UNIVERSIDADE DO ESTADO DO RIO DE JANEIRO
CENTRO DE TECNOLOGIA E CIÊNCIAS
FACULDADE DE ENGENHARIA
DEPARTAMENTO DE ENGENHARIA CARTOGRÁFICA
PROJETO DE GRADUAÇÃO
MAPEAMENTO DIGITAL DE ZONA URBANA EM
TERESÓPOLIS (RJ), ADJACENTE AO PARQUE NACIONAL DA
SERRA DOS ÓRGÃOS (PARNASO), A PARTIR DE IMAGENS
IKONOS II
Autor: MARCUS FELIPE MOURÃO PEREIRA
Orientador: Prof. Dr. Gilberto Pessanha Ribeiro
MAPEAMENTO DIGITAL DE ZONA URBANA EM
TERESÓPOLIS (RJ), ADJACENTE AO PARQUE NACIONAL DA
SERRA DOS ÓRGÃOS (PARNASO), A PARTIR DE IMAGENS
IKONOS II
Marcus Felipe Mourão Pereira
Monografia submetida ao corpo docente da Faculdade de Engenharia da Universidade do Estado do Rio de Janeiro – UERJ, como parte dos requisitos necessários à obtenção do diploma de Engenheiro Cartógrafo.
Orientador: Prof. Dr. Gilberto Pessanha Ribeiro
Curso de Graduação em Engenharia Cartográfica
Rio de Janeiro. RJ Julho - 2008
PEREIRA, MARCUS FELIPE MOURÃO
Mapeamento digital de zona urbana em Teresópolis (RJ), adjacente ao Parque Nacional da Serra dos Órgãos (PARNASO), a partir de imagens IKONOS II
XIII, 69 p. 29,7 cm (FEN/UERJ, Curso de Engenharia Cartográfica)
Monografia – Universidade do Estado do Rio de Janeiro – UERJ
1. Mapeamento Digital I. FEN/UERJ II. Título
FOLHA DE JULGAMENTO
Título: Mapeamento digital de zona urbana em Teresópolis (RJ), adjacente ao Parque Nacional da Serra dos Órgãos (PARNASO), a partir de imagens IKONOS II.
Candidato: Marcus Felipe Mourão Pereira
Curso: Engenharia Cartográfica
Data da defesa: 16 de Julho de 2008
Aprovado por:
___________________________________
Orientador: Gilberto Pessanha Ribeiro, Prof. Dr.,UERJ
___________________________________
Mauro Pereira de Mello, Prof. M.Sc.,UERJ
___________________________________
Jorge Luís Nunes e Silva Brito, Prof. Ph.D., UERJ
___________________________________
Iris Pereira Escobar, Prof. Dr., UERJ
“Só existem dois dias no ano que nada pode
ser feito. Um se chama ontem e o outro se
chama amanhã, portanto hoje é o dia certo
para amar, acreditar, fazer e principalmente
viver”.
Dalai Lama
DEDICATÓRIA
À Ângela Maria Mourão Pereira
pela dedicação e esforço na
criação de seus filhos.
AGRADECIMENTOS
Aos meus pais Ângela e Ronaldo, que começaram essa história no ano de 1979.
Aos meus irmãos Paulo, Márcia e Mário, que sempre estiveram ao meu lado durante essa caminhada.
Ao professor e amigo Gilberto Pessanha, pela atenção, motivação e incentivo durante o desenvolvimento desse projeto, possibilitando essa experiência e muitas outras em projetos de cartografia permitindo aplicação dos conhecimentos adquiridos durante a graduação.
Ao professor Mauro Pereira Mello, por suas aulas, por sua dedicação e por suas indicações de leituras que me fizeram conhecer um pouco mais da história da cartografia.
Ao corpo docente do departamento de Engenharia Cartográfica da UERJ, que mesmo com todas as dificuldades conseguiu transmitir o conhecimento que servirá, não somente para a futura profissão, mas também para a vida.
Aos meus amigos Gustavo Gelelete e Krause Salles, com quem formei as “imensas” turmas de três alunos durante grande parte dessa jornada.
Ao amigo Zargo Quaresma, que participou do primeiro momento deste trabalho e foi um grande companheiro nos estudos e investidas de campo.
Aos alunos veteranos que sempre colaboraram passando as experiências já vividas nas matérias e execução dos trabalhos mais complicados.
A todos meus amigos, que não estiveram presentes em sala de aula, mas fora dela desempenharam um papel de grande importância para que eu não desanimasse em momento algum.
Aos meus companheiros de trabalho, que me apoiaram e incentivaram, e muitas vezes trabalharam por mim permitindo que eu me dedicasse aos estudos.
Aos motoristas da UERJ que sempre ajudaram muito nas investidas de campo nos levando e trazendo sempre com segurança e presteza.
Aos integrantes da banca por criticarem o trabalho me ajudando a construí-lo e permitindo uma maior experiência na execução de trabalhos semelhantes no futuro.
Resumo da monografia apresentada à FEN/UERJ como parte dos requisitos necessários para a obtenção do grau de Engenheiro Cartógrafo.
MAPEAMENTO DIGITAL DE ZONA URBANA EM
TERESÓPOLIS (RJ), ADJACENTE AO PARQUE NACIONAL DA
SERRA DOS ÓRGÃOS (PARNASO), A PARTIR DE IMAGENS
IKONOS II
Marcus Felipe Mourão Pereira
Julho / 2008
Orientador: Gilberto Pessanha Ribeiro, Prof. Dr., UERJ.
Curso de Graduação em Engenharia Cartográfica
A preservação ambiental e a conservação dos recursos naturais disponíveis são temas que têm preocupado o homem nas últimas décadas. Acompanhar o crescimento das cidades e dos centros urbanos se faz necessário como requisito básico para políticas públicas. Unidades de Conservação que se localizam próximas aos centros urbanos, ou até mesmo dentro de grandes cidades, merecem um cuidado especial. O município de Teresópolis, localizado na região serrana do Estado do Rio de Janeiro, foi escolhido como área de estudo, pois nele encontra-se parte do Parque Nacional da Serra dos Órgãos (PARNASO). O crescimento de sua área urbana esbarra com a existência do parque, gerando questões a serem analisadas no contexto de crises ambientais. A cartografia como ferramenta de apoio no monitoramento desses processos é de fundamental importância para a geração de subsídios que são necessários na gestão territorial dessas áreas de conflito. Os documentos produzidos, através desse e de outros trabalhos semelhantes, servem para apoiar a tomada de decisão, objetivando melhor direcionar ações integradas com a finalidade de minimizar os danos causados principalmente pela ocupação humana desordenada. O presente trabalho foi iniciado em gabinete com a aquisição de imagens sensoriais das plataformas do sistema IKONOS II, que foram devidamente tratadas com a utilização de sistemas computacionais especializados. Numa segunda etapa foram realizados levantamentos geodésicos de campo com o uso do Sistema de Posicionamento Global (GPS) e adquiridas bases vetoriais junto ao Instituto Brasileiro de Geografia e Estatística (IBGE) possibilitando apoio no georreferenciamento das imagens. Com essas etapas concluídas foi possível realizar o mapeamento digital temático de uso da Terra e cobertura vegetal da área em estudo com o auxílio dos sistemas computacionais SPRING® e ASHTECH SOLUTIONS®.
Palavras-chave: Cartografia, processamento, GPS, Unidades de Conservação, Mapeamento digital.
Abstract of monograph presented to FEN/UERJ as a partial fulfillment of the requirement for the degree of Cartographic Engineer.
DIGITAL MAPPING OF TERESÓPOLIS URBAN AREA IN RIO DE
JANEIRO, ADJACENT TO THE NATIONAL PARK OF SERRA
DOS ÓRGÃOS (PARNASO), USING IKONOS II IMAGES
Marcus Felipe Mourão Pereira
July / 2008
Adviser: Gilberto Pessanha Ribeiro, Prof. Dr., UERJ.
Cartography Engineering degree
The environment preservation and the conservation of the available natural resources are subjects that have worried the man in the last few decades. It is necessary following up the growth of the cities and the urban centers as a basic requisite for public politics. Conservation Units that are located next to the urban centers, or even inside of big cities deserve special care. The city of Teresópolis, located in the mountain area of Rio de Janeiro State, was chosen as study area because part of National Park of Serra dos Órgãos is located there, and the growth of its urban area faces the existence of the park, generating questions to be analyzed in the context of environmental crises. The cartography, as tool of support in the control of these processes, is important for the generation of subsidies that are necessary in the territorial management of these areas of conflict. The documents generated, through this and other similar works can be used as support in the management, with the object of reducing the actual damages mainly for the disordered human occupation. The present work was initiated indoors with the acquisition of sensorial images from the system IKONOS II platforms, which had been treated with the use of specialized computational systems. In one second stage geodesic surveys, with the use of the Global Positioning System (GPS), had been performed, and vectorial bases were acquired in the Brazilian Institute of Geography and Statistics (IBGE) allowing the correct georeferencing of the images. After these stages were concluded it was possible to perform the thematic digital mapping of the forest coverage and use of the Land with the aid of computational systems SPRING® and ASHTECH SOLUTIONS®.
Key-words: cartography, processing, GPS, Conservation Units, digital mapping.
SUMÁRIO
LISTA DE FIGURAS ... X LISTA DE TABELAS ... XI LISTA DE SIGLAS ... XIII
1 INTRODUÇÃO ... ERRO! INDICADOR NÃO DEFINIDO.
1.1. CARACTERIZAÇÃO GEOGRÁFICA DA ÁREA DE TRABALHO ... ERRO!INDICADOR NÃO DEFINIDO.
1.2. CONTEXTO HISTÓRICO DA CRIAÇÃO DAS UNIDADES DE CONSERVAÇÃO ... ERRO!INDICADOR NÃO DEFINIDO.
1.3. PARQUE NACIONAL DA SERRA DOS ÓRGÃOS (PARNASO) ... ERRO!INDICADOR NÃO DEFINIDO. 2 JUSTIFICATIVA E MOTIVAÇÃO ... ERRO! INDICADOR NÃO DEFINIDO. 3 OBJETIVOS ... ERRO! INDICADOR NÃO DEFINIDO.
3.1. GERAL ... ERRO!INDICADOR NÃO DEFINIDO.
3.2. ESPECIFICOS ... ERRO!INDICADOR NÃO DEFINIDO. 4 FUNDAMENTAÇÃO TEÓRICA ... ERRO! INDICADOR NÃO DEFINIDO.
4.1. GEODÉSIA ... ERRO!INDICADOR NÃO DEFINIDO. 4.1.1. Elipsóide de Referência ... Erro! Indicador não definido. 4.1.2. Sistema de Coordenadas Geodésicas ... Erro! Indicador não definido. 4.1.3. Sistema de Coordenadas UTM ... Erro! Indicador não definido.
4.2. SENSORIAMENTO REMOTO... ERRO!INDICADOR NÃO DEFINIDO. 4.2.1. Espectro Eletromagnético ... Erro! Indicador não definido. 4.2.2. Sensores remotos ... Erro! Indicador não definido. 4.2.3. Características das imagens dos sensores ... Erro! Indicador não definido. 4.2.4. IKONOS II ... Erro! Indicador não definido.
4.3. ESPECIFICAÇÕES PARA OS LEVANTAMENTOS EXECUTADOS ... ERRO!INDICADOR NÃO DEFINIDO. 4.3.1. GPS (Global Positioning System) ... Erro! Indicador não definido.
4.4. SISTEMAS COMPUTACIONAIS ... ERRO!INDICADOR NÃO DEFINIDO. 4.4.1. ArcGis® ... Erro! Indicador não definido. 4.4.2. SPRING® (Sistema para Processamento de Informações Georreferenciadas) ... Erro!
Indicador não definido.
5 DESENVOLVIMENTO DO TRABALHO - METODOLOGIA ... ERRO! INDICADOR NÃO DEFINIDO.
5.1. AQUISIÇÃO E EDIÇÃO DE DADOS ... ERRO!INDICADOR NÃO DEFINIDO.
5.2. PLANEJAMENTO DE CAMPO ... ERRO!INDICADOR NÃO DEFINIDO.
5.3. LEVANTAMENTO GEODÉSICO DE CAMPO ... ERRO!INDICADOR NÃO DEFINIDO.
5.4. PROCESSAMENTO DOS DADOS GPS... ERRO!INDICADOR NÃO DEFINIDO.
5.5. GEORREFERENCIAMENTO DA IMAGEM ... ERRO!INDICADOR NÃO DEFINIDO.
5.6. DELIMITAÇÃO DA ÁREA DE TRABALHO ... ERRO!INDICADOR NÃO DEFINIDO.
5.7. CLASSIFICAÇÃO DA IMAGEM POR REGIÕES ... ERRO!INDICADOR NÃO DEFINIDO. 5.7.1. Segmentação ... Erro! Indicador não definido. 5.7.2. Classificação ... Erro! Indicador não definido. 5.7.3. Mapeamento ... Erro! Indicador não definido. 6 APRESENTAÇÃO DOS RESULTADOS ... ERRO! INDICADOR NÃO DEFINIDO. 7 CONCLUSÕES ... ERRO! INDICADOR NÃO DEFINIDO. 8 REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS ... ERRO! INDICADOR NÃO DEFINIDO. 9 ANEXOS ... ERRO! INDICADOR NÃO DEFINIDO.
9.1. CADERNETAS DE CAMPO ... ERRO!INDICADOR NÃO DEFINIDO.
9.2. EXEMPLO DO RELATÓRIO DE MEDIÇAO ... ERRO!INDICADOR NÃO DEFINIDO.
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ISTA DE FIGURAS
FIGURA 1: Localização do município de Teresópolis 2
FIGURA 2: Área de trabalho 3
FIGURA 3: Belezas naturais do PARNASO 5
FIGURA 4: Espectro Eletromagnético 13
FIGURA 5: Rastreadores GPS Promark 2 19
FIGURA 6: Visualização das bases do IBGE no ArcGIS 28
FIGURA 7: Criação do projeto no SPRING 29
FIGURA 8: Importação de arquivo no SPRING 30
FIGURA 9: Escolha dos pontos 31
FIGURA 10: Croquis de localização 32
FIGURA 11: Distribuição dos pontos do levantamento 32
FIGURA 12: Relatório de estação geodésica (RN-1004X) 33
FIGURA 13: Medição da distancia da base até um ponto rover 34
FIGURA 14: Ponto rover (CIEP) 35
FIGURA 15: Ponto rover (Conceição) 35
FIGURA 16: Processamento dos dados GPS 35
FIGURA 17: Definição dos parâmetros de transformação 36
FIGURA 18: Georreferenciamento no SPRING 38
FIGURA 19: Distribuição dos pontos de controle 38
FIGURA 20: Medição de distância no SPRING 40
FIGURA 21: Cálculo das áreas 41
FIGURA 22: Tempo de processamento da segmentação 30 / 2000 43
FIGURA 23: Polígonos formados na segmentação 30 / 2000 43
FIGURA 24: Segmentação em áreas menores nos limites do PARNASO 44
FIGURA 25: Polígonos formados na segmentação 10 / 400 45
FIGURA 26: Seleção de amostras da classe área urbana 46
FIGURA 27: Seleção de amostras da classe vegetação densa 47
FIGURA 28: Classificação pelo algoritmo Battacharya 48
FIGURA 29: Edição das classes do mapeamento 49
FIGURA 30: Mapa de localização da área de trabalho 50
FIGURA 31: Mapa de uso da Terra e cobertura vegetal (segmentação 30/2000) 51
FIGURA 32: Localização das segmentações (10/400) das áreas menores 52
FIGURA 33: 1º Mapa de uso da Terra e cobertura vegetal (segmentação 10/400) 53
FIGURA 34: 2º Mapa de uso da Terra e cobertura vegetal (segmentação 10/400) 54
FIGURA 35: 3º Mapa de uso da Terra e cobertura vegetal (segmentação 10/400) 55
FIGURA 36: 4º Mapa de uso da Terra e cobertura vegetal (segmentação 10/400) 56
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ISTA DE TABELAS
TABELA 1: CARACTERÍSTICAS DO SATÉLITE IKONOS II 18
TABELA 2: PRODUTOS IKONOS II 18
TABELA 3: FONTES E ERROS NAS OBSERVAÇÕES GPS 21
TABELA 4: TEMPOS DE RASTREIO E DISTÂNCIAS DA BASE 34
TABELA 5: DADOS DO LEVANTAMENTO GPS 37
TABELA 6: DISTÂNCIAS ENTRE OS GEORREFERENCIAMENTOS 39
TABELA 7: DISTÂNCIA ENTRE A BASE VETORIAL E A IMAGEM 39
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ISTA DE SIGLAS
AS Anti-Spoofing
C/A Coarse Aquisituion
DDR2 double data rating DOP Diluition of Precision GPS Global Positioning System
HDD hard disk driver
IBGE Instituto Brasileiro de Geografia e Estatística INPE Instituto Nacional de Pesquisas Espaciais IFOV Instantaneous Field Of View
MC Meridiano Central
MS Multiespectral
NAVISTAR Navigation Statellite with Time And Ranging PARNASO Parque nacional da Serra dos Órgãos
PIXEL Picture element
RJ Rio de Janeiro
RMS Root Mean Square
RN Referência de Nível
SA Selective Availiability
SAD-69 South American Datum 1969 SGB Sistema Geodésico Brasileiro
SIG Sistema de Informações Geográficas
SNUC Sistema Nacional de Unidades de Conservação da Natureza SPRING Sistema para Processamento de Informações Georreferenciadas TIFF Tagged Image File Format
UC Unidades de Conservação
UERJ Universidade do Estado do Rio de Janeiro UFRJ Universidade Federal do Rio de Janeiro UTM Universal Transversa de Mercator WGS 84 World Geodetic System 1984