1- Engº Agrimensor /D. Sc. Engenharia Agrícola, Professor - Pesquisador, NPGA/DIRETORIA DE PESQUISA, CEFETCAMPOS, Campos dos Goytacazes-RJ, (22) 2734-3771 / 9833-2601, vsantos@uenf.br
2- Engenheiro Agrônomo, Doutorando, CCTA/LEAG, UENF, Campos dos Goytacazes-RJ
3- Engenheiro Civil, Professor - Pesquisador, NPGA/DIRETORIA DE PESQUISA, CEFETCAMPOS, Campos dos Goytacazes-RJ 4- Engenheiro Agrícola, Professor - Pesquisador, LEAG/UENF, UENF, Campos dos Goytacazes-RJ
GERAÇÃO DE MODELO DIGITAL DE TERRENO (MDT) DE UMA MICROBACIA
HIDROGRÁFICA UTILIZANDO SISTEMA DE POSICIONAMENTO GLOBAL
(GPS)
VICENTE DE PAULO SANTOS DE OLIVEIRA1; SIDNEY S. ZANETTI2; LUÍS MARCELO M.
BRANCO3; ELIAS F. DE SOUSA4
Escrito para apresentação no
XXXIII Congresso Brasileiro de Engenharia Agrícola 02 a 06 de Agosto de 2004 - São Pedro - SP
RESUMO: Neste trabalho é apresentada uma metodologia para a geração de um modelo digital de terreno (MDT) a partir da obtenção dos dados brutos no campo, utilizando o sistema GPS, que após pós-processamento dos dados no escritório em software específico, proporcionaram precisão adequada nos pontos rastreados para a geração de um MDT hidrologicamente consistente. Os resultados obtidos indicam que a metodologia adotada proporcionou resultados satisfatórios, entretanto o número de pontos necessários para a adequada representação do relevo, assim como algumas limitações de uso do sistema GPS, restringe seu uso a microbacias hidrográficas, inviabilizando a aplicação desta metodologia em grandes áreas.
PALAVRAS-CHAVE: modelo digital de terreno, GPS, bacia hidrográfica
GENERATING A DIGITAL LAND MODEL OF A HYDROGRAPHIC MICRO-BASIN USING THE GLOBAL POSITIONING SYSTEM (GPS)
ABSTRACT: This project presents a methodology to the generation of a digital land model from raw data obtained from the field, using a GPS system, which after the data processing by specific software, provides adequate precision on the scanned points to the development of a hydrologically consistent MDT. The obtained results show that the adopted methodology has provided satisfactory results, nevertheless the number of required points to the adequate landscape representation, as well as some limitations of the GPS usage, has refrained its usage to hydrographic micro basins, making this methodology impossible to be applied on large areas.
KEYWORDS: digital land model, GPS, hydrographic basin
INTRODUÇÃO: Durante muitos anos, a técnica clássica utilizada para a representação de relevo foi o traçado manual de curvas de nível, a partir de coordenadas tridimensionais, obtidas de levantamento topográfico convencional, onde os valores intermediários eram determinados por simples interpolação linear. Com o avanço tecnológico proporcionado pela informática, desenvolveu-se uma nova técnica que automatizou esse procedimento que consiste na descrição matemática do terreno através de funções de interpolação. Um Modelo Digital de Terreno (MDT), é uma representação matemática computacional da ocorrência de um determinado fenômeno espacialmente distribuído, numa região limitada da superfície terrestre (ROCHA, 2002). O processo para a geração do MDT consiste, basicamente, em três etapas: aquisição de dados; edição dos dados; e geração do modelo. A aquisição de dados pode ocorrer por digitalização, restituição fotogramétrica, sensoriamento remoto ou levantamento de campo direto (SPRING, 2004). Neste último os dados são obtidos utilizando-se instrumentos topográficos convencionais (teodolitos e níveis) ou informatizados (estações totais e níveis digitais) e mais recentemente tem sido utilizado sistemas mais sofisticados como o sistema de posicionamento global, pelo qual as coordenadas tridimensionais são obtidas via satélite. Um modelo digital de terreno é dito hidrologicamente consistente quando este representa adequadamente o relevo da região de estudo a ponto de permitir a correta simulação de processos hidrológicos ocorrentes na área. O objetivo do presente trabalho foi à obtenção do Modelo Digital de Terreno (MDT)
hidrologicamente consistente, de uma microbacia hidrográfica, por meio dos dados do levantamento planialtimétrico realizado com o sistema de posicionamento global – GPS.
MATERIAL E MÉTODOS: O trabalho foi desenvolvido numa microbacia hidrográfica, pertencente à bacia do Rio Paraíba do Sul, no município de Varre-Sai, no Noroeste do Estado do Rio de Janeiro, com latitude 20º56’21,35” Sul e longitude 41º53’48,56” Oeste. A bacia hidrográfica possui área ocupada por mata atlântica, eucalipto, cafeicultura e culturas temporárias, possuindo ainda algumas nascentes que contribuem para a manutenção de um pequeno curso d’água. A figura 1 apresenta uma vista parcial da microbacia.
Para realização do levantamento utilizou-se o equipamento de GPS SR510 da LEIKA, com as seguintes especificações: Rastreamento da fase L1 e do código C/A; utilização do código para reconstruir a fase da portadora. Os dados podem ser gravados para pós-processamento no software SKI-PRO; linhas de base podem ser calculadas com precisão de 5 a 10 mm + 2 ppm (LEIKA, 2002). A microbacia localiza-se a cerca de 100 quilômetros da Base GPS e por este motivo utilizou-se o posicionamento relativo, sendo utilizado no levantamento o método STOP AND GO. Neste método são utilizados dois receptores, onde um deles funciona como uma estação fixa e outro é movimentado sobre a área para determinação das coordenadas tridimensionais nos pontos de interesse. Foram determinadas coordenadas em 1243 pontos na microbacia, de forma a se obter as adequadas representações do relevo, sendo que o tempo para execução do trabalho foi de aproximadamente 30 horas.
Para correção diferencial dos dados brutos de campo foram utilizados os arquivos da Base Comunitária GPS do Cefet-Campos. A Base é gerenciada pelo Software TRS e possui um Receptor ProXR, da Trimble, que grava em código C/A e portadora L1, em uma taxa de 5 segundos em arquivos formato SSF a cada 1 hora. Os arquivos são disponibilizados gratuitamente na internet para os usuários do sistema. Estes arquivos foram convertidos para o formato RINEX FORMAT – Receiver Independent Exchange Format e em seguida importados no software SKI-PRO, onde se procedeu a correção diferencial. Após a correção, foram eliminados os pontos cujo erro das coordenadas tridimensionais foram superiores a 0,50 m. Após a seleção, restaram 828 pontos, que foram utilizados no software Arc View 3.20a para processamento.
No Arc View os dados foram importados no formato texto sendo adicionado como um tema no software. A interpolação foi realizada utilizando a estrutura TIN - Triangular Irregular Network, pela qual a representação da superfície ocorre através de polígonos triangulares, com vértices sobre os pontos amostrais para compor o modelo, interligando-os três a três. Após a interpolação o relevo foi classificado em faixas de altitudes. Na seqüência, o modelo TIN foi transformado no formato GRID, com células de 1m2, para possibilitar a delimitação da bacia hidrográfica. O módulo hidrológico, Hydrologic Modeling, foi ativado a fim de possibilitar a execução de rotinas de interesse hidrológico. Inicialmente foram eliminadas depressões indesejáveis que ocorreram após a interpolação, consistindo de células cercadas por outras com maiores elevações que produzem a descontinuidade do escoamento superficial descendente para uma célula vizinha. Neste módulo também foram gerados automaticamente o divisor de águas da bacia, as direções de escoamento, rede de drenagem, as sub-bacias e os limites da bacia hidrográfica principal (ESRI, 2002).
Figura 1 – Vista parcial da microbacia hidrográfica em Varre-Sai-RJ
RESULTADOS E DISCUSSÃO: A superfície resultante da interpolação, processada utilizando a estrutura TIN, é mostrada na Figura 2. Foram criadas automaticamente 9 classes de altitude, sendo que o modelo obtido representou satisfatoriamente o relevo da área.
A direção do escoamento das águas superficiais na bacia é apresentada na Figura 3. Os números da convenção indicam a direção do escoamento: 1 – leste; 2 – sudeste; 4 – sul; 8 – sudoeste; 16 – oeste; 32 – noroeste; 64 – norte; e 128 – nordeste.
A figura 4 ilustra a rede de drenagem gerada automaticamente pelo software, considerando uma área mínima de contribuição de 1 hectare. A rede de cursos d´água existente, apesar de ser menor, coincide com a rede de drenagem existente.
Foram geradas automaticamente 13 sub-bacias distintas, considerando uma área mínima de 5 hectares. Para se ter uma noção da consistência hidrológica do modelo digital de elevação gerado, foi feita a sobreposição das informações apresentadas nas Figuras 2 e 4, além das 13 sub-bacias , resultando na Figura 5.
Figura 3 – Mapa da direção do escoamento das águas superficiais na microbacia.
Figura 4 – Rede de drenagem gerada automaticamente pelo software.
CONCLUSÕES: A metodologia adotada proporcionou resultados satisfatórios, entretanto algumas limitações do sistema GPS e o alto número de pontos necessários para a adequada representação do relevo restringem o uso do sistema somente a microbacias hidrográficas, podendo inviabilizar a sua aplicação em grandes áreas.
REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS:
LEIKA. Geosystems. GPS – SYSTEM 500. GPS - Manual do Usuário. Versão 4.0. Português. 2002. ROCHA, C. H. B. Geoprocessamento: tecnologia transdiciplinar. Juiz de Fora, MG: Ed. do Autor, 2000.
SPRING: Sistema de processamento de informações georeferenciadas. Tutorial de geoprocessamento. Divisão de Geoprocessamento de Imagens. Instituto Nacional de Pesquisas Espaciais. http://www.dpi.inpe.br/spring/portugues/manuais.html. atualização: 06 de fevereiro de 2004.
ESRI, ARC VIEW: Advanced Spatial Analyst Using Raster and Vector Data. 3.2a. New York: Environmental Systems Research Institute, 147 p. 1996.
AGRADECIMENTOS: Ao CEFETCampos e ao TECNORTE pelo apoio e estrutura disponibilizados para realização e apresentação deste trabalho.
