Como obtemos o Modelo Digital de Elevação por Sensoriamento Remoto

Neste artigo explicamos como obtemos nossos produtos de elevação utilizando técnicas e metodologias avançadas de geotecnologias.

O que é um Modelo Digital de Elevação (MDE)

Um Modelo Digital de Elevação (MDE) é uma representação digital tridimensional da distribuição topográfica da superfície terrestre, desconsiderando a vegetação e outras estruturas artificiais. Os MDEs são fundamentais em diversas aplicações, como planejamento urbano, gestão de recursos hídricos, simulação de desastres naturais, obras de engenharia civil, dentre outras. Existem diversos formatos de MDEs, tais como o Modelo Digital de Terreno (MDT), que representa o terreno nu, e o Modelo Digital de Superfície (MDS), que inclui a altura de elementos vegetativos e construções sobre o terreno.

A importância dos MDEs na ciência e tecnologia modernas é indiscutível. Eles são usados para modelagem hidrológica, análise de visibilidade, planejamento de infraestruturas, além de servirem como ferramenta essencial em estudos de mudanças climáticas e em aplicações militares e ambientais. O desenvolvimento de MDEs com alta precisão e resolução espacial tem sido um foco constante de pesquisa, impulsionado pelo avanço das tecnologias de sensoriamento remoto.

Como é obtido um MDE por Sensoriamento Remoto

A obtenção de Modelos Digitais de Elevação por sensoriamento remoto é realizada através de técnicas que medem a distância da superfície terrestre até um satélite ou aeronave. Estas técnicas incluem a fotogrametria, o uso de radar de abertura sintética (SAR), e a altimetria por laser (LiDAR). Cada técnica possui características específicas que influenciam a resolução e a precisão do MDE resultante. Na Geostartup utilizamos o método fotogramétrico e técnicas de inSAR para obter os dados de elevação.

No método fotogramétrico, utilizamos a sobreposição de imagens aéreas ou de satélite para extrair informações tridimensionais da superfície, através do cálculo de paralaxe. O cálculo da paralaxe é uma técnica fundamental na fotogrametria e na astronomia para medir distâncias indiretas através da observação do deslocamento aparente de um objeto quando visto de diferentes pontos de vista. No Geoprocessamento e Sensoriamento Remoto essa técnica é aplicada para criar Modelos Digitais de Elevação (MDE) usando imagens de satélite estéreo. Vamos explorar mais detalhadamente como funciona o método do cálculo da paralaxe, especialmente em sua aplicação à fotogrametria terrestre.

Fundamentos do cálculo da paralaxe

Paralaxe Geométrica: A paralaxe refere-se à mudança na posição aparente de um objeto devido a uma mudança na posição de observação. Este efeito é mais facilmente visualizado e calculado quando se têm duas observações tomadas em ângulos ou posições diferentes em relação ao objeto. A diferença entre as duas posições observadas é conhecida como ângulo de paralaxe.

Triangulação: O princípio da triangulação é usado para determinar a distância até o objeto. A partir de dois pontos de observação conhecidos e o ângulo de paralaxe medido, pode-se aplicar princípios geométricos básicos (como os de um triângulo isósceles) para calcular a distância até o objeto. Este processo é análogo ao que os olhos humanos fazem para perceber a profundidade, onde cada olho vê uma imagem ligeiramente diferente.

Obtendo MDE com imagens de satélite estéreo

Coleta de Dados Estéreo: No cálculo da paralaxe utilizamos imagens estéreo – pares de imagens da mesma área capturadas de diferentes ângulos. Satélites equipados com câmeras estéreo capturam essas imagens enquanto orbitam a Terra, ou através do uso de uma única câmera que se move entre dois pontos distintos em sua órbita.

Processamento das Imagens: Processamos as imagens para identificar pontos correspondentes (pontos que representam o mesmo local físico) em cada imagem do par estéreo. O deslocamento entre esses pontos correspondentes nas duas imagens é a base para calcular a paralaxe.

Cálculo de paralaxe e altura:

Identificação dos pontos porrespondentes: Utilizamos algoritmos de processamento de imagens para automaticamente ou manualmente identificar os pontos que correspondem entre as duas imagens.
Medição da Paralaxe: A paralaxe é medida como a diferença nas posições horizontais dos pontos correspondentes nas duas imagens. Este deslocamento é diretamente proporcional à diferença de ângulo sob o qual cada ponto é visto pelas câmeras.
Cálculo da Elevação: Usando a base de linha (a distância conhecida entre os dois pontos de observação, que, no caso de um satélite, é determinada pela distância entre as posições durante as capturas das duas imagens), e o deslocamento paralático, calculamos a elevação do ponto na Terra usando fórmulas de triangulação.

Considerações Técnicas importantes

Resolução e Precisão: A precisão do MDE derivado através do cálculo da paralaxe depende da precisão com que os pontos correspondentes podem ser identificados entre as imagens, bem como da resolução das imagens e da estabilidade geométrica das câmeras.

Correções: São necessárias correções para erros devido a distorções na lente da câmera, erros de posicionamento do satélite e variações atmosféricas que podem afetar a trajetória da luz.

Como é de conhecimento geral dos profissionais da área de Geotecnologias o uso de imagens de satélite possui bastante limitações de disponibilidade principalmente devido a cobertura de nuvens assim como problemas técnicos relacionados ao imageamento. Quando não é possível utilizar imagens de satélite recorremos ao uso do método InSAR.

A técnica Interferometria por Radar de Abertura Sintética (InSAR) é um método avançado de sensoriamento remoto utilizado para gerar mapas de elevação de alta precisão e para monitorar mudanças na superfície da Terra. O InSAR faz uso da capacidade de um radar de abertura sintética para captar imagens de radar coerentes, permitindo a análise detalhada das variações topográficas e dos movimentos superficiais ao longo do tempo. Vamos explorar o método InSAR em mais detalhes.

Princípios básicos do InSAR

Coerência do Radar: O radar de abertura sintética (SAR) emite pulsos de microondas que são refletidos de volta ao sensor pelo terreno. A interferometria utiliza a fase desses sinais refletidos. A "fase" refere-se à posição do ciclo de onda do sinal de radar no momento em que é recebido. Ao comparar a fase das ondas de radar captadas em dois momentos diferentes ou de duas posições ligeiramente distintas, é possível medir muito precisamente as variações no terreno.

Formação de Imagem Interferométrica: Em InSAR, utilizamos duas ou mais imagens de radar adquiridas do mesmo ponto da superfície terrestre em tempos diferentes (interferometria diferencial) ou de pontos de vista ligeiramente diferentes (interferometria de base curta). Ao sobrepor estas imagens, os sinais de radar interferem entre si. Esta interferência, ou padrão de franjas de interferência, codifica informações sobre a distância relativa entre o satélite e a superfície terrestre em diferentes pontos.

Cálculo da Elevação e Detecção de Movimento

Análise de Fase: A chave para a InSAR é a análise da diferença de fase entre os sinais de radar de duas imagens. Essa diferença, ou fase diferencial, pode ser convertida em uma medida de deslocamento vertical relativo da superfície entre as duas aquisições. A precisão dessas medidas pode chegar a uma fração do comprimento de onda do radar utilizado (geralmente alguns centímetros).

Conversão de Fase em Elevação: A fase diferencial é influenciada pela topografia do terreno e pelos deslocamentos verticais. Ao se conhecer a posição do satélite e a geometria de aquisição das imagens, a fase diferencial pode ser matematicamente transformada em distâncias, e, subsequentemente, em um mapa de elevação digital ou em um mapa de deslocamento.

A integração desses métodos e tecnologias de sensoriamento remoto na geração de Modelos Digitais de Elevação continua a expandir as fronteiras da pesquisa geoespacial, fornecendo dados cruciais para inúmeras aplicações científicas, técnicas e comerciais e nós estamos inseridos neste movimento provendo produtos de qualidade para o mercado de Geotecnologia.

Solicitar um orçamento de MDE para a sua área de interesse é muito simples. basta ter um arquivo KML ou KMZ do tipo polígono e nos enviar para cotação. Solicite agora mesmo seu orçamento pelo nosso WhatsApp ou clicando no botão abaixo.

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