Detecção automática de alterações na cartografia cadastral com base em imagens de câmaras digitais

Abstract

Resumo: Esse trabalho trata, fundamentalmente, do uso fotogramétrico de imagens obtidas por câmaras digitais de baixo custo. Ele estende-se por muitos dos seus domínios, focado em sua relação com o problema da cartografia cadastral. Sua justificativa é apresentada sob a forma de uma breve análise do preocupante cenário da cartografia de grande escala das áreas urbanas dos municípios brasileiros e do papel da aerofotogrametria como fator indutor desse cenário e ao mesmo tempo como tecnologia mais viável a sua reversão. Um sistema aerofotogramétrico de baixo custo, baseado nas câmaras fotográficas digitais, estará sendo projetado e especificado. Essas câmaras que tomaram de assalto o mercado nesses anos de início de milênio constituirão o principal instrumento de medidas aqui utilizado e estarão subsidiando um conjunto de fotos para a realização de uma série de experimentos com processamento e análise de imagens. Assim, uma extensa mas necessária fundamentação de diversos tópicos dessas matérias da ciência da computação estará sendo apresentada, em conjunto com uma breve revisão da modelagem fotogramétrica adaptada às imagens digitais. O problema específico que será abordado é a automação da detecção de mudanças na paisagem urbana, ao nível de lote, ou seja, dada uma base cartográfica digital com alguns anos de obsolescência e um bloco aerofotogramétrico de imagens digitais atual, o sistema implementado deverá estar habilitado a determinar automaticamente em que lotes ocorreram mudanças significativas das construções ali existentes. Uma série de clássicas ferramentas estarão sendo integradas para essa finalidade. O conceito da distância Hausdorff será introduzido como ótima alternativa para métrica de similaridade, permitindo avaliar o quanto a representação vetorial e matricial dos mesmos objetos se assemelham. Uma versão piloto, quase integralmente operacionalizada no ambiente gráfico do sistema MatLab© foi utilizada para efetuar testes com dois cenários reais, um na cidade de Matinhos no litoral do Paraná e outro na cidade de Pelotas no sul do estado do Rio Grande do Sul. Resultados promissores foram obtidos e apontam no sentido da possibilidade de uso de tal metodologia para agilização do processo de atualização cartográfica de ambientes urbanos.

Abstract: The cartographic use of photogrammetric images obtained by low cost digital cameras is the central scope of this research, which has special emphasis on the configuration of photogrammetric systems, calibration of cameras, development of mathematical models and algorithms for image synthesis, contributing to a better image processing and understanding. The motivation of this study is based on the analysis of the great scale cartographic scenery of Brazilian urban areas, where the aerophotogrammetry system is expected to play an important role. Some prospective data is also presented. The main objective of this study is to propose an automatic method to detect changes in the urban landscape, specially the changes that happen in the level of lots. For this, a digital cartography obtained some years ago and a current set of images of the same area were compared. A low cost aerophotogrammetric system based on ordinary digital cameras was configured and specified. A through revision on the computer science and on photogrammetric models adapted to the digital images provided the base for the study, indicating several classical tools to accomplish this objective. The concept of the Hausdorff distance is introduced as an alternative method for metric of similarity, allowing the evaluation of the compatibility between the vectorial and matricial representation of the lots and its contents. The beta version of a implemented system in the MatLab graphic environment is used for data analysis of two Brazilian cities: Matinhos, in the coastal area of Paraná State, and Pelotas, in the south of Rio Grande do Sul State. The obtained results were promising, and indicate the proposed method as the next step forward in updating the cartographic information of urban areas.