INSTITUTO MILITAR DE ENGENHARIA
Seção de Ensino de Engenharia Cartográfica SE-6
Defesa de Mestrado
EXTRAÇÃO DE DRENAGEM
A PARTIR DE MODELO
DIGITAL DE ELEVAÇÃO
Al. Phillipe Valente Cardoso
ESTRUTURA DA APRESENTAÇÃO
1.
INTRODUÇÃO
2. REFERENCIAL TEÓRICO
3. MATERIAIS E MÉTODOS
4. RESULTADOS PARA A BACIA HIDROGRÁFICA
5. RESULTADOS DOS TESTES DE LIMIARES
POR COMPARTIMENTO GEOMORFOLÓGICO
6. CONCLUSÕES
1. INTRODUÇÃO
➢
Falta de Bases Cartográficas
➢
Cartografia Digital
➢
Automatização
➢
Extração de Feições Cartográficas
1.1 OBJETIVO
1.1.1 OBJETIVOS ESPECÍFICOS
➢
Identificar parâmetros de extração de drenagem que
melhor se em enquadrem na unidade espacial
estudada.
➢
Comparar os parâmetros de extração de drenagem
em diferentes domínios geomorfológicos.
➢
Identificar a melhor parametrização para extração de
drenagem em compartimentos geomorfológicos;
➢
Comparar as extrações de drenagem entre os
2. REFERENCIAL TEÓRICO
2.1 EXTRAÇÃO DE FEIÇÕES
➢
A extração quando realizada de forma manual demanda muito tempo e
necessita sempre da experiência de um profissional qualificado.
➢
O avanço da informática está tornando viável o desenvolvimento de métodos
mais eficientes para a extração de feições lineares em produtos de
sensoriamento remoto.
➢
Após a implementação dessas técnicas, é necessário analisar a qualidade do
processo visando à validação da extração.
➢
A geração e atualização feitas por processo fotogramétrico passam pela
•
Trecho Drenagem : “Geometria do tipo linha representando o fluxo d’água
permanente ou temporário, podendo esse, coincidir ou não com um trecho de
massa d’água capturado como linha em função da escala de aquisição.”
•
Guerra (1966) que define um rio como o acumulo de água em uma calha cujo
declive contínuo permite uma hierarquização na rede hidrográfica. Um rio é
limitado fisicamente pelas suas margens e vertentes(...)
2.3 MODELOS DIGITAIS DE ELEVAÇÃO
➢
MDEs são entendidos como representações da superfície do
terreno acrescida de quaisquer objetos existentes sobre ela e
que influenciem no valor da reflectância do pixel.
➢
MDT, seria a representação somente do solo, ou seja, não
sofreria a interferência desses objetos
2.3.1 - SHUTTLE RADAR TOPOGRAPHY MISSION
(SRTM)
Representação da aquisição de dados
brutos durante a missão SRTM
MDE SRTM
➢
Missão realizada entre 11 e 22 de fevereiro de 2000 com o objetivo de
➢
Algoritmos de extração podem ser agrupados em dois tipos, os de
fluxos simples, onde o fluxo escorre para uma única direção e os de
fluxo múltiplo em que a dispersão do fluxo, leva em conta a
complexidade do relevo. (PELLETIER, 2008)
Representação do escoamento de fluxo simples e múltiplo.
A) Deterministic Eight Neighbors
(D8)
➢
Método de definição da direção do escoamento da drenagem
B) Infinit. Direction (DINF)
48
60
50
65
20
45
39
55
70
➢
Atribui um sentido de fluxo baseado na inclinação mais
Área de Captação D8
Área de Captação DInf
D8
3. MATERIAIS E MÉTODOS
DRENAGEM IBGE – 1:50.000
SRTM
MDE Carta
Teresópolis
MDE Nova
Friburgo
Limiarização
Drenagem
Teresópolis
Drenagem Nova
Friburgo
Análises
Drenagem IBGE
SRTM BHRSJ
Limiarização Min
Seg. Modelo D8
Limiarização CA
Modelo D8
Drenagem IBGE
Drenagem Ca D8
Drenagem Min.
Seg. DINF
Drenagens DINF
Avaliação
Melhores Drenagem
Ca DINF
Melhores Drenagem
Min. Seg. D8
Limiares
Avaliação comparativa entre
as extrações D8 e DINF por
Representação dos valores de
fluxo acumulado
SRTM BHRSJ
Seleção de áreas para os
domínios geomorfológicos
Limiarização CA para as Áreas
1,2 e 3 de cada compartimento
Drenagem IBGE
Aplicação do Limiar
D8 na Extração DINF
Aplicação de Limiar
nas Áreas 4 e5
Extrações D8 para
as áreas 1,2 e 3
Determinação de Limiar para
cada compartimento
Avaliação comparativa
Extrações DINF para
as áreas 1,2 e 3
Drenagem IBGE
➢
NÚMERO DE SEGMENTO DE CANAIS
➢
EXTENSÃO DE CANAIS
➢
DENSIDADE DE CANAIS
➢
DISTÂNCIA ENTRE VÉRTICES
➢
ANÁLISE VISUAL
4. RESULTADOS PARA A BACIA
HIDROGRÁFICA
4.1 TESTE PRIMÁRIO
DRENAGEM
NÚMERO DE CANAIS EXTENSÃO DE CANAIS
Teresópolis - Base IBGE
681
394,1 Km
Teresópolis - Extração
2680
582,3 Km
Nova Friburgo - Base IBGE
1042
515,4 Km
TESTE MODELO D8 – BACIA HIDROGRÁFICA
TESTES
Seg. c/
Lagoa
Seg. s/
Lagoa
Ext. c/
Lagoa
Ext. s/
Lagoa
Dr. c/
Lagoa
Dr. s/
Lagoa
%
Seg.
%
Ext.
BHRSJ_D8_0_10 4796
4705
5019.05
4850.51
2.26
2.22
216.52% 184.07%
BHRSJ_D8_0_15 2598
2549
3834.36
3700.51
1.23
1.20
122.67% 140.62%
BHRSJ_D8_0_16 2359
2317
3674.81
3543.24
1.11
1.09
111.39% 134.77%
BHRSJ_D8_0_17 2108
2064
3501.16
3487.26
1.00
0.97
99.54%
128.40%
BHRSJ_D8_0_18 1935
1896
3363.17
3238.33
0.91
0.90
91.37%
123.34%
BHRSJ_D8_0_19 1793
1753
3249.7
3127.01
0.85
0.83
84.66%
119.18%
BHRSJ_D8_0_20 1645
1605
3125.51
3011.15
0.78
0.76
77.67%
114.62%
BHRSJ_D8_0_21 1531
1493
3024.24
2911.94
0.72
0.67
69.12%
110.91%
BHRSJ_D8_0_22 1398
1398
2904.27
2904.27
0.66
0.66
63.12%
106.51%
BHRSJ_D8_0_23 1304
1304
2817.25
2817.25
0.62
0.62
58.87%
103.32%
BHRSJ_D8_0_24 1212
1212
2725.57
2725.57
0.57
0.56
54.72%
99.96%
EXTRAÇÃO MODELO D8
TESTES - D8 Pixel Seg. c/ Lagoa Seg. s/ Lagoa Ext. c/ Lagoa Ext. s/ Lagoa Dr c/ Lagoa Dr
s/ Lagoa % Seg. % Ext.
BHRSJ_1_3304800 1 360 348 897.13 854.89 0.17 0.16 16.25% 32.90%
BHRSJ_4_2875500 4 411 399 959.63 915.59 0.19 0.19 18.56% 35.19%
BHRSJ_5_2826900 5 421 409 966.30 922.00 0.20 0.19 19.01% 35.44%
BHRSJ_6_2786400 6 427 415 972.32 927.89 0.20 0.20 19.28% 35.66%
BHRSJ_10_2243700 10 534 521 1086.87 1040.29 0.25 0.25 24.11% 39.86%
BHRSJ_11_2227500 11 538 526 1089.82 1043.21 0.25 0.25 24.29% 39.97%
BHRSJ_13_2178900 13 545 533 1101.74 1054.95 0.26 0.25 24.60% 40.40%
BHRSJ_15_2065500 15 563 551 1128.61 1081.55 0.27 0.26 25.42% 41.39%
BHRSJ_50_1239300 50 904 885 1445.43 1388.87 0.43 0.42 40.81% 53.01%
BHRSJ_103_729000 103 1415 1376 1851.45 1778.89 0.67 0.65 63.88% 67.90%
BHRSJ_104_712800 104 1442 1399 1868.96 1795.21 0.68 0.66 65.10% 68.54%
BHRSJ_155_542700 155 1880 1829 2122.36 2038.15 0.89 0.86 84.88% 77.83%
BHRSJ_163_526500 163 1928 1877 2153.23 2068.03 0.91 0.89 87.04% 78.97%
BHRSJ_174_477900 174 2148 2094 2259.89 2170.37 1.01 0.99 96.98% 82.88%
BHRSJ_192_461700 192 2197 2143 2296.01 2205.13 1.04 1.01 99.19% 84.20%
BHRSJ_210_453600 210 2225 2168 2315.91 2223.65 1.05 1.02 100.45% 84.93%
BHRSJ_215_445500 215 2249 2192 2335.32 2242.83 1.06 1.04 101.53% 85.64%
BHRSJ_228_396900 228 2484 2418 2467.39 2369.94 1.17 1.14 112.14% 90.49%
BHRSJ_260_348300 260 2785 2712 2620.38 2516.90 1.32 1.28 125.73% 96.10%
BHRSJ_347_324000 347 2950 2876 2710.85 2604.32 1.39 1.36 133.18% 99.42%
BHRSJ_378_315900 378 3019 2942 2743.64 2635.89 1.43 1.39 136.30% 100.62%
4.3 TESTE MODELO D8 X MODELO DINF
EXTRAÇÃO MODELO DINF
TESTES
Seg. c/
Lagoa
Seg. s/
Lagoa
Ext. c/
Lagoa
Ext. s/
Lagoa
Dr. c/
Lagoa
Dr. s/
Lagoa
%
Seg.
%
Ext.
BHRSJ_DINF_0_17 2108
2064 3501.16 3487.26
1.00
0.97
99.54% 128.40%
BHRSJ_DINF_0_18 1935
1896 3363.17 3238.33
0.91
0.90
91.37% 123.34%
BHRSJ_DINF_0_24 1212
1212 2725.57 2725.57
0.57
0.56
54.72% 99.96%
EXTRAÇÃO MODELOS D8 E DINF POR COMPARTIMENTOS GEOMORFOLÓGICOS
Compartimentos Testes Segmentos Extensão Densidade de Segmentos
MONTANHOSO
BHRSJ_D8_210_453600 493 433.85 0.76 BHRSJ_D8_228_396900 553 468.53 0.86 BHRSJ_D8_378_315900 676 532.96 1.05 BHRJ_DINF_453600 473 427.30 0.73 BHRJ_DINF_396900 534 461.69 0.83 BHRJ_DINF_315900 641 517.55 0.99 BASE DO IBGE 533 633.29 0.83
MORROS
BHRSJ_D8_210_453600 112 46.29 0.69 BHRSJ_D8_228_396900 132 53.14 0.81 BHRSJ_D8_378_315900 176 68.19 1.09 BHRJ_DINF_453600 114 47.64 0.70 BHRJ_DINF_396900 175 57.59 1.08 BHRJ_DINF_315900 179 68.86 1.10 BASE DO IBGE 217 145.46 1.34
MORROTES
BHRSJ_D8_210_453600 176 75.28 0.93 BHRSJ_D8_228_396900 189 81.76 1.00 BHRSJ_D8_378_315900 229 97.49 1.21 BHRJ_DINF_453600 181 76.14 0.96 BHRJ_DINF_396900 193 83.18 1.02 BHRJ_DINF_315900 229 96.85 1.21 BASE DO IBGE 98 88.89 0.52
COLINOSO
BHRSJ_D8_210_453600 379 282.30 0.90 BHRSJ_D8_228_396900 475 308.48 1.12 BHRSJ_D8_378_315900 524 356.38 1.24 BHRJ_DINF_453600 389 287.37 0.92 BHRJ_DINF_396900 441 312.85 1.04 BHRJ_DINF_315900 544 359.85 1.29 BASE DO IBGE 676 557.50 1.60
PLANÍCIE
TESTES ÁREA 1 - DOMÍNIO MONTANHOSO
-TESTES ÁREA 2 - DOMÍNIO MONTANHOSO
TESTES ÁREA 2 Segmentos Extensão Densidade de Segmentos Fluxos
-TESTES ÁREA 3 - DOMÍNIO MONTANHOSO
-Áreas
D8
DINF
A1
3.97%
2.50%
A2
4.70%
4.70%
A3
2.38%
1.58%
MÉDIA
3.68%
2.93%
DESVIO
TESTES ÁREA 4
Segmentos
Extensão
Segmentos
Densidade
TESTES ÁREA 5 - DOMÍNIO MONTANHOSO
TESTES ÁREA 5
Segmentos
Extensão
Segmentos
Densidade
TESTES ÁREA 1 - DOMÍNIO DE MORROS
-TESTES ÁREA 2 - DOMÍNIO DE MORROS
TESTES ÁREA 2 Segmentos
Extensão
Densidade
Segmentos
Fluxos
-TESTES ÁREA 3 - DOMÍNIO DE MORROS
TESTES ÁREA 3 Segmentos
Extensão
Densidade
Segmentos
Fluxos
A1_D8_8100
42
10.76
13.67
1
A3_D8_48600
11
5.25
3.58
6
A3_D8_56700
8
4.81
2.60
7
A3_D8_64800
7
4.52
2.28
8
A1_DINF_8100
42
10.76
13.67
1
A3_DINF_48600
14
5.99
4.56
6
A3_DINF_56700
11
5.59
3.58
7
A3_DINF_64800
10
5.16
3.25
8
-Áreas
D8
DINF
A1
3.97
2.50
A2
4.70
4.70
A3
2.38
1.58
MÉDIA
3.68
2.93
DESVIO
TESTES ÁREA 1 - DOMÍNIO DE MORROTES
TESTES ÁREA 1 Segmentos
Extensão
Densidade
Segmentos
Fluxos
A1_D8_8100
3
0.79
6.20
1
A1_D8_16200
2
0.63
4.14
2
A1_D8_24300
1
0.54
2.07
3
A1_DINF_8100
3
0.79
6.20
1
A1_DINF_16200
3
0.79
6.20
2
A1_DINF_24300
3
0.79
6.20
3
-TESTES ÁREA 2 - DOMÍNIO DE MORROTES
TESTES ÁREA 2 Segmentos
Extensão
Densidade
Segmentos
Fluxos
A2_D8_8100
3
1.54
4.41
1
A2_D8_16200
2
1.19
2.94
2
A2_DINF_8100
3
1.54
4.41
1
A2_DINF_170100
5
1.10
7.34
2
-TESTES ÁREA 3 - DOMÍNIO DE MORROTES
TESTES ÁREA 3 Segmentos
Extensão
Densidade
Segmentos
Fluxos
A3_D8_8100
13
3.15
11.49
1
A3_D8_16200
11
2.75
9.72
2
A3_D8_48600
3
1.05
2.65
6
A3_D8_97200
2
0.43
1.77
12
A3_DINF_8100
13
3.15
11.49
1
A3_DINF_16200
8
2.01
7.07
2
A3_DINF_48600
3
1.48
2.65
6
A3_DINF_97200
3
0.65
2.65
12
TESTES ÁREA 1 - DOMÍNIO COLINOSO
TESTES ÁREA 1 Segmentos
Extensão
Densidade
-TESTES ÁREA 2 - DOMÍNIO COLINOSO
-TESTES ÁREA 3 - DOMÍNIO COLINOSO
TESTES ÁREA 3 Segmentos
Extensão
Densidade
-Áreas
D8
DINF
A1
2.25%
2.25%
A2
1.8%
2.18%
A3
1.27%
1.48%
MÉDIA
1.77%
1.97%
DESVIO
TESTES ÁREA 4 - DOMÍNIO COLINOSO
TESTES ÁREA 4
Segmentos
Extensão
Segmentos
Densidade
A4_DINF_56700
14
5.68
4.52
TESTES ÁREA 5 - DOMÍNIO COLINOSO
TESTES ÁREA 5
Segmentos
Extensão
Segmentos
Densidade
A5_D8_24300
5
2.18
3.36
TESTES ÁREA 1 - DOMÍNIO DE PLANÍCIE
TESTES ÁREA 1 Segmentos Extensão
Densidade de Segmentos
Fluxos
A1_D8_8100
18
5.48
10.22
1
A1_D8_32400
11
3.44
6.24
4
A1_D8_48600
10
2.57
5.68
6
A1_DINF_8100
18
5.48
10.22
1
A1_DINF_32400
11
3.76
6.24
4
A1_DINF_48600
2
1.23
1.14
6
BASE DO IBGE
5
2.76
2.84
-TESTES ÁREA 2 - DOMÍNIO DE PLANÍCIE
-TESTES ÁREA 3 - DOMÍNIO DE PLANÍCIE
TESTES ÁREA 3 Segmentos
Extensão
Densidade
Segmentos
Fluxos
A3_D8_8100
17
5.46
9.65
1
A3_D8_48600
6
2.50
3.41
6
A3_DINF_8100
17
5.46
9.65
1
A3_DINF_48600
6
2.66
3.41
6
-➢
A variável relevo mostrou-se determinante nos processos de
extração da drenagem realizados, dificultando as extrações que
contemplem toda uma unidade espacial já consagrada, como por
exemplo, as bacias hidrográficas ou mesmo micro bacias.
➢
Áreas definidas como de montanhas e colinas foram as que
apresentaram os melhores resultados nos processos de extração.
➢
Já nos domínios geomorfológicos de morrotes, morros e
planícies, não foi obtida uma representação satisfatória por
nenhum dos modelos de extração de drenagem estudados. Essa
análise demonstrou que o método para a determinação de um
limiar em comum não é valido para esses compartimentos.
➢
As áreas de relevo mais plano apresentam mais diferenças em
relação à realidade de referência, em comparação com as áreas
de relevo mais acidentado. Contudo, existem ainda diferenças de
amplitude e declividade mesmo dentro de um compartimento de
relevo, caracterizada como um domínio montanhoso, por
exemplo.
➢
Em relação a algumas feições extraídas pelos modelos
➢
Foi identificado um aumento na extensão dos canais nos dois
modelos. Como diferenças entre os modelos, houve o
aparecimento de trechos de drenagem nas extrações pelo
modelo DINF, que não foram encontrados no modelo D8.
➢
Quanto aos processos de avaliação, os métodos utilizados,
➢
Por fim, é necessário ressaltar que os modelos digitais de
7. REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS
BARROS, R. S. de Avaliação da altimetria de modelos digitais de elevação obtidos a partir de sensores orbitais [Rio de Janeiro], 2006 XIX, 172 p. (IGEO/ UFRJ), D. Sc., Geografia, Tese –
Universidade Federal do Rio de Janeiro, IGEO. 2006.
BRITO, F. J. O.; HETKOWSKI, T. M. A linguagem cartográfica: discussão
e contemporaneidade. In: 4º Encontro Interdisciplinar de Cultura, Tecnologias e Educação, Centro Universitário Jorge Amado, 28-30 de outubro de 2009.
CANDEIAS, A. L. B.; SOUSA, E. B. Aplicação da morfologia matemática na
extração automática de curva de nível de carta topográfica. In: VIII Simpósio Brasileiro de Sensoriamento Remoto, INPE, Salvador, BA, 14-19 de abril de 1996.
CANO, M. I. C. Impacto del algoritmo d en la extracción Automática de redes de drenaje a partir de modelos digitales de elevaciones. Cuaternario y geomorfología: Revista de la Sociedad Española de Geomorfología y Asociación Española para El Estudio del Cuaternario, v.19 (1-2), p. 23-33. 2005.
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