Entendimento e acurácia dos modelos digitais de elevação derivados de dados do SAR aerotransportado do SIPAM

Abstract

O Brasil adquiriu, na década de 1990 e de empresas canadenses, uma série de produtos que compõem o Sistema de Proteção da Amazônia – SIPAM. Devido ao pequeno número de técnicos brasileiros com conhecimento para fazer uma análise crítica destes produtos, alguns ainda estão por validar. Um destes é o chamado Radar Digital Elevation Model – RDEM, um Modelo Digital de Elevação – MDE, gerado por meio da técnica do Radar interferométrico. Este estudo se propôs a descrever, passo a passo, as técnicas que resultam na elaboração de um MDE por interferometria Radar. Também visa a avaliar a acurácia do RDEM usando, como referencial, um levantamento com GPS diferencial e um levantamento topográfico minucioso, com curvas de nível de dois em dois metros, da microbacia do córrego Taquara, na área da Reserva Ecológica do Instituto Brasileiro de Geografia e Estatística – IBGE – Distrito Federal. Os dois primeiros capítulos apresentam as condições de contorno do trabalho. Os capítulos 3 e 4 discutem as bases teóricas do imageamento com Radares de abertura sintética e da interferometria, respectivamente. No capítulo 5, são mostrados os materiais e métodos utilizados. A comparação entre o RDEM e os referenciais GPS e topográfico é feita no capítulo 6. As conclusões e recomendações são apresentadas no capítulo 7. O RDEM mostrou-se próximo das especificações técnicas, com uma acurácia altimétrica que variou de 4,64m a 5,61m, dependendo da faixa de imageamento. A empresa fabricante do equipamento Radar, MacDonald Dettwiler, garante, numa faixa de 3km de largura, uma acurácia de 5m. Alguns problemas, no entanto, carecem de solução para que o produto seja útil na plenitude de sua potencialidade. Primeiramente, é preciso resolver um problema planimétrico. Outros estudos dão conta de que este problema é esporádico, mas, na imagem ora analisada, ocorreu um deslocamento de 150m para o sul e 25m para o oeste. Não foi possível detectar problemas de rotação ou escala, portanto, a análise foi feita apenas deslocando a origem das coordenadas do RDEM para que ele se encaixasse no levantamento topográfico. Assim, buscou-se isolar os erros altimétricos decorrentes do erro na planimetria. Outro problema detectado foi o surgimento de uma imagem fantasma na imagem de coerência. No entanto, não foi possível detectar a origem nem quantificar o efeito deletério desta distorção na acurácia da altimetria. Talvez esteja relacionado a ela o fato de os valores de erro médio quadrático – RMS estarem um pouco acima dos 5m esperados. Conclui-se que o RDEM apresenta um grande potencial para levantamentos altimétricos precisos e de baixo custo. Sua utilização plena, no entanto, será proporcional à solução dos problemas detectados na planimetria e na imagem de coerência. _______________________________________________________________________________ ABSTRACT

In the 90’s, Brazil acquired from Canadian companies a set of products that form the Amazon Protection System or Sistema de Proteção da Amazônia – SIPAM. Due to the small number of Brazilian technicians with enough knowledge to assess those products, many of them are waiting for validation. One of those is the so called Radar Digital Elevation Model – RDEM, which is a DEM – Digital Elevation Model produced with the technique of Radar Interferometry. The present study has the goal of describing the steps that lead to obtaining a DEM using Radar Interferometry and assess the accuracy of the RDEM using as a benchmark an accurate GPS survey and a precise topographic model, with contour interval of 2m, covering the basin of the Taquara watercourse, located in the area of the Ecological Reserve of the Instituto Brasileiro de Geografia e Estatística – IBGE – Federal District. The first two chapters introduce the study. Chapters 3 and 4 discuss the theoretical bases of Synthetic Aperture Radar Imagery and Interferometry, respectively. In Chapter 5 are shown the methods and materials used. The comparison between RDEM and the GPS and topographic benchmarks is done in Chapter 6. Conclusions and recommendations are presented in Chapter 7. The RDEM showed up as a product close to its technical specifications, with an accuracy varying from 4.64m to 5.61m, depending on the distance to the sensor. MacDonald Dettwiler assures an accuracy of 5m ion a strip of 3km wide. Some issues, however, need to be addressed so that the product can achieve it’s plain potential. First of all it is necessary to solve a problem in RDEM’s planimetry. Other studies have reported that this problem is not always present, but the product assessed here presented a shift of 150m towards south and 25m towards west. It was not possible to detect rotation or scale problems, thus it was made a change on the origin of the coordinate system of the RDEM so that it fitted the topographic model in order to neutralize the effect of the planimetric error in the altimetry. Another problem was a ghost image that appeared in the coherence image. It was not possible to either evaluate the origin or measure the degrading effect of this distortion in the accuracy. The fact that the errors are a bit higher than expected might be related to this ghost image. The conclusion is that RDEM is a product of great potential to produce altimetric surveys with accuracy and low cost. Its full use, however, will be proportional to the solution of the problems evidenced in the planimetry and the coherence image.