles destaca- se o Sistema Geodésico Local e o Sistema Topográfico Local.

O Sistema Geodésico Local é adotado nos trabalhos de georreferenciamento de imóveis rurais e, segundo o Manual Técnico de Posicionamento (INCRA,2013), pode ser aplicado no cálculo de áreas, no uso do método de posicionamento por geometria analítica e em projetos de parcelamento/desmembramento.

Como Mônico (2008) diz, o Sistema Geodésico Local apresenta grande utilidade quando usado para obter azimutes e ângulos verticais em termos de componentes horizontais e verticais, nas coordenadas X, Y e Z. Já segundo a ABNT NBR13133 (1994), o Sistema Topográfico Local, consiste na representação plana das posições relativa aos pontos do levantamento topográfico, tendo origem em um ponto de coordenada geodésica conhecida.

2.2.1 MÉTODO DE POSICIONAMENTO RELATIVO

Segundo Mônico (2008), é necessário previamente se estabelecer acurácia aos levantamentos tendo em vista a finalidade dos dados obtidos. O acréscimo de

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21 precisão pode variar na maioria dos casos, mas é imprescindível que as coordenadas dos pontos base do levantamento sejam corrigidas para que o rigor dos valores seja atingido. Comumente, os métodos práticos mais utilizados são as estações RBMC (Rede Brasileira de Monitoramento Contínuo) e PPP (Posicionamento por Ponto Preciso).

Em geral os posicionamentos existem diferente tipos de sistemas de posicionamento relativo sendo eles estático, sem-cinemático, cinemático. O INCRA (2013) define, os receptores de referência e os receptores de vértice devem permanece estacionados, já os

Com a possibilidade de aumento do erro, o INCRA (2013) recomenda utilizar os métodos PPP, já que é possível realizar um ajuste imediato após o levantamento e eficiente se comparado com outros métodos, através de um procedimento relativamente simples, o semi-cinemático sendo como o estático, mas o tempo de ocupação é bastante curto, já o posicionamento cinemático é quando os receptores são estacionados no vértice de referência e o receptor de coleta permanece em movimento.

O método RBMC pode se constatar mais precisos em alguns casos, podendo ser recomendado no uso de levantamentos geodésico e topográfico de tipo estático.

Porém, o seu procedimento de ajuste de coordenadas é muito demorado em comparado ao PPP.

A precisão é estipulada no posicionamento e está diretamente relacionada a precisão das observações, modelagens matemáticas e da geometria dos satélites, segundo Machado e Mônico (2002), são encontrados diferente erros nas constelação dos satélites chamados de diluição de precisão (DOP’S - Dilution of Precisio), sendo eles: HDOP a diluição horizontais, VDOP a diluição verticais, PDOP Diluição da Precisão de Posição em três dimensões relacionado a união do VDOP e HDO, TDOP diluição da precisão temporal e GDOP relacionado à precisão geométrica sendo basicamente a combinação de todos a cima.

2.2.2 PADRÃO DE EXATIDÃO CARTOGRÁFICO PRODUTOS CARTOGRÁFICOS DIGITAIS

O avanço tecnológico possibilitou os usuários a elaboração de mapas digitais, o que corroborou em uma preocupação em relação a confiabilidade dos dados. Dessa forma, o Padrão de Exatidão Cartográfica para Produtor Cartográficos Digitais (PEC -

(22)

22 PCD) tornou-se responsável pela determinação da qualidade dos produtos cartográficos.

A utilização do PEC, segundo Salisso Filho (2013), avalia a acurácia da posição de determinado elemento do mundo real, descrevendo um mapeamento a partir de um sistema de coordenadas apropriado ao trabalho. Nesse sentido, a Figura 6 apresenta a metodologia de avaliação de produtos cartográficos segundo a PEC- PCD.

Figura 6 – Fluxograma da utilização da PEC

Fonte: AUTOR, 2019.

Como se trata de um procedimento estatístico, é necessário o conhecimento da hipótese a ser identificada, realiza-se o cálculo estatístico amostral, “𝑡𝑐𝑎𝑙

(23)

23 (tendência calculada), (Equação 1) com intuito de verificar que o resultado está dentro do intervalo de aceitação ou rejeição da hipótese.

𝑡𝑐𝑎𝑙 = 𝑆∆𝑋̅̅̅̅

∆𝑥√𝑛 (1) Onde,

∆𝑋̅̅̅̅: é a média entre a diferença dos pontos da amostra;

𝑆∆𝑥: é o desvio padrão;

𝑛: o número de amostras utilizadas.

Para inferir sobre o resultado calculado pela Equação 1, é necessário associá- lo a um outro valor de “𝑡”, isto é, um valor tabelado "𝑡(𝑛−1,𝑎

2)", que é baseado em uma curva de probabilidade. Dessa maneira, caso o valor calculado fique abaixo do tabelado pela distribuição de probabilidade (Equação 2) será possível determinar um intervalo de confiança em torno da média para os dados obtidos.

|𝑡𝑐𝑎𝑙| < 𝑡(𝑛−1,𝑎

2) (2) Onde,

(𝑛 − 1): grau de liberdade;

𝑎: nível de significância.

Assim, se o valor amostral for menor que o valor tabelado, os dados são considerados “não tendenciosos”, implicando em uma hipótese aceita. Caso o inverso ocorra, os dados são considerados “tendenciosos”, implica na possibilidade de haver erros que podem ser provenientes de inúmeros fatores.

Em relação aos levantamentos topográficos, Nogueira (2003) recomenda que a comparação entre a forma de aquisição de dados deve ser realizada por meio do desvio padrão ou erro padrão a partir da discrepância entres as coordenadas dos levantamentos. A partir disso e baseado nas condições apresentadas na PEC-PCD, pode-se determinar a classe do levantamento, bem como avaliar sua precisão.

A análise da PEC-PCD também baseia-se no teste de hipótese de modo que quando a hipótese é aceita (𝐻𝑜), o desvio padrão da amostra (𝑆2∆𝑥) de dados é igual ao da totalidade (𝜎2𝑥) dentro da significância exigida. Caso contrário, a hipótese é

(24)

24 rejeitada (𝐻𝑖). Nesse sentido, as descrições apresentadas estão dispostas por meio das Equações 3 e 4, respectivamente.

𝐻𝑜 = 𝑆2∆𝑥 = 𝜎2𝑥 (3) 𝐻𝑖 = 𝑆2∆𝑥 ≠ 𝜎2𝑥 (4) Diante disso pode-se corresponder ao desvio padrão esperado de acordo com as classes das cartas determinadas pela PEC, vista para planimétria e altimetria nas Tabela 1 e 2 abaixo.

Tabela 1 – PEC-PCD para planimétria PEC-PCD

Classe

1:500 1:1.000 1:2.000

PEC (m) EP (m) PEC (m) EP (m) PEC (m) EP (m)

A 0,1400 0,0850 0,28 0,17 0,56 0,34

B 0,2500 0,1500 0,50 0,30 1,00 0,60

C 0,4000 0,2500 0,80 0,50 1,60 1,00

D 0,5000 0,3000 1,00 0,60 2,00 1,20

Fonte: Adaptado de Exército Brasileiro, 2011.

Tabela 2 – PEC-PCD para altimetria PEC-PCD

Classe

1:500 1:1.000 1:2.000

PEC (m) EP (m) PEC (m) EP (m) PEC (m) EP (m)

A 0,13 0,08 0,25 0,17 0,50 0,33

B 0,15 0,10 0,30 0,20 0,60 0,40

C 0,19 0,13 0,38 0,25 0,75 0,50

D 0,25 0,25 0,50 0,50 1,00 1,00

Fonte: Adaptado de Exército Brasileiro, 2011.

Caso a hipótese seja aceita, para prosseguir nos preceitos da PEC, escolhe- se a classe do levantamento no intuito de verificar se todas as condições estatísticas serão atendidas. Dessa forma, o desvio padrão da totalidade dos dados é calculado segundo a Equação 5 a partir do erro padrão tabelado na classe do levantamento (Tabelas 1 e 2).

𝜎𝑥 = 𝐸𝑃/√2 (5) Com o cálculo do parâmetro anterior, inicia-se a aplicação do teste Qui- Quadrado amostral a fim de determinar a classe da carta pelo método estatístico. Para tanto, deve-se comparar o valor “𝑋2𝑥" calculado com um tabelado “𝑋2(𝑛−1;𝑎)” para,

(25)

25 novamente, um valor (𝑛 − 1) de grau de liberdade com um nível de significância 𝑎. O cálculo do parâmetro “𝑋2𝑥" é oriundo do valor quadrado obtido na Equação 6.

𝑋𝑥= (𝑛 − 1)𝑆𝜎22∆𝑥

𝑥 (6) A partir do valor calculado, realiza-se novamente o teste de hipótese, agora através do método Qui-Quadrado, no intuito de se atender a seguinte condição (Equação 7):

𝑋2𝑥≤ 𝑋2(𝑛−1;𝑎) (7) Onde o valor de Qui-Quadrado tabelado possui o valor de (𝑛 − 1) graus de liberdade em um intervalo de confiança 𝑎 dessa maneira a expressão (5) for satisfeita aceita-se a hipótese de que a carta atende o acordo de precisão da mesma.

(26)

26

3 METODOLOGIA

3.1 CLASSIFICAÇÃO DA PESQUISA

O procedimento metodológico adotado pelo presente trabalho pode se classificar quanto aos objetivos esperados da pesquisa, ao tratamento dos dados coletados e em relação aos procedimentos utilizados nas coletas de dados.

Sendo quanto aos objetivos, o presente trabalho caracteriza-se como uma análise comparativa, de acordo com Gil (2008), possui caráter exploratório tendo finalidade de desenvolver, esclarecer ideias. Esse tipo de pesquisa inclui o levantamento bibliográfico, estudo de casos ou levantamento de campo.

De acordo com Creswell (2007), este estudo apresenta classificação de pesquisa mista, sendo quantitativo e qualitativo, pois apresenta-se com a necessidade de obtenção e tratamento de dados múltiplos e análise de ambos os métodos. Os dados quantitativos aqui estudados foram, a exemplo, os processamentos estatísticos, sendo eles o desvio padrão e o erro médio. Os dados qualitativos, pode- se destacar a interpretação dos resultados obtidos e a determinação da PEC-PCD.

Em relação do procedimento utilizado na coleta de dados, a presente pesquisa caracteriza-se com um levantamento, pois segundo Gil (2008), esse procede por meio da obtenção de um grande número de dados entorno de um problema gerado, a partir dos mesmos alcançar conclusões sobre o seguinte tema de estudo.

3.2 MATERIAIS E MÉTODOS

3.2.1 DELIMITAÇÃO DA ÁREA DE ESTUDO

A área de estudo encontra-se no município de Pau dos Ferros/RN (Figura 7), cidade que faz parte da Microrregião de Pau dos Ferros, destaca-se 393 km de distância da capital Natal, onde possui a altitude média de cerca de 193 metros acima do nível do mar. Os critérios de escolha para a região a ser estudada, baseia-se em características especificas, sendo elas:

 Baixo trânsito de pessoas e automóveis;

 Existência de uma antena da RBMC na cidade;

 Área descampada sem barreiras físicas possibilitando o multicaminhamento;

 Ruas bem definidas e construídas;

 Relevo plano e suave ondulado.

(27)

27 Figura 7 – Localização do ambiente de estudo

Fonte: AUTOR, 2019.

3.3 MATERIAIS UTILIZADOS

Na realização do levantamento planialtimétrico Pós-processado foi utilizado a Estação Total da marca Geodetic modelo GD2i, em conjunto com instrumentos auxiliares (Prisma, Tripés e Baliza). Para a escolha do equipamento levou-se em consideração a facilidade no manuseio do operador, bem como a disponibilidade do equipamento. Além do mais na coleta dos pontos de controle foi utilizado um Rover GPS ZENITE TechGeo de modelo GTR-Z1, os instrumentos aqui citados encontram- se ilustrados respectivamente nas Figura 8 (a) e (b).

Figura 8 – (a) Estação Total; (b) GPS Rover, utilizado no levantamento dos dados

(a) (b)

Fonte: AUTOR, 2019.

Já no levantamento planialtimétrico Pré-processado, fez-se emprego ao Kit GNSS RTK da marca CHC e modelo x91+, o kit caracteriza-se com o conjunto de dois

(28)

28 receptores (Base e Rover), uma coletora HCE300, conforme apresentado na Figura 9. A escolha do equipamento foi definida também pelos motivos supracitados sobre a estação total.

Figura 9 – (a) Base e (b) Rover, utilizado no levantamento dos dados

(a) (b)

Fonte: AUTOR, 2019.

Para o processamento dos dados coletados em campo, utilizou-se computador com especificações apresentadas na Tabela 3. A escolha do mesmo deu-se devido a compatibilidade para processamento dos dados, tal geração dos produtos, o que auxilia na realização de um processamento mais rápido.

Tabela 3 – Computador utilizado no processamento Tipo Características

Gabinete Avell FOX

Memória RAM 16 GB

Memoria SSD 258 GB Cosair Placa de Vídeo Nvidia 1050 TI

Processador Intel Core i7 (8th Gen)

Fonte: AUTOR, 2019.

O processamento dos dados foi realizado com o auxílio de software, que foram:

 Autocad 2018: software utilizado para vetorização dos pontos e criação dos produtos;

 Google Earth: auxilia no reconhecimento da área;

 TopoCal 2005: auxilia na geração de arquivos do formato legal para o Autocad;

(29)

29

 TransferCPE: auxilia na formatação das cadernetas de campo pela estação total utilizada;

 NTS-Transfer: auxilia na conversão dos dados brutos da estação total;

 GTR processor; auxilia no processamento dos pontos coletados no GPS;

 Qgis 2.18: geração dos produtos finais;

 Excel: auxilia nos cálculos;

 Gsi Converter: na extração das coordenadas diretamente do formato “.dxf”.

3.4 PROCEDIMENTOS DOS LEVANTAMENTO E PROCESSAMENTO 3.4.1 PÓS-PROCESSADO

A princípio, foi criado um mapa simples com auxílio do Google Earth para demarcar o local de estudo definindo-se uma poligonal que possui área de 93,391 𝑚2 (Figura 10). Para o levantamento Pós processado a aquisição dos pontos com a estação total homologou-se dentro da poligonal cinco passos para a via adjacente e dez passos para o perímetro, sendo feito por três colaboradores um na estação e dois na baliza, onde conjuntamente foi realizado a aquisição anterior dos pontos de controle com o GPS Rover, coletados a partir de cada ponto de estação.

Figura 10– Croqui da poligonal do levantamento

Fonte: AUTOR, 2018.

Em relação ao processamento dos dados, o levantamento Pós-processado possui várias etapas até a obtenção dos produtos finais ilustrada na Figura 11, essencialmente os dados da estação total. A etapa mais importante foi a correção das

(30)

30 coordenadas utilizando os pontos de GPS coletado, sendo os pontos de GPS são exportados em formato “RINEX” onde foram corrigidos utilizando-se da plataforma do IBGE de processamento GNS-PPP, após essa etapa foi-se gerado a vetorização em conjunto com os pontos de estação não corrigidos.

A partir da vetorização tem-se a base para realizar o processamento e adquirir os produtos finais utilizando o QGis e a extração das coordenadas utilizando o GSI Converter. Todo procedimento descrito encontra-se esquematizado por meio do

Figura 11 – Fluxograma do levantamento e processamento para o Pós-processado

Fonte: AUTOR, 2019.

3.4.2 PRÉ-PROCESSADO

O levantamento Pré-processado utilizou-se do mesmo mapa gerado pelo Google Earth, da mesma forma definiu-se para a poligonal o mesmo padrão de coleta

(31)

31 dos pontos, cinco passos para via adjacente e dez passos para o perímetro. O manejo do equipamento GPS-RTK foi destinado somente para um colaborador, assim realizar a coleta dos dados. A base do GPS-RTK foi instalada no mesmo ponto de início do levantamento com a estação total, com finalidade de iniciar o levantamento no mesmo alinhamento, tal como seguir a mesma grade de amostragem.

No que se refere ao processamento dos dados o levantamento Pré-processado possui menos etapas (Figura 12), sendo a mais importante a correção base. A correção foi feita da coletora, extraindo o ponto diretamente da base e corrigindo-o na plataforma de processamento GNS- PPP do IBGE. Após a correção, é extraído diretamente do coletor o arquivo já no formato “.dwg”. A obtenção das coordenadas corrigidas já na forma “.dwg”, ocasiona a redução do tempo nas etapas de obtenção dos produtos finais e planilha com a coordenadas corrigidas.

Figura 12 – Fluxograma do levantamento e processamento para o Pré-processado

Fonte: AUTOR, 2019.

(32)

32 3.4.3 PROCESSAMENTO DO MDE, MDE 3D e CURVAS DE NÍVEL

Um arquivo vetorizado foi importado para o software QGis 2.18, onde gerou- se um arquivo formato “.shp”, com isso, foram criados os produtos. Através de interpolações pelo método Rede Irregular Triangulada (TIN, do inglês Triangulated Irregular Network) que foi gerado o Modelo Digital de Elevação (MDE).

As curvas de nível foram extraídas a partir do MDE utilizando a ferramenta

“contorno” do software em questão. No que se refere ao modelo em três dimensões o mesmo foi gerado com o complemento Qgis2threejs.

As redes de drenagem foram geradas com o provedor de geoalgoritmo Sistema para Análises Geocientíficas Automatizadas (SAGA, ou em inglês System for Automated Geoscientific Analyses) instalado no mesmo software, o geoalgoritmo utilizado foi Rede de canais e bacias de drenagem, ou em inglês channel network and drainage basins.

3.5 METODOLOGIA DE COMPARAÇÃO DOS RESULTADOS

A comparação seguiu o princípio de utilizar os pontos adquiridos, utilizando-os na geração de produtos cartográficos, todos no SRC cujo o padrão brasileiro foi SIRGAS 2000. Para analisar os levantamentos foi utilizado a PEC PCD (que inclui o cálculo da RMSE.

Outra forma de comparação foi utilizar de avaliação de leitura visual dos produtos elaborados, sendo eles: Sobreposição das vetorizações, Modelos Digitais de Elevação (MDE), Curvas de Nível, Modelos Digitais de Elevação em três Dimensões (MDE-3D) e as redes de drenagem.

3.5.1 RMSE

Segundo Alves & Vecchia (2011), a RMSE e a magnitude dos erros estimados.

Os valores do RMSE possuem sempre valores positivos, onde a medida que se aproxima de zero define-se melhor qualidade dos valores medidos, o cálculo do RMSE é dado pela equação 8.

𝑅𝑀𝑆𝐸 = √

𝑛𝑖=1(𝐸𝑖−𝑂𝑖)2

𝑛 (8) Onde

𝐸

𝑖 é o valor estipulado e 𝑂𝑖 o valor analisado e 𝑛 é o número de amostras utilizadas na análise do erro.

(33)

33

4 RESULTADOS E DISCUSSÃO

4.1 ESTIMATIVA DO TEMPO DE LEVANTAMENTO E PROCESSAMENTO E NUMERO DE PONTOS

É possível notar uma grande diferença no que se refere o tempo de processamento na geração dos produtos e de levantamento do mesmo, (Tabela 4).

Essa distância entre o tempo de aquisição e processamento de dados justifica-se devido ao fato do levantamento Pós-processado possui uma quantidade de etapas maior.

Tabela 4 – Tempo de levantamento e processamento Pós-processado Pré-processado

Levantamento (h) 8:23 3:52

Processamento (h) 3:12 2:29

Total 11:35 h 6:21 h

Fonte: AUTOR, 2019.

Além de possuir uma maior quantidade de etapas, houve ainda uma diferença no que se refere ao número de pontos coletados pelos dois levantamentos (Tabela 5).

Dessa forma, é importante destacar que o levantamento Pré-processado, que além de possuir um tempo exigiu de aquisição de dados, isto é, menos que a metade do tempo do levantamento Pós-processado, o Pré-processado ainda teve uma quantidade de pontos 64% superior.

Tabela 5 – Número de pontos dos levantamentos

Pós-processado Pré-processado Número de pontos coletados 290 478

Fonte: AUTOR, 2019.

4.2 UTILIZANDO A PEC- PCD

Com os produtos dos levantamentos em formato “.dxf” foi utilizado o programa Gsiconverter para transformar o arquivo em planilhas de coordenadas, assim comparando os dois métodos de levantamentos.

(34)

34 Utilizando-se trinta pontos nos quais seguiam o mesmo alinhamento do terreno levantando (Tabela 6), em seguida, calculando a diferença entre as coordenadas dos levantamentos.

Tabela 6 – Discrepâncias das coordenadas

Ponto X (m) Y (m) Z (m )

1 -0,11134 -0,05896 -0,00115

2 -0,12056 -0,06452 -0,00061

3 -0,06278 -0,03205 0,00058

4 -0,07397 -0,03918 0,00068

5 -0,06973 -0,03626 0,00081

6 -0,04182 -0,03434 -0,00003

7 0,01095 -0,01700 -0,00104

8 -0,09471 -0,06872 0,00142

9 -0,00243 -0,00167 -0,00001

10 -0,01296 -0,00217 0,00048

11 -0,0455 -0,02441 0,00117

12 -0,05378 -0,02948 0,00077

13 -0,06087 -0,03415 0,00097

14 -0,06437 -0,03635 0,00089

15 -0,06644 -0,03744 0,00102

16 -0,06940 -0,04018 0,00112

17 -0,07265 -0,04162 0,00117

18 -0,07092 -0,04094 0,0015

19 -0,06814 -0,03957 0,00152

20 -0,06187 -0,03700 0,00144

21 -0,06214 -0,03689 0,00188

22 -0,05546 -0,03346 0,00167

23 -0,03946 -0,0,2424 0,00112

24 -0,03118 -0,01957 0,00082

25 -0,02022 -0,01399 0,00051

26 -0,01106 -0,00864 0,00028

27 0,00518 0,00052 -0,00052

28 -0,63383 -0,33633 0,01815

29 -0,72621 -0,41778 0,01966

30 -0,00599 -0,01874 -0,00089

Fonte: AUTOR, 2019.

(35)

35 Tabela 7 – Estatística descritiva das Discrepâncias observadas pelos métodos de

levantamento Pré e Pós processados

Somatório -2,793660 -1,625130 0,055380 Média -0,093122 -0,054171 0,001846 Variância 0,026623 0,008094 0,000022 Desvio Padrão 0,163166 0,089966 0,004712

Erro Padrão (X|Y)

0,186324909

Erro Padrão (Z) 0,0047

Fonte: AUTOR,2019.

As discrepâncias dos trinta pontos foram calculadas automaticamente através de planilha eletrônica. Além disso, os demais parâmetros estatísticos (Tabela 7), sendo eles: média, variância e desvio padrão, erro planimétrico padrão e erro altimétrico padrão também foram calculados para as direções X, Y e Z dos dados coletados, assim como pode ser verificado na Tabela 8.

Tabela 8 – Avaliação da tendência dos dados Tabela Calculado Resultado X 3,3962 3,1260 Não Tendencioso Y 3,3962 3,2980 Não Tendencioso Z 3,3962 2,1459 Não Tendencioso

Fonte: AUTOR, 2019.

Com o teste do T-Student pode-se notar que, através da Equação 2 (Tabela 8), a essa amostra estão dentro da faixa de “Não Tendencioso”, o que implica que a amostra é válida pela PEC.

Dessa maneira, utilizando os valores dos desvios esperados contido na PEC- PCD da escala de 1:2.000, adotada por ser a mais usual em termos de pequenos terrenos, é possível obter o erro padrão e o desvio esperado para cada Classe apresentada na norma em questão.

Já que a aplicação da PEC é viabilizada pelas condições apresentadas anteriormente, as Tabelas 9 e 10 apresentam, portanto, os valores que corresponderão ao erro padrão e o desvio padrão esperado da amostra nas situações de planimétria e altimetria, respectivamente, para a escala em questão.

(36)

36 Tabela 9 – Desvio padrão esperado planimétrico na escala 1:2.000

Classe PEC (m) EP (m) D.P. Esperado (m) Classe A 0,5600 0,3400 0,2404

Classe B 1,0000 0,6000 0,4243 Classe C 1,6000 1,0000 0,7071 Classe D 2,0000 1,2000 0,8485

Fonte: AUTOR, 2019.

Tabela 10 – Desvio padrão esperado altimétrico na escala 1:2.000 Classe PEC (m) EP (m) D.P. Esperado (m) Classe A 0,5000 0,3330 0,2355

Classe B 0,6000 0,4000 0,2828 Classe C 0,7500 0,5000 0,3536 Classe D 1,0000 1,0000 0,7071

Fonte: AUTOR, 2019.

Assim, por meio do desvio padrão em X, Y e Z apresentando na Tabela 6 obteve-se as relações de classificação segundo o Qui-Quadrado para a escala adotada. Dessa forma, com base na quantidade de pontos utilizada e através da Equação 5, obteve-se o valor limite tabelado de 39,0875; enquanto onde os valores do teste para os dados do levantamento foram: X de 13,3576, Y de 4,0609 e Z de 0,0116. Logo, pode-se verificar um menor erro nas coordenadas da altimetria.

Os valores relatados anteriormente estão dispostos na abaixo.

Tabela 11– Qui-Quadrado para 90% de confiabilidade Tabela Classe A Classe B Classe C Classe D X 39,0875 13,3576 4,2893 1,5441 1,0723 Y 39,0875 4,0609 6,1495 3,6897 0,3260 Z 39,0875 0,0116 0,0080 0,0052 0,0013

Fonte: AUTOR, 2019.

De forma geral, através da Figura 13 é possível verificar que os pontos 8, 28 e 29 das coordenadas X e Y, possuem um erro característico maior em relação a sua média, diferente da coordenada Z que possui uma pequena diferença. Tal fato pode justificar o maior desvio padrão na amostra. Além disso, esse resultado pode ser justificado por algum erro na coleta dos pontos seguindo o alinhamento pré- estabelecido por não apresentar pontos materializados (demarcados) no terreno.

(37)

37 Figura 13 – Gráfico de erro

Fonte: AUTOR, 2019.

Como o levantamento passou nos testes estatísticos, o produto cartográfico final é classificado como Classe A isto é, de boa confiabilidade, para a escala de 1:2.000 quanto à planimétria e altimetria.

4.2.1 ERRO MÉDIO QUADRÁTICO (RMSE)

Com os valores das coordenadas já corrigidos foram realizados os cálculos dos erros médios quadráticos, que indica a acurácia das coordenadas levantadas, da mesma maneira, tratando o levantamento Pós-processado como mais preciso.

Utilizando o mesmo número de amostra de trinta pontos, obteve-se os resultados dispostos na Tabela 12.

Tabela 12– Erro médio quadrático

RMSE

X 0,109361937 m Y 0,342144024 m Z 0,016249103 m XY 0,359197113 m

Fonte: AUTOR, 2019.

-0,8 -0,6 -0,4 -0,2 0 0,2

1 2

3 4

5 6

7 8 9 10 11 12 14 13 15 17 16

18 19 20 21 22 23 24

25 26

27

28 29

X (m) Y (m) Z (m )

(38)

38 Logo, através da Tabela 12 é possível observar que o erro associado a altimetria, assim como já esperado pelo teste Qui-Quadrado, é o menor de todos, sendo de apenas aproximadamente 1,62 cm. Entretanto, para as demais direções o erro foi de aproximadamente 10,9 cm para X, 34,2 cm para Y e de 36 cm no plano XY.

4.3 COMPARAÇÃO DOS PRODUTOS 4.3.1 COMPARAÇÃO DAS VETORIZAÇÕES

Com o intuito de possuir uma comparação visual dos dois levantamentos, foi realizada a sobreposição da vetorização dos dois levantamentos, conforme ilustrado por meio da Figura 14.

Figura 14- Sobreposição dos levantamentos

Fonte: AUTOR, 2019.

Dessa forma, pode-se notar que os dois levantamentos não possuem uma discrepância visual acentuada, principalmente no centro da poligonal dos levantamentos. Sendo assim, de maneira geral pode-se afirmar que os dois levantamentos são relativamente correspondentes no que se trata da planimétria.

4.3.2 CURVAS DE NÍVEL E COMPARAÇÃO DOS MDE’S

As curvas de nível do terreno em questão para o levantamento Pós-processado e Pré-processado encontram-se ilustrados nas Figuras 15(a) e 15(b), respectivamente.

(39)

39 Figura 15 – Curva de nível (a) Pós-processado; (b) Pré-processado

(a) (b)

Fonte: AUTOR, 2019.

Quanto às curvas de nível, é possível notar no produto final que os mapas gerados pelos dois levantamentos possuem características similares (Figuras 15 (a) e 15 (b)) em parte, o que diferem são as quedas acentuadas do levantamento Pré- processado na extremidade a oeste, o que pode se justificar pela quantidade de pontos coletados, conforme mostrado na Tabela 5.

A partir dos dados altimétrico e das curvas de nível foi possível gerar os Modelos Digitais de Elevação, conforme apresentados nas Figuras 16(a) e 16(b). Vale ressaltar que neste produto cartográfico as discordâncias altimétricas ficam mais evidentes.

Figura 16 – MDE (a) Pós-processado; (b) Pré-processado

(a) (b)

Fonte: AUTOR, 2019.

(40)

40 Na extremidade oeste das Figuras 16(a) e 16(b) também se verificam grandes diferenças entre as elevações do terreno. Nota-se que a maior parte dos pontos contemplados do levantamento estiveram situados nos limites de rua, enquanto houve uma deficiência de dados no perímetro do terreno propriamente dito.

Os modelos digitais completos definidos pela escala do PEC encontram-se apresentados no Apêndice B e C.

4.3.3 COMPARAÇÃO DOS MDE - 3D

Uma outra análise visual pode ser realizada através da construção de um Modelo Digital de Elevação Tridimensional (Figura 17(a) e 17(b)). A partir desse é possível perceber as inclinações do terreno que servirão como base para delimitação dos caminhos de água, isto é, as redes de fluxo de drenagem superficial. Vale ressaltar que um projeto de redes de fluxo de um terreno, sobretudo desmatado, é imprescindível devido ao fato das erosões provocadas no escoamento superficial da água.

Figura 17 – MDE-3D (a) Pós-processado; (b) Pré-processado

(a) (b)

Fonte: AUTOR, 2019.

É importante notar que na área central dos dois modelos é constatado uma grande semelhança nos valores das cotas das curvas de nível e na forma do terreno, existindo uma correspondência direta no que se refere a declividade do modelo. Além disso, com base na observação in loco do terreno, a Figura 17(b) possui uma aproximação maior com a realidade.

(41)

41 4.3.4 COMPARAÇÃO DAS REDES DE DRENAGEM

O sistema de redes hidrográficas ou sistemas de redes drenagem é capaz de analisar a forma que a pluviosidade é conduzida perante a declividade do terreno.

Dessa forma, as redes de drenagem para o terreno em questão estão ilustradas nas Figuras 18(a) e 18(b).

Figura 18 - Rede de drenagem do levantamento (a) Pós-processado;(b) Pré- processado

(a) (b)

Fonte: AUTOR, 2019.

As diferenças notáveis entre as redes de drenagem (marcadas em azul) do terreno nas Figuras 18(a) e 18(b) são provenientes discrepâncias altimétricas ocorridas em algumas situações no terreno, assim como comentado anteriormente.

Desse modo, apesar dessas inconsistências, o fluxo de água no terreno nos dois casos ainda assim é similar, tendendo a escoar para aproximadamente as mesmas localidades.

O mapa completo das redes de drenagem para as situações Pré e Pós- processada estão apresentados nos Apêndices D e E.

(42)

42

5 CONSIDERAÇÕES FINAIS

A realização do levantamento com a maior precisão possível no que se refere a execução dos procedimentos de levantamento e processamento é extremamente importe, tendo em vista envolver uma sequência de etapas. No processamento é importante salientar que a correção dos pontos de GPS e da base podem interferir significativamente no erro dos produtos, portanto, são indispensáveis.

Com essa perspectiva, é observado que os tempos usados na realização dos procedimentos de processamento e levantamento possuem uma grande diferença, notando-se que o levantamento Pós-processado demanda aproximadamente o dobro o tempo do Pré-processado para a mesma área de estudo.

A partir dos cálculos de precisão utilizando a PEC-PCD e o RMSE, é notável que o levantamento Pós-processado quando comparado ao Pré-processado, evidenciam uma diferença mínima na coordenada Z, isto é, de apenas cerca de 1,6 cm, enquanto no plano XY essa diferença foi bem mais significativa, estando em aproximadamente 35 cm de diferença. Entretanto, em ambos os casos o levantamento é classificado como “Classe A” segundo a PEC-PCD.

Nas análises visuais dos produtos utilizando os métodos de obtenção descritos é possível identificar que na representação do terreno existe uma grande semelhança entre eles, mesmo havendo uma diferença entre a quantidade de pontos dos dois levantamentos. Entretanto, houve deficiência no levantamento de alguns dados no terreno no caso Pós-processado, o que ocasionou em uma irregularidade entre as curvas de nível e uma diferença entre algumas localidades em relação à altimetria.

Logo, é possível inferir que o levantamento Pré-processado em relação ao tempo de aquisição de dados, processamento e número de colaboradores envolvidos é mais vantajoso, pois oferece uma maior eficiência com um baixo erro.

5.1 PESPECTIVAS FUTURAS

Avaliar o custo beneficial e a realização de levantamentos em outras áreas de topografia diferente. Além disso, realizar também um comparativo entre os resultados deste trabalho com Lima (2018), onde este realizou um levantamento planialtimétrico através da fotogrametria com VANT na mesma região onde este tudo ocorreu, gerando assim, os mesmos produtos, mas empregando metodologias diferentes.

(43)

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REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS

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Engenharia Geográfica, Faculdade de Ciências, Universidade de Lisboa. Lisboa, 1995, 130p.

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BRIONES, A. B. Análise do Posicionamento DGPS baseado nas ERDGPS implantadas no Litoral Brasileiro. Dissertação Mestrado, UFPR, Paraná, 1999.

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Apostila do curso de Sig@Livre Sistêmico, Ministério da Agricultura, Brasília, 2010.

Disponível em:

<http://www.mda.gov.br/sitemda/sites/sitemda/files/user_arquivos_383/Apostila%20d e%20GPS%20-%20Curso%20Sig@livre%20Sist%C3%AAmico.pdf> Acesso em: 2 de fevereiro de 2019.

GRANDO, D. L.; LAND, V.; RHODEN, A. C. Levantamentos Topográficos Estação Total x GPS RTK. In: Simpósio De Agronomia E Tecnologia De Alimentos, 2014.

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Referências

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