Otimização de Modelos Digitais de Elevação para a Obtenção de Variáveis Geomorfológicas e Hidrológicas: Avaliação da Convolução Bidimensional sobre os Produtos ALOS, ASTER-GDEM e SRTM
DOI:
https://doi.org/10.11137/1982-3908_2021_44_38692Keywords:
Análise espacial, MDE, Estatística focalAbstract
As variáveis geomorfológicas e hidrológicas refletem as características de uma bacia hidrográfica e constituem dados essenciais nas análises espaciais do terreno. Com a disseminação de dados digitais utilizam-se cada vez os modelos digitais de elevação (MDE) gratuitos oriundos de sensores orbitais, entretanto esses modelos costumam apresentar limitações inerentes ao processo de aquisição dos dados, comprometendo a extração de informações espaciais deles derivadas. O presente trabalho teve como o objetivo avaliar a aplicação da técnica de convolução bidimensional em três MDE: ALOS (Advanced Land Observing Satellite), ASTER-GDEM (Advanced Spaceborne Thermal Emission and Reflection Radiometer - Global Digital Elevation Model) e SRTM (Shuttle Radar Topographic Mission) e verificar a influência da ferramenta na otimização destes produtos, e nas variáveis geomorfológicas e hidrológicas. A avaliação foi desenvolvida com base em dados topográficos convencionais, e como método de análise utilizou-se a raiz do erro médio quadrático (REMQ) e testes estatísticos. Os resultados demonstraram que os MDEs podem ser otimizados em boa parte com o uso da técnica de convolução, mas para isto é fundamental adotar valores adequados para o raio de busca que realiza a operação entre os pixels vizinhos. A técnica corrigiu as irregularidades na superfície, eliminando os ruídos e garantindo a representação mais consistente dos mapas de declividade e fluxo acumulado. As análises quantitativas e comparativas mostraram que o uso da estatística focal presente nos pacotes de SIG promove um ganho na qualidade de MDE gratuitos, favorecendo a aquisição de variáveis morfológicas com maior acurácia.
References
Arabameri, A., Pradhan, B. & Rezaei, K. 2018, ‘Spatial prediction of gully erosion using ALOS PALSAR data and ensemble bivariate and data mining models’, Geosciences Journal, vol. 7, no. 114, pp. 669-86.
Araújo, P.V., Amaro, V.E., Alcoforado, A.V.C. & Santos, A.L.S. 2018, ‘Acurácia Vertical e Calibração de Modelos Digitais de Elevação (MDEs) para a Bacia Hidrográfica Piranhas-Açú, Rio Grande do Norte, Brasil’, Anuário do Instituto de Geociências, vol. 41, no. 1, pp. 351-64.
ArcGIS 2020, programa de computador, version 10.5, ESRI.
ArcGIS 2020, ArcGIS for Desktop, Brasil, acesso 12 Agosto 2020, <http://desktop.arcgis.com/en/arcmap/10.3/tools/spatial-analyst-toolbox/how-focal-statistics-works.htm>.
Alaska Satellite Facility 2015, ASF Radiometrically terrain corrected ALOS PALSAR products, Product guide, acessado em 24 Agosto 2020, <https://asf.alaska.edu/wp-content/uploads/2019/03/rtc_product_guide_v1.2.pdf>.
Augusto Filho, O. 2013, ‘Sistema de informações geográficas aplicados à engenharia ambiental’, in M.C. Calijuri & D.G.F. Cunha (eds), Engenharia Ambiental: conceitos, tecnologia e gestão, 1º edn, Elsevier Rio de Janeiro, pp. 643-67.
Barros, R.S. & Cruz, C.B.M. 2007, ‘Avaliação da altimetria do modelo digital de elevação do SRTM’, Simpósio Brasileiro de Sensoriamento Remoto 2007, INPE, Florianópolis, pp. 1243-50.
Buitrago, J.Y. & Martínez, L.J. 2016, ‘Digital elevation models (DEM) used to assess soil erosion risks: a case study in Boyaca, Colombia’, Agronomía Colombiana, vol. 34, no. 2, pp. 239-49.
Carmo, A.M., Souto, M.V.S. & Duarte, C. R. 2015, ‘Análise qualitativa e comparativa das variáveis morfométricas da região serrana da porção sul do maciço central do Ceará geradas através dos MDE: SRTM, ASTER GDEM e TOPODATA’, Revista Brasileira de Cartografia, vol. 67, no. 3, pp. 603-20.
Chagas, C.S., Fernandes Filho, E.I., Rocha, M.F., Carvalho Junior, W. & Souza Neto, N.C. 2009, ‘Avaliação de modelos digitais de elevação para aplicação em um mapeamento digital de solos’, Revista Brasileira de Engenharia Agrícola e Ambiental, vol. 14, no. 2, pp. 218-16.
Cohen, S.G., Brakenridge, R., Kettner, A., Bates, B., Nelson, J., McDonald, R., Huang, Y.F., Munasinghe, D. & Zhang, J. 2018, ‘Estimating floodwater depths from flood inundation maps and topography’, Journal of the American Water Resources Association, vol. 54, no. 4, pp. 847-858.
Dobos, E., Daroussin, J. & Montanarella, L. 2005, ‘An SRTM-based procedure to delineate SOTER Terrain Units on 1:1 and 1:5 million scales’. Official Publications of the European Communities, acessado em 24 Agosto 2020, <https://publications.jrc.ec.europa.eu/repository/handle/JRC32420>.
Field, A. 2009, Descobrindo a estatística usando o SPSS, 2º edn, Artmed, Porto Alegre.
Gomes, D. M. 2002, ‘Mapeamento geológico-geotécnico para análise de feições erosivas concentradas na Bacia do Córrego Ribeirão do Meio, região de São Pedro/SP, na escala 1:20.000’, Dissertação de Mestrado, Escola de Engenharia de São Carlos, Universidade de São Paulo.
Instituto Geológico 1993, Subsídios do meio físico-geológico ao planejamento do município de Campinas (SP), Relatório de Integração, vol. 1, São Paulo.
Instituto Geográfico e Cartográfico 1979, Cartas Topográficas, Plano Cartográfico do Estado de São Paulo, escala 1:10.000, São Paulo.
Ironside, K.E., Mattson, D.J., Arundel, T., Theimer, T., Holton, B., Peters, M., Edwards, T.C. J. & Hansen, J. 2018, ‘Geomorphometry in Landscape Ecology: Issues of Scale, Physiography, and Application’, Environment and Ecology Research, vol. 6, no. 5, pp. 397-412.
Japan Aerospace Exploration Agency 2020, ALOS Global Digital Surface Model “ALOS World 3D - 30 m (AW3D30), acessado em 3 Julho 2020, <https://www.eorc.jaxa.jp/ALOS/en/aw3d30/index.htm>.
Khal, M., Algouti, A., Algouti, A., Akdim, N., Stankevich, S.A. & Menenti, M. 2020, ‘Evaluation of open Digital Elevation Models: estimation of topographic indices relevant to erosion risk in the Wadi M’Goun watershed Morocco’, Geosciences, vol. 6, no. 2, pp. 231-57.
Kovalchuk, L.P., Lukianchuk, K.A. & Bogdanets, V.A. 2019, ‘Assessment of open-source digital elevation models (SRTM-30, ASTER, ALOS) for erosion processes modeling’, Journal of geology, geography and geoecology, vol. 28, no. 1, pp. 95-105.
Luz, R.T. 2002, ‘Acompanhamento do Datum Altimétrico IMBITUBA através das Redes Altimétrica e Maregráfica do Sistema Geodésico Brasileiro’, Congresso Internacional de Ciencias de La Tierra, 2002, IGM, pp. 1-10.
Machado, V.S., Marcato Junior, J., Souza, M.K.G., Osco, L.P. & Ramos, A.P.M. 2019, ‘Validação da Acurácia Vertical de Modelos Digitais de Superfície Utilizando o Banco de
Dados do Sistema de Gestão Fundiária: Um Estudo de Caso no Oeste do Estado de São Paulo’, Anuário do Instituto de Geociências, vol. 42, no. 4, pp. 139-147.
Miceli, B.S., Dias, F.M., Seabra, F.M., Santos, P.R.A. & Fernandes, M.C. 2011, ‘Avaliação vertical de modelos digitais de elevação (MDEs) em diferentes configurações topográficas para médias e pequenas escalas’, Revista Brasileira de Cartografia, vol. 63, no. 1, pp. 191-201.
Montgomery, D. 2003, ‘Predicting landscape-scale erosion rates using digital elevation models’, Geoscience, vol. 335, pp. 1121-1130.
National Aeronautics and Space Administration 2020, ASTER Advanced Spaceborne Thermal Emission and Reflection Radiometer, acessado em 3 Julho 2020, <https://asterweb.jpl.nasa.gov/gdem.asp>.
Nelson, A., Reuter, H.I. & Gessler, P. 2009, ‘DEM production methods and sources’, in T. Hengl & H.I. Reuter (eds), Geomorphometry: concepts, software, applications, Elsevier, pp. 65-85.
Nitheshnirmal, S., Thilagaraj, P., Abdul Rahaman, S. & Jegankumar, R. 2019, ‘Erosion risk assessment through morphometric indices for prioritisation of Arjuna watershed using ALOS-PALSAR DEM’, Modelling Earth Systems and Environmental, vol. 5, pp. 907-24.
Orlandi, A.G., Carvalho Junior, O.A., Guimarães, R. F., Bias, E.S., Corrêa, D.C. & Gomes, R.A.T. 2019, ‘Vertical accuracy assessment of the processed SRTM data for the Brazilian territory’, Bulletin of Geodetic Sciences, vol. 25, no. 4, pp. 2-14.
Paradella, W.R., Cecarelli, C.F., Luiz, S., Oliveira, C.G. & Okida, R. 2005, ‘Geração de carta topográfica com estéreo-pares fine do Radarsat-1 e dados ETM+ Landsat 7 em ambiente de relevo montanhoso na Região Amazônica (Serra dos Carajás, Pará)’, Revista Brasileira de Geociências, vol. 35, no. 3, pp. 323-32.
Pejon, O.J. 1992, ‘Mapeamento geotécnico regional da folha de Piracicaba – SP (Escala 1:100.000: estudo de aspectos metodológicos, de caracterização e de apresentação de atributos’, Tese de Doutorado, Escola de Engenharia de São Carlos, Universidade de São Paulo.
Rademann, L.K., Dutra, D.S., Robainda, L.E. & Trentin, R. 2019, ‘Análise da rugosidade do relevo utilizando a ferramenta Focal Statistics no município de Canguçu, RS’, Caderno de Geografia, vol. 29, no. 58, pp. 805-818.
Smith, M.P., Xing-Zhu, A., Burt, J.E. & Stiles, C. 2006, ‘The effect of DEM resolution and neighborhood size on digital soil survey’, Geoderma, vol. 137, pp. 58-69.
Souza, M., Ramos, A.P.M. & Marcato Júnior, J. 2019, ‘Análise da acurácia altimétrica do modelo digital de superfície ALOS AW3D30 para o Mato Grosso do Sul’, Anuário do Instituto de Geociências, vol. 42, no. 3, pp. 333-8.
SPSS Statistics 2019, programa de computador, version 26, IBM.
Tarboton, D.G. 1997, ‘A new method for the determination of flow directions and upslope areas in grid digital elevation models’, Water Resources Research, vol. 33, no. 2, pp. 309-19.
Tarboton, D.G., Bras, R.L. & Rodriguez-Iturbe, I. 1991, ‘On the extraction of channel networks form digital elevation data’, Hydrological Processes, vol. 5, pp. 81-100.
United States Geological Survey 2020, Shuttle Radar Topography Mission (SRTM), acessado em 6 Julho 2020, <https://www.usgs.gov/centers/eros/science/usgs-eros-archive-digital-elevation-srtm-mission-summary?qt-science_center_objects=0#qt-science_center_objects>.
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