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Brasil em Relevo

Informações Técnicas // Relevo

Métodos

 

Método de Elaboração dos Mosaicos

Método para Navegação nos Mosaicos

Método de Geração de Vôo em 3D

 

Método de Elaboração dos Mosaicos

Para a execução dos mosaicos estaduais disponibilizados no projeto Brasil em Relevo foram realizados os seguintes procedimentos metodológicos, com a utilização de ferramentas de geoprocessamento e de tecnologia da informação:


  1. Refinamento do modelo digital de elevação do SRTM;

  2. Geração da imagem de relevo realçado para cada Unidade da Federação;


1. Refinamento do modelo digital de elevação SRTM

O modelo digital de elevação (MDE) do SRTM, com 3 segundos de arco (aproximadamente 90 metros de resolução espacial), é distribuído gratuitamente pelo governo norte-americano. Todavia, ele contém imperfeições caracterizadas por depressões espúrias, picos anômalos e pontos ou áreas com ausência de dados.

Em função do grande volume de dados (cada pixel de 90 x 90 metros apresenta um valor altimétrico), a correção desses problemas demandou um complexo processamento computacional, envolvendo aplicativos específicos em geoprocessamento e disponibilização de grande capacidade de armazenamento em disco.

Dentre as operações realizadas na correção desses problemas, destacam-se os cortes e preenchimentos (“corte/aterro”) com patamares altimétricos bem definidos, interpolações e produção de dados vetoriais.

Neste contexto, uma vez adquiridos os modelos digitais de elevação, disponibilizados pelo USGS Eros Data Center (United States Geological Survey), procedeu-se a conversão do formato HGT para IMG, a mosaicagem e correção dos dados para o Brasil, em Sistema de Coordenas Geográficas e Datum WGS84.

O preenchimento dos pontos ou áreas sem informação no modelo foi realizado utilizando-se como fonte de informação adicional os MDEs disponibilizados pela FAO/UNEP, no âmbito da rede de cooperação Global Land Cover Network (GLCN), corrigidos com a utilização do aplicativo ArcInfo. Dentre esses processos destacaram-se:

  • Identificação de áreas sem informação;

  • Preenchimento de grandes depressões espúrias;

  • Remoção de picos;

  • Geração de curvas de nível;

  • Interpolação por meio do SIG ArcInfo, com o módulo Topogrid;

  • Substituição das áreas vazias pelos dados interpolados.

O método de interpolação usado pelo ArcInfo, incorporado no módulo Topogrid, conserva as características locais do relevo sem perder a continuidade do entorno, ou seja, considera de uma forma ampla toda a tendência global da superfície para gerar a elevação de um determinado ponto. Através de uma técnica iterativa de grade ou “grid” variável, a qual considera parâmetros e tolerâncias definidos pelo usuário e características do relevo, ocorre a convergência para o valor de altitude da célula.

O método de interpolação usado pelo Topogrid procura reduzir o número de depressões espúrias no MDE, visto que as paisagens naturais detêm, em sua maioria, predominância de picos em relação à depressões, pois a água, ao promover erosão na superfície, modela a mesma para que tenha escorrimento superficial contínuo.

A interpolação realizada no ArcInfo considera vários aspectos das superfícies naturais, principalmente o aspecto hidrológico, o qual pode ser maximizado com a imposição da hidrografia mapeada, produzindo modelos digitais com consistência hidrológica.

Neste contexto, através de cruzamentos digitais entre o modelo original do SRTM e os dados da FAO/UNEP, as inconsistências foram solucionadas resultando no modelo digital de elevação do Brasil, conforme exemplificado na figura1.

 

figura 1

Figura 1 – Exemplo destacando o modelo digital SRTM antes da etapa de refinamento (imagem A) e após a correção (imagem B).


2. Geração da imagem de relevo realçado para cada Unidade da Federação;

Concluído o MDE do Brasil, o passo seguinte foi a geração das imagens com o relevo realçado para cada um dos Estados do Brasil. Nesta etapa do processo, optou-se pela geração dos relevos realçados de maneira independente a fim de permitir uma melhor visualização de suas características. Assim, ao reduzir o conjunto de dados para níveis estaduais, haveria melhor realce do relevo uma vez que o aplicativo utilizado (Erdas Imagine) considera o intervalo de distribuição de cotas entre a menor e maior altitude do modelo e efetua sua distribuição em cerca de 25 intervalos.

Definido o critério para geração do relevo realçado, o modelo digital de elevação do Brasil foi recortado conforme os limites dos mosaicos estaduais de imagens LANDSAT da coleção Brasil Visto do Espaço, e os arquivos resultantes foram convertidos para Projeção Policônica, Datum WGS84.

As imagens de relevo realçado, foram processadas utilizando-se a função “painted relief” do Erdas Imagine e os parâmetros utilizados foram:

  • Utilização do gradiente estatístico da imagem (mínimo e máximo)

  • Unidade da elevação do MDE em metros

  • Fator de exagero vertical igual a 1

  • Ângulo de azimute solar igual a 345º

  • Ângulo de elevação do Sol igual a 45º


relevo

Figura 2 - Exemplos de Relevo

Uma vez gerados os relevos realçados com cerca de 90 metros de resolução espacial, os mesmos foram re-amostrados por convolução cúbica para resoluções maiores e convertidos para Projeção Geográfica (Datum SAD-69), a fim de compatibilizá-los com os mosaicos LANDSAT da coleção Brasil visto do espaço. Cabe ressaltar que esta re-amostragem foi executada apenas para permitir uma melhor visualização dos dados nos recortes compatíveis com àqueles apresentados nas escalas 1:100.000 ou superiores do IBGE, não significando, no entanto, que os MDEs derivados do SRTM possam tecnicamente ser utilizados nessas escalas.


Método para Navegação nos Mosaicos


Recortes geográficos dos mosaicos

Finalizados os relevos realçados para cada um dos estados, os mesmos foram processados em formato GEOTIFF, permitindo a identificação das coordenadas geográficas de início e fim de cada mosaico. Para adequar os mosaicos originais ao sistema de articulação cartográfico utilizado pelo Instituto Brasileiro de Geografia e Estatística (IBGE), foram utilizados alguns programas na linguagem C que, utilizados conjuntamente com o pacote de aplicativos "netpbm", possibilitaram a transformação de formatos de imagens, originando a sobreposição dos recortes do mosaico com as cartas publicadas pelo IBGE.


O processamento seguinte envolveu a conversão da resolução espacial dos mosaicos, com o objetivo de adequar o tamanho e a resolução espacial dos arquivos à mídia escolhida. Foram efetuados recortes com degradação da resolução espacial em múltiplos de 2 e 3, ou seja, a partir de uma imagem com resolução espacial de 30 metros, foram obtidas imagens com resolução espacial de 60m, 120m, 240m, 480m etc., no caso de múltiplos de 2; e imagens com resolução espacial de 180m, 540 etc., no caso de múltiplos de 3.


Para a produção da grade de navegação, que acompanha cada recorte efetuado e que serve como uma referência da área visualizada em cada estado, foi utilizada uma imagem transformada para apenas duas cores. Neste processamento foi utilizada a biblioteca gd, que permitiu a constituição das quadrículas sobre o contorno do estado.


Na execução dos recortes, compatíveis com as escalas 1:500.000, 1:250.000, 1:100.000, 1:50.000 e 1:25.000, foi utilizado um programa específico, desenvolvido pela Embrapa Monitoramento por Satélite e as imagens resultantes foram convertidas para o formato JPEG. Neste processo, considerando a escala de expressão e a respectiva resolução espacial, foram realizados diferentes níveis de recortes.


  • Nível 1 - Recortes compatíveis com a escala 1:500.000. Foram utilizadas imagens com resolução espacial de 960 metros;


  • Nível 2 - Recortes compatíveis com a escala 1:250.000. Foram utilizadas imagens com resolução espacial de 480 metros;


  • Nível 3 - Recortes compatíveis com a escala 1:100.000. Foram utilizadas as imagens com resolução espacial de 120 metros;


  • Nível 4 - Recortes compatíveis com a escala 1:50.000. Foram utilizadas as imagens com resolução espacial de 60 metros;


  • Nível 5 - Recortes compatíveis com a escala 1:25.000. Foram utilizadas as imagens com resolução espacial de 30 metros.


Em todos os diferentes níveis de recortes, existe uma área de sobreposição entre imagens vizinhas, fazendo com que a área total visualizada em cada um deles seja ligeiramente maior do que aquela definida pelas cartas do IBGE.


Um último programa foi executado para gerar arquivos no formato HTML (.htm), referenciando as imagens, ícones e textos, permitindo que o produto final fosse concebido como um hipertexto navegável.


Como navegar nas imagens

Todas as imagens, seja do relevo realçado ou do mosaico Landsat, exceto aquelas do último nível, são "clicáveis". A cada "clique" surgem recortes compatíveis com escalas maiores e, portanto, com maior detalhe.


Em todos os níveis, exceto no inicial, existe uma barra de navegação na parte inferior da área de trabalho, dividida em três segmentos. A figura abaixo ilustra e exemplifica as três formas de navegação possíveis.

 

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No segmento à esquerda, o ícone das setas indica todas as direções possíveis de navegação. As cores azul e cinza estão associadas à possibilidade ou não de movimentação em determinado sentido. No exemplo utilizado, é possível navegar em todas as direções, exceto para Leste e Sudeste, onde não há imagens disponíveis. A seta central indica o retorno ao nível imediatamente anterior.


Na parte central, há os ícones “IMAGEM” ou “RELEVO”, alternando sua descrição em função do que está sendo visualizando. Assim, se o usuário está visualizando o relevo, neste segmento estará visível a palavra “IMAGEM” e ao clicar sobre essa, o recorte será trocado pelo correspondente no mosaico de imagens LANDSAT. A figura abaixo exemplifica o processo:


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Por fim, no segmento à direita está disponível o ícone da imagem do estado. Ao ser "clicado", proporciona o retorno à página inicial, relativa ao mosaico em visualização.


Abrangência geográfica do recorte

Todos os níveis de recorte disponíveis para cada estado apresentam, ainda, as coordenadas geográficas do retângulo envolvente, referentes à carta correspondente, com seu respectivo ponto central. A figura abaixo ilustra e exemplifica esta informação:

 

 

O retângulo em vermelho apresenta as coordenadas geográficas do recorte cartográfico oficial do IBGE. A área da imagem é representada pelo retângulo externo, em amarelo, sendo um pouco maior que o recorte cartográfico. Assim, cabe ressaltar que as coordenadas expressas nos vértices são aproximadas e não localizam com exatidão os limites da respectiva imagem, em função desta ser ligeiramente maior do que a área definida na carta, embora a localização expressa pelo ponto central esteja correta.


Escala altimétrica

Ao visualizar os dados de relevo, na lateral direita à janela de dados, está diponível a escala altimétrica aproximada. Apresentada por um gradiente de cores que vai do verde escuro ao rosa, passando por tons de amarelo, laranja e marrom, essa escala procura identificar desde as altitudes das áreas mais baixas do relevo até as mais elevadas. Cada estado apresenta valores específicos de altitudes mínima e máxima e, portanto, cada escala de cores irá representar altitudes e variações especificas de cada estado.


Norte e escala gráfica

Na parte inferior da janela dos dados estão disponibilizados o norte e a escala gráfica. Esta indica a correspondência ou equivalência de medidas na imagem visualizada no monitor e na superfície real.


Navegação por município

Outra possibilidade para navegação nos mosaicos estaduais é a consulta por município. Através da incorporação dos dados do IBGE do ano de 1997, referentes às sedes municipais, foi estruturado um sistema de consulta baseado no nome e posição geográfica da sede do município. Esta consulta está disponível no menu inferior da página inicial, como mostra o exemplo abaixo no caso do Estado de São Paulo.


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Uma vez selecionado o município, o sistema remete ao recorte de imagem que contém sua sede na maior escala disponível. Eventualmente, pode ocorrer mais de uma cidade num mesmo recorte ou mais de um recorte da imagem para cobrir toda a extensão de um município.

 

 

Método de Geração de Vôo em 3D

 

Nas imagens de satélites LandSat acidentes geográficos como morros são de difícil identificação e impossível de estimar a altitude. Com as imagens SRTM é possível a identificação da altitude do país inteiro, mas não a cobertura de cada posição geográfica. Com o ArcScene, software da empresa ESRI, é possível fazer a cobertura do relevo gerado pelo SRTM com as imagens LandSat. Uma das principais utilidades desse software é o de gerar vôos em 3D, que ampliam a capacidade de visualização e representação dos dados georeferenciados.

Geração de vôos com ArcScene

O ArcScene é uma aplicação para visualização de imagens em três dimensões, que vem com o software de geoprocessamento ArcGIS. Além da visualização é possível a navegação e geração de animação nos formatos .avi, .mpeg e QuickTime. A imagem abaixo mostra o mosaico LandSat do estado de São Paulo na região da Serra de Iperó.

 

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Nas propriedades do Layer é inserido a imagem SRTM referente a imagem LandSat e o exagero que será aplicado

 

Neste mosaico em 3D é possível a aplicação do zoom, pan e sobrevôos. Para geração de vôos em 3D é necessário tirar fotos com a ferramenta máquina fotográfica. Tirando duas ou mais fotos o ArcScene interpolará todas as outras imagens que comporão a animação.

 

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Para geração de arquivos de vídeos é necessário utilizar a ferramenta Animation e a opção “Export to video”. Uma boa opção é o compactador “Cinepak Codec by Radius”, que gerará arquivos pequenos; qualidade de compactação de 100 e 30 quadros por segundo. É possível gerar animações nos formatos .avi .mpeg e .mov


codec

player


A reprodução dos vôos pode ser feita com seu player de video favorito.


Algumas áreas de aplicações:

  • Análise de produção agrícola
  • Exploração geológica
  • Monitoramento ambiental
  • Análise meteorológica
  • Modelamento hidrológico
  • Visualização arqueológica e mapeamento
  • Modelagem de floresta
  • Arquitetura de condomínios e cidades
  • Marketing